Medición del color

El objetivo de este artículo es dar a conocer los principios de digitalización del color, las tecnologías empleadas en su medición, los espacios de representación y su extrapolación a la lógica y percepción humana.

Es común entrar en discusión acerca del color de los materiales y productos en la vida cotidiana y, en muchas ocasiones, causando numerosas controversias al no disponer de una fuente de referencia para su comparación.

En definitiva, esto es debido a que una misma fuente de información de color puede ser interpretada de distinto modo por cada ser humano.

 

Representación de distintos colores en escala Pantone

 

El objetivo de este artículo es dar a conocer los principios de digitalización del color, las tecnologías empleadas en su medición, los espacios de representación y su extrapolación a la lógica y percepción humana.

En aplicaciones y procesos industriales de medición de color, es normal preguntarse, al igual que en la percepción del color del ser humano,

¿Dónde está el límite de ésta detección de color?

¿Qué tecnologías considerar para cada proceso de medición de color?

¿Cuál es el valor objetivo a considerar para nuestra medición?

 

  1. Definición de Color 

El color NO es una propiedad de la luz, sino una percepción humana subjetiva acerca de sus principios físicos.

Para entender esta afirmación debemos comprender el espectro electromagnético, como se traduce subjetivamente a la percepción humana del color.

 

  1. El espectro electromagnético

El espectro electromagnético comprende desde la radiación de menor longitud de onda (rayos gamma y rayos X), pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio.

Por encima de la frecuencia de las radiaciones infrarrojas se encuentra lo que usualmente es llamado “luz”, una radiación electromagnética que tiene una longitud de onda en el intervalo de 380 a 780nm. La luz que vemos con nuestros ojos es pues una parte muy pequeña del espectro electromagnético.

 

Espectro electromagnético y “luz” visible

 

  1. La percepción humana

Si la fuente de radiación tiene una frecuencia en la región visible del espectro electromagnético e impacta en un objeto, ésta será una parte transmitida, otra absorbida, otra reflejada y la restante emitida por el objeto.

La radiación que impacta sobre el ojo humano da lugar a la percepción visual de la escena. Nuestro cerebro procesa la multitud de frecuencias que se reflejan en diferentes tonos y matices, y a través de este, se forma la percepción del objeto.

 

Evolución del estímulo del color

 

 

  • Absorción espectral del ojo humano

Los Conos y las Barras son los dos tipos de fotoreceptores presentes en la retina del ser humano y los responsables de la visión “en color”.

En la retina, los Conos son menos sensibles a la luz que las Barras (que soportan la visión a niveles bajos de iluminación). Son también capaces de percibir detalles finos y cambios rápidos en la imagen ya que la respuesta ante los estímulos es más rápida que las Barras.

Encontramos tres tipos de Conos, cada uno con distinto pigmento, y cada uno sensible a la luz correspondiente a longitud corta, media o larga.

  • Conos-L (Larga), Máximo en 560 nm, Amarillo verdoso.
  • Conos-M (Media), Máximo en 530 nm, Amarillo-verde.
  • Conos-S (Corta), Máximo en 420 nm, Azul.

 

Respuesta espectral normalizada de los Conos del ojo humano

 

 

  1. Principios de la colorimetría

La Colorimetría es la ciencia y tecnología usada en la cuantificación y describe físicamente la percepción humana. Reduce el espectro a los parámetros físicos de la percepción del color. Comúnmente se hace referencia al espacio de color CIE 1931 XYZ y se puede decir que se ha convertido en el estándar.

 

CIE 1931 (Commission Internationale de l’Éclairage)

 

El CIE 1931 tiene pero una gran limitación en la medición del color…

El diagrama cromático es obtenido a partir del cálculo de los ratios de cada color.

y = X / (X+Y+Z) para la componente Roja

y = Y / (X+Y+Z) para la componente Verde y

z = 1 – x – y para la componente Azul.

Problema: ¡El espacio de color CIE 1931 no es equidistante!

 

Diagrama cromático CIE 1931

 

4.1. El espacio de color L*a*b*

Construido acorde la teoría de oposición del color. Su gran ventaja es que se trata de un espacio de color equidistante y se construye a partir de:

Eje a*: oposición del rojo y el verde.

Eje b*: oposición del azul y el amarillo.

Eje L* (Luminosidad): dirección vertical de los ejes a* i b*.

 

Diagrama cromático L*a*b*

 

Desviación del color ΔE

Se calcula a partir de:

 

Nos indica la distancia entre dos colores en un espacio de color equidistante L*a*b, como resultado interpretable en:

<1          Desviación considerada muy pequeña, no es apreciable por el ojo humano.

1…2       Desviación del color pequeña, perceptible al “ojo entrenado”.

2…3,5    Desviación del color media, perceptible al ojo “no-entrenado”.

3,5…5   Clara desviación del color.

>5          Desviación fuerte del color: colores distintos.

En definitiva, ¡la medición eficiente del color se realiza en espacio de color L*a*b!

 

 

4.2. Iluminación de la escena

La iluminación de la escena es clave para la correcta medición del color. Dentro de las fuentes de iluminación encontramos distintas tecnologías y algunas de ellas son óptimas para la correcta reproducción del color.

Fuentes de iluminación con óptima reproducción del color (marcadas con contorno rojo).

 

Comparación de fuentes de iluminación

 

  1. Métodos para la medición del color

Para la medición del color podemos distinguir entre: Método de Equivalencia, Método Espectral (Spectral Method) y Método Triestímulo (Tristimulus Method). Los dos últimos son los más empleados en la medición automatizada del color.

 

5.1. Método Espectral

El método Espectral mide la potencia de la distribución espectral de una fuente de iluminación. Su funcionamiento consta en la captación de la luz mediante un detector óptico que direcciona a un monocromador para su posterior lectura en distintas bandas de longitud de onda.

Método Espectral

Ventajas

  • Alta precisión.
  • Independiente de la fuente de iluminación.
  • Los valores de color de cada iluminante son calculables.

Inconvenientes

  • Tiempo de ciclo de la medición.
  • Hardware costoso.
  • En la mayoría de procesos industriales se hace inviable su uso.

 

5.2. Método Triestímulo

El método Triestímulo adquiere un número limitado de anchos de banda espectrales en el espectro visible utilizando fotodetectores y filtros correspondientes.

 

Método Triestímulo

 

Ventajas

  • Alta velocidad (por ejemplo el ASTECH CR100 realiza mediciones en 50μs).
  • Componentes de muy bajo coste.
  • Diseño compacto.
  • Ideal para aplicaciones industriales en línea.

Inconvenientes

  • Menos preciso que el método Espectral.
  • Los valores medidos de color dependen de la fuente de iluminación empleada.

 

Colorímetro ASTECH CR100

 

 

Autor: Jaume Fontanella

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