TELEVISION: Colorimetra

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11.1 Introduccin a las radiaciones electromagnticas

A lo largo de los siguientes captulos perseguiremos una nica finalidad: alcan-

zar los conocimientos suficientes acerca de las secciones de color de un receptor de te-

levisin. Para ello, es necesario que conozcamos la fsica del color.

La ciencia que se ocupa de las caractersticas de los colores recibe el nombre de

colorimetra.

Los colores que percibimos son radiaciones electromagnticas y stas, pueden

clasificarse segn su frecuencia como se indica en la figura 11.1.

Fig 11.1

De acuerdo con la figura 11.1, las emisiones de radio en onda larga comienzan

en los 30 Khz, seguidas, para frecuencias ms altas, por las ondas medias, corta, VHF,

SHF y EHF. A continuacin encontramos las radiaciones infrarrojas y seguidamente

una estrecha banda correspondiente a las radiaciones visibles, comprendidas entre 3,8 x

1011

Khz y 7,9 x 1011

Khz. Para frecuencias an ms altas, aparecen los rayos ultraviole-

tas, Gamma, Csmicos.

Para el estudio de la televisin en color, la gama de frecuencias visibles presen-

tan un importancia extraordinaria.

11.2 Radiaciones visibles. La luz solar

Se ha dicho anteriormente que ciertas radiaciones electromagnticas son visi-

bles, es decir, excita la retina del ojo al incidir sobre ella. Por otra parte el color percibi-

do depende de la frecuencia particular de la radiacin en cuestin. Pues bien, la luz solar

(luz blanca) est formada por el conjunto de todas las radiaciones del espectro visible,

estimulando a la retina y dando lugar a una sensacin de luminosidad exenta de color.

Si esta luz blanca la proyectamos sobre un prisma de cristal, de manera que la

radiacin de salida quede enfocada sobre una pantalla. Segn la Fig 11.2, aparecen en la

pantalla antes citada una serie de franjas coloreadas que comprenden todo el espectro

visible (efecto arco iris), desde el rojo hasta el violeta.

Podemos preguntar cul es el significado de la experiencia. La respuesta es muy

sencilla: se produce un fenmeno de refraccin (a frecuencias diferentes, diferente

ngulo de desviacin). Esto significa que existen diversos rayos de entrada de frecuen-

cias diferentes. Cada uno de ellos es desviado por el prisma de forma proporcional a su

frecuencia. As, para frecuencias crecientes, desde longitudes de onda de 610 m (fre-cuencia ms baja) se encuentran las tonalidades siguientes: rojo, naranja, amarillo, etc.

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Fig 11.2

En dicha figura nos encontramos con las longitudes de onda caractersticas que

corresponden al espectro de la luz solar. Es obligado comentar que la luz blanca no

tiene longitud de onda conocida, ya que est formada por todas las longitudes de onda

de los colores espectrales.

El experimento que confirma lo dicho es, que si hacemos el proceso inverso,

hacer pasar todos los colores del arco iris a travs del prisma, el resultado es la luz blan-

ca.

Otra consecuencia importante es que cuando el ojo recibe simultneamente va-

rias radiaciones de diferente longitud de onda, experimenta la sensacin de luz blanca.

No diferencia la sensacin que le produce cada radiacin individualmente, sino que se

estimula con la combinacin de todas ellas.

LA CONSECUENCIA ES QUE LOS COLORES PUEDEN MEZCLARSE.

11.3 Mezcla de colores

Dos son los procedimientos para la mezcla de colores:

Mezcla sustractiva: empleada en la mezcla de pigmentos o pinturas.

Mezcla aditiva: empleada en la mezcla de luces y es la que aplicaremos en la televisin de color.

Tricoma: mezcla adictiva

La percepcin de los colores en los sistemas de televisin se basa en la excita-

cin de los diferentes grupos de conos de la retina por medio de radiaciones luminosas

correspondientes a los tres primarios Rojo, Verde y Azul. Estas excitaciones simultne-

as y en las proporciones adecuadas dan lugar a la impresin resultante de color percibi-

do.

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Estudiaremos a continuacin cul es el resultado de la mezcla de luces de colo-

res diversos al impresionar a la retina al unsono. Es lo que se conoce con el nombre de

mezcla aditiva.

Supongamos que tenemos tres

proyectores con los colores Rojo,

Verde y Azul y los proyectamos sobre

una pantalla. El resultado ser el re-

presentado en la figura 11.3.

Segn la figura, al mezclarse

los tres colores primarios en la misma

cantidad se obtiene el color blanco

(centro de la figura). la mezcla de rojo

y verde da lugar al amarillo. La mez-

cla del rojo y el azul produce el prpu-

ra o magenta, mientras que el azul y el

verde dan lugar al verde azulado o

ciano.

La dosificacin de las cantida-

des de los tres primarios permite obte-

ner otros resultados, donde Fig 11.3

la zona central de superposicin dejar de ser blanca para dar lugar a una gran variedad

de matices.

11.4 Colores complementarios

Se conoce con el nombre de colores

complementarios a aqullos que, actuando por

parejas y de forma simultnea, producen una

resultante de mezcla aditiva de color blanco.

Hay muchas parejas de este tipo, como son:

Rojo y Ciano

Amarillo y Azul

Verde y Prpura

El crculo cromtico representa en la figura

11.4, a los tres primarios, sus mezclas dos a

dos y la tres parejas complementarias comen-

tadas anteriormente.

Fig 11.4 Comentaremos que todos los colores del

crculo tienen su longitud de onda menos el color prpura, ya que es un color artificial

y no se da en la naturaleza (en el arco iris).

11.5 Medidas del color

Todo color viene definido por tres parmetros susceptibles de ser medidos y que

los definen con precisin, a saber:

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1. Luminancia (Y): Corresponde a la medicin luminosa de la intensidad de la radia-cin. Potencia lumnica o brillo. Lo que llamamos vulgarmente variaciones de lumi-

nosidad o seal de vdeo.

2. Matiz: longitud de onda predominante. Una sola longitud de onda (), propiamente lo que llamamos color (amarillento, rojizo, etc)

3. Saturacin: Pureza de color (no mezclado o mezclado con el color blanco). Una luz rojiza se dice que es un color puro o saturado al 100%, si no est mezclado con el

color blanco. Si el rojo est mezclado con el color blanco nos da un rojo desaturado,

o sea, un color rosa.

11.6 Representacin cnica del color

Los tres parmetros que definen a un color determinado (luminancia, matiz y

saturacin) pueden representarse en el espacio mediante un cono cuyas secciones trans-

versales definen, para una luminan-

cia determinada, el crculo de colo-

res mencionado anteriormente.

Vemoslo en la figura 11.5.

Como indica la figura, el

vrtice del cono representa un valor

nulo de la luminancia, creciendo sta

segn nos desplazamos hacia arriba

hasta alcanzar la base del cono. En

cuanto a la longitud de onda predo-

minante o matiz, la circunferencia de

cualquier seccin se grada desde el

rojo hasta el azul, cerrando cada

crculo as obtenido por la lnea de

prpuras, que no son colores espec-

trales.

El factor de pureza que indica

mediante un punto situado sobre

cada radio de las secciones, de ma-

nera que el origen de cada uno de

ellos represente una pureza nula

(blanco de una cierta luminancia),

mientras que su interseccin con el

permetro del crculo de la seccin es

la pureza o saturacin en grado su-

mo.

Fig 11.5

11.7 Mezcla aditiva y desaturacin

En la figura 11.6 hemos representado el principio de la mezcla aditiva y de la

desaturacin con un ejemplo prctico.

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Pg. N 134

Fig 11.6

Vemos en la figura de la izquierda como con una linterna amarilla de 500W ilu-

minamos una pantalla. El color vendr determinado por la longitud de onda de la radia-

cin de la linterna. En la derecha de la figura conseguimos el mismo efecto radiando

simultneamente con dos linternas, una roja y otra verde. Para que la luminosidad sea la

misma que en el caso de la izquierda lo aremos con dos linternas de 250W. En cualquie-

ra de los dos casos tenemos una luz amarillenta.

Variando la intensidad de la luz roja y verde, el color de la pantalla variar desde

el rojo (apagando la lmpara verde) hasta el verde (apagando la lmpara roja), pasando

por el naranja y el amarillo.

Si queremos desaturar este amarillo, por ejemplo en la figura izquierda, sola-

mente tendremos que aadir una linterna blanca, en este caso de 100W. El resultado

ser un amarillo plido con una luminosidad de 600W. Si queremos que la luminosidad

sea la misma que con el amarillo solamente, simplemente bajamos la potencia de la

lmpara amarilla a 400W. En la figura de la derecha podemos realizar exactamente lo

mismo si ponemos la linterna roja y la verde con 200W. Esto es desaturar un color.

11.8 El colormetro

Para poder empezar a analizar los colores y realizar una representacin grfica

de todos ellos era preciso poder experimentarlo de forma prctica y es aqu donde inter-

viene el colormetro.

Lo primero que se realiz fue determinar un blanco patrn o blanco de energa

continua. Este blanco tiene la propiedad de emitir radiaciones independiente de la lon-

gitud de onda y la distribucin de energa es constante en todas la longitudes de onda

que componen este blanco.

Una vez determinado el blanco se escogieron tres primarios patrones: Rojo,

Verde y Azul que tiene la propiedad de no poder reproducirse cada uno de estos prima-

rios, con la mezcla de otros colores. Las longitudes de onda correspondiente a estos

primarios son: (Rojo =700m), (Verde =546m) y (Azul =436m).

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Fig 11.7 En la figura 11.7 representamos el colormetro y el ajuste inicial con respecto a

un blanco patrn, para posteriormente, poden analizar todos los colores.

El colormetro consta de una cmara oscura con dos espejos en V donde se proyectan los tres colores primarios y el color a analizar y el observador a travs de una

apertura visualiza simultneamente los dos espejos En este caso, lo que realmente esta-

mos haciendo es ajustar el colormetro.

Para el ajuste se proyecta el blanco patrn en uno de los espejos y en el otro las

tres linternas con los primarios. Las linternas de los primarios disponen de un diafragma

(M) ajustable que se pone en 1. Efectivamente, los tres colores primarios deberan dar el blanco, pero en la prctica no es as (en su momento comentaremos este tema). Para

que podamos ajustar los tres primarios con respecto al blanco patrn, el colormetro

dispone de tres diafragmas internos (E) que ajustan la intensidad relativa y posterior-

mente no se volver a tocar este ajuste.

11.9 Anlisis de un color

Para el anlisis de un color cualquiera con el colormetro nos basaremos en la

figura 11.8.

Efectivamente, proyectamos el color a analizar Cx en uno de los espejos del co-

lormetro y con los diafragmas M vamos gradundolos tres primarios hasta obtener el mismo color en el otro espejo.

Una vez de realizado el ajuste comprobamos en que posicin han quedado los

respectivos diafragmas de los colores primarios, para este caso:

Cx = 1R + 3,5 V + 0,5 A

Comprobamos que el color analizado se compone de una parte de Rojo 3,5

partes de Verde y 0,5 partes de Azul

Ahora debemos de realizar una representacin grfica de este anlisis.

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Fig 11.8

11.10 Sistema RVA. Triedro de Maxwell

El amigo Maxwell dise un trie-

dro o cubo para poder representar de forma

tridimensional todos los colores analizados

con el colormetro.

En la figura 11.9 representamos

este triedro con el color que acabamos de

analizar con el colormetro.

Se han colocado tres ejes con los

colores primarios. Cada uno de los ejes

est fragmentado en unidades como el dia-

fragma M del colormetro. Solamente tenemos que ir tomando estas unidades y

superponerlas sobre los tres ejes (ver figu-

ra) y trazar una lnea desde el punto de

interseccin de los tres ejes. Esta lnea Cx

es el color analizado. Su ngulo con res-

pecto a las caras del triedro me est indi-

cando el color y su longitud la luminosidad

(he aqu el problema). Fig 11.9

Como el ngulo del vector ya me indica el color, la luminosidad lo nico que

hace es complicarnos la imagen tridimensional, porque un mismo color lo obtendramos

con diferentes cantidades RVA. Para solucionar el problema se plante la necesidad de

mostrar solamente el color independientemente de la luminosidad o brillo.

Para poder realizar solamente una representacin de los colores, se cre el pri-

mer sistema bidimensional denominado Grfico de Cromaticidad.

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Pg. N 137

10

523 AVR

AVR

A

AVR

V

AVR

R

AVR

AVR

AVR

Rr

AVR

Vv

AVR

Aa

3,0523

3

r 2,0

523

2

v 5,0

523

5

a

11.11 Grfico de cromaticidad

Sabemos que cada parte de color tiene su longitud de onda y su iluminacin o

flujo luminoso por unidad de superficie, denominado lux. Luego cada color va con su iluminacin.

Para poder ver como le quitamos la iluminacin a los colores nos basaremos en

el siguiente ejemplo.

Analizamos un color Cx que se compone de...

3 partes de rojo

2 partes de verde

5 partes de azul y los sumamos dndonos....

10 partes de lux

quedando el color analizado: 10Cx = 3R + 2V + 5A

Ahora bien, quitmosle la luminosidad o brillo.

Cx = = 0,3r + 0,2v + 0,5a= 1

Acabamos de normalizar o quitar la luminosidad a los componentes tricromticos

RVA. Estos nuevos valores reducidos slo a su color prescindiendo de la iluminacin se

denominarn coeficientes tricromticos.

Otra forma de demostrar lo que acabamos de hacer es:

R+V+A=1=

O lo que es lo mismo

Estos son los valores de color reducidos: r + v + a = 1

Para el ejemplo que hemos puesto quedara:

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Pg. N 138

33,03

1

111

1

AVR

Rr

33,03

1

111

1

AVR

Rv

33,03

1

111

1

AVR

Ra

La representacin grfica la indicamos en la figura 11.10. Efectivamente los ejes

RVA los hemos reducido a la unidad y obtenemos el tringulo de color sin luminosidad

donde podemos representar toda la gama de colores de forma bidimensional.

Fig 11.10

En la figura de la izquierda representamos el triedro y los ejes RVA reducidos a

uno. El plano rayado es el lugar geomtrico de los puntos en los que se cumple la ex-presin:

r + v + a = 1

.

El tringulo formado es la representacin grfica de todo el espectro de colores,

dnde en los vrtices estn representados los tres colores primarios. Si trazamos las me-

diatrices, el valor uno, corresponder al color primario saturado al 100% y el cero a un valor nulo cuando este primario no interviene en la composicin de un color.

El blanco estar:

A un tercio del rojo, a un tercio del verde y a un tercio del azul estar el color blanco. A

medida que nos alejamos del blanco, ste, se ir coloreando hasta alcanzar un color sa-

turado

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11.12 Tringulo de colores VR

El representar los colores teniendo que usar tres valores resulta un poco comple-

jo. Para solucionar este problema y poder reducirlo a solamente dos valores, nos basa-

remos en la siguiente expresin:

sabemos que: r+v+a=1; luego...: a=1-(r+v)

evidentemente, sabiendo dos de los colores podemos calcular el tercero. Esto, traducido

al grfico de cromaticidad significa que en el tringulo anterior, simplemente lo dobla-

mos o proyectamos sobre el eje v y se obtiene una nueva representacin triangular como indica la figura 11.11

Con este tipo de grfico sucede el

siguiente problema: Si se intenta repro-

ducir con el colormetro todos los colores

espectrales de la luz solar, se encuentra

que existe cierta gama de estos colores

que no pueden ser reproducidos (gama

verde/azul), Fig 11.12. En estos casos

para poder analizar el color de muestra es

necesario aadir cierta cantidad de rojo,

verde o azul al color analizado, lo cual

puede interpretarse como que dicho color

contiene magnitudes negativas, por

ejemplo:

Cx+4R=4V+4A; Cx=-4R+4V+4A

Para solucionar el problema de las

magnitudes negativa, lo que complica el Fig 11.11

clculo, se realiz la siguiente transformacin (Fig 11.13).

Fig 11.12 Fig 11.13

Efectivamente, se trazaron las tangentes al tringulo RV y a continuacin se

transforma en el tringulo XYZ que no tendr coeficientes negativos. Este nuevo trin-

gulo recibe el nombre de spectrus locus.

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11.13 El sistema XYZ

El spectrus locus o sistema XYZ es una

legua de color (Fig 11.14), en la que se han

definido tres nuevos primarios que llamare-

mos XYZ (parte negra de la figura). Estos

nuevos primarios no son visibles ni conteni-

dos en el grfico por no ser realizables y

para reducirlos a luminancia constante,

haremos lo mismo que en el tringulo RVA:

Fig 11.14

Aqu tambin se cumple que: x + y + z = 1

11.14 Uso del diagrama de cromaticidad

La lnea curva del diagrama

(Fig 11.15), representa a todos los

colores espectrales. En este sentido,

la recta inferior de cierre entre rojo y

azul, llamada lnea de prpuras, no

forma parte de aquellos. Los prpu-

ras no son colores espectrales y por

lo tanto no tienen asignada ninguna

longitud de onda.

El blanco seguir estando a

0,33 de X y 0,33 de Y.

Cualquier punto situado en el

interior de la lengua represente a un

color mezcla de radiaciones, con una

longitud de onda predominante y

una saturacin determinada.

Fig 11.15 Para poder determinar, o mejor

dicho, poder representar todos estos colores como tensiones o fases, vamos a realizar un

conjunto de comentarios que son de una importancia fundamental.

ZYX

Xx

ZYX

Yy

ZYX

Zz

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Pg. N 141

En primer lugar, se tuvo que determinar que longitudes de onda que se iba a usar

para determinar los tres colores primarios de los luminforos de los receptores de TV.

En la figura 11.16 representamos la legua de color y los tres primarios que se

tomaron para la televisin.

Para el rojo se determin un luminforo que emitiese una longitud de onda de

610 m, para el verde 535 m y para el azul 470 m. Con estos tres primarios RVA se cubra la una gama de colores lo suficientemente amplia como para mostrar una imagen

de color de cierta calidad.

Fig 11.16

Si observamos con atencin la lengua de color de la figura, podremos observar

lo siguiente:

Se proyect una lnea desde el color azul pasando por el blanco y una perpendicular a sta que divida a la lengua de color en cuatro cuadrantes.

Tomando el azul como referencia se le asign 0 y a los dems cuadrantes de forma consecutiva 90, 180, 270 y 360.

Girando los cuadrantes unos 100, vemos en la misma figura el circulo de colores con sus respectivos cuadrantes.

En la lengua de color, hemos representado el verde primario (vale como ejemplo), indicndolo con un vector, del cual podemos deducir lo siguiente:

Matiz.- El ngulo formado desde el eje de referencia (azul o 0) con el vector que mues-

tra el primario verde, nos est indicando la longitud de onda, matiz o color de este punto

de la lengua de color.

Saturacin.- La longitud del vector nos indica la pureza del olor o saturacin. Cuanto

ms cerca del blanco el color es ms desaturado y cuanto ms alejado ms saturado.

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Otro aspecto importantsmo de la figura es como hemos denominado a los ejes:

si miramos tanto la lengua de color como el crculo de la figura, podemos comprobar

que en el primer cuadrante o eje de 0, estn los azules, pero sin luminancia, deno-

minndose el eje (A-Y), azul sin luminancia. A la izquierda del blanco el eje es negativo

y lo denominamos (A-Y). Lo mismo pasa con el eje perpendicular, ya que la parte po-sitiva est en la zona de los rojos, la denominaremos (R-Y) y la seccin por debajo del

blanco -(R-Y). Este crculo de colores tendr en su momento una importancia capital.

Llegamos a la conclusin que:

COLOR = MATIZ + SATURACIN

En la prctica y visto desde el punto de vista electrnico, el matiz o ngulo

ser la fase de una determinada seal y la longitud del vector o saturacin, ser

una tensin.