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martes, noviembre 03, 2009

Gamas de colores

Si recordáis, hace varios meses escribí sobre los colores primarios, y comenté los distintos modelos en los que se parte de tres colores para conseguir todos los demás. Ahí daba a entender que el modelo RGB (donde los primarios son rojo, verde y azul) era el más correcto, el más «natural», puesto que los conos de nuestros ojos nuestros ojos (esos receptores sensibles al color, ¿recordáis?) tienen picos de sensibilidad en el rojo, verde y azul.

Pero resulta que no es exactamente así (gracias Guille, por hacérmelo notar). Los picos de sensibilidad están en las longitudes de onda en torno a los 560 nanómetros para los conos «rojos», 530 nm para los «verdes», y 430 nm para los «azules». Y si miramos a qué color corresponde cada longitud de onda, veremos que la longitud de onda de 560 nm corresponde a un verde amarillento, la de 530 nm a un verde «más verde» y la de 430 nm a un azul violáceo. Por tanto el modelo RGB no se eligió por ser el más «cercano» a la realidad fisiológica de nuestros ojos, sino por otros motivos.

¿Y por qué no usar los colores a los que los conos son sensibles? Pues porque para crear una gama cromática lo más amplia posible, hay que utilizar como primarios, colores bastante «separados» entre sí. Fijáos que los picos de sensibilidad de los conos verdes y rojos (ya sabemos que no son esos los colores, pero vamos a llamarlos así) están muy próximos entre sí. Si usáramos como primario un verde amarillento en vez de un rojo ¿cómo obtendríamos el rojo? Recordad que con el modelo RGB no se puede reproducir con fidelidad el violeta, precisamente porque está «más allá» que el azul (nuestro primario de más baja longitud de onda).

Vamos a verlo de forma más gráfica con un diagrama. Junto a estas líneas, veréis un diagrama de cromacidad, sacado de Wikimedia Commons. ¿El qué? Para explicarlo de forma sencilla, y sin meternos en detalles, es un diagrama de dos dimensiones que nos muestra la variedad cromática que nuestros ojos pueden percibir. ¿Qué representa cada eje de coordenadas? Pues no se trata de ninguna magnitud física, sino de unas funciones matemáticas aplicadas a las respuestas de nuestros conos. La idea es que represente todos los colores de la misma luminosidad. Para entederlo un poco mejor, distintos tonos de grises tienen la misma cromacidad, pero diferente luminosidad (es algo parecido a la luminancia y crominancia que mencioné una vez, relativo a las señales de video).

Bueno, vamos a lo que vamos. Como veis, el diagrama en cuestión tiene una forma que recuerda a la punta de un zapato. El contorno curvilineo corresponde a los colores espectrales, es decir, los colores formados por una única longitud de onda. Los colores del arco iris vamos. Al ver el gráfico, hay que entender que no es una representación fidedigna de la realidad, entre otras cosas, porque ni vuestros monitores, ni el formato de la imagen, pueden reproducir correctamente toda la gama de colores.

Si elegimos tres colores como primarios, y los ubicamos en el diagrama, tendremos tres puntos. Si unimos esos tres puntos, habremos dibujado un triángulo. Pues bien, con esos primarios que hemos elegido, sólo podemos reproducir los colores que estén dentro del triángulo. Una vez entendido esto es fácil ver que lo que interesa es elegir como primarios, tres colores muy separados entre sí, ya que cuanto más separados estén, más área abarcará el triángulo. También es fácil ver que elijamos los colores que elijamos, nunca podremos reproducir toda la gama de colores percibible a partir de tres primarios, porque la gama completa es una figura que no corresponde a un triángulo. Siempre quedará alguna zona que nuestro triángulo no cubrirá.

Supongo que ahora os haréis dos preguntas, a las que no tengo respuesta: ¿Por qué usar el azul como primario, en vez de el violeta (que está más cerca del borde del diagrama)? ¿Por qué limitarnos a tres primarios? Sólo puedo suponer que por una mezcla de razones técnicas, tecnológicas y económicas.

18 comentarios:

  1. En realidad el uso de RGB se da porque, para construir toda la gama, es necesaria una base de vectores independientes, como en álgebra.

    Si te fijas en las gráficas de la absorción de los ojos, el azul está bastante solo (las otras dos curvas son muy bajas en el pico), y el rojo y el verde tienen la máxima relación verde/rojo cerca del verde y la máxima relación rojo/verde hacia la derecha del todo.

    Hay que tener en cuenta que lo que detectan los conos azules de tus ojos es la integral de la potencia óptica multiplicada por la curva azul, lo que detectan los rojos por la roja y lo que detectan los verdes por la verde, por lo que interesa que la potencia óptica detectada por cada uno de los conos sea máxima sin interferir en la detectada por el resto, o interfiriendo lo menos posible.

    Espero que haya servido para ayudar a la explicación.

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  2. Con este post t'has pasao Alfito. Has pasao zumbando por delante de bueno y has ido a parar dando tumbos en el medio de hermoso.

    Gracias.

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  3. "Hay que tener en cuenta que lo que detectan los conos azules de tus ojos es la integral de la potencia óptica multiplicada por la curva azul,"

    El producto de convolución de ambas curvas.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Convoluci%C3%B3n

    Está muy bien la puntualización de Peká, al menos apunta a algo que he echado de menos en absolutamente todas las explciaciones de divulgación que he leído.

    A este tema le pasa lo que a el arco iris, que parece más fácil de lo que es en realidad (sin ser imposible para profanos) y las explicaciones divulgativas se dejan aspectos fundamentales (en el caso del arco iris sistemáticamente dejan de hablar de la cáustica, estrictamente necesaria para entender el fenómeno, en el caso de la visión en color, el producto de convolución de la curva de intensidad de luz con cada una de las curvas de respuesta de los conos).

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  4. Lo mismo digo una barbaridad (no sé nada de este tema), pero bueno. Lo de usar el azul en vez del violeta, ¿no será porque maximiza el área del triángulo?

    Esta área es base*altura/2; si tomamos como base la linea rojo-verde, da la impresión de que la máxima altura se alcanza con el vértice en el azul, no en el violeta, debido a la curvita que hay en esa zona.

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  5. Yo no lo acabo de entender. Me gustaría saber más concretamente el significado físico (en este caso) del producto de convolución y a qué dos funciones se aplicaría.

    Este tema siempre me había interesado, y ahora por fin empiezo a entenderlo un poco.

    Gracias y saludos

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  6. Tampoco acabo de entender que si el pico de sensibilidad de nuestos ojos al rojo está en 560 nm que corresponde a un verde amarillento, por qué nosotros percibimos rojo.

    Más saludos

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  7. Buenas tardes,

    Yo lo que no entiendo es lo que sale en las publicidades de ordenadores, televisiones y demás aparatos que proporcionan imagen. En los últimos tiempos nos indican que estos aparatos son capaces de reproducir "16 millones de colores" como reclamo publicitario. ¿Cómo es esto posible, con las restricciones de que nos estás hablando?

    Por otra parte, el reclamo publicitario tiene "gancho" por desconocimiento del común de los mortales, porque según tengo entendido, los humanos vemos "solamente" hasta unos once millones de colores. ¿Para qué queremos todos los demás? (Que alguien me corrija si lo que tengo entendido no es correcto, please.)

    Por cierto, el artículo, para un 10. Felisitasiones y saludos.

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  8. "Yo no lo acabo de entender. Me gustaría saber más concretamente el significado físico (en este caso) del producto de convolución y a qué dos funciones se aplicaría.

    Este tema siempre me había interesado, y ahora por fin empiezo a entenderlo un poco."

    Yo veo asequible, pero complicado como tema de divulgación.

    Para saber la respuesta de los conos de una zona pequeña, por ejemplo "azul"(la cantidad de señal, medida de alguna manera porque es bastante complicado, que envían por el nervio) hay que efectuar el producto de convolución de la curva de luz (cómo está distribuída la intensidad de luz según la frecuencia) y la curva de sensibilidad de los conos "azules". Eso da, ya digo, la intensidad de respuesta. Lo mismo para los conos "verdes" y los "rojos" de esa pequeña zona. El color y la luminosidad los determina la terna de números resultantes.

    Así se entiende algo mejor por qué OTRA mezcla bien escogida de *tres* tipos de luz puede reproducir la misma sensación de color que (casi) cualquier distribución de luz: el color sólo depende de la respuesta de cada tipo de cono. ¿Por qué necesitamos como mínimo tres tipos de luz y no basta con dos?

    Es curioso ver que *cualquier* luz monocroma estimula los *tres* tipos de conos.

    Que estén muy juntos los máximos de sensibilidad de los conos "verdes" y los "rojos" no es importante. Lo importante es que son de hecho diferentes (por ejemplo, el cerebro "sabe" que el determinado tono de rojo monocromático estimula en diferente proporción los conos "verdes" y "rojos", de manera que es natural pensar que la sensación de "color rojo" en la que acaba el proceso se soporta precisamente en esa proporción)

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  9. @Anónimo: Gracias ahora lo entiendo mejor

    @Jerbbil: las restricciones solo dicen que hay colores, los que se salen fuera del triángulo, que no se pueden reproducir. De hecho, estoy pensando que si nosotros tenemos tres receptores en la retina, también habrá colores fuera del triángulo que no podremos percibir nunca, y que por tanto no hace falta ni que nos esforcemos en generar ¿no? (que alguien me corrija si me equivoco). Ahora bien, dentro del triángulo pueden haber 16 millones de colores y más, todo depende del grado de precisión con que se reproduzca cada matiz de color.

    Saludos

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  10. @Toro Sentado

    Claro que hay colores que nos podemos ver, los infrarrojos por ejemplo. De hecho así como hay animales como los perros que sólo tienen dos tipos de bastones (lo cual no quiere decir que vean en blanco y negro ni nada similar) hay otros como las aves que tienes 4 tipos de conos y por lo tanto tienen un mayor espectro de visión. Creo que en http://eltamiz.com/ había un articulo bastante divulgativo sobre el tema.

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  11. @jerbbil:

    Tienes que tener en cuenta 2 cosas:
    1- Lo que ves en ese triángulo está discretizado debido a las restricciones de tu monitor y de cómo se ha generado la imagen (un array de píxeles). Es decir, puede haber menos de 16 millones de píxeles, por lo que habrá menos de 16 millones de colores "representados" en esa imagen. Pero en una imagen real, vas a tener infinitos colores entre cada uno de esos píxeles, por lo que habrá infinitos colores dentro de los márgenes del triángulo.

    2- Los monitores digitales en general suelen usar algún tipo de sistema de representación de color "estándar". Hay muchos, supongo que el que se suele usar en televisores es el RGB (red,green,blue), YUV o algún otro sistema de color de 24 bits. En total son 2^24 posibilidades de color (por los 24 bits) distintos, lo que da como resultado 16777216 colores, o el resumen de toda la vida de "16 millones de colores".

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  12. y eso que me contaron en clase de pintura de que los colores primarios son el rojo el amarillo y el azul, ¿de dónde se lo han sacado?, ¿contradice en algo lo anterior?
    Muchas gracias

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  13. El uso rojo, amarillo y azul como primarios, corresponde a otro tipo de modelo de color. La historia completa está en el post al que hago referencia al principio:

    http://www.malaciencia.info/2009/01/colores-primarios.html

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  14. Tal vez no es el meollo del post, pero tengo una duda respecto a los colores ¿por qué los colores que se escapan a nuesta banda los llamamos ultra violetas e infra rojos, cuando según la longitud de onda debería ser al revés?
    Los infra-rojos son de una logitud superior al rojo (700 nm) y los ultra-violetas inferior al azul (400 nm)

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  15. @juan jose: supongo que hace referencia a la frecuencia de la onda. Cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la frecuencia y a la inversa.

    @Sara: los tres primarios en pintura son el rojo, el azul y el amarillo, porque la mezcla en pintura es sustractiva, es decir que cada vez que mezclamos el color pierde intensidad, y funciona de forma diferente a la mezcla aditiva del modelo RGB.

    Saludos

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  16. Muchas gracias, duda aclarada.

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  17. Bueno, soy profano en la materia, pero lanzo esta hipótesis (que se me acaba de ocurrir) sobre el uso del azul en lugar del violeta como primario.

    Tal vez sea porque si se usa el violeta, estamos metiendo dentro del "triángulo" colores del rango rojo-violeta, a costa de sacar del mismo colores del rango azul-verde.

    Sin embargo, está claro que en la naturaleza abundan mucho más los verde-azules, y por ello interesa tener más variedad y por tanto más precisión en este rango que en el de los violetas.

    Si he dicho algún disparate, corregidme, por favor, jeje.

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  18. No voy a entrar a la materia de esto, simplemente comentar un par de cosas.

    Gran parte de los colores que hoy vemos y representamos en forma de tablas vienen de los estudios realizados duratne la decada de los 70 con prueba sobre personas para decidir como veiamos los colores y cuales eran los colores que veiamos.

    En mi experiencia en las artes gráficas, trabajamos con 2 rangos de colores, los primarios para la representación en pantalla (RGB) y los secundarios para la impresión (CMY + K) y con eso se puede recrear bastante bien la mayoría de colores.

    En los sistemas de alta calidad de impresión, están empezando a utilizarse hasta 5 colores (pentacromatica) que añade el verde y el naranja a la gama de impresión (6 cuerpos impresores + barnices = mucho dinero).

    Decir que, los que estudiamos algo de teoría del color (algo que a mi me apasiona) tenemos que aceptar que el color viene dado de la luz (basicamente, es como un desecho: cuando la luz incide en un objeto, el color es lo que sobra) y que son esas por que son, pero que no vemos mas allá de esos colores y que es frustrante no conocer mayor espectro electromagnetico. Así que algunos que hemos trabajado en esto acabamos mirando los colores como porcentajes y, la cosa es que funciona.

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