Apunte

TECNOLOGÍA GRÁFICA 1 CÁTEDRA BERNADOU UBA | FADU | D. GRÁFICO

Teoría de la luz y el color

01. Introducción

02. Descomposición de la luz en colores

03. La luz como fenómeno físico

04. Espectro visible

05. Percepción de las formas

06. Comparativa: el ojo y la cámara fotográfica

07. Percepción del color

08. Experiencia de Maxwell

09. Síntesis aditiva –combinaciones luz-

10. Los colores de los objetos

11. Síntesis sustractiva –combinaciones tintas-

12. Comportamiento de las tintas de impresión

13. Árbol de Münsell

14. Propiedades del color

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01. Introducción

La comprensión de la teoría del color es compleja cuando no se parte en

principio de que el color no existe como entidad física en la naturaleza. El

color es sólo una sensación de color. En general las personas humanas to-

mamos como referencias naturales del color nuestras propias experiencias

y juzgamos que la teoría del color es un poco más que una buena síntesis

de ellas.

Nuestra experiencia con pinturas, lápices, acuarelas, se convierte en el

punto determinante para su comprensión. Es una manifestación más del

principio de “si no lo veo, no lo creo”. En el caso del color nos puede traer

algunos problemas.

Como dijimos, partimos del principio de que el color es básicamente una

sensación, y se debe llegar hasta definir los parámetros esenciales para una

comprensión y cuantificación del mismo.

El color en tanto percepción visual, es subjetivo (basado en el punto de vis-

ta del sujeto) donde podemos distinguir elementos intervinientes a tener en

cuenta:

- El ojo humano como órgano natural.

- Un modelo comprensivo del ojo humano.

- Síntesis de color.

- Capacidad adaptativa del ojo humano.

- Temperatura del color.

- Contraste Simultáneo.

- Medidas del color.

- Fuente emisora de luz (cuerpo luminoso -ej. el sol, las lámparas o el fue-

go).

- Objeto (cuerpo iluminado).

- Ojo

- Cerebro

La luz incide de manera directa (si se trata de un cuerpo luminoso) o indire-

cta (ante la presencia de un objeto que refleje la luz) en el ojo humano;

donde por medio de impulsos nerviosos es trasmitida e interpretada por el

cerebro. Ante la ausencia total de luz no vemos nada.

Según Gunter Wyszecki, en La ciencia del color: “Cuando se pretende de-

finir o especificar el color, y debido a su naturaleza perceptual, es necesa-

rio realizar una distinción entre el color percibido, cuando el término se uti-

liza en el sentido subjetivo; y color psicofísico, cuando éste se emplea en

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un sentido objetivo. Esta distinción es importante, puesto que en cada uno

de los casos, el color tendrá un significado distinto. En el caso subjetivo,

consideraremos al color como un elemento de la percepción visual, mien-

tras que en el caso del color objetivo, consideraremos al color como una

característica de las radiaciones visibles.”

02. Descomposición de la luz en colores

Fue Isaac Newton (1641-1727) quien tuvo las primeras evidencias (1666)

de que la luz blanca como tal no existe. A partir de la experiencia óptica

conocida como el prisma de Newton, se revela que la luz que denomina-

mos blanca no tiene color, pero los contiene a todos.

Encerrado en un cuarto oscuro, Newton dejó pasar un pequeño haz de luz

proveniente del exterior a través de un orificio. Interceptó esa luz con un

pequeño cristal, un prisma de base triangular, y vio (percibió) que esta se

descomponía. Dado que el coeficiente de refracción (cambio de dirección

que se produce en una onda al atravesar un medio) de la luz varía de mane-

ra continua con la longitud de onda, el prisma proyectaba un espectro (del

latín apariencia o aparición) solar continuo. Así aparecían los colores del

espectro reflejados en la pared donde incidía el rayo de luz original: rojo,

anaranjado, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. [Observar recreación

símil a la experiencia de Newton]. A fin de contrarrestar a quienes afirma-

ban que el color se formaba en el prisma, realizó dos experiencias más:

-Doble refracción. Añadió un segundo prisma en posición invertida al pri-

mero, de manera tala que los colores del espectro volvieran a reunirse y

formar nuevamente el haz blanco.

-Disco de Newton. Se trata de un círculo dividido en siete partes iguales,

pintado con los colores del espectro. Al girar a gran velocidad aparenta ser

un disco blanco. [Observar experiencia directa sobre el disco de Newton].

Cuando llueve y aparece el sol, cada gota de lluvia se comporta igual que

el prisma de Newton y de la unión de millones de gotas de agua se forma

el fenómeno conocemos como arco iris.

03. La luz como fenómeno físico

El físico y matemático James Clerk Maxwell demostró que la electricidad,

el magnetismo y hasta la luz, son manifestaciones de un mismo fenómeno

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denominado campo electromagnético (espacio de influencia de las fuentes

de ondas electromagnéticas). Determinados tipos de energía necesitan de

un medio material para propagarse (conductor), como por ejemplo la energ-

ía eléctrica; otros como la luz lo hacen viajando en forma de ondas en el

espacio libre. La luz es entonces una porción de la inmensa cantidad de

ondas electromagnéticas que existe en el universo que se propaga a unos

300.000 kilómetros por segundo, por lo que el ojo humano reacciona ante

la incidencia de la energía y no a la materia en sí misma.

En el ámbito de la física, se considera onda a la propagación de una pertur-

bación [observar una onda en un medio acuoso] distinguiéndose las si-

guientes partes:

-Valle. Es el punto más bajo de una onda.

-Cresta. Es el punto más alto de una onda.

-Amplitud. Distancia (vertical) entre el centro de la onda y la cresta o el va-

lle.

-Ciclo. Patrón repetitivo de una onda.

-Periodo. Tiempo que tarda una onda en realizar un ciclo completo.

-Frecuencia. Cantidad o número de ciclos en un intervalo de tiempo.

-Longitud. Distancia que recorre un ciclo, expresada en metros.

04. Espectro visible

Utilizando un analizador espectral, que mida la energía radiada por un obje-

to emisor de luz blanca (ondas comprendidas entre los 400 y 700 nm), es

factible obtener una curva que indique su composición espectral. Estudian-

do el espectro, se observa que más allá de los dos extremos en los que el

ojo humano es capaz de percibir sensaciones, el instrumento sigue midien-

do una cierta energía procedente de radiaciones cuya longitud de onda no

es perceptible por el mismo.

Las ondas que puede distinguir el ojo humano, son aquellas cuya longitud

de onda está comprendida entre los 400 nm (violetas) y los 700 nm (ro-

jos). Las radiaciones por debajo de los 400 nm (rayos ultravioleta, X, ga-

ma, cósmicos) y por arriba de los 700 nm (rayos infrarrojos, microondas,

tv, radar, radio, electrónicos en general), continúan siendo radiaciones elec-

tromagnéticas pero ya no pueden ser apreciadas por la vista.

La unidad de medida utilizada es el nanómetro que equivale a la millonési-

ma parte del metro (1nm = 10-9m).

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05. Percepción de las formas

El ojo humano es el órgano de la visión mediante el cual percibimos formas

y colores. Respecto de las formas y al igual que en una cámara oscura, la

imagen al atravesar el cristalino, se representa de manera invertida en la re-

tina siendo el cerebro quién se encarga de interpretarla de manera correcta.

La inversión se produce debido a la propagación rectilínea de la luz. Un

hecho que demuestra esta propiedad es la formación de sombras y penum-

bras. Si un foco grande se encuentra cercano al objeto se generará una zo-

na de sombra (donde no lleguen los rayos procedentes de los extremos del

foco) y un área de penumbra (donde no lleguen los rayos procedentes de

un extremo pero sí del otro).

06. Comparativa: el ojo y la cámara fotográfica

Podemos realizar una comparación entre el ojo y la cámara fotográfica ya

que ambas estructuras tienen amplias semejanzas.

Objetivo | Córnea. El objetivo de la cámara y la córnea del ojo son lentes

positivas, cuya función es la de hacer que los rayos de luz incidan en un

solo punto. En ambos casos para que la formación de la imagen sea correc-

ta, deben poseer una curvatura adecuada y mantenerse perfectamente

transparentes, limpias. De no ser así, la imagen proporcionada será defec-

tuosa o no enfocará en el sitio debido.

Distinguiremos el comportamiento de dos tipos de lentes: convergentes y

divergentes. Las primeras reciben este nombre ya que al ser atravesadas

por un haz de rayos paralelos, hacen que estos converjan en un punto de-

terminado, dando una imagen real. Las segundas, hacen que el haz se dis-

perse (los rayos se separan entre sí), dando una imagen virtual. [Observar

comportamiento de incidencia].

Diafragma | Iris-pupila. En la cámara fotográfica, el encargado de regular la

cantidad de luz que debe llegar a la película es el diafragma. En el ojo, esa

función corresponde al iris y a la pupila, ya que son responsables de con-

trolar la luz que incide en la retina. En un espacio con escasa cantidad de

luz el iris se dilata produciendo una pupila muy grande; sin embargo, cuan-

do la luz es intensa el iris se contrae cerrando al máximo la pupila.

Obturador | Párpado. En la cámara el obturador regula el tiempo de exposi-

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ción y en el ojo el párpado hace lo propio. Sin embargo mientras que en la

cámara el tiempo de exposición es mínimo, en el ojo es casi continuo, co-

mo si imprimiese los fotogramas de una película.

Sistemas de enfoque | Cristalino. Al igual que los diversos sistemas de en-

foque de una cámara fotográfica, el cristalino se aplana o redondea, en un

proceso de acomodación con el objetivo de enfocar la imagen. General-

mente, no es necesaria la acomodación para observar aquellos objetos que

se encuentran distantes, pues se enfocan en la retina cuando la lente más

plana. Sin embargo, necesita redondearse progresivamente para observar

los objetos más cercanos.

Película | Retina. En la película y en la retina se fija la imagen recibida pro-

duciendo cambios físicos y químicos. Esta imagen es transformada por la

retina en impulsos nerviosos que se dirigen a los centros visuales del cere-

bro y puede ser interpretada por el individuo a diferencia de la película que

requiere del proceso de revelado.

Cuerpo | Músculos. En ambos casos son los encargados de sostener y al-

bergar todo el sistema.

07. Percepción del color

Los aportes de Thomas Young, Hermann von Helmholtz y James Clerk

Maxwell sobre la teoría de la tricromía, nos permiten comprender el meca-

nismo de percepción del color. La retina, está formada por células fotosen-

sibles: bastones y conos (ambas denominaciones asignadas por su forma

característica), encargadas de detectar las diversas longitudes de onda que

provienen del entorno.

-Los bastones. Son los que poseen la facultad de diferenciar intensidades

de luz, claroscuros; sin distinguir variación cromática. Corresponde enton-

ces a los bastones, interpretar los distintos niveles de grises existentes en-

tre el blanco y el negro. El ojo humano es capaz de diferenciar mayor can-

tidad de niveles claros que oscuros. Por ejemplo percibimos más fácilmente

la diferencia entre un 10% y un 15% de gris, que entre un 85% y 90% de

gris.

-Los conos. Son quienes recogen las diferencias cromáticas. Para ello la re-

tina cuenta con tres tipos de conos:

R (red-rojo): los que tienen mayor sensibilidad en el dominio del rojo

(600 a 700 nm).

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G (green-verde): los que la tienen en la región verde (500 a 600 nm).

B (blue-azul): los que son más sensibles al azul (400 a 500 nm).

Cada color, estará determinado por las intensidades de luz captadas

por los tres tipos de conos.

Ambos tipos de células (conos y bastones) son indispensables para la per-

cepción del color. Sin embargo, los bastones tienen mayor sensibilidad

que los conos. Es por esta propiedad que en espacio con poca luz, es posi-

ble identificar la forma de un objeto y no así el color del mismo.

Toda la información recolectada es transformada en impulsos y enviada al

cerebro por medio de los nervios ópticos. El cerebro es el encargado de in-

terpretar la información.

08. Experiencia de Maxwell

Debemos a Thomas Young y Hermann von Helmholtz las propuestas sobre

la teoría de visión tricromática (formada sobre la idea de existencia de tres

clases de receptores) y a James Clerk Maxwell la realización de la primera

síntesis aditiva de una separación de color.

En particular, la experiencia de Maxwell consistió en proyectar los tres po-

sitivos obtenidos de los tres negativos de la separación mediante tres pro-

yectores sobre una misma pantalla. Delante de cada proyector colocó un

filtro del mismo color que había servido para hacer la separación. En la

pantalla se formó la reproducción perfecta de los colores originales. Su-

pongamos por ejemplo el sector amarillo de una imagen. Al ser fotografiada

con un filtro azul, éste no dejará atravesar la luz amarilla (la zona aparecerá

blanca en el negativo). Sin embargo, las fotografías en donde se empleen

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filtro verde y rojo si, puesto que ambos dejan pasar la luz amarilla (la zona

aparecerá negra en ambos negativos). El positivo que se proyecte a través

del filtro azul será negro, mientras que para los otros dos blancos. La su-

perposición aditiva del verde y el rojo producirá el color amarillo.

09. Síntesis aditiva –combinaciones luz-

Un aspecto significativo a tener en cuenta en la teoría del color consiste en

distinguir la diferencia entre el color luz (aquel que emana de una fuente

luminosa) y el color pigmento (aquel que se reproduce mediante materia:

tintas).

Partiendo de la ausencia de todo estímulo visual lumínico (negro) en la

síntesis aditiva se agrega (adiciona, suma) color luz (rojo, verde y azul) en

distintas intensidades para formar los colores. [Observar la síntesis]. El ro-

jo, verde y azul, son denominados primarios aditivos. Mientras que, los ob-

tenidos en combinar por duplas los primarios aditivos (rojo/verde, ver-

de/azul, azul/rojo) en las mismas intensidades son denominados secunda-

rios aditivos (amarillo, cian, magenta). [Observar la proyección de los pri-

marios aditivos sobre un soporte blanco interponiendo un cuerpo entre am-

bos]. La sumatoria de los tres es lo que conocemos como luz blanca (ondas

comprendidas entre los 400 y 700 nm).

Los objetos electrónicos que forman imágenes utilizando este sistema,

pueden hacerlo emitiendo o recibiendo rayos luminosos. Dentro de los emi-

sores se encuentran los monitores, los televisores con tubos de rayos

catódicos, las pantallas LCD, plasmas, etc; dentro de los receptores se

hayan cámaras digitales ya sean de video o fotográficas, escáner, etc.

Para entender el funcionamiento, tomemos por ejemplo los monitores de

computadoras que utilizan el modelo de reproducción RGB y pueden gene-

rar 16,7 millones de colores. La unidad mínima a la cual puede asignarse

un valor de intensidad lumínico es denominado pixel. Los valores de cada

uno de los componentes de la triada RGB, varía entre 0 y 255 según sea

su intensidad lumínica. De esta forma al verde más brillante le correspon-

dería a R=0, G=255 y B=0. La combinación de dos componentes a

máximo nivel (por ejemplo R=255, G=255 y B=0) genera un secundario

(en el ejemplo, amarillo). Asimismo, se puede observar que cuando los tres

componentes poseen el mismo valor (por ejemplo R=100, G=100 y

B=100), se obtiene un matiz de gris. Finalmente, con todos los valores nu-

los (ausencia lumínica) se observa el el negro y llevando todos los valores

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al máximo se logra el blanco.

10. Los colores de los objetos

Cuando la luz incide sobre un cuerpo opaco (no transparente), su superficie

absorbe ciertas longitudes de onda y refleja otras. La reflexión es el proce-

so por el cual algunas de las longitudes de onda de la luz que incide sobre

un objeto, cambia de dirección sin penetrar en él; mientras que en la ab-

sorción óptica la radiación es captada o capturada por la materia del cuer-

po. Sólo las longitudes de onda reflejadas inciden en el ojo y por tanto el

cerebro interpretará esos colores. Percibimos una manzana de color rojo

porque el ojo solo recibe la luz roja reflejada. Las longitudes de onda co-

rrespondientes al verde y al azul fueron absorbidas por la manzana. Un

cuerpo se nos presenta blanco porque todas las longitudes de onda fueron

reflejadas. Por el contrario, se ve negro cuando fue capaz de absorber to-

das las radiaciones correspondientes al espectro visible y no reflejó ningu-

na.

11. Síntesis sustractiva –combinaciones tinta-

La síntesis sustractiva refiere al uso de ciertas sustancias químicas llama-

das pigmentos que absorben (restan, sustraen, quitan) algunas de las ra-

diaciones que componen la luz blanca, es decir tienen poder selectivo de

absorción. Los pigmentos no emiten luz sino que sustraen (absorben) parte

de las longitudes de onda de la luz.

El cian, magenta y amarillo son denominados primarios sustractivos mien-

tras que, los obtenidos al combinarlos por duplas (cian/magenta, magen-

ta/amarillo, amarillo/cian) en iguales porcentajes determinan los secunda-

rios sustractivos (azul, rojo, verde). Sin embargo al intentar combinar las

tres tintas (cian, magenta, amarillo) para la obtención del negro se obtiene

un gris muy oscuro, sin llegar a ser negro. Esto se debe a que éstas no son

capaces de absorber absolutamente todas las longitudes de onda de la luz

blanca (ondas comprendidas entre los 400 y 700 nm).

12. Comportamiento de las tintas de impresión

El papel blanco refleja los tres colores de la luz: rojo, verde y azul.

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La tinta cian le resta al papel su capacidad de reflexión de rojo; al sólo re-

flejar verde y azul, el resultado es cian.

La tinta magenta le resta al papel su capacidad de reflexión de verde; al

sólo reflejar azul y rojo, el resultado es magenta.

La tinta amarilla le resta al papel su capacidad de reflexión de azul; al sólo

reflejar verde y rojo, el resultado es amarillo.

El cian impide que se refleje el rojo; el amarillo lo hace con el azul; al poner

ambas tintas juntas sólo se refleja el verde y esa es la combinación que se

logra con el cian y el amarillo.

El cian impide que se refleje el rojo; el magenta lo hace con el verde; al po-

ner ambas tintas juntas sólo se refleja el azul y esa es la combinación que

se logra con el cian y el magenta.

El amarillo impide que se refleje el azul; el magenta lo hace con el verde; al

poner ambas tintas juntas sólo se refleja el rojo y esa es la combinación

que se logra con el amarillo y el magenta.

El amarillo impide que se refleje el azul; el magenta lo hace con el verde y

el cian con el rojo; al poner las tres tintas una sobre otra, resulta un "ne-

gro" no negro. Como se describió anteriormente, se recurre en impresión a

la tinta negra, que da profundidad y detalle en las sombras de una imagen.

Resulta necesario especificar que, la combinación de colores primarios luz

(RGB) puede producir 16.777.216 colores, en tanto que la combinación de

tintas CMYK tan sólo entre 5.000 y 6.000 colores diferentes. La relación

entre colores luz y colores tinta es abismal en cuanto a combinación y va-

riedad de tonos. En la preparación de una imagen a color para la impresión,

el operador de pre-impresión hace cuatro placas de separación. Cada placa

corresponde a uno de los cuatro colores de tinta en el modelo CMYK, don-

de se combinarán para simular los colores apropiados. Este método se co-

noce como color de proceso (o de cuatro colores) de impresión.

13. Árbol de Münsell

Albert Henry Münsell propuso un modelo cromático conocido como el árbol

de Münsell en el cual los colores se ubican en un espacio tridimensional.

Para ello define tres propiedades: matiz, valor e intensidad. Esta especifici-

dad sirve para su notación HV/C donde H es el matiz o tono (acompañado

de la inicial del primario adyacente y variando a N para los neutros), V el

valor o luminosidad y C corresponde a la saturación o brillo. Por ejemplo la

notación 5R 5/16 correspondería a un rojo intenso.

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Los colores se organizan en ramas según la saturación o pureza. A partir

del centro (colores neutros) cada rama se divide en segmentos (0 a más de

20) siendo variable la longitud de cada una y caracterizando al sistema. De

esta forma, la rama amarilla por ejemplo es más extensa que la naranja.

Verticalmente, se fragmenta en diez intervalos (0 a 10) desde el negro puro

abajo (0) al blanco puro arriba (10).

14. Propiedades del color

Las propiedades del color (tono, saturación, luminosidad) son aquellas ca-

racterísticas que lo hacen único y definen su apariencia final. Esta triada se

basa en el modelo de color propuesto por Albert Münsell.

Matiz o tono. Esta propiedad se halla en relación directa con la longitud de

onda dominante en la mezcla de las ondas luminosas. Es aquella cualidad

por la cual diferenciamos y nombramos al color. El matiz nos permite dife-

renciar el verde del rojo. Volviendo al árbol de Münsell a partir del verde,

hacia un lado se observa el verde amarillento, hacia el contrario el verde

azulado, ambos serán matices diferentes del verde. Son, aproximadamente,

250 tonos diferentes los que el ojo humano es capaz de distinguir.

Valor o luminosidad. Esta característica se utiliza para describir que tan cla-

ro u oscuro es un color, refiere a la cantidad de luz percibida. Mediante la

adición de blanco se obtiene un valor de luminosidad más alto, lo que im-

plica que reflejan más la luz. Por el contrario, adicionando negro se obtie-

nen valores de luminosidad más bajos, los cuales absorben más la luz.

Saturación o brillo. Se puede concebir la saturación como la brillantez de

un color. También puede definirse según la cantidad de gris que contiene

un color. Cuanto más gris, más cercano al eje del valor o luminosidad, me-

nos brillante o menos saturado por lo tanto menos vivo. Los colores puros

se encuentran completamente saturados.