Entendiendo el color (1) – Visión humana

El color es uno de los aspectos más importantes en fotografía y vídeo

En esta serie vamos a intentar aprender un montón de cosas sobre qué es el color  y cómo lo percibimos.

 

 

 

La luz

La luz es radiación electromagnética.

Una de las propiedades de la radiación electromagnética es su frecuencia (ya que tiene un comportamiento de onda).

A nuestro alrededor hay radiación electromagnética de todas las frecuencias: las ondas de radio, las microondas, la radiación infrarroja, la luz visible, la radiación ultravioleta…

A un rango de frecuencias se le denomina espectro (espectro de frecuencias).

Solemos llamar luz a un pequeño rango de frecuencias que el ojo humano es capaz de detectar.

En ese rango de frecuencias es más cómodo usar como medida la longitud de onda (inversamente proporcional a la frecuencia, longitudes de onda más cortas corresponden a frecuencias más altas).

La luz que vemos (el espectro visible) estaría entre los 400 y los 700 nm (nanómetros) aproximadamente.

 

¿Cómo vemos las cosas?

Los ojos son sensores especializados que captan un tipo concreto de radiación electromagnética (luz)

Para ver necesitamos que haya una fuente de luz (el Sol, una vela, una bombilla…)

La radiación electromagnética que emite la fuente interactúa con los objetos que tenemos a nuestro alrededor.

Cada objeto absorberá ciertas longitudes de onda y reflejará otras.

Esa luz reflejada por los objetos llega a nuestros ojos.

Los ojos no son el único sensor de radiación electromagnética que tenemos. Podemos sentir también el calor (radiación electromagnética infrarroja) a través de los sensores de la piel.

Aunque la luz tiene un comportamiento de onda, para esas frecuencias tan altas la onda se comporta en ciertos casos como un flujo de partículas (paquetes de energía): fotones.

En general, cuando hablamos de fotografía o, en este caso para la visión humana, yo prefiero pensar en la luz más en términos de fotones.

 

 

Ojos, cerebro y visión humana

La visión humana es bastante compleja.

Por un lado están los ojos. Piensa que los ojos son simplemente sensores.

El ojo humano tiene dos tipos de células sensibles a la luz: los bastones y los conos.

 

Cómo funciona el ojo humano

 

Los bastones son muy sensibles a la intensidad de luz, pero no pueden discriminar el color.

Si pensamos en cómo funciona el sensor de una cámara, el funcionamiento de los bastones sería como subir mucho el ISO para tener más sensibilidad: nos permiten ver con poca luz, pero sin color y con poco detalle

Los conos por su parte necesitan bastante más luz para funcionar.

Se concentran sobre todo en la parte central de la retina (fóvea): nos aportan mucho detalle de la escena y la información de color.

 

Fóvea y distribución de conos en el ojo

 

Hay tres tipos de conos:

  • Conos S – ‘azules’ son sensibles en un rango alrededor de los 420-430nm
  • Conos M – ‘verdes’ son sensibles en un rango alrededor de los 530nm
  • Conos L – ‘rojos’ son más sensibles en el rango de los 570nm

 

Sensibilidad de cada cono en función de la longitud de onda

Aquí puedes ver una representación orientativa de la respuesta o sensibilidad de cada célula fotosensible del ojo:

 

Ojo: respuesta de cada célula fotosensible a la luz

 

Los bastones son mucho más sensibles en la zona central del espectro (zona de los verdes)

También en la fóvea la combinación de conos M y L hace que seamos más sensibles a la luz verde.

 

El cerebro

La información que recogen las células fotosensibles del ojo se envía al cerebro a través del nervio óptico.

Lo que entendemos por visión (visión humana en este caso) realmente está en el cerebro, no en los ojos.

El cerebro da más importancia a las formas y texturas que al color, por eso podemos ver fotos y películas en blanco y negro, y obtenemos casi toda la información que necesitamos de lo que ocurre en la escena.

 

 

¿Qué es el color?

El color es una interpretación que hace el cerebro a partir de la información que recibe de los conos.

La visión humana es tricromática: todos los colores que nuestro cerebro puede interpretar son una combinación de tres colores o matices básicos: el rojo (conos L), el verde (conos M)  y el azul (conos S).

Piensa que el cerebro tiene interpretación para todas las infinitas combinaciones de esos tres sensores.

La interpretación en sí es subjetiva y depende de cada persona, aunque tiene que mantener una coherencia.

Hay personas que no tienen información de alguno de los tres conos. Su visión es dicromática.

 

Visión tricromática

Para entender cómo funciona la visión tricromática lo vamos a ver con un ejemplo.

Vamos a suponer que estamos en una habitación totalmente a oscuras y tenemos una linterna especial que podemos ajustar para que sólo emita en una cierta longitud de onda (una especie de láser).

Encendemos la linterna, que está ajustada inicialmente en una longitud de onda que corresponde con el ultravioleta (por debajo de los 400nm). No vemos nada.

Vamos subiendo la longitud de onda y alrededor de los 380nm comenzaremos a ver luz que el cerebro interpreta como violeta.

El violeta, desde el punto de vista fisiológico sería un ‘azul puro’.

Los conos S le dicen al cerebro que están detectando algo azul, y los demás conos le dicen al cerebro que no detectan nada.

Seguimos subiendo la longitud de onda y entramos en un rango de azules en los que tenemos una combinación de niveles de azul, niveles de verde y niveles de rojo.

A medida que nos desplazamos iremos interpretando esos colores como azules verdosos, verdes azulados y llegaremos a la zona de los verdes más ‘puros’. Fíjate que todos los verdes son combinaciones de los tres tipos de conos.

Seguimos subiendo la longitud de onda y pasamos a los amarillos, luego a los naranjas, naranjas más rojizos y finalmente la luz que interpretamos como color rojo ‘puro’

 

Colores de los objetos

En el mundo real la luz que emiten las fuentes de luz habituales (sol, una vela, una bombilla incandescente) tienen un espectro de emisión continuo que cubre todo el rango visible.

Es decir, esa luz está formada por una mezcla de fotones de todas las longitudes posibles.

Cuando esa luz incide sobre un objeto, éste absorbe cierta parte y refleja o dispersa otra parte.

Cada material absorbe y emite cada longitud de onda siguiendo proporciones diferentes.

Un objeto ‘azul’ está compuesto por un material que absorbe muy bien todas las longitudes de onda excepto las que corresponden con el rango de los 400nm.

Lo que ven nuestros ojos es un objeto que ‘emite’ luz en la que predominan los fotones de esa longitud de onda.

El cerebro interpreta la combinación de niveles de los conos azul (nivel alto), verde (nivel bajo) y rojo (nivel muy bajo) y nos dice: ese objeto es azul.

 

 

Colores que sólo existen en el cerebro

¿Los colores que vemos son los que corresponden a las longitudes de onda de la luz visible?

No.

Vemos muchos más colores.

Los colores son una interpretación del cerebro. El cerebro cubre todas las infinitas combinaciones posibles de las señales o niveles que le pasan los conos.

Si lo quieres ver de esta forma: el cerebro interpreta todas las combinaciones de rojo, verde y azul.

Y muchas de esas combinaciones no tienen correspondencia con los colores del espectro: luz de una determinada longitud de onda.

El blanco, el negro y toda la escala de grises son colores que no tienen correspondencia con ninguna longitud de onda.

El cerebro interpreta el color blanco o gris cuando los niveles de rojo, verde y azul son muy similares entre sí.

Los colores poco saturados, por ejemplo el marrón, que serían una combinación de un color primario con un gris, tampoco existen como tales en el espectro de la luz visible.

Todos los rosas y magentas o púrpuras que quedarían entre el violeta y el rojo: en el espectro de radiación no existen puesto que el rojo sigue hacia el infrarrojo y el violeta hacia el ultravioleta. El espectro visible no es una rueda de color que se cierra sobre sí misma en círculo.

Entonces…

 

¿Esos colores existen en la naturaleza o no?

Los colores no existen como tal en la naturaleza. Los colores son una construcción, una interpretación del cerebro.

Pero por otra parte, si pensamos en el color como la mezcla de luz de diferentes longitudes de onda en diferentes niveles y proporciones, entonces sí, todos esos colores existen o pueden existir en la naturaleza.

Por ejemplo, las rosas (de color rosa / magenta) reflejan luz en esa combinación o mezcla de longitudes de onda en la que hay cierto nivel de azul, cierto nivel de rojo y algo de verde.

No hay un fotón magenta, no hay esa longitud de onda que corresponda con el magenta que vemos.

Pero sí podríamos mezclar luz azul (fotones de unos 400nm) y luz roja (fotones de unos 650nm) y nuestro cerebro lo interpretaría como color magenta.

Por lo tanto, sí. En la naturaleza existen todos los colores que podemos ver.

Los colores monocromáticos que forman parte de la luz (fotones de una determinada longitud de onda) sólo son una porción muy pequeña de los colores que podemos percibir.

 

 

Resumen

  • Los ojos recogen información de tres colores primarios: rojo, verde y azul
  • La visión humana es tricromática: todos los colores se basan en una combinación de los tres primarios.
  • El color se genera en el cerebro y que lo que interpretamos como color es una determinada combinación o mezcla de luz de diferentes longitudes de onda y niveles.
  • Muchos de los colores que vemos no se corresponden con luz de una determinada longitud de onda (luz monocromática).

 

 

Más capítulos de esta serie del color:

El color 2 – Espacio de color de la visión humana (Diagrama de cromaticidad CIE XYZ)