Colorimetría: La luz y el espectro visible

TEMA 5: Colorimetría

5.2. La luz y el espectro visible

La luz es una forma de energía radiante, es decir, que se propaga mediante ondas electromagnéticas. El sol es la principal fuente de luz natural, pero también producen luz natural otras estrellas de tipo cósmico. Las fuentes de tipo terrestre serían los cuerpos incandescentes. Se caracteriza por una longitud de onda (λ) y una frecuencia (ƒ), con longitudes de onda comprendidas entre 380 y 700 nanómetros, formando el espectro óptico o visible. El espectro visible está formado por siete colores: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Por encima del color violeta se encuentra el grupo invisible de las radiaciones ultravioleta. Por debajo del color rojo se encuentran los infrarrojos también invisibles.

Propiedades de la luz

Reflexión: cuando un rayo luminoso, dentro del mismo medio, choca contra una superficie plana, es rechazado por ésta, de manera que el ángulo incidente (formado por el rayo incidente y la normal a la superficie) es igual al ángulo de reflexión.

Refracción: es la desviación de la luz al pasar de un medio a otro de distinta densidad. Si el medio al que pasa es más denso, se acerca a la normal; si el medio al que pasa es menos denso, se aleja.

5.3. El color. Leyes de mezcla

Teoría del color: existen dos métodos para la obtención de color. Uno es la síntesis aditiva y otro la síntesis sustractiva.

A) Síntesis sustractiva: actúa por pigmentos. Los colores primarios son cían (C), magenta (M) y amarillo (Y). La suma de dos colores primarios a partes iguales origina un color secundario: C+M=B, C+Y=G, Y+M=R. La suma de los tres primarios origina el negro (K), sustractiva porque sustrae el color: el negro es la ausencia de color.

B) Síntesis aditiva: actúa por luces coloreadas. Los colores primarios son rojo (R), verde (G) y azul (B). La suma de dos primarios a partes iguales origina un secundario: R+G=Y, G+B=C, B+R=M. La suma de los tres primarios origina el blanco (W). De ahí el nombre de aditiva porque la suma sería el blanco que es la plenitud de color. C<>R, R<>C, M<>G, G<>M, Y<>B, B<>Y.

Para poder ver los objetos coloreados, tener en cuenta las síntesis sustractiva y aditiva, los colores primarios, los secundarios y los complementarios, así como la reflexión de la luz sobre superficies coloreadas.

5.4. El color y sus atributos

Tono: es la característica cualitativa, lo determina el color dominante. Es el nombre específico que se le da a cada color, la potencia relativa del color a medida que se aproxima al blanco o al negro (extremos de la escala de valores tonales). Se denomina matiz.

Saturación: es la característica cuantitativa: viene determinada por la mayor o menor presencia del tono opuesto, por tanto será más o menos ennegrecido. A más saturación, más pureza y menos presencia de color opuesto. El valor de la saturación se corresponde con el de porcentaje máximo de color.

Esta escala se denomina Acromática porque no tiene color. Monocromática de saturación. Por ejemplo, si usamos el cían, se modula éste desde el 100% (saturado) hasta el blanco. Monocromática de Luminosidad es la que combina el color con la aportación de negro, originándose a partir del color saturado una progresiva pérdida de luminosidad, hasta llegar al negro. Policromáticas resultan de la combinación de dos colores, así en cada cuadrito se imprimen dos tramas, una para cada color. En los extremos aparecen los colores saturados y en medio distintos tonos. Si la escala se forma a partir de colores complementarios (un color y su inverso), en el centro resulta un color Acromático o Neutro (gris neutro).

5.6. Armonías

Se consigue una armonía cuando se tiene una justa relación entre colores, cuando se obtiene una unidad. Hay que evitar herir la sensibilidad de la persona que ve el diseño. Existen seis armonías consideradas como clásicas que se usan para componer el color.

a) Armonía de complementarios: dos colores opuestos. b) Armonía de dobles complementarios. c) Armonía de complementarios divididos. d) Armonía de ternarios: engloba tres colores (los tres primarios, o los tres secundarios, o tres terciarios). e) Armonía de choque: combina un color con el tono que está a la derecha o a la izquierda de su color complementario. f) Armonía de análogo: comprende un color primario y dos terciarios.

* Contraste: oposición que presentan los colores al combinarse entre sí. Algunos colores no armonizan entre sí porque se superponen en relación a la intensidad o al color. Estas combinaciones resultan intolerables, aunque a veces esas combinaciones son las que se buscan en la composición.

5.7. Sistemas de representación del color

A) Carta de color: es el sistema más extendido de clasificación de color. Los fabricantes de tintas y las empresas de reproducción son quienes acostumbran a realizarlas para ilustrar las posibilidades de sus pigmentos y como guía interna de referencia. Son combinaciones de diversos porcentajes de trama de los tres colores primarios (CMY) que originan distintos tonos. Por esta razón sería más correcto llamarlas cartas de tono o tablas cromáticas. También se denominan gamas porque contienen una gama de color. La carta de tonos se distribuye por zonas. Cada una contiene como fijo un porcentaje de trama de un color (normalmente el amarillo). Cada cuadrito de una zona aporta variaciones de la trama de los otros dos primarios. En sentido vertical aumenta la trama del segundo color y en horizontal del tercer color.

B) Guías de tonos o bibliotecas de color.

B.1. Pantone: presenta una guía de más de 1000 tonos directos completada con gamas de tonos metalizados, tonos sobre soporte transparente y tonos pastel. Es una guía estándar para la obtención de tonos con indicación de la cantidad de cada una de las 14 tintas básicas.

B.3. Politone: creado por el Gremio de Industrias Gráficas de Reproducción (España). Está en desuso. Era una guía que emplea los cuatro colores de gamas impresos sobre superficie brillante y mate. Cada tono tiene un código alfanumérico de tres dígitos; el primero corresponde al porcentaje de cían, el segundo al porcentaje de amarillo y el tercero al porcentaje de magenta.

C) Sistema CIE: la Comisión Internacional de la Iluminación (CIE) se basa en la determinación de las expresiones cromáticas bajo los mismos parámetros a como el ojo interpreta el color, es decir, a partir de los valores triestimulo RGB.

En cualquiera de sus diagramas se especifica el color con tres datos. Dos de ellos aportan información sobre la cromaticidad y el tercero sobre la luminosidad. X: componente rojo, Y: componente verde.

Diagrama CIEYxy: fue adoptado por las normas DIN con el número 5033. La especificación de un tono viene dada por sus componentes de rojo, verde y azul, pero presentaba el problema de que algunos valores de color aportaban cantidades negativas. Los colores situados fuera del triángulo rallado no pueden ser descritos por el modelo RGB: son las luces denominadas negativas. En el sistema CIEYxy, se sustituyen los valores RGB por x, y, z (x aporta al valor de rojo, y de verde y z de azul). Se debe cumplir la siguiente ecuación: x+y+z=1.

Diagrama CIELab: el modelo CIELab es el más utilizado. Al igual que la anterior, aportó una variable luminosidad (L) y dos de cromaticidad (a y b). La variable a aporta el coeficiente de contenido en rojo o verde, mientras que en b lo hace en azul o amarillo. Los valores están comprendidos entre -100 y +100. El valor de luminosidad se sitúa entre 0 (negro) en la parte inferior y 100 (blanco) en la parte superior.

D) Sólidos de color.

D.1. Cubo de Alfredo Hickethier: hexaedro regular donde cada vértice es de un color. Cada vértice tiene en su opuesto el color inverso. Cada arista se divide de 0 a 9 en 10 partes. El valor de un tono se define por tres cifras: % de Y, % de M y % de C.

D.2. Sólido de Alberto Munsell: también puede representarse en forma de rueda, se divide en cinco colores primarios y otros cinco intermedios, con lo que se obtiene un total de 10 divisiones (las versiones comerciales incluyen hasta 20). Cada color primario se nombra con una inicial que corresponde al nombre en inglés: R (rojo), Y (amarillo), G (verde), B (azul) y P (púrpura). Los colores intermedios se nombran con las iniciales de los principales colores adyacentes: YR, GY, etc.

D.3. Doble cono de Guillermo Ostwald: son dos pirámides de 24 lados unidas por la base. Cada lado aporta un tono, empezando por Y, R, M, B, C, G, con sus intermedios.

UCR (Under Color Removal): reducción bajo el color. Se llama también reducción del negro o reducción en sombras.

GCR (Grey Component Replacement): sustitución del componente gris o neutro.

Colorímetros: incorporan fotómetros con los filtros RGB, obteniendo una apreciación del color como lo hace nuestro cerebro a través de la percepción visual. La luz reflejada coloreada pasa por los filtros transmitiendo a cada fotómetro sólo la cantidad de color básico que compone el tono que se ha de medir. A) Triestímulo: realizan la medición a partir de la observación de la muestra a través de los tres canales RGB, aportando unos valores numéricos.

Espectrofotómetros: miden la cantidad de luz reflejada o transmitida y obtienen la gráfica espectrofotométrica de la radiación. Es un método científico que aporta datos físicos, a intervalos de entre 5 y 20 nanómetros. A diferencia de los colorímetros, la luz coloreada no se separa en sus componentes básicos, sino que de ellas se obtiene una gráfica espectral al medir todo el espectro de radiaciones en un tono. En sentido vertical se sitúan los valores de transmisión (o reflexión) desde el 0% al 100%.

TEMA 6: Fuentes de luz

6.2. La luz. Características

Dispersión: emisión de los haces luminosos en distintas direcciones. La propagación de la luz se produce de forma rectilínea, pero debemos tener en cuenta las siguientes matizaciones. Iluminación difusa, también conocida como parásita, se produce por la transmisión o reflexión irregulares que ocasiona la dispersión de los haces luminosos, es decir, éstos se propagan desordenadamente y en todas direcciones. Los tubos fluorescentes son un buen ejemplo de iluminación difusa.

Interferencia: efecto producido por la superposición de dos o más fuentes de luz de la misma frecuencia y puede generar tanto reforzamiento como atenuación de la luz.

Difracción: aparición de bandas claras y oscuras alternativamente por la interposición de un cuerpo entre una luz puntual y una pantalla.

6.3 Unidades fotométricas

Para poder medir la luz, se utilizan determinadas unidades:

Intensidad: la unidad de medición es la candela (cd). Es la energía luminosa emitida por una fuente de luz.

Luminancia: la unidad de medición es el nit (nt) y corresponde a 1 candela/m². Es la relación entre la intensidad de una fuente luminosa no puntual y su superficie. Otra unidad utilizada es el lambert que tiene como superficie básica el cm².

Flujo luminoso: la unidad es el lumen (lm) que relaciona la intensidad y el ángulo de irradiación.

Iluminancia: la unidad es el lux (lx) y expresa la luz recibida por una superficie de 1 m² colocada a 1 m de distancia de la fuente de iluminación, cuyo flujo es de 1 lm. Es la unidad utilizada para indicar la luz que recibe una superficie. Por ejemplo, en el caso de la impresión, la iluminación de un original o de una plancha.

6.4. Rendimiento cromático y temperatura de color

El color de la luz emitida por las fuentes luminosas puede tener coloraciones diferentes, y eso va a condicionar el resultado final del impreso. Los niveles de energía producidos en las distintas longitudes de onda del espectro visible determinan la coloración de un manantial de luz y, por lo tanto, del impreso observado. Por lo tanto, es importante conocer el rendimiento cromático o coloración de las fuentes de luz utilizadas.

La temperatura de color de una lámpara fluorescente (o cualquier otra fuente luminosa) se mide en grados Kelvin e indica la temperatura a la cual se debe elevar un cuerpo negro para que tenga una apariencia de color igual al de la lámpara o fuente luminosa.

6.5. Fuentes de iluminación

Los iluminantes han sido establecidos por CIE (Comisión Internacional de la Iluminación, Comisión Internationale de l´Eclairage) y describen diferentes fuentes luminosas, en función de su curva espectral. Hay diferentes tipos de iluminantes, en artes gráficas el iluminante utilizado es el D, que representa la luz día.

Iluminante estándar A: uno de los iluminantes estándares propuestos por la CIE. El iluminante CIE A, definido en 1931, es un intento de describir la iluminación de una típica bombilla de filamento incandescente.

Iluminante estándar D5: su temperatura de color media es de 5.000 Kelvin. Se usa en los estándares ISO para la iluminación en artes gráficas. Por eso es el iluminante recomendado y de referencia de la mayoría de los trabajos de ese sector, y de las condiciones normalizadas de iluminación que se usan en ella (como cajas de luz o luminarias para ver pruebas en general).

Iluminante estándar D65: su temperatura de color media es de 6.504 Kelvin. Aunque es algo más que eso, también se describe a veces de forma simple con expresiones como 'luz de día' o '6.500 K'. Es un iluminante muy utilizado y recomendado en fotografía como iluminación de referencia.

Iluminante estándar E: iluminante equienergético teórico definido por la CIE solo como referencia colorimétrica para la realización de cálculos de color. En este iluminante, todas las longitudes de onda tienen el mismo valor (su representación gráfica es una línea recta horizontal).

6.6. Láser

El láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Amplificador de luz por la emisión estimulada de radiación) es un manantial luminoso que genera luz coherente, monocromática (con una única longitud de onda), prácticamente colimada (con una mínima divergencia) y de fácil y rápida modulación. Estas características hacen del láser uno de los manantiales de luz más utilizados en los equipos de pruebas y filmación.

6.7. Diodos (LED)

Los LED (Light Emitting Diode, diodos emisores de luz) son puntos independientes de luz de una intensidad y espectro luminoso muy reducidos. Generalmente se transmite por fibras ópticas. Sus principales ventajas son el reducido coste y la elevada duración. Los más utilizados son los diodos láser en los que la energía da vueltas en el cristal semiconductor rebotando en dos espejos paralelos (uno de reflexión parcial) colocados en los extremos, provocando la oscilación autogeneradora.

- Reducidas dimensiones - Elevado rendimiento y bajo consumo - Larga duración (aproximadamente 100000 horas)

6.8. Fibras ópticas

Las fibras ópticas consisten en un núcleo de vidrio inorgánico rodeado de otro material cuyo índice de refracción es muy diferente (mucho más bajo), provocando la reflexión total de la luz en el interior. Por ello, tiene la capacidad de transmitir la luz generada en un emisor, por ejemplo los LEDs o los diodos láser, hasta un receptor sin ocasionar difusión y con una mínima atenuación de la intensidad. Las fibras suelen estar recubiertas de un material protector.

- Inferior coste - Elevadas velocidades de transmisión - Transferencia de grandes informaciones - Inmune a los parásitos electromagnéticos