Ing. Electronica

Colorimetria para televisión

Indice

1. Introducción

2. Luz y radiación electromagnética

3. El color y la fisiología ocular

4. Curva de visibilidad relativa

5. Teoría de los 3 colores y mezcla aditiva

6. Colores de un objeto

7. Colores complementarios

8. Parámetros característicos del color

9. Crominancia

10. Tricromía y sistema RGB

11. Representación cúbica - cubo de Maxwell

12. Representación triangular de los colores

13. Representación triangular GR

14. Sistema XYZ

15. Diagrama de colores

16. Blanco de referencia

17. Reproducción del color en la pantalla del televisor

1. Introducción

La colorimetría es la ciencia que trata la medida de los colores. En particular, para televisión, especifica la proporción de 3 colores primarios necesaria para reproducir un color determinado. Para conseguir esto se recurre a un aparato llamado colorimetro, con el cual, mediante medios fotoeléctricos o de apreciación visual se busca reproducir el color bajo estudio. Las fuentes de energía lumínica necesarias son 3 focos correspondientes a sendos colores primarios antes mencionados. Las potencias de estos focos se regulan a la vez que se superponen los 3 haces sobre una pantalla blanca. El objetivo es repetir el color que se toma como referencia.

2. Luz y radiacion electromagnetica

Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio a la velocidad de la luz, unos 300000Km/s. Parte del espectro electromagnético, la gama que va desde los 3.8 1014 Hz hasta los 7.8 1014 Hz, excitan la retina del ojo produciendo sensaciones de color y brillo.

La luz solar (luz blanca) esta formada por todo el conjunto de radiaciones visibles monocromáticas que estimulan el ojo humano generando una sensación de luminosidad exenta de color. Se entiende por radiación monocromática a cada una de las posibles componentes de la luz, correspondientes a cada frecuencia ( o longitud de onda) del espectro electromagnético.

Considérese el siguiente experimento: hacer incidir un rayo de luz blanca que atraviesa un prisma sobre una superficie blanca. Como la luz esta compuesta por diferentes frecuencias, y el ángulo de refracción aumenta con la frecuencia de la onda, el resultado obtenido sobre la pared blanca es la descomposición de la luz blanca en un conjunto de tonalidades. Este experimento fue realizado por Isaac Newton, y cada tonalidad obtenida de esta manera es referida como componente espectral de la luz. De esta manera es común hablar de frecuencia o longitud de onda de un determinado tono (aquí, no es conveniente usar la palabra ¨ color ¨ ).

La relación entre longitud de onda (  ) y frecuencia ( f ) de la radiación monocromática , correspondiente a una componente espectral, viene dada por:

.f = c

Donde c es la velocidad de la luz, 300000 Km/s, aproximadamente.

El siguiente grafico muestra las escalas comparativas de frecuencia y longitud de onda del espectro visible. Notar que a medida que aumenta la frecuencia, la longitud de onda disminuye, y viceversa. Esto es así porque la relación entre ambas es inversamente proporcional (la velocidad de la luz no varia en un mismo medio). Por ejemplo, se puede apreciar que para un tono rojo, el valor de frecuencia es de los más pequeños dentro de la gama visible (aproximadamente 4.1014HZ), pero la longitud de onda de ese mismo rojo, es de las mayores en magnitud (unos 700nm)

En el grafico anterior, se han destacado especialmente las zonas donde se encuentra aquellas tonalidades que consideramos importantes: la zona de rojos hacia la izquierda y la de azules hacia la derecha. En el centro se ubican tonalidades verdes.

A continuación se puede ver un grafico con las distintas tonalidades o componentes espectrales, que va desde las menores frecuencias (rojos) a mayores frecuencias (violetas) Por debajo y encima de esta franja se encuentran las gamas del infrarrojo y del ultravioleta, respectivamente, las cuales no son visibles al ojo.

En el grafico del espectro se puede notar como entre el rojo y el verde se ubican tonos naranjas y amarillos. Lo propio ocurre entre el verde y el azul, donde se ubican tonalidades verdes-azuladas (ciano es el nombre técnico).

La comisión Internacional del color (CIE, siglas del francés), data desde principios del siglo 20 y es el organismo mundial que estudia todo lo concerniente al color y como el ojo es afectado por este.

3. El color y la fisiología ocular

Los estudios sobre el sistema visual humano, establecen que en el ojo existen unas células llamadas conos que reaccionan frente al color. Estas células se presentan en 3 tipos diferentes: un tipo de conos reaccionan frente a longitudes de onda de la gama central del espectro (verdes), un segundo grupo de conos reaccionan ante la gama de tonos rojos, y un tercer tipo de conos, son especialmente excitados por la banda de tonos azules.

Esta es la razón principal para que en televisión se hayan elegidos como colores primarios el rojo ( R ) ,el verde ( G ) y el azul ( B ). Bien se podría haber seleccionado otra terna, pero es muy importante aprovechar esta característica fisiológica del ojo.

4. Curva de visibilidad relativa

No todos los colores tienen la misma luminosidad, a igualdad de potencia en luces de distintos colores, no presentan estas el mismo brillo. Por ejemplo, un color amarillo generado por una fuente lumínica de 100 watts presenta al ojo una sensación de brillo mucho mayor que un color azul generado por otra fuente lumínica de igual potencia. Es decir, a pesar de que ambas fuentes luminosas tienen igual energía, la luz amarilla presenta una sensación de brillo considerablemente mayor que la luz azul.

Partiendo de este hecho, la CIE construyo una curva universal que representa la luminancia relativa respecto de cada radiación visible monocromática.

El máximo de esta curva se encuentra en los 555 nm (color verde amarillo) y los mínimos en los limites de la visión humana, por debajo 400nm y arriba de 700nm, o sea en las regiones que tienden al espectro ultravioleta y al infrarrojo (radiaciones no visibles para el ojo humano).

Existen tres longitudes de onda de gran importancia en esta curva, que son las de 470nm, 535nm y 610nm correspondientes a tonalidades azul verde y roja respectivamente.

Para la construcción de esta curva, se calcula la potencia P para cada , luego se obtiene la inversa 1/P y finalmente se hace un cambio de ordenadas y se asigna al máximo el valor 1.

En caso de iluminación crepuscular, la curva mantiene su forma pero se corre el máximo hacia los 500 nm.

5. Teoria de los 3 colores y mezcla aditiva

Se llama tricromia al procedimiento por el cual se puede atribuir 3 coeficientes a cada mezcla de 3 colores primarios, y de esta manera obtener cualquiera de los restantes colores.

La teoría en cuestión establece que se pueden reproducir los colores espectrales a partir de 3 de ellos, si estos cumplen la condición de ser primarios. Un color (del conjunto de 3) es primario si no puede ser obtenido por mezcla de los otros 2.

Los colores primarios elegidos son rojo, verde y azul. Se deduce que 2 de ellos se encuentran próximos a los extremos del espectro visible y el restante en el centro del mismo.

Existen 2 métodos de mezcla de colores bien diferenciados:

• Mezcla aditiva (cumple el principio de superposición)

• Mezcla sustractiva (también llamada multiplicativa, a veces)

La mezcla aditiva, como el caso de superposición de luminarias sobre una misma pantalla, es el método utilizado en TV color para la reproducción de las imágenes coloreadas.

La mezcla sustractiva se suele utilizar en la técnica de mezcla de pinturas donde un pigmento actúa como filtro de un determinado color y no vale el principio de superposición.

El grafico anterior muestra el principio de mezcla aditiva de colores, que es el fundamento de la técnica de televisión color. Por ejemplo, para generar un color amarillo en una pantalla de televisión, se prenden simultáneamente los fósforos verde y rojo, mientras que el fósforo azul se mantiene apagado.

En casos de representación de colores con otros dispositivos (oleos en pinturas, tintas en impresoras, etc) dependerá de las características de cada caso, si la mezcla de colores se podrá considerar aditiva o sustractiva.

6. Colores de un objeto

El color de una fuente de luz es el correspondiente a la longitud o longitudes de onda que radia

El color de un objeto (no radiante) dependerá de la radiación visible que este absorbe o refleje hacia el ojo humano. También dependerá de la intensidad de luz con que se ilumine, del fondo de imagen y otros tantos factores.

Entonces se puede hacer la siguiente clasificación:

:

• Objeto incoloro: el que transmite todas las radiaciones que recibe.

• Objeto blanco: el que difunde omnidirrecionalmente y sin absorción todas las radiaciones que recibe.

• Objeto negro: el que absorbe todas las radiaciones incidentes.

• Objeto gris: el que difunde o transmite parcialmente y por igual todas las radiaciones incidentes.

• Objeto coloreado: todo objeto que no es blanco

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