Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color · TRANSICIONES EN LA RED CRISTALINA 11. Centros de...

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Tema 1: Introducción a la Ciencia del Color

Introducción a laCiencia del Color

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• Introducción

• Elementos condicionantes de la Colorimetría

• Color psicofísico y color psicológico

• Las causas del color

Sumario

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• Objetivo:– Analizar y comprender la definición del color como “una sensación

visual consciente, es la interpretación que nuestro cerebro hace de la luz que llega a retina”

• ¿Qué es la Visión? ¿Qué significa “ver”?– Interpretación del entorno que nos rodea a partir de la extracción de

información contenida en las imágenes retinianas usando modelos internos de codificación y representación

– Modelos visuales de información:• Color, forma, detalle, movimiento, localización, orientación

Introducción

Visión Binocular (OF-2)Percepción visual (OF-3)Ciencia del ColorErgonomía Visual

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Iluminante

Objeto

Sistema visual

Color percibido

Estímulo cromático

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Elementos Condicionantes del Color

• Fuente luminosa + Objeto + Observador:

= color reflejado

= color transmitido

= color autoluminoso

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• La radiación electromagnética a la que somos sensibles:

10-6 10-110-3 10310 106 1012109

R. Cosm R. Gam R - X UV IR MO Radio RF

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• Estímulo-color = (fuente luminosa) ⊗ (objeto)– Distribución espectral de potencia radiante de una lámpara: S(λ)

• Espectro continuo:

– Planckiano: tipo P → color de las estrellas

– Luz día: tipo D

• Espectro discreto: tipo F

– Factor de reflexión de un objeto opaco: ρ(λ)

– Factor de transmisión de un objeto transparente: τ(λ)

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Elementos Condicionantes del Color: lámparas

Iluminantes planckianos(radiadores absolutos)

Longitud de onda λ (nm)400 500 600 700

Pote

ncia

rela

tiva

S

0

1

2

3

4

P100

P50

P25

Iluminantes CIE


Pote

ncia

rela

tiva

S

0

1

2

3

C B

A

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Iluminantes luz-diurna


Pote

ncia

rela

tiva

S

0.0

0.5

1.0

1.5D75

D65 D50

Iluminantes tipo-F


Pote

ncia

rela

tiva

S

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

F11

F7

F2


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Lámpara de Na(alta presión)

Longitud de onda λ (nm)

400 500 600 700

Pote

ncia

rela

tiva

S

0

1

2

3

4

5

6

7

Lámpara HMI(halogenuros metálicos

con vapor de Hg)


400 500 600 700

Pote

ncia

rela

tiva

S

0

1

2

3

Lámpara de Xe


400 500 600 700

Pote

ncia

rela

tiva

S

0.0

0.5

1.0

1.5


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Iluminantes CIE

Iluminantes tipo luz de día

Iluminantes tipo F


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Objeto opaco


Fact

or d

e re

flexi

ón ρ

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0Objeto transparente


Fact

or d

e tr

ansm

isió

n τ

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Primarios RGB y Wen monitor CRT


Rad

ianc

ia L

e (m

W/s

r·m2 )

0

2

4

6

Elementos Condicionantes del Color: objetos

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Elementos Condicionantes del Color: el sistema visual

• El Sistema Visual Humano: trivariancia visual

440565

540

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• El Sistema Visual Humano: trivariancia visual

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Rad

ianc

ia L

e (m

W/s

r·m2 )

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Color Psicofísico y Color Percibido

• Color Psicofísico: especificación del estímulo de color, depende directamente de la distribución espectral de potencia radiante que entra en los ojos y se expresa en función de valores definidos experimentalmente:

– Valores Triestímulo– Metamerismo

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M

λ (nm)

Res

pues

ta

0

1

Estímulo-Color

λ (nm)

S * ρ

0

1

Sensor M

λ (nm)

Sens

ibili

dad

0

1

S

λ (nm)

Res

pues

ta

0

1

L

λ (nm)

Res

pues

ta

0

1

Sensor L

λ (nm)

Sens

ibili

dad

0

1

Sensor S

λ (nm)

Sens

ibili

dad

0

1

Iluminante

λ (nm)

Pote

ncia

rela

tiva

S

0

1

Objeto

λ (nm)

Fact

or d

e re

flexi

ón ρ

0

1

ValoresTriestímulo

(área)

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• Color Percibido: atributo de la percepción visual que estárelacionado con el color psicofísico

• Atributos perceptuales del color:

Tono (H)

Luminosidad (B)

Colorido (M)

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ColorPsicofísico

ColorPercibido

Condiciones deVisualización

Modelo de Apariencia

Med

io

Bla

nco

Lum

inan

cia

Fond

o

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Las causas del color

• ¿Qué procesos físicos, químicos y ópticos permiten diferentes formas de interacción entre la luz y la materia?– Estamos dejando al margen la percepción humana del color

• Bloques conceptuales de causas del color:– Vibraciones y excitaciones atómicas simples– Transiciones en la red cristalina (estado sólido)– Transiciones entre orbitales moleculares– Transiciones entre bandas de energía– Óptica Geométrica / Física

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VIBRACIONES Y EXCITACIONESATÓMICAS SIMPLES

TRANSICIONES ENTRE BANDAS DE ENERGÍA

1. Incandescencia: Sol, lámparas, arco-C, pirotecnia* 8. Metales: cobre, oro, hierro, plata

2. Excitaciones gaseosas: relámpago, pirotecnia*, aurora boreal, láseres*

9. Semiconductores puros: sílice, galena, diamante, cadmio

3. Vibraciones y rotaciones: agua, hielo, yodo, cloro 10. Semiconductores dopados: diamante, LED, fósforos TV

TRANSICIONES EN LA RED CRISTALINA 11. Centros de color: amatista, cuarzo ahumado

4. Compuestos metálicos: pigmentos, láseres* ÓPTICA GEOMÉTRICA / FÍSICA

5. Impurezas metálicas: rubí, esmeralda, colorantes 12. Refracción y polarización: arco iris, halos

TRANSICIONES ENTREORBITALES MOLECULARES

13. Difusión: azul-cielo, amanecer/atardecer, plumas azuladas*, ojos azules de los neonatos

6. Compuestos orgánicos: tintes, coloración biológica* 14. Interferencias: aceite-agua, pompas-jabón, alas de mariposa

7. Transferencia de carga: zafiro, magnetita, lapislázuli 15. Difracción: ópalo, LCD, redes de difracción

*Solamente en parte http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html

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• Causa nº 2 (excitaciones gaseosas): lámparas fluorescentes (también en TV)– Descarga eléctrica sobre vapor de Hg + luminóforo (MgWO4, ZnSO4,

CdB2O4, CdP2O4, etc)

λ emisión sin luminóforo = 253.7 nm

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• Causa nº 5 (transiciones en la red cristalina): piedras preciosas o gemas– Al2O3 (corindón, incoloro) + 1 % (Cr3+) → rubí (rojo)– Be3Al2Si6O18 (berilo, incoloro) + 1 % (Cr3+) → esmeralda (verde)– Ambas gemas presentan una fluorescencia roja

– Efecto Alejandrita:• BeAl2O4 + 1 % (Cr3+) →

Luz incandescente(blanco amarillenta) Luz diurna (blanco azulada)

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• Causa nº 7 (transiciones entre orbitales): transferencia de cargaFe2+ (en celda 1) Fe3+ (en celda 1)Fe3+ (en celda 2) Fe2+ (en celda 2)

• Causa nº 9 (transiciones entre bandas de energía): diamantes coloreados– Diamante (C, incoloro) + 0.0001 % B → diamante azulado– Diamante (C, incoloro) + 0.1 % N → diamante verdoso– Diamante (C, incoloro) + 0.001 % N → diamante amarillento


luzFe3+

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• Causa nº 12 (refracción): arco iris doble invertido

1a refracción en la gotaBanda de Alexander

2a refracción en la gota

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• Causa nº 13 (difusión): difusión Rayleigh del cielo

• Causa nº 14 (interferencias): alas de mariposa

• Causa nº 15 (difracción): ópalo, pantalla de cristal líquido (LCD)

http://www.webexhibits.org/causesofcolor/index.html

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• Tipos de pantallas LCD: transmisión luminosa variable– matriz activa (Thin Film Transistor) ⇒ color– Necesaria una fuente de luz primaria

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• Incandescencia:– Emisión de luz por aumento de la temperatura

• Luminiscencia: Emisión de luz “fría”, diferente a la incandescencia• Fotoluminiscencia: inducida por radiación electromagnética

– Fluorescencia: instantánea– Fosforescencia: persistente

• Radioluminiscencia o radioactividad• Electroluminiscencia: por acción de una corriente eléctrica

– Cátodoluminiscencia: tubo de rayos catódicos (CRT → televisor)• Triboluminiscencia: por acción de un cambio de presión• Quimioluminiscencia: derivada de una reacción química

– Bioluminiscencia• Sonoluminiscencia: por acción de ultrasonidos• Electrocromía y termocromía• Emisión láser (coherente)

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