Sistemas Tema 1

Víctor García Guerrero

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TEMA 1: LA LUZ Y EL COLOR LA LUZ La luz está formada por fotones pero se comporta como una onda electromagnética. Estas se consideran ondas transversales. Se representa como una línea ondulada formada por una sucesión de crestas y valles. Las ondas electromagnéticas están formadas por un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí. No necesitan un medio para su propagación y al pasar de un medio a otro la frecuencia de la onda permanece constante. La trayectoria de la onda es rectilínea y su velocidad es constante en el medio específico. Al conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas se le llama ESPECTRO ELECTROMAGNETICO.

El espectro luminoso está comprendido entre 300 y 1500 nm pero la luz visible está entre 380 y 780 nm. Por encima de 780 esta la inflaroja y por debajo de 380 la ultravioleta. Por lo tanto entre esas longitudes de onda se encuentran los colores.

Las magnitudes físicas que permiten diferenciar una onda son: Longitud de onda, la distancia que recorre una onda en un ciclo. (m) Periodo, es el tiempo que tarda la vibración en recorrer la longitud de onda. (T) Elongación, la distancia entre la posición de la partícula y la de equilibrio. (y) Amplitud, la elongación máxima. (A) Frecuencia, es el numero de oscilaciones completas en un segundo. (Hz) Velocidad, es la relación entre el espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo. (m/seg)

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DESCOMPOSICION DE LA LUZ BLANCA La luz blanca solar se compone de radiaciones de diversa longitud de onda (experimento del prisma). La luz blanca se subdivide en siete colores. LA LUZ Y SU COMPORTAMIENTO ANTE UNA SUPERFICIE La luz puede ser absorbida, reflejada, transmitida, refractada y dispersada. Cuando la luz no es reflejada por el objeto esta es absorbida y se convierte en calor. La formula RAT dice que la energía total de luz incidente es equivalente a la suma de la energía de la luz reflejada, absorbida y transmitida. La transmisión es el paso de la luz a través de una sustancia no opaca. Esta puede ser difusa cuando los rayos se dispersan en todas las direcciones o directa cuando los rayos siguen su camino. La transmisión puede ser selectiva, transmitiendo solo algunas longitudes de onda y absorbiendo el resto. Los cuerpos transparentes transmiten la luz según una estructura regular. Pueden ser: Cromáticos, solo transmiten algunas longitudes de onda. Incoloros, transmiten todas las longitudes de onda por igual. Los cuerpos translucidos transmiten los rayos de luz desordenados y dirigiéndolos en todas direcciones. Pueden ser cromáticos o incoloros. Los cuerpos opacos no transmiten ninguna cantidad de luz, solo reflejan o absorben. Pueden ser: Blancos, reflejan todas las radiaciones del espectro visible recibidas. Negros, absorben todas las radiaciones. Grises, reflejan o absorben parcialmente todas las radiaciones. Coloreados, reflejan las longitudes de onda de su propio color y absorben las demás. REFLEXIÓN DE LA LUZ Ocurre cuando un cuerpo, que no emite luz propia, refleja todos o parte de los rayos luminosos que le llegan. Puede haber tres tipos: Especular, se produce cuando la luz llega a una superficie pulimentada. La luz cambia de dirección siguiendo las leyes de Snell. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales. Semiespecular, cuando llega a una superficie lisa pero no pulimentada. Da lugar a una reflexión intermedia en la que sus rayos salen más o menos en la misma dirección. Difusa, en superficies rugosas, la luz que le llega será reflejada en direcciones diferentes. LA REFRACCION DE LA LUZ Es el cambio brusco de dirección que experimenta un rayo al pasar de un medio a otro. Esta se produce como consecuencia de la distinta velocidad de propagación de la luz en cada uno de los medios.

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Según las leyes de Snell el rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano. Seni/senr = n = v1/v2 La relación existente entre el seno del ángulo de incidencia y el de refracción es constante y numéricamente igual al cociente entre las respectivas velocidades de propagación de la luz en los medios considerados. N1.seni = n2.senr

n=c/v

La mayor o menor desviación que sufre un rayo de luz va a depender de: La diferencia de densidad entre los medios Del ángulo de incidencia De la longitud de onda. DISPERSION DE LA LUZ Cuando la luz blanca pasa de un medio a otro sufre diferente desviación para cada longitud de onda de que se compone ya que las ondas cortas pierden más velocidad que las largas. Por ello la luz blanca se descompone en colores cuando la pasamos por un prisma.

EL COLOR Es muy difícil que un cuerpo refleje una sola radiación monocromática. Generalmente refleja una banda larga del espectro en la cual resulta dominante una concreta longitud de onda, la correspondiente al color percibido. Los pigmentos absorben más claramente las radiaciones de algunas zonas espectrales. El color reflejado por el pigmento es más puro. Cada color primario a un alto nivel de pureza refleja 2/3 del espectro y absorbe 1/3 de la luz que incide sobre él. -

Amarillo absorbe las cortas -------- complementario -----> azul Magenta absorbe las medias -------- complementario -----> verde Cian absorbe las largas -------- complementario -----> rojo

COLORES COMPLEMENTARIOS El complementario de un primario (P) es la mezcla de los otros dos primarios. El complementario de un color secundario (S) será el primario que no interviene en la mezcla para su composición. El complementario de un color intermedio (I) será otro color situado en el extremo opuesto del círculo cromático. SINTESIS SUSTRACTIVA (PIGMENTOS Y FILTROS) Si mezclamos dos colores complementarios o los tres primarios se obtiene un gris oscuro y el negro, pues se produce absorción casi total en cada zona espectral. Esto se llama síntesis sustractiva y se aplica a pigmentos y filtros, pero no a la suma de luces.

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SINTESIS ADITIVA (LUCES) Si en una habitación oscura proyectamos sobre una pantalla blanca tres haces luminosos rojo, verde y azul obtendremos un área blanca en la zona en la que se solapen las tres y otros colores en la zona que se solapen dos a dos (complementarios). EL SISTEMA RGB La síntesis aditiva se identifica con las siglas RGB. Las cámaras de video captan las imágenes separándolas en los colores que las componen (RGB). Una vez obtenidas estas tres señales el objetivo es excitar los respectivos fósforos presentes en la pantalla del tubo del televisor. DESCRIPCION DE LOS COLORES Para describir un color se ha de tener en cuenta los valores de tres variables: Tono (matiz) es la cualidad esencial que distingue a un color de otro y corresponde a la longitud de onda dominante. Saturación (pureza o croma) determina la viveza que aparentemente tiene un color. Cada matiz puede variar a lo largo de una escala continua de saturación, de forma que un rayo de luz con una longitud de onda dominante puede llegar mezclado con un rayo de luz blanca y entonces diremos que ese color esta desaturado. Brillo corresponde a la relación existente entre la intensidad del estimulo luminoso y la sensación percibida. El brillo aumenta con la cantidad de energía luminosa que alcanza el ojo. LAS LEYES DE GRASSMAN Fue un físico alemán que formulo el principio de radiación equivalente. Se dice que dos radiaciones son cromáticamente equivalentes si producen igual sensación de tono, de saturación y de brillo aunque su composición espectral sea diferente. A partir de esto formulo cuatro leyes. Las leyes de la tricromía: 1. Por síntesis aditiva es posible conseguir todos los colores mezclando tres franjas de espectro visible en la proporción adecuada, siempre que ninguno de los tres se pueda obtener por mezcla de otros dos. 2. Cualquier radiación cromática que se mezcle aditivamente con otra puede ser sustituida por otra radiación cromáticamente equivalente. 3. Siempre que dos superficies nos produzcan la misma sensación cromática podemos variar su brillo manteniendo constante el matiz y la saturación sin que varié la igualdad cromática entre las dos superficies. 4. Si se suman dos colores la suma de ambos es equivalente a la suma de las cantidades de los estímulos de referencia necesarios para igualar los colores.

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COMO VEMOS EL COLOR Hay tres membranas principales en el ojo: Esclerótica, es la más externa, es una membrana protectora y su parte central es la cornea, que es transparente para permitir el paso de la luz hacia el interior del ojo. Coroides, es una membrana muy vascularizada y sirve para nutrir la retina. Retina, cubre la parte interior del ojo y es un elemento fotosensible. Hasta ella llega la luz que ha atravesado lar cornea, la abertura de la pupila y el cristalino. Desde un punto de vista estructural funcional el ojo está compuesto por dos partes: La parte fotosensible (retina) que transforma la luz incidente en energía electro química que es transmitida al nervio óptico y este a su vez la transmite al cerebro. La parte de mecanismos auxiliares de carácter motor, con el cristalino, que se encarga de enfocar, y el iris, que deja pasar más o menos luz (diafragma). La parte más importante es la retina. Esta alberga en su interior dos tipos de células fotosensibles: Los bastones, que poseen una sustancia química que les hace reaccionar ante la luz, pero son ciegos al color y cobran su mayor importancia cuando desciende el nivel de iluminación. Los conos, son sensibles al color. Están alojados en la fóvea. Es la zona de mayor agudeza visual. Los bastones se encuentran en la periferia de la fóvea y se extienden por la retina. Los conceptos anteriores están demostrados. Pero los científicos no están seguros de cómo vemos el color, por ello se han formulado varias teorías: La Tricromatica (Young), que defiende que la percepción del color se produce como en la síntesis aditiva. La de los Antagonistas (Hering), dice que la retina funciona con tres clases de sustancias fotosensibles a la luz según pares opuestos (azul-amarillo, rojo-verde y blanco-negro). Bajo la luz estas sustancias sufren unos procesos de asimilación y de diferenciación antagónicos entro los dos colores de cada canal. Síntesis de las dos anteriores, porque se cree que las dos son válidas en parte. La tricromatica es válida para explicar el proceso de estimulación de los conos y de los bastones. Mientras que la de los antagonistas sería válida para explicar el tratamiento de esa información y su transmisión al cerebro.

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OTROS FENOMENOS PERCEPTIVOS Adaptación cromática: teóricamente la luz blanca es una mezcla de todos los colores del espectro, pero hay muchas diferencias en lo que llamamos luz blanca (luz del medio día, luz del atardecer, fluorescente). Habitualmente solo vemos la diferencia entre estas luces si las vemos juntas. La razón de eso es la adaptación cromática, un fenómeno por el que el cerebro compensa las variaciones de color. Contraste sucesivo, se da cuando miramos un color fuerte durante unos minutos produciéndose una sobre estimulación de los conos. Cuando desaparece el estimulo los conos recuerdan la imagen del color complementario. Contraste simultaneo, se da entre un objeto coloreado y su fondo. Si este es neutro el objeto parecerá inducir un matiz complementario sobre ese fondo. Los colores parecen más claros si los vemos sobre un fondo oscuro y viceversa. Adaptación al brillo, el cerebro compensa variaciones de brillo. Así en una sala iluminada no diferenciamos el brillo de algo cercano a la venta y de algo lejano a ella. SISTEMAS DE ESPECIFICACION DEL COLOR El color es una realidad muy compleja que tiene componentes físicos pero también psíquicos y subjetivos. Todavía hay muchas incógnitas sobre la percepción del color pero a pesar de ello ha habido intentos de construir sistemas de especificación del color, es decir, sistemas que ayuden a identificar y a clasificar colores (RGB, CMYK). Estos sistemas de especificación se llaman también modelos de color y cada uno de ellos es un método para describir y clasificar. Y para ello utilizan valores numéricos. Otro concepto diferente es espacio de color. Es una variante de un modelo de color que tiene una gama o un rango especifico de colores. Ej. Adobe RGB, sRGB… que aunque definen el color a partir del modelo RGB tienen gamas de color diferentes. Además cada dispositivo (cámara, impresora, monitor…) funciona con su propio espacio de color (tiene una gama limitada que puede reproducir). Se han creado unos sistemas capaces de traducir la gama de color de un espacio dependiente de dispositivo a otro espacio de color mediante una referencia (que es un espacio independiente de dispositivo). Es decir, es capaz de ser entendido por cualquier dispositivo. Este sistema se llama modulo de administración del color (color matching module “CMM”). EL ATLAS MUNSELL Constituye una muestra de colores ordenados según su matiz (HUE), saturación (CHROMA) y brillo (VALUE). Parte de cinco tonos fundamentales (rojo, amarillo, verde, azul y purpura) y de cinco intermedios (amarrillo-rojo, verde-amarillo, azul-verde, purpura-azul y rojoazul) cada uno de estos matices ocupa un lugar intermedio en una escala de 10. Para cada matiz hay diez sectores de brillo. Además se representa la saturación desde el valor cero que sería el negro hasta máxima saturación que sería el diez (color puro). La especificación del color se hace indicando 1º el matiz 2º el brillo 3º la saturación. Ej. 5Y 8/10

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EL DIAGRAMA CIE El diagrama de cromaticidad CIE 1931 se usa para mostrar la gama de un dispositivo o de un espacio de color. Los colores del triangulo RGB pueden ser reproducidos, los que están fuera no (están fuera de gama). Las gamas de los dispositivos suelen ser bastante limitadas. Las películas de cine tienen una gama bastante amplia y la televisión en color es un medio que reproduce bien muchos de los colores cotidianos. En el diagrama CIE se puede ver una línea curva que se denomina curva del espectro. Representa los colores espectrales puros. La línea recta que une los dos extremos de la curva lugar del espectro se llama línea de los purpura. Representa colores purpura no espectrales, que se obtienen a partir de una mezcla aditiva de rojo y azul. Y para los que no existe una radiación monocromática espectral. Cualquier color dentro de la figura representa un color mezcla de radiaciones con una longitud de onda dominante y una saturación dada. Por ello el sistema sirve para establecer una correspondencia entre las coordenadas (x,y) y la longitud de onda y saturación de un color. La longitud de onda dominante de un color seria la que correspondiera a ese color si estuviera saturado al 100%. Se puede calcular trazando una línea recta que pase por el punto donde está el color y hasta el blanco C. Esa línea corta a la curva de lugar del espectro en un determinado punto cuya longitud de onda conocemos. Es la longitud de onda del color a describir y también la de todos los puntos del segmento contenido entre el blanco C y la intersección de la curva lugar del espectro. Si dos puntos están unidos por una recta que pasa por el punto blanco C, esos colores son complementarios y existe una proporcionalidad aditiva de ambos que produce el blanco. Añadir su complementario a un color significa desaturarle. Un color puede darse por el valor de sus coordenadas internacionales (x,y) o por la pareja longitud de onda dominante y saturación. En TV se usa más la segunda, se puede evaluar el tono de la señal por su ángulo de fase y la saturación por su amplitud, lo que se lee visualmente en el vectorscopio.

Gamas RGB de dos monitores diferentes

Triangulo CIE