Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Introducción a la Ciencia del Color 1-1 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Sumario • Introducción • Elementos condicionantes de la Colorimetría • Color psicofísico y color psicológico • Las causas del color 1-2 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Introducción • Objetivo: – Analizar y comprender la definición del color como “una sensación visual consciente, es la interpretación que nuestro cerebro hace de la luz que llega a retina” • ¿Qué es la Visión? ¿Qué significa “ver”? – Interpretación del entorno que nos rodea a partir de la extracción de información contenida en las imágenes retinianas usando modelos internos de codificación y representación – Modelos visuales de información: • Color, forma, detalle, movimiento, localización, orientación Ciencia del Color Ergonomía Visual Percepción visual (OF-3) Visión Binocular (OF-2) 1-3 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Iluminante Objeto Color percibido Estímulo cromático Sistema visual 1-4 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color • Fuente luminosa + Objeto + Observador: = color reflejado = color transmitido = color autoluminoso 1-5 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color • La radiación electromagnética a la que somos sensibles: 10-6 R. Cosm 10-3 10-1 10 R. Gam R - X UV 106 103 IR MO 109 Radio 1012 RF 1-6 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color • Estímulo-color = (fuente luminosa) ⊗ (objeto) – Distribución espectral de potencia radiante de una lámpara: S(λ) • Espectro continuo: – Planckiano: tipo P → color de las estrellas – Luz día: tipo D • Espectro discreto: tipo F – Factor de reflexión de un objeto opaco: ρ(λ) – Factor de transmisión de un objeto transparente: τ(λ) 1-7 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color: lámparas Iluminantes planckianos (radiadores absolutos) Iluminantes CIE 3 P25 3 2 P100 P50 1 0 Potencia relativa S Potencia relativa S 4 A 2 C B 1 0 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 1-8 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color: lámparas Iluminantes luz-diurna Iluminantes tipo-F 1.5 2.0 D65 1.0 D50 0.5 0.0 Potencia relativa S Potencia relativa S D75 F11 1.5 F7 1.0 F2 0.5 0.0 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 1-9 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color: lámparas Lámpara HMI (halogenuros metálicos con vapor de Hg) Lámpara de Na (alta presión) 7 Lámpara de Xe 3 1.5 5 4 3 2 Potencia relativa S Potencia relativa S Potencia relativa S 6 2 1 1.0 0.5 1 0 0 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 0.0 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 1 - 10 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color: lámparas Iluminantes CIE Iluminantes tipo luz de día Iluminantes tipo F 1 - 11 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color: objetos Primarios RGB y W en monitor CRT Objeto opaco Objeto transparente 1.0 4 2 Factor de transmisión τ 6 Factor de reflexión ρ Radiancia Le (mW/sr·m2) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0 0.8 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 1 - 12 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color: el sistema visual • El Sistema Visual Humano: trivariancia visual 440 540 565 1 - 13 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Elementos Condicionantes del Color • El Sistema Visual Humano: trivariancia visual 1 - 14 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Color Psicofísico y Color Percibido 2.0 2 Radiancia Le (mW/sr·m ) • Color Psicofísico: especificación del estímulo de color, depende directamente de la distribución espectral de potencia radiante que entra en los ojos y se expresa en función de valores definidos experimentalmente: – Valores Triestímulo – Metamerismo 1.5 1.0 0.5 0.0 400 500 600 700 Longitud de onda λ (nm) 1 - 15 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color 1 1 0 0 λ (nm) 1 Sensor L λ (nm) 1 L Respuesta Sensibilidad Potencia relativa S 1 Iluminante 0 λ (nm) 1 0 Factor de reflexión ρ 1 λ (nm) 0 Sensor M λ (nm) 1 M Respuesta S*ρ Sensibilidad Estímulo-Color 0 λ (nm) Valores Triestímulo (área) 1 0 λ (nm) 0 Sensor S Respuesta Sensibilidad Objeto S λ (nm) 0 λ (nm) 1 - 16 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Color Psicofísico y Color Percibido • Color Percibido: atributo de la percepción visual que está relacionado con el color psicofísico • Atributos perceptuales del color: ¾Tono (H) ¾ Luminosidad (B) ¾ Colorido (M) 1 - 17 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Color Psicofísico y Color Percibido Color Percibido Fondo Luminancia Blanco Modelo de Apariencia Medio Color Psicofísico Condiciones de Visualización 1 - 18 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • ¿Qué procesos físicos, químicos y ópticos permiten diferentes formas de interacción entre la luz y la materia? – Estamos dejando al margen la percepción humana del color • Bloques conceptuales de causas del color: – – – – – Vibraciones y excitaciones atómicas simples Transiciones en la red cristalina (estado sólido) Transiciones entre orbitales moleculares Transiciones entre bandas de energía Óptica Geométrica / Física 1 - 19 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color VIBRACIONES Y EXCITACIONES ATÓMICAS SIMPLES TRANSICIONES ENTRE BANDAS DE ENERGÍA 1. Incandescencia: Sol, lámparas, arco-C, pirotecnia* 8. Metales: cobre, oro, hierro, plata 2. Excitaciones gaseosas: relámpago, pirotecnia*, aurora boreal, láseres* 9. Semiconductores puros: sílice, galena, diamante, cadmio 3. Vibraciones y rotaciones: agua, hielo, yodo, cloro 10. Semiconductores dopados: diamante, LED, fósforos TV TRANSICIONES EN LA RED CRISTALINA 4. Compuestos metálicos: pigmentos, láseres* 5. Impurezas metálicas: rubí, esmeralda, colorantes TRANSICIONES ENTRE ORBITALES MOLECULARES 11. Centros de color: amatista, cuarzo ahumado ÓPTICA GEOMÉTRICA / FÍSICA 12. Refracción y polarización: arco iris, halos 13. Difusión: azul-cielo, amanecer/atardecer, plumas azuladas*, ojos azules de los neonatos 6. Compuestos orgánicos: tintes, coloración biológica* 14. Interferencias: aceite-agua, pompas-jabón, alas de mariposa 7. Transferencia de carga: zafiro, magnetita, lapislázuli 15. Difracción: ópalo, LCD, redes de difracción *Solamente en parte http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html 1 - 20 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Causa nº 2 (excitaciones gaseosas): lámparas fluorescentes (también en TV) – Descarga eléctrica sobre vapor de Hg + luminóforo (MgWO4, ZnSO4, CdB2O4, CdP2O4, etc) λ emisión sin luminóforo = 253.7 nm 1 - 21 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Causa nº 5 (transiciones en la red cristalina): piedras preciosas o gemas – Al2O3 (corindón, incoloro) + 1 % (Cr3+) → rubí (rojo) – Be3Al2Si6O18 (berilo, incoloro) + 1 % (Cr3+) → esmeralda (verde) – Ambas gemas presentan una fluorescencia roja – Efecto Alejandrita: • BeAl2O4 + 1 % (Cr3+) → Luz incandescente (blanco amarillenta) Luz diurna (blanco azulada) 1 - 22 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Causa nº 7 (transiciones entre orbitales): transferencia de carga Fe2+ (en celda 1) Fe3+ (en celda 2) Fe3+ (en celda 1) Fe2+ (en celda 2) luz Fe3+ • Causa nº 9 (transiciones entre bandas de energía): diamantes coloreados – Diamante (C, incoloro) + 0.0001 % B → diamante azulado – Diamante (C, incoloro) + 0.1 % N → diamante verdoso – Diamante (C, incoloro) + 0.001 % N → diamante amarillento 1 - 23 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Causa nº 12 (refracción): arco iris doble invertido Banda de Alexander 1a refracción en la gota 2a refracción en la gota 1 - 24 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Causa nº 13 (difusión): difusión Rayleigh del cielo • Causa nº 14 (interferencias): alas de mariposa • Causa nº 15 (difracción): ópalo, pantalla de cristal líquido (LCD) http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html 1 - 25 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Tipos de pantallas LCD: transmisión luminosa variable – matriz activa (Thin Film Transistor) ⇒ color – Necesaria una fuente de luz primaria 1 - 26 Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color Las causas del color • Incandescencia: – Emisión de luz por aumento de la temperatura • Luminiscencia: Emisión de luz “fría”, diferente a la incandescencia • Fotoluminiscencia: inducida por radiación electromagnética – Fluorescencia: instantánea – Fosforescencia: persistente • Radioluminiscencia o radioactividad • Electroluminiscencia: por acción de una corriente eléctrica – Cátodoluminiscencia: tubo de rayos catódicos (CRT → televisor) • Triboluminiscencia: por acción de un cambio de presión • Quimioluminiscencia: derivada de una reacción química – Bioluminiscencia • Sonoluminiscencia: por acción de ultrasonidos • Electrocromía y termocromía • Emisión láser (coherente) 1 - 27