la teoria del color aplicada al vino

Historia. Atlas de colores.- 1 -

Capítulo 1.- Historia. Atlas de colores

1.-APROXIMACIÓN FÍSICA

El estudio de la luz y de los objetos de nuestro entorno introduce la física en el estudio

de los fenómenos visuales, como ciencia que estudia dichos fenómenos. La física explica

entonces las complejas relaciones entre la luz y la materia, las cuales juegan un papel capital

en la apariencia visual. Este vasto dominio de estudio forma en su conjunto la ÓPTICA,

donde una parte se interesa más especialmente en la producción de imágenes por reflexión y

refracción. La evaluación de la radiación, que además no se desarrolla hasta el siglo XVIII,

constituye el dominio de la RADIOMETRÍA y de la FOTOMETRÍA, la parte de la óptica

que se interesa por los colores y la medida de estímulos luminosos es la COLORIMETRÍA.

La luz forma parte de las radiaciones electromagnéticas, que, en general (por ejemplo

las ondas radioeléctricas) no estimulan el sistema visual humano. Se reserva el nombre de

radiación luminosa o de LUZ a las que tienen un efecto visual, y que no representan más que

una ínfima parte del dominio de las radiaciones y deben poseer una longitud de onda

comprendida entre unos límites, mal definidos, fijados entre los 380 y 780 nm.

La física permite establecer una relación entre algunos parámetros medibles de la luz y

las sensaciones visuales, así, la sensación de intensidad luminosa está en estrecha relación

con el flujo de energía, sin embargo, el estado de polarización de la radiación, característica

física importante, no tiene ningún efecto sobre el sistema visual humano, mientras que sí la

tiene, por ejemplo, para los insectos. Se puede pensar que sin luz no se ve nada, sin embargo,

después de una excitación luminosa del sistema visual es fácil percibir, flotando en el

espacio, un aura coloreada que persiste un cierto tiempo en ausencia de luz. También se

perciben en la oscuridad total sensaciones de luces, fuertes o débiles debidas a la actividad en

reposo del sistema visual o a las estimulaciones mecánicas del ojo, o a sustancias

alucinógenas.

La longitud de onda de la radiación monocromática se manifiesta como un parámetro

en estrecha relación con la sensación de color, como se muestra en la figura 1, pero no existe

ninguna radiación monocromática que sea blanca, gris, rosa o marrón y ningún razonamiento


físico permite predecir que luces rojas y verdes monocromáticas sobre una pantalla darán la

impresión de una luz monocromática amarilla. De la misma forma, se pueden tener

sensaciones de colores haciendo girar un disco sobre el que se han distribuido, de forma

adecuada, sectores blancos y negros alternativamente.

Frecuencia THz

Longitud de Onda (nm)

Figura 1.- Posición de los colores en el espectro de la luz natural.

Por los ejemplos anteriores, se comprueba que la radiación luminosa es el estímulo

habitual del sistema visual, pero que el fenómeno color no puede ser reducido a un fenómeno

físico, ya que el dominio de las percepciones visuales es mucho más amplio que el inducido

por la luz.

Por otra parte las radiaciones pueden tener efectos biológicos sobre los seres vivos

cuando son absorbidas, incluso débilmente, por un receptor adecuado, sin que por ello

podamos hablar de color. Su energía puede ser trasformada en calor, provocar efectos

fotoquímicos (la fotosíntesis por ejemplo) etc. El color permanece como un atributo de la

percepción visual humana de la luz.

Como consecuencia, percibir no es necesariamente ver. Esto tiene una importancia

considerable para el hombre ya que las palabras "color" y "ver" son utilizadas en nuestro

lenguaje muchas veces erróneamente. Además ver, en el propio sentido de la palabra, es

obtener una imagen, con el significado óptico del término, es decir establecer una relación

topológica entre los puntos del espacio exterior y los puntos del órgano sensible para la

recepción de la radiación.

En física las radiaciones se caracterizan de acuerdo con su espectro, que da el valor de

la radiación en función de la longitud de onda, que se emite por una fuente o por un objeto

que reenvía la luz. El espectro es un elemento fundamental del que dependerá la respuesta


fisiológica visual y que conducirá a la apariencia visual y coloreada. La física permite

estudiar cómo este espectro es modificado por los materiales.

2.- BREVE HISTORIA DEL COLOR

El color ha gravitado en la vida del hombre desde su aparición sobre la tierra, a juzgar

por el legado pictórico dejado en las diferentes pinturas rupestres. Los antiguos llegaron a ser

grandes maestros en la obtención de pinturas y tintas, de características tan especiales que los

colores han perdurado a través de los siglos. Y lo que es más notable, lograron colores

imposibles de reproducir hoy en día como es el caso de algunas cerámicas egipcias.

El método científico tal y como se le conoce en la actualidad ha sido desarrollado en los

últimos siglos, ya que la experimentación y las técnicas de laboratorio sólo pertenecen al

mundo moderno. Sin embargo, Aristóteles escribió una obra De coloribus, en la cual

manifestaba que el color era una propiedad de la luz y que los objetos aparecían coloreados

debido a que "contaminaban" (hoy diríamos que absorben) la luz.

Seguramente los pintores, por razones de oficio, fueron los primeros en establecer las

reglas empíricas que rigen la mezcla de colores. Sin embargo, sólo se conocen escritos a

partir del siglo XVI. Leonardo da Vinci hizo algunas consideraciones generales sin mayor

trascendencia.

Newton aporta los primeros conocimientos científicos sobre el color estudiando la

desviación de la luz mediante un prisma. La dispersión de los colores que se obtienen a partir

de la luz blanca y que él llama espectro coloreado, le permite comprender la compleja

estructura de la luz natural. Realiza, al mismo tiempo, la síntesis de la luz blanca

superponiendo luces previamente dispersadas, constatando así que luces distintas, ajustadas

en un haz o sobre una pantalla pueden producir sensaciones muy diferentes a las producidas

por las radiaciones constituyentes.

Alguien tan distinto de un físico como Goethe salió al paso de Newton para discutir el

único tema que tenía en común con él: el color. Goethe analiza el color no como un fenómeno

de naturaleza estrictamente físico, sino desde un punto de vista diametralmente opuesto ya

que para él las impresiones visuales son realizadas por un observador y a partir de ellas


considera, como un caso particular, el de las impresiones visuales de color. Para Newton el

fenómeno es objetivo, para Goethe subjetivo.

Aunque las teorías de Goethe no fueron puestas nunca en práctica debe de

reconocérsele el mérito de haber planteado la contradicción de una teoría física absoluta

frente a la concepción psíquica y subjetiva y las sensaciones luminosas

La idea esencial que permitió un avance es el hecho de que el color es tricromático

descubierto a partir de una pregunta sobre las razones que nos hacen ver los colores. Hacia el

año 1802 Young emite la hipótesis de la trivariancia visual, idea según la cual no deben

existir más de tres tipos de receptores en el ojo para ver los colores. Pensaba que la luz era un

fenómeno vibratorio como el sonido, pero no creía que el sistema visual pudiera ser un

receptor para todas las longitudes de onda. Sabía que LeBlon había impreso correctamente

los colores, no con las siete tintas tradicionales, sino con una cuidadosa elección de tres

únicas. Imagina entonces que hay tres tipos de receptores en el sistema visual, uno sensible al

rojo, un segundo al amarillo (cambiado poco después al verde) y un tercero al azul. De hecho

se sabe actualmente que esta hipótesis que, fue prevista por Mariotte en 1681, había sido

formulada claramente en 1777.

Durante los siguientes cincuenta años, el interés por el color fue considerable, de forma

que numerosas teorías fueron enunciadas por Brewster, Grassmann y sobre todo Helmholtz.

En 1855 Maxwell realiza las primeras medidas visuales para testear la validez de la hipótesis

tricromática, prueba su exactitud y unifica las teorías de la época sobre la visión de los

colores. Poco antes Grassmann había establecido las leyes fundamentales que ponen las bases

de la estructura matemática para la medida del color, y que todavía hoy perduran. Los

resultados de Maxwell conducen a representar los colores por tres números y por

consiguiente poder figurar como un punto en un espacio geométrico.

Maxwell fue el primero en determinar cuál es la cantidad de componentes primarios

tricromáticos que igualan a las diversas radiaciones puras del espectro. Es esta calibración la

que, juntamente con las leyes de Grassmann, permite predecir el resultado de cualquier

combinación de colores. Dado que en aquella época no existía la posibilidad de producir luz

monocromática de alta intensidad por falta de fuentes luminosas adecuadas como las actuales,


Maxwell debió de recurrir a un artificio para poder realizar las medidas. En lugar de igualar

los colores espectrales mediante la suma de tres estímulos primarios, utilizó un blanco de

referencia, añadiéndole el color espectral que deseaba evaluar. Por diferencia con la suma de

las cantidades necesarias de cada uno de los primarios para igualar el blanco pudo medir la

parte proporcional necesaria para cada color espectral.

Algunos años más tarde, Maxwell realiza la primera fotografía en color, que ilustra sus

investigaciones sobre la trivariancia visual.

Ludwig von Helmholtz en 1891 completa las teorías de Young y en colaboración con

König explica en una teoría, no sólo el fenómeno de la visión de los colores sino también las

anomalías de la visión ya detectadas. Su conclusión es que existe alguna forma de estímulo

triple generado en la retina del ojo que da lugar a la percepción en la corteza cerebral

mediante un proceso no descrito en la época. En su teoría va más allá y basado en ella explica

otros fenómenos, entre ellos los de adaptación a la luz de color, la fatiga visual, las imágenes

accidentales, etc.

En el presente siglo, a partir de la primera reunión de la Commission Internationale de

l’Éclairage (CIE) en 1924, en París, las investigaciones y los descubrimientos se suceden sin

interrupción y hombres como Judd y MacAdam en USA, Le Grand en Francia y Wright en

Inglaterra permiten que el color alcance su estado actual.

Los siguientes congresos fueron marcando la pauta de hacia donde debía ir encaminada

la investigación, así en 1931 se definió el Observador Patrón de Colorimetría para un campo

foveal (2º), en 1955 el Observador Patrón para visión escotópica, en 1963 el Observador

Patrón de Colorimetría para un campo amplio (10º) y en 1967 el espacio de cromaticidad

uniforme CIE, entre otras resoluciones. Por otra parte en colaboración con el Bureau

International de Poids et Mesures en Francia, se elaboraron y conservaron los patrones

normalizados de fotometría y radiometría.

Como final, cabe resaltar que en este siglo aparecen diversos sistemas cuya base la

constituían los atlas de colores.

3.-COLECCIONES DE COLORES


La consulta de una colección de colores representa, casi siempre, un momento de placer

que ilustra el aspecto lúdico del color.

Del gran número de realizaciones relativas a las combinaciones de colores, algunas

ilustradas por colecciones, ideadas desde del siglo XVII, pocas han sobrevivido al paso del

tiempo. Entre ellas se encuentran los sistemas de carácter general, pero también creaciones

empíricas de un interés particular. Un pequeño número de ellas, elaboradas a partir de

trabajos sistemáticos y de observaciones visuales numerosas, son referencia y merecen ser

conocidas; cada una de ellas posee poseen caracteres originales que han puesto el acento en

puntos de vista importantes.

Lo que diferencia éstos diversos trabajos, llamados con una cierta imprecisión con los

nombres de catálogos, guías, atlas, colecciones, etc., es primero el propósito que tienen y

después los principios en los que se basan.

3.1.- CATÁLOGOS

Tienen el objetivo de presentar a los usuarios un conjunto de colores realizados para un

uso específico y con un material particular (tela, pinturas, etc.) El catálogo permite ver los

colores y elegirlos. Se presenta en un limitado número de colores, dejando algunos huecos en

el conjunto, dispuestos en orden cualquiera y diseñados según reglas arbitrarias.

El catálogo representa también el conjunto de colores disponibles por una casa

comercial. Puede estar destinado a orientar las preferencias del comprador.

3.2.- COLECCIONES DE COLORES

Son selecciones bastante amplias de colores que se proponen objetivos muy variados,

por ejemplo: facilitar los intercambios comerciales o industriales, especialmente en las

industrias gráficas, guías de usuarios, establecer un diccionario, etc. La colección RAL o la

guía Pantone son dos buenos ejemplos. Algunas colecciones se refieren a objetivos muy

específicos como cosmética, industria agro-alimentaria, medicina. Las más utilizadas tienen

varios cientos de colores.


Estas colecciones presentan un modo particular de realización. Los colores son

diseñados y clasificados, no en relación con su aspecto subjetivo, sino según su composición

(pigmentos, tintas), lo que permite a los usuarios que puedan examinarse sin una iluminación

específica.

Habitualmente los colores se presentan en fichas alargadas, donde figuran varios

colores similares, unidas según un dispositivo que permite desplegarlas como un abanico.

Ésta disposición práctica no permite una clasificación lógica de aplicación general.

3.3.- EJEMPLOS

Una de las más antiguas colecciones de colores es la de Chevreul, editada hacia 1838. A

partir de un trabajo de clasificación de algodones y lanas teñidas, utilizada en la Manofacture

des Gobelins en París. Chevreul realiza una colección que se inscribe en un modelo ideal de

14420 colores distribuidos según una semiesfera. El principio de la organización es un grupo

de 70 tonos base alrededor del blanco según el principio del circulo cromático. Sobre cada

uno de ellos se encuentran 20 pasos de colores “francos” (no tocados por el negro)

constituyendo una gama (colores de tonalidad constante) y donde el nivel de coloración crece

por pasos desde el blanco al máximo (tono normal). A continuación se encuentran los colores

mezclados con negro.

Bajo el nombre de una sociedad comercial se designa generalmente una gama de

colores muy utilizada en las artes gráficas, es el PANTONE, de hecho ésta sociedad ha

desarrollado un conjunto de productos adaptados a éste dominio (papel, tintas, transparencias

etc.).l aventaja que presenta es la de una terminología destinada a la comunicación y la

especificación de colores en el conjunto del dominio gráfico. La colección presenta un millar

de colores en forma de abanico y en impresiones brillo y mate. Cada color está representado

por un código numérico y una letra, que se completa con la composición del color en materias

colorantes.

4.- SISTEMAS ORDENADOS DE COLORES. ATLAS DE COLORES.


Se propuso la creación de un sistema aplicable a la totalidad de los colores perceptibles,

siguiendo criterios de selección de colores y una distribución geométrica coherente con el

criterio. El resultado es una clasificación metódica de colores o un sistema ordenado de

colores, llamado de una manera un poco más ambigua “atlas de colores ”.

Los criterios de selección de los colores varían mucho de un sistema a otro, así

similitud en la apariencia, especificación colorimétrica, constancia de diferencias percibidas

son algunos de éstos criterios. El conjunto se presenta según, en su forma original, un

conjunto de láminas en las cuales cada página reagrupa los elementos de la misma tonalidad.

El sistema ordenado de colores se distingue por la designación de colores según

criterios esencialmente unidos a la apariencia y no al modo de realización.

Cuando se utiliza una colección de objetos materiales, el observador, de acuerdo a las

propiedades de constancia de color, puede pensar que cada elemento de la colección posee un

color definido. La idea es habitual y posee una apariencia de verdad. Se debe recordar

naturalmente el valor real, pero no se puede olvidar el papel esencial que juega la fuente de

iluminación que no puede dejarse de lado como una cuestión de azar.

4.1.- SISTEMA OSTWALD

El sistema se basa en colores marginales y sus combinaciones. En la figura 1.2 se puede

ver el corte de un plano meridiano del sólido de colores, cuya forma es la de un triángulo

equilátero cuyo eje vertical representa la escala de grises que va desde el negro (vértice

inferior) al blanco (vértice superior), extendiéndose en el plano horizontal hasta el vértice que

representa el color puro o “franco”, como lo denomina Ostwald. Es de destacar que estos

colores puros no tienen relación directa con los colores espectrales puros, sino que son unas

aproximaciones arbitrarias. Estos colores se pueden ver en la misma figura que muestra un

corte del plano horizontal del sólido de colores. El círculo se divide en ocho colores

diferenciados: rojo, púrpura, ultramarino, turquesa, verde mar, verde hoja, amarillo y naranja.

Cada uno está dividido a su vez en tres sectores, por lo que cada círculo tiene 24 divisiones.

El número variable de cada división se indica por el número N, que variara de 1 a 24.


Ostwald supone la aditividad de esa cualidad N, suponiendo que la mezcla de un color N más

otro N + 2, en proporciones iguales dará como resultado otro de valor N + 1.

Blanco

Negro

ColorEje de

neutros

Verde hoja

Verde mar

Amarillo Naranja

Rojo

TurquesaUltra

marino

Púrpura

12

3

12

3

12

31

2

3

1

231

2

3

12

3 12

3

Figura 1.2.- Corte del sólido de colores de Ostwald

Para cada color de valor N existen, además, otros factores que muestran la ley de

composiciones del triángulo de la figura 2. La suma de la parte de blanco, la de negro y la de

color N es siempre igual a uno. Se simboliza cada factor con las letras z, k y w y

matemáticamente se expresa:

z + k + w = 1

El gráfico de la figura 1.3 muestra la representación ideal de esta expresión.

z

k

w

1

01 24

Figura 1.3.- Representación ideal del color según Ostwald. (z = blanco, k = color, w = negro)

Los colores situados sobre paralelas a la recta que une el negro con el color N se llaman

isótonos; los situados sobre paralelas a la recta que une el blanco con el color N: isotinos y


los situados sobre paralelas a la vertical trazada por la recta que une el blanco con el negro

isocromos. Si se rota el plano cambiando el meridiano, pero manteniendo iguales los valores

de z, k y w aunque en distinto tono, se tienen colores isovalentes. .

La caracterización de un color en el sistema Ostwald se realiza, entonces, mediante la

especificación de los cuatro números N, z, k y w.

Las ventajas de este sistema son evidentes: su simplicidad y fácil método de

determinación. Sin embargo, posee una gran desventaja: la teoría no es correcta . En general,

los colores no ajustan su curva característica a la prevista por Ostwald, por lo tanto, su

evaluación de la reflectancia espectral según la suposición de la existencia de colores

“francos”, tal y como los define, no es real.

4.2.- SISTEMA MUNSELL.

Albert Munsell fue un profesor de pintura cuya afición, un tanto infrecuente entre los

artistas, de expresar científicamente los parámetros de los elementos que utilizaba para su

trabajo y sobre todo para enseñar a sus alumnos, le hizo desarrollar un sistema que hoy sigue

utilizándose sobre todo en Estados Unidos.

En su primera comunicación en 1905 afirmaba que el color puede ser especificado

mediante un sistema apropiado, basado sobre el tono, claridad y croma (hue, value y

chroma en inglés) de nuestras sensaciones, en lugar de procurar describirlos mediante los

infinitos y variantes colores de los objetos naturales.

Proponía un sistema que “estableciera las tres dimensiones del color y midiera cada una

de ellas mediante una escala apropiada”. Las ventajas de su sistema fueron descritas por él

mismo como se detallan:

a) Se reemplazan definiciones vagas y abstractas del color por una notación definida.

b) Cada nombre de un color, autodefine su grado de tono, claridad y croma.

c) Cada color se puede registrar y comunicar mediante un código.

d) Se puede escribir la especificación de un color y verificarla mediante pruebas físicas.

e) Los colores nuevos no perturban la clasificación ordenada, ya que les está reservado

un lugar.


f) El decoloramiento se puede definir y representar gráficamente a ciertos intervalos

poniéndose, así, de manifiesto su progreso en términos de tono, claridad y croma.

El sólido de colores propuesto es

muy similar al propuesto por Ostwald,

tiene un eje principal que es el lugar

donde se representan los colores que van

desde el blanco hasta el negro (extremo

superior e inferior respectivamente), su

simetría polar en el eje horizontal indica,

mediante el módulo del radio vector la

saturación (croma) del color, cuyo tono

está dado por el ángulo de ese radio

vector con el eje de coordenadas.

Blanco

Negro

Saturación

Azul

Púrpura

Rojo

Amarillo

Verde

Tono

Figura 4.- Corte esquemático del sólido de coloresMunsell

El tono (H, del inglés hue) de un color

indica su posición en una escala

espaciada de 100 tonos. Esta escala

está compuesta por los 10 tonos

fundamentales (5 principales y 5

intermedios) igualmente espaciados.

La notación de los colores está

compuesta por los nombres de los

colores más usados: rojo, amarillo-

rojizo, amarillo, amarillo-verdoso,

verde, verde- azulado, azul,

violeta(púrpura-azulado), púrpura y

rojo-púrpura.


Las iniciales del color (en inglés) unidas a la

especificación numérica, determinan el color

de una forma muy descriptiva. Así, el 0 es el

RP-R (rojo púrpura-rojo), pasando por el 5,

R (rojo); el 25, Y (amarillo); el 45, G

(verde); el 65, B (azul); y el 85, P (púrpura)

y los intermedios YR en 15 (amarillo-rojo);

el 35, GY (verde-amarillo); el 55 BG (azul-

verde); el 75 PB (púrpura-azul) y el 95 RP

(rojo-púrpura).

La claridad (V, del inglés value) es la

magnitud que corresponde a la escala de

grises, e indica lo luminoso u oscuro que es

un color respecto a una escala de grises que

se extiende desde el negro absoluto (0) al

blanco absoluto (10) . Así el símbolo 5/

representa un gris medio.

El croma (C) indica el grado de separación

entre un tono determinado y un gris de la

misma claridad. La escala de croma se

extiende desde /0, para un gris, hasta /10,

/12, /14 o más, dependiendo de lo saturado

que sea el color que se va a evaluar.

La notación completa de Munsell para una muestra de color se escribiría como H V/C.

La ley que establece los distintos pasos para cada uno de los colores fue fijada

psicológicamente, esto es: establecida una diferencia tipo, las sucesivas fueron evaluadas por

observadores.


En su sistema, Munsell estableció una relación entre la luminosidad (que definiremos

más adelante) y la claridad de cada color que puede expresarse así:

V2 = 100 Lr donde Lr = Lx / LMgO

y Lr es la luminancia del color en cuestión,

Lx es la claridad medida para el color relativo a la luminancia del MgO,

LMgO es la luminancia del óxido de magnesio.

Las tareas realizadas por la Compañía Munsell han permitido realizar un atlas de

colores confiable y, muy importante, reproducible, lo que lo convierte en un valioso auxiliar

para la evaluación visual subjetiva de los colores, en términos sencillos y rápidos. Las

muestras suelen hacerse sobre papel tanto en mate como en brillo, y se elige una u otra según

el fin al que se destine. La forma de presentación suele ser un libro en el que va cambiando el

tono según se pasan las páginas, mientras que en una misma página la claridad varía de arriba

a abajo y el croma de izquierda a derecha.

Es importante señalar un aspecto negativo de todo sistema basado en un atlas de

colores, el primero es el envejecimiento, en particular la luz y la humedad deterioran con


mayor o menor velocidad el color de las muestras, por lo que hay que tener un cuidado

especial en su conservación.

4.3.- SISTEMA DIN

El sistema DIN es de reciente creación y está basado en un trabajo que comenzó

durante la guerra mundial. La norma DIN 6164 especifica un espacio cromático similar al

Munsell, pero con diferencias al evaluar la luminosidad. El círculo de colores es similar al

descrito en los sistemas anteriores; adopta formalmente las subdivisiones del sistema

Ostwald, haciendo que el círculo cromático tenga 24 divisiones; a lo largo del perímetro de

los colores varía la magnitud denominada Fartbon, “ tono de color” en español; éstos a

diferencia de los tonos Munsell o los colores francos de Ostwald, no son colores empíricos

obtenidos con algún medio reproductivo sino manteniendo siempre el principio del color

espectral, de tal forma que las líneas de igual tono, son líneas rectas en el espacio cromático,

en lugar de las suaves curvas que representan la misma cualidad para el sistema Munsell. La

simetría del sólido de colores DIN se aparta de los sistemas anteriores ya que su polo de

referencia no es central y no se pueden obtener pasos intermedios de igual magnitud

psicológica. El sólido posee un eje de simetría, igual al del Munsell, que representa la línea

de grises, ese eje cuyo extremo inferior representa el negro y el superior el blanco, crea

alrededor de sí, con centro en el extremo inferior, un sólido de revolución (cono) cuyo radio

vector varía en su longitud evaluando el atributo denominado Dunkelstufe, caracterizado

como “factor de negrura” o de “oscuridad”. Esta cualidad del color se expresa

matemáticamente mediante la fórmula:

D = 10 - 6,1723 log(40.7 h + 1)

donde h = A/A0 = Y/Y0 y es denominado luminancia relativa. Los valores de A0, que son

iguales a los conocidos como Y0 están dados en tablas actualizadas por MacAdam en 1951,

que asignan los valores de A0 a los colores óptimos de la misma cromaticidad. Las líneas de

igual tono y oscuridad no dan lugar a un arco de circunferencia con centro en el polo de

simetría, son arcos de parábola que representan la cualidad denominada Sättigung o

“saturación”. El espaciamiento de la saturación tampoco es constante. El espaciamiento fue


realizado por 317 observadores en un período de varios años. La primera parte de la

investigación estableció los parámetros correspondientes al tono. En la segunda, fijado este

atributo, se evaluó la métrica de la saturación. Como resultado de ambas pudo establecerse la

evaluación del llamado grado de oscuridad. Estas tres magnitudes se simbolizan con las letras

T, S y D; con las mismas se puede especificar cualquier color, por ejemplo, 7,0; 3,2; 2,7. de

un modo similar al Munsell.

Tanto el sistema Munsell como el DIN tienen tabulados sus valores en términos de las

especificaciones CIE.

4.4.- SISTEMA NCS

El sistema NCS (Natural Color System) es de muy reciente creación (1985) y es, como

los anteriores, un sistema de ordenación de colores que sigue un orden lógico y que asigna a

cada color una notación unívoca. Basado en la percepción visual del color, permite designar

cualquier color mediante un código único que facilita la ordenación y notación de los colores,

aportando información completa sobre sus atributos independientemente del material

utilizado, superficie, formulación etc.

La colección de cartas de colores NCS consta de 1750 muestras de colores

uniformemente distribuidas en el espacio cromático, con el fin de satisfacer cualquier

demanda o necesidad.


El sistema NCS se basa en la suposición de que existen seis colores “monocromáticos”

en los que se basa la facultad del ser humano de caracterizar los diferentes colores, son el

blanco (W), el negro (S), el amarillo (Y), el rojo (R), el azul (B) y el verde (G).

En una notación NCS como por ejemplo 2030-Y0R, las cuatro primeras cifras

representan el matiz del color, que se divide en el grado de negrura (s), y la cromaticidad

máxima (c). Las dos primeras representan la negrura y las dos segundas la cromaticidad, en

este caso concreto se trata de un color con un 20% de negro, 30% de cromaticidad y, por

diferencia con el 100%, un 50% de blancura (que no aparece reflejado). La segunda parte

representa el tono de color o tono y describe la semejanza porcentual del color con los

primarios cromáticos. En éste caso se trata de un color amarillo (Y) con un 90% de rojo y un

10% de amarillo.

Figura 5.- Circulo cromático NCS


El circulo cromático NCS es un corte horizontal por el centro del sólido de los colores,

donde los cuatro colores primarios Y, R, G y B están situados como los cuatro puntos

cardinales de una brújula y los colores cromáticos que carecen de atributos de blancura y

negrura están situados en la periferia. Cada cuadrante entre dos colores primarios, por

ejemplo Y y R, está subdividido en 100 intervalos donde se sitúan los colores resultado de la

mezcla visual entre los colores elementales que lo delimitan. Así el circulo de color permite

seleccionar el tono.

El triángulo cromático NCS es un corte vertical a través del sólido de colores por cada

tono. A la izquierda del triángulo se encuentra la escala de grises, de blanco (W) a negro (S) y

a la derecha la máxima saturación del color del tono en cuestión, en el caso de la figura 90.

En el triángulo cromático las escalas están igualmente subdivididas en 100 intervalos y

permite desarrollar los colores resultantes de la mezcla visual del color cromático puro (C)

con el blanco (W) y el negro (S) representados en los vértices de dicho triángulo.

Figura 6.- Triángulo cromático NCS


Mediante el uso del triángulo se pueden comparar los distintos matices para seleccionar,

dentro del mismo tono, el color buscado.

Debemos tener en cuenta que, según la notación utilizada, los colores con el mismo

matiz tienen las cuatro primeras cifras idénticas, pero su diferencia de tono se aprecia en el

resto de su denominación. De la misma forma los colores que tienen el mismo tono tienen la

misma combinación de cifras y letras después del guión y distinto matiz.

Radiaciones y fuentes - 1 -

Capítulo 2.- Radiaciones y fuentes

1.- INTRODUCCIÓN

El alumno está, sin duda, familiarizado con los elementos de la física relacionados con

la óptica, las radiaciones visibles, y las bases de la fotometría por lo que no los trataremos

ahora. Sin embargo, dado que el estudio del color comienza con la caracterización de las

radiaciones visibles, parece de utilidad realizar un breve repaso de puntos absolutamente

esenciales para la coherencia del conjunto. La parte principal del capítulo estará dedicada al

estudio de las fuentes de luz, tratadas desde el punto de vista particular de la física aplicada al

color.

2.- CARACTERIZACIÓN DE LA RADIACIÓN

En 1865 Maxwell estableció que la luz era una radiación electromagnética, propagación

de energía en el espacio, sin necesidad de soporte alguno, debidas a las variaciones periódicas

de un campo eléctrico y de un campo magnético. La cantidad de energía que atraviesa un

contorno cerrado representa el Flujo energético F de la radiación y es equivalente a la

potencia y se expresa en Watios (W). Esta energía que se desprende de un cuerpo difícilmente

puede producir trabajo debido a la pequeña fuerza que lleva consigo, pero sí puede producir

calor. Para ello basta la presencia de un cuerpo absorbente que transforme la energía en

agitación molecular.

La energía radiante está constituida por ondas electromagnéticas con una gama de

frecuencias (ν) que van desde 108 hasta 1024 s-1 y se propaga a una velocidad constante (la

de la luz), indicada por c, cuyo valor es exactamente de 299.792.458 m/s.

Se denomina espectro energético al conjunto diferenciado de las distintas radiaciones

que integran la energía radiada, es decir, a la composición de una radiación no

monocromática o compuesta.


Si las variaciones de los campos eléctrico y magnético pueden ser representadas

exactamente por una única función sinusoidal del tiempo t, se dice que la onda es

monocromática, y está caracterizada por su frecuencia (ν) o por su longitud de onda (λ) que

se relaciona con la frecuencia mediante la expresión λ = cν , por ello, la frecuencia es la única

característica física de la radiación (la longitud de onda depende de la velocidad, y por lo

tanto del medio en el que se propaga) y su valor es función de las características y actuación

del cuerpo emisor. Sin embargo para describir una radiación se utiliza la longitud de onda en

el vacío (o en el aire) y dentro del espectro electromagnético, el intervalo correspondiente al

espectro visible se define generalmente como el comprendido entre las longitudes de onda

que van desde los 380 hasta los 770 nm.

Sin embargo, la onda monocromática es un caso límite ideal, las ondas reales se

extienden sobre un dominio de longitudes de onda más o menos extenso, son las ondas

policromáticas. En un pequeño intervalo de longitudes de onda ∆λ el flujo de radiación es ∆F

y el cociente ∆F/∆λ tiende en el límite hacia la densidad espectral de flujo energético, o, más

brevemente, flujo espectral Fλ. El flujo total radiado F es entonces el resultado de la integral,

en todo el dominio de las longitudes de onda, del flujo espectral:

F = ∫∫∞

λ∞

λ=λλ 00

dFdddF

Las unidades de las magnitudes espectrales son, naturalmente, las empleadas

habitualmente para una longitud multiplicado por la unidad fotométrica correspondiente. Por

lo general se utiliza el metro como unidad de longitud.

3.- MAGNITUDES RADIOMÉTRICAS.

La radiometría es la ciencia que tiene por objeto la medida de la energía radiante en

general.

En la definición de magnitudes radiométricas es importante saber a qué tipo de fuente,

puntual o extensa, nos estamos refiriendo. Se entiende por fuente a una superficie o volumen

que emite energía radiante. Una fuente se llama primaria si es ella misma la que produce la


energía emitida (el sol es un ejemplo) o secundaria si lo que hace es reenviar parte de la

energía radiante que ella misma recibe (la luna pertenece a este tipo).

Una fuente es puntual cuando sus dimensiones son pequeñas respecto a la distancia

que la separa del observador (una estrella es siempre una fuente puntual) y una fuente será

extensa cuando no ocurra esto. En óptica fisiológica se considera puntual si el ángulo

subtendido desde la fuente al receptor es igual o menor a 1 minuto; nos referimos siempre a

tamaños aparentes, pues, por ejemplo no subtiende el mismo diámetro angular un planeta

visto a ojo desnudo que con un telescopio, en el primer caso será una fuente puntual pero no

en el segundo. En luminotecnia, las bombillas, lámparas y proyectores se consideran

puntuales si el ángulo subtendido desde la fuente al receptor es al menos 10 veces la

dimensión mayor de la fuente.

Para fuentes puntuales se definen:

Energía radiante Es la energía emitida, transferida o recibida en forma de ondas

electromagnéticas o fotones.

A partir de la definición de Energía radiante se definen otras magnitudes empleadas

según se considere la superficie emisora, el espacio de propagación o la superficie receptora.

Si se considera la potencia se define el Flujo radiante de una superficie como la energía

emitida, transferida o recibida en un intervalo elemental de tiempo dividido por el valor de

dicho intervalo.

Cuando se considera la radiación emitida o recibida en un punto y en una dirección se

define la Intensidad radiante como el flujo radiante, emitido o transferido, dentro de un

elemento de ángulo sólido con vértice en el punto y que contiene la dirección dada, dividido

por el valor de dicho elemento de ángulo sólido.

En el caso de fuentes extensas, la noción de intensidad resulta inaplicable, y es por ello

que se definen dos magnitudes diferentes:

Excitancia radiante Referida a un punto de una superficie, es el flujo radiante emitido

por un elemento de superficie que contiene el punto, dividido por el área de dicho elemento


de superficie. Es útil cuando se quiere conocer la energía emitida en todas las direcciones.

Hay que advertir que la excitancia radiante es una densidad superficial de flujo energético y

que se refiere a energía emitida.

Radiancia Referida a un punto de una superficie y a una dirección, es el flujo radiante

transferido por un elemento de superficie que contiene el punto dado, dentro de un ángulo

sólido elemental que contiene la dirección y del que es indicador el límite del elemento de

superficie, dividido por el área de dicho elemento de superficie y el valor del ángulo sólido.

Es útil cuando se quiere conocer la energía emitida en una determinada dirección.

La noción de radiancia se suele aplicar a volúmenes luminosos desprovistos de

superficie exterior, como el cielo azul, mientras que la excitancia radiante se aplica a fuentes

extensas con bordes o límites bien definidos.

Por último para caracterizar la superficie receptora de la energía radiante se utiliza la

Irradiancia, que se define cuando está referida a un punto de una superficie como el flujo

radiante recibido por un elemento de superficie que contiene el punto dividido por el área de

dicho elemento de superficie. Hay que advertir que la irradiancia es también una densidad

superficial de flujo energético y que se refiere a energía recibida.

4.- MAGNITUDES FOTOMÉTRICAS.

Dado que la fotometría se define como la parte de la radiometría que tiene por objeto la

medida de la energía radiante en cuanto activadora de sensaciones visuales, cuando se trata de

apreciar como se perciben visualmente las luces, las magnitudes radiométricas tienen un

interés relativo. En efecto, no se necesita conocer sólo la eficacia visual de diversas

radiaciones sino el comportamiento visual humano en su globalidad para elaborar una

fotometría visual. Pero la complejidad que de esto resulta es un obstáculo en las aplicaciones

prácticas que conciernen los dominios técnicos de la iluminación, colorimetría, etc. Por esta

razón se ha buscado idealizar el comportamiento visual realizando dos hipótesis

simplificadoras, que anulan toda distinción entre el sistema visual humano y un receptor


físico. La fotometría así construida es la exacta transposición de la radiometría. Las hipótesis

de esta fotometría visual se enuncian:

1.- Los observadores humanos pueden ser representados por un observador medio,

llamado observador de referencia fotométrico.

2.- Este observador medio posee una sensibilidad espectral constante, función lineal de

magnitudes radiométricas en el dominio de observación fotópica.

La luz es un aspecto de la radiación electromagnética cuya potencia luminosa puede

evaluarse mediante el flujo luminoso, pero la radiación es también energía y su potencia

puede medirse como flujo radiante. La pregunta inmediata es qué relación existe entre ambos

flujos, es decir a cuántos lúmenes equivale un flujo de un watio. Dicha relación para una

radiación monocromática se define como eficacia luminosa espectral, λ

λ=λ,c

,v

PP

)(K

Pero el valor de K(λ) es muy distinto según la longitud de onda; en primer lugar si el

valor de esta queda fuera del intervalo 380-780 nm, la eficacia visual vale cero, pues tales

radiaciones no impresionan el órgano visual. Dentro del espectro visible es muy variable,

empieza con el valor cero y crece, según una curva de campana, hasta un máximo Km = 683

lm/w para 555 nm y desciende luego, sin ser la curva simétrica, para alcanzar el cero en 770

nm.

Si K(λ) = Km V(λ) representa la sensibilidad espectral del observador de referencia

fotópico, entonces toda magnitud fotométrica energética espectral Pcλ posee un equivalente

visual Pvλ dado por la relación:

Pvλ = Km V(λ) Pcλ

donde V(λ) es la eficacia luminosa relativa espectral de la radiación, cuyo máximo igual a

uno, se observa para la longitud de onda de 555 nm.

Gracias a la definición del observador de referencia fotométrico, es posible definir las

magnitudes fotométricas a partir de las radiométricas. Por ejemplo si se parte de una fuente

que emite una radiación monocromática de radiancia Le, su aspecto visual estará


caracterizado por el producto Le V(λ), es decir por la misma Le pesada por la función de

eficacia luminosa V(λ), que caracteriza la respuesta del sistema visual para cada longitud de

onda. La radiancia visual que llamaremos luminancia se define por la expresión:

L = Km V(λ) Le

Si en lugar de una radiación monocromática, se trata de una radiación compuesta o de

un espectro continuo, la luminancia total será la suma de las componentes, es decir

L = Km ⌡⌠V(λ) Leλ dλ

donde los límites de integración corresponden al espectro visible, que es donde V(λ) toma

valores distintos de cero.

De esta manera se definen las magnitudes fotométricas siguiendo el mismo esquema

que las radiométricas, y en este caso, la magnitud fundamental es el flujo luminoso.

En la Tabla II.1 se presentan las magnitudes radiométricas y fotométricas con sus

correspondientes unidades en el Sistema Internacional mientras que la Tabla II.2 presenta los

valores de V(λ).

La elección de los valores de la función V(λ) resultan de un acuerdo realizado en 1924

en el seno de la CIE. El valor de la constante Km depende de la candela, unidad fundamental

de intensidad luminosa en el Sistema Internacional de unidades.

Tabla II.1

RADIOMETRÍA FOTOMETRÍA

Magnitud Unidad Magnitud Unidad

Flujo radiante W Flujo luminoso Lumen

Intensidad radiante W*sr-1 Intensidad luminosa Candela

Radiancia W*sr*m-2 Luminancia Candela *m-2

Excitancia radiante W*m-2 Excitancia luminosa Lumen *m-2

Irradiancia W*m-2 Iluminación Lux


9008007006005004003000

20

40

60

80

100

120

Longitud de Onda

100

V(l)

Figura 2.1 Forma genérica de la curva de eficacia luminosa relativa espectral V(λ)

Tabla II.2

λ 100 V(λ)360 0.0004365 0.0007370 0.0012375 0.0022380 0.0036385 0.0064390 0.0120395 0.0217400 0.0396405 0.0640410 0.121415 0.218420 0.400425 0.730430 1.16

λ 100 V(λ)435 1.68440 2.30445 2.98450 3.80455 4.80460 6.00465 7.39470 9.10475 11.26480 13.90485 16.93490 20.80495 25.86500 32.30505 40.73

λ 100 V(λ)510 50.30515 60.82520 71.00525 79.32530 86.20535 91.49540 95.40545 98.03550 99.50555 100.00560 99.50565 97.86570 95.20575 91.54580 87.00


λ 100 V(λ)585 81.63590 75.70595 69.49600 63.10605 56.68610 50.30615 44.12620 38.10625 32.10630 26.50635 21.70640 17.50645 13.82650 10.70655 8.16660 6.10665 4.46

λ 100 V(λ)670 3.20675 2.32680 1.70685 1.19690 0.821695 0.572700 0.410705 0.293710 0.209715 0.1480720 0.1050725 0.0740730 0.0520735 0.0361740 0.0249745 0.0172750 0.0120

λ 100 V(λ)755 0.0085760 0.0060765 0.0042770 0.0030775 0.0021780 0.0015785 0.0011790 0.0007795 0.0005800 0.0004805 0.0003810 0.0002815 0.0001820 0.0001825 0.0001830 0.0000

5.- FUENTES

Dada la importancia que tienen las fuentes en la colorimetría veamos brevemente una

descripción de ellas partiendo de su clasificación desde el punto de vista de su radiación:

Fuentes de espectro continuo, de espectro discontinuo o mixtas.

5.1.- FUENTES DE ESPECTRO DISCONTINUO.

Un átomo es capaz de emitir energía sólo cuando previamente ha absorbido energía,

como resultado de una excitación térmica, eléctrica u otra cualquiera. De este modo el átomo

está en un nivel de energía mayor que el mínimo y entonces es capaz de emitir energía

durante su transición a un nivel menor. La frecuencia de la radiación se determina por la

diferencia entre los niveles de energía inicial y final. Aunque un átomo puede radiar sólo a

una frecuencia simple, más tarde puede radiar a una frecuencia diferente durante una

transición entre un par de niveles diferentes de energía. Por tanto, en los átomos en estado

gaseoso, aislados entre sí, se observa la emisión de un grupo de frecuencias. Analizándolas


con un prisma o una rejilla de difracción se obtiene un espectro discontinuo, que consiste en

varias líneas brillantes sobre fondo oscuro. Las longitudes de onda de estas líneas son

características de la naturaleza del átomo y constituyen su "huella dactilar".

5.2.- FUENTES DE ESPECTRO CONTINUO

En un compuesto sólido, líquido o gaseoso, los átomos están unidos por enlaces en las

moléculas así que no pueden radiar sus líneas características, pero en todo momento un

número considerable de átomos y moléculas emiten radiación. Éstos átomos y moléculas

están perturbados por la energía cinética de vibración y de rotación y por los choques

elásticos que son la traducción a nivel atómico de la energía térmica. Por esta razón la

radiación térmica de un cuerpo depende del material del que esta compuesto y de su

temperatura. Experimentalmente se observa la emisión de una radiación electromagnética que

se extiende sobre un dominio de frecuencias prácticamente continuo, desde valores bajos a

muy altos. Se trata de una fuente de espectro continuo que puede caracterizarse por su

espectro en función de la longitud de onda.

5.3.- FUENTES DE ESPECTRO MIXTO.

En muchos casos prácticos se observa una situación intermedia con la superposición de

un espectro de líneas y otro continuo. Este fenómeno se observa, por ejemplo, en el caso de la

luz solar y las fuentes de tubos fluorescentes.

Las fuentes de espectro mixto presentan problemas en las aplicaciones numéricas, ya

que los valores espectrales están dados con un intervalo de longitud de onda superior a las

que separan las longitudes de las rayas. Se deben realizar entonces algunas aproximaciones

para combinar las dos series de datos:

Se reparte el flujo espectral de la raya verdadera, de longitud de onda λ0, sobre dos

valores situados a una y otra parte de λ0 y separadas por el intervalo adoptado para el

espectro continuo, respetando dos condiciones: a) Los valores que reemplazan dan el mismo

flujo total. b) Su centro de gravedad coincida con la longitud de onda λ0. De esta forma la


utilización de la distribución espectral se hará de la misma forma que para el espectro

continuo.

7506505504503500

100

200

Longitud de Onda

Ene

rgía

rel

ativ

a

Figura 2.2 Emisión espectral de una fuente de espectro continuo

7506505504503500

10

20

30

40

50

Longitud de Onda

Ene

rgía

rel

ativ

a

Figura 2.3 Emisión espectral de una fuente de espectro mixto


5.4.- RADIACIÓN VISIBLE. LUZ.

La introducción de la función V(λ) permite definir la luz de manera menos arbitraria, es

decir como una radiación visible, ya que se considera que los valores de 360 y 830 nm

representan en la práctica los límites extremos de las radiaciones visibles. Los límites de 400

y 700 nm utilizados frecuentemente representan, sin ninguna duda, valores muy restrictivos

sobre todo en la zona de las longitudes de onda bajas. Si no se quiere una excesiva precisión,

se pueden elegir los límites de 380 y 780 nm que son, por otra parte, los utilizados en

colorimetría. En efecto la eficacia luminosa relativa para campos visuales de 10º no toma

valores superiores a 0.00002, más que en este intervalo de longitudes de onda. Por contra, en

visión foveal un intervalo 370-750 nm sería más equilibrado por el rendimiento de las

sensibilidades de los diversos tipos de conos existentes en la retina.

Pero los límites prácticos de las longitudes de onda dependen de las condiciones de

observación y de la intensidad de la luz y ellas dependen también de la edad del observador

en razón de la absorción, creciente con la edad, de luz azul por el cristalino.

6.- LEY DE LA RADIACIÓN TÉRMICA.

6.1.- EMISIÓN DE CUERPOS CALIENTES.

El estudio experimental de los cuerpos calientes, más tarde estudiado teóricamente por

Planck que elaboró la teoría cuántica para explicar los hechos experimentales, permitió

formular varios principios y leyes relativos a la radiación electromagnética emitida por los

cuerpos calientes. Estas leyes que son fundamentales para el estudio de las fuentes

incandescentes, no sólo en iluminación sino en todo lo que concierne al color de su radiación,

pueden resumirse así:

- Todo cuerpo emite a cualquier temperatura (salvo el cero absoluto) una radiación

electromagnética de espectro continuo: radiación térmica.


- Para una temperatura y una longitud de onda dadas, la radiación no puede sobrepasar

un valor máximo obtenido únicamente por el cuerpo negro.

- Para un cuerpo dado, la luminancia energética de la superficie no depende más que de

la longitud de onda y la temperatura.

Un cuerpo que absorbe totalmente todas las radiaciones que recibe emite más que un

cuerpo que no absorbe más que un poco de todo. Este principio recibe el nombre de ley de

Kirchhoff: la luminancia de una fuente para una longitud de onda y una temperatura

cualquiera es igual al producto del cuerpo negro por el factor de absorción de la fuente a la

misma longitud de onda, a la misma temperatura y en la misma dirección. El radiador de

Planck posee una emisión máxima por lo que es totalmente absorbente.

En la práctica el cuerpo negro se realiza haciendo un pequeño orificio en recipiente

ennegrecido. En efecto, este dispositivo permite la entrada de la luz, que la absorbe

parcialmente por la superficie ennegrecida, pero la radiación no absorbida es difundida de

manera repetida lo que aumenta las posibilidades de absorción.

6.2.- LEYES DE RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO.

El cuerpo negro que emite la radiación de energía máxima a una temperatura dada,

tiene unas leyes de emisión simples que presentamos como comparación:

- Su radiación térmica no depende de la naturaleza, ni de su realización particular.

- Su radiación no está polarizada.

- Su luminancia energética es independiente de la dirección.

- Su espectro de luminancia energética está dado por la ley de Plank que se presenta en

diversas formas dependiendo de las magnitudes empleadas, así en función de la longitud de

onda y de la temperatura es:

Lcλ (λ,T) = ∂Lc(λ,T)∂λ =

c1 π λ-5 exp[ c2

λ T - 1]-1


Lcλ = luminancia energética espectral con respecto a la longitud de onda en vatios por

metro cúbico y por estereorradián.

λ = longitud de onda de la radiación en el vacío en metros.

T = temperatura absoluta en Kelvin

c1 = constante c1/π = 1.911044 10-6 W m2 sr-1

c2 = constante = 1.438769 10-2 m K

La ecuación es una función de dos variables donde la luminancia crece siempre con la

temperatura y que presenta un máximo para un valor particular de la longitud de onda.

Calculando ese máximo se encuentra que se presenta en

Lcλ (λ,T) m = 4.095795 10-6 T5 W m3 sr-1

6.3.- FUENTES TÉRMICAS REALES.

Las fuentes térmicas reales tienen un comportamiento bastante más complejo que la del

radiador térmico ideal.

Su radiación depende de la naturaleza del cuerpo emisor y su luminancia es menor, para

todas las longitudes de onda, que la del cuerpo negro. La ley de Kirchhoff precisa que la

emisión de un cuerpo es proporcional a su factor de absorción. Este factor, que puede variar

con la temperatura, debe ser evaluado para cada longitud de onda y a la temperatura de

radiación.

La radiación emitida depende también del estado de la superficie, de la parte que emite

y de que ésta radiación puede estar polarizada (para una lámpara de incandescencia la

polarización está ligada a la estructura del filamento).

El reparto espectral de la radiación emitida puede ser proporcional a la del cuerpo negro

a la misma temperatura, si el factor de absorción es independiente de la longitud de onda.

Generalmente el reparto espectral relativo de energía coincide con el del cuerpo negro, pero

para una temperatura llamada temperatura de reparto, distinta de la temperatura real. En


muchos casos, sobre todo para los metales, esta temperatura es sensiblemente superior a la

real, lo que aumenta la eficacia visual de la radiación.

6.4.-CARACTERIZACIÓN DE LAS FUENTES POR UNA TEMPERATURA.

Se trata de probar que se pueden caracterizar las fuentes reales de otra forma además de

por su temperatura verdadera o temperatura termodinámica T. El método de basa en la

estimación de una temperatura de equivalencia a partir de la ley de Planck, por comparación

de los repartos espectrales de la energía radiada en función de la temperatura. Hay varias

formas de definir esta temperatura: por la luminancia, por el espectro de la radiación y por el

color de ella.

La temperatura de luminancia energética de una fuente es la temperatura del cuerpo

negro para la cual éste posee, a una longitud de onda dada, la misma luminancia energética.

Ésta temperatura es bastante inferior a la temperatura termodinámica, y, salvo casos

excepcionales, es variable con la longitud de onda, lo que limita su interés. En general se

evalúa para λ = 655 nm.

Es más interesante considerar la temperatura a la cual, para todas las longitudes de

onda, el cuerpo radia proporcionalmente al cuerpo negro. Esto sólo es posible cuando el

coeficiente de proporcionalidad es constante en la zona espectral considerada; se define así la

temperatura de distribución (distribution temperature). Se puede evaluar de forma precisa

buscando la temperatura T que minimice la desviación cuadrática entre las dos luminancias

espectrales, Lλ para el cuerpo negro y L�λ para la fuente que queremos evaluar. Es decir, es el

valor de T para el cual el valor que la siguiente integral es mínimo

⌡⌠

λ1

λ2

[1 - L�λ (λ)a Lλ(λ,T) ]

2 dλ

El espectro Lλ es conocido aplicando la fórmula de Planck y L�λ está medido. La

integral se sustituye por un sumatorio cada 10 nm. Se opera iterativamente eligiendo T y a


para que la integral presente el valor más bajo posible. Existen métodos estadísticos clásicos

para realizar este cálculo.

Se puede recurrir, por último, a un concepto más general que el de temperatura de

distribución, es el de temperatura de color aproximada (correlated color temperature). Esta

temperatura se define como la temperatura del cuerpo negro para la cual se emite una

radiación de cromaticidad tan próxima como sea posible a la de la fuente considerada. La

cromaticidad se explicará más adelante, pero aquí es suficiente considerar este criterio como

equivalente a buscar un color lo más próximo después de la adaptación a la luminosidad.

Cuando la fuente y el cuerpo negro tienen excepcionalmente la misma cromaticidad a una

temperatura particular, ésta temperatura recibe el nombre más sencillo de temperatura de

color. En general para fuentes que se acerquen al espectro del cuerpo negro, la temperatura de

color aproximada difiere poco de la temperatura de distribución.

6.5.- FUENTES DE LUZ ARTIFICIALES.

Actualmente las fuentes de luz artificiales presentan una gran variedad, sin embargo los

dos tipos más importantes son las de incandescencia y las de descarga en un gas.

6.5.1.- Lámparas de incandescencia.

Las pertenecientes a este tipo son fuentes térmicas basadas en la emisión de la luz

producida por un filamento de wolframio que está incandescente por el paso de una corriente

eléctrica. El filamento es actualmente enrollado en espiral (a veces doble espiral) para

incrementar su temperatura. El wolframio emite una radiación que posee una temperatura de

color más alta que su temperatura real.

Los filamentos necesarios para las lámparas de baja tensión tienen una duración

elevada. Al aumentar la tensión de alimentación crece el flujo emitido, se modifica el

espectro elevando la temperatura de color, pero se reduce mucho la vida del filamento.

Existen relaciones de tipo logarítmico entre la tensión de alimentación, el flujo emitido, la

duración del filamento y la temperatura de color.


La duración se puede incrementar llenando la ampolla por un gas noble bajo presión.

Desde el punto de vista emisor, estas lámparas son radiadores con un espectro continuo, del

cual sólo una pequeña parte corresponde al espectro visible, emitiendo la mayor parte en la

región infrarroja.

Cuando la lámpara está incandescente, el filamento de wolframio sufre perdidas de

material por evaporación, y en una lámpara normal se depositan sobre la bombilla de cristal,

produciendo un ennegrecimiento.

En los últimos años se han utilizado las lámparas halógenas que son lámparas

incandescentes a las que se les añade pequeñas cantidades de un halógeno (yodo o bromo) en

el gas de relleno que se combina con el material evaporado dando un compuesto gaseoso.

Cuando toma contacto con el filamento incandescente este compuesto se descompone en sus

elementos originales y se produce una deposición del wolframio sobre el filamento y el

halógeno sigue con su función regenerativa, lo que reduce considerablemente el

ensuciamiento de la bombilla y aumenta la eficacia y la vida de la lámpara.

Las características de las lámparas de tipo halógeno no difieren en esencia de la

ordinarias, pues pueden ser alimentadas a baja tensión con un filamento compacto y pueden

funcionar a una temperatura más elevada que las lámparas ordinarias. Tienen una

temperatura de color un poco más alta que las ordinarias y su envoltura de cuarzo (cuando no

tienen una segunda de vidrio) dejan pasar el ultravioleta desde los 250 nm.

6.5.2.- Lámparas de descarga en un gas.

Este tipo de lámparas no son térmicas. Cuando se produce la una descarga eléctrica a

través de un gas, los electrones acelerados por el campo eléctrico aplicado entre dos

electrodos, colisionan con las partículas presentes transmitiéndoles su energía, y algunos de

los átomos pueden perder uno o más electrones, formándose iones; en otros casos la energía

no es suficiente para formar el ion, pero si para que el electrón suba al nivel superior, dando

un estado excitado. Cuando el electrón recupera el estado original desprende la energía

absorbida liberando un fotón. Para la iluminación se utiliza gases nobles y también metales en


forma de vapor (mercurio, sodio, etc.) formados exclusivamente por átomos no por

moléculas, por lo que dan espectros de líneas y no continuos como las fuentes térmicas.

Una vez iniciada la descarga ésta se mantiene por la ionización que provoca y por el

calentamiento del cátodo que se conserva. El que la lámpara funcione a alta presión ensancha

considerablemente las rayas del espectro de emisión y permite obtener un espectro continuo.

6.6.- FUENTES UTILIZADAS EN COLORIMETRÍA.

6.6.1.- Luz natural.

La principal fuente natural es el Sol. La visión es un fenómeno que tiene lugar sobre

todo bajo iluminación solar. Caracterizar una fuente luminosa como ocurre con cualquier

fuente de radiación, es conocer su distribución espectral de energía. Conocer con precisión el

espectro del sol es complicado, ya que las medidas suelen hacerse a ras de suelo, por lo que el

espectro medido viene modificado por la absorción atmosférica. Esta absorción es difícil de

cuantificar, ya que no resulta fácil evaluar el espesor de la atmósfera. Por otro lado, hay que

especificar la posición del sol antes de medir su espectro.

De cualquier forma, se han puesto a punto métodos aproximados que permiten

caracterizar con bastante precisión al sol como fuente de energía radiante.

6.6.1.1.- Radiación solar extraterrestre.

La radiación solar es la radiación electromagnética total del sol que se extiende desde

las grandes longitudes de onda del dominio de la radio, hasta las longitudes de onda más

cortas donde domina el carácter corpuscular de la luz. Es muy absorbida por la atmósfera

terrestre, salvo para dos zonas de longitudes de onda, y hay que considerar dos partes: la

radiación solar extraterrestre medida en la alta atmósfera y la radiación en el suelo. Esta

última es muy variable, mientras que la radiación extraterrestre es más constante, con la

precisión de las medidas actuales.

La radiación solar extraterrestre no puede considerarse como equivalente de la

radiación del cuerpo negro ya que, una parte resulta de la emisión de radiación por zonas más


o menos profundas del sol donde cada una de ellas tiene sus propias propiedades, y por otra

parte, las capas más externas absorben una parte de la energía emitida por las capas más

profundas. El espectro solar es entonces muy complejo, marcado por un cierto número de

rayas y de bandas de absorción (más de 25000 medidas desde el infrarrojo cercano al

ultravioleta próximo con una rendija estrecha).

6.6.1.2.- Radiación solar en el suelo.

Debido a la razón entre las áreas de un gran círculo terrestre que intercepta la radiación

solar y la de la esfera terrestre sobre la cual la luz se reparte, la iluminación media anual de la

Tierra es la cuarta parte de la solar constante. La radiación en el suelo depende de factores

geométricos fáciles de evaluar: La distancia ligeramente variable entre el Sol y la Tierra (el

flujo que se recibe varía en cerca de un +3.3%, con un máximo el 3 de enero y un mínimo el

3 de Julio), latitud, altura del Sol sobre el horizonte. También intervienen otros factores más

imprecisos como la nubosidad, el estado de la atmósfera y la polución, los cuales conllevan

absorción y difusión.

En el plano espectral, la absorción por la atmósfera es debido a no que deja pasar la

radiación solar más que en dos zonas, la ventana óptica de aproximadamente 0.3 a 2.5 µm de

longitud de onda y la ventana radio de 0.1 a 15 m aproximadamente. En el dominio de la

radiación óptica esta absorción se debe principalmente a los gases del aire, nitrógeno y

oxígeno neutro o ionizado, dióxido de carbono para las longitudes de onda cortas y las bandas

de absorción del agua y del dióxido de carbono para las grandes longitudes de onda. A ello se

añaden los efectos de la difusión y de la difracción fuertemente dependientes de la nubosidad

y del estado del cielo.

Para tiempo claro la radiación difusa proviene sobretodo de la difracción molecular en

la alta atmósfera (12000 m de altitud). Esta difracción estudiada por Rayleigh es

inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, lo que explica que el

cielo se vea azul, ya que el fenómeno es cerca de diez veces más intenso a 0.4 µm que a 0.7

µm y se le añade el efecto de las partículas de todo tipo que están en suspensión en el aire.


Para días cubiertos, la difusión debida a las gotitas de agua es casi independiente de la

longitud de onda en el dominio del visible. Una parte de la radiación difusa es reenviada al

espacio y perdida para el suelo.

La radiación solar que llega al suelo posee por estas razones un espectro más alejado

del espectro del cuerpo negro que la radiación extraterrestre. Además, la absorción, y en una

menor medida la difusión, reducen notablemente la intensidad de la radiación. La

luminosidad energética, al nivel del mar para un sol en el zenit en día claro es del orden del

80% de la constante solar, alrededor de 1100 Wm-2 . Además es necesario distinguir en la

radiación solar global, la parte directa de la parte difusa. La radiación solar directa se

evalúa sobre una superficie normal a la radiación, mientras que la radiación solar difusa se

evalúa sobre una superficie horizontal.

En la radiación solar recibida por un objeto en el suelo pueden sumarse a la radiación

procedente del sol una parte debida a la radiación térmica de éste y otra parte debida a la

difusión por el suelo, la cual puede modificar los colores de manera notable.

Para tiempo claro, la radiación directa disminuye cuando el sol baja sobre el horizonte.

La luminancia es proporcional al seno del ángulo dado por la altura sobre el suelo (90º en el

zenit). Por otra parte su creciente recorrido en la atmósfera aumenta su difusión y su

absorción y para una evaluación se debe de tener en cuenta la masa relativa de aire

atravesada, la cual puede ser corregida por diversos factores.

Contrariamente a la radiación directa que puede llegar a ser nula en tiempo cubierto, la

radiación difusa está siempre presente. Para tiempo claro está muy lejos de ser despreciable y

para una longitud de onda de 0.38 µm con un sol a 45º puede llegar a ser del 50% de la

radiación global. Cuando el día está cubierto la radiación solar directa y la difusa se integran

debido a la capa de nubes de forma que su espectro de radiación es menos variable y no

depende de la dirección. Sin embargo hay diferencias notables según la altitud y la opacidad

de la capa de nubes.

La luz natural proveniente del cielo norte (en el hemisferio norte) está muy mal

definida, ya que es susceptible de grandes variaciones debido al estado del cielo.


6.6.2.- Iluminantes y fuentes asociadas.

Para las aplicaciones colorimétricas, la complejidad y variabilidad de los espectros de

la luz natural y de las fuentes reales son un problema. Una selección debe apoyarse a la vez

en sus características y en su realización experimental.

Sin embargo, una circunstancia muy favorable permite considerar otro camino. En

efecto, lo más corriente es no disponer realmente de una fuente que satisfaga las exigencias

adoptadas para obtener los resultados metrológicos esperados. En el caso de productos no

fluorescentes, se puede medir el comportamiento de los materiales con respecto a la radiación

con espectrofotómetros con una fuente cualquiera, pues se pueden convertir las medidas para

encontrar el resultado que se hubiera obtenido con otra fuente. Sólo es necesario conocer los

espectros de sus radiaciones. Estos espectros determinados y que se utilizan en los cálculos

en sustitución de las fuentes reales representan fuentes ficticias llamadas iluminantes. La

realización de las fuentes reales que se correspondan no es imprescindible, sin embargo es

muy deseable para permitir comparar los resultados de las medidas con las observaciones

visuales. Desde este punto de vista los iluminantes representan una selección de diversos

espectros posibles. Naturalmente, la realización práctica de fuentes donde el espectro está

fijado previamente presenta muchas dificultades y no es siempre posible.

Los espectros de radiación de los iluminantes pueden ser escogidos de una manera

mucho más simple que las fuentes a realizar físicamente y pueden estar definidos, si es

necesario, con una gran precisión. Un pequeño número de iluminantes elegidos por la

Commission Internacional de l'Eclairage (CIE) son utilizados en colorimetría: Iluminante A

relativo a una fuente incandescente típica, radiando según la ley de Planck; iluminantes C y D

que representan algunos aspectos característicos de la luz natural; iluminantes F que

seleccionan fuentes fluorescentes.

6.6.2.1.- Iluminante A como representante de las lámparas incandescentes.

El iluminante A está definido como la radiación donde el espectro relativo de energía

en el dominio del visible está dado por la ley de Planck a una temperatura de 2855,54 K. La


norma CIE/ISO 10526 lo da con seis cifras significativas de 380 a 830 nm en intervalos de 1

nm.

La fuente correspondiente, llamada fuente A, deducida por la CIE en 1931, es una

lámpara de incandescencia típica con atmósfera gaseosa y filamento de tungsteno en espiral

funcionando a una temperatura de color de 2855,5 K. La fuente A puede ser reproducida con

las lámparas actuales de filamento de tungsteno con la condición de regular su tensión de

alimentación y su corriente a los valores convenientes.

7506505504503500

100

200

AC

Longitud de Onda

Ene

rgía

rel

ativ

a

Figura 2.4.- Emisión espectral de los iluminantes A y C.

6.6.2.2.- Iluminantes representantes de la luz natural.

En 1931 los conocimientos sobre la radiación solar eran mucho menos precisos que lo

que lo son hoy. La CIE había definido dos tipos de iluminantes representativos de la luz

natural: el iluminante B destinado a representar la radiación solar directa a mediodía, con una

temperatura de color próxima a los 4870 K; el iluminante C destinado a representar la luz

media del día, con una temperatura de color próxima a los 6770 K. Las dos fuentes


correspondientes podían ser fabricadas artificialmente con ayuda de la fuente A, intercalando

en el haz los filtros líquidos azules apropiados.

7506505504503500

50

100

Longitud de Onda

Ene

rgía

rel

ativ

a

Figura 2.5.- Emisión espectral del iluminante D65

En años posteriores los conocimientos sobre la radiación fueron más accesibles y se

generaron nuevas necesidades, por ejemplo por la utilización de flujos elevados,

incompatibles con los filtros líquidos, o para medidas de fluorescencia. En 1963 aparecen los

nuevos iluminantes, que representan mejor la luz natural de día y comprendiendo, además, el

ultravioleta cercano. Se definieron los iluminantes D (inicial de dayligth), y, como

consecuencia, el iluminante B y su correspondiente fuente fueron retirados. Por contra, el

iluminante C y la fuente que le corresponde se mantuvieron en razón de que su empleo era

más frecuente.

La originalidad de los iluminantes D está en haber sido definidos como un conjunto de

iluminantes representando diferentes fases de la radiación solar global. Esta elaboración se

hizo a partir de valores experimentales de espectros de radiación por un método de vectores

propios.


De entre todos los iluminantes D, la CIE recomienda elegir el iluminante D65 que

posee una temperatura de color próxima a los 6500 K y corresponde a una radiación solar

global típica de un día cubierto. La norma CIE/ISO 10526 fija este iluminante por su espectro

relativo de energía deducido de valores experimentales entre 330 y 700 nm cada 10 nm. Los

valores de esa tabla han sido calculados para tener exactamente el valor de 100 en la longitud

de onda de 560 nm, extrapolados para cubrir el dominio de 300 a 830 nm, y después

interpolados linealmente para obtener los valores cada 1 nm. Los valores están dados entre

300 y 830 nm en intervalos de 1 nm con 6 cifras significativas.

Con el fin de satisfacer la mayor parte de las necesidades el iluminante D65 representa

un compromiso entre la temperatura de color de 5000 K, preferida en Europa y utilizada en

particular en la industria gráfica y una temperatura de color próxima a los 7000 ó 7500 K

usada más corrientemente en los Estados Unidos.

6.6.2.3.- Reproducción del iluminante D con fuentes artificiales.

Para la luz natural D, la CIE no ha podido definir las fuentes correspondientes, esto es

debido a la importancia que tiene la parte de la radiación por debajo de los 360 nm que

presenta y que hace que el espectro presente irregularidades de paso variable ligadas a las

bandas del espectro solar. Actualmente no existe un método industrial para fabricar una

fuente que represente convenientemente los iluminantes D por las dificultades prácticas

crecientes que entraña, lo que justifica las críticas realizadas a éstos iluminantes.

En un laboratorio se puede reproducir, de forma aproximada el espectro de los

iluminantes D de varias formas.

Se utilizan, por ejemplo fuentes incandescentes, especialmente de ciclo halógeno, en

combinación con los filtros apropiados, pero es imposible de ajustar en el ultravioleta, por

debajo de 350 nm aproximadamente, también presenta un nivel muy bajo de 350 a 380 nm y

a veces longitudes de onda más altas. Pero además es necesario absorber una energía

considerable por encima de 460 nm lo que reduce considerablemente la eficacia de las

fuentes.


A veces se utiliza una fuente de xenón a alta presión, pero es imprescindible filtrar el

exceso de radiación por debajo de 350 nm y sobretodo el ultravioleta B. Secundariamente

puede ser deseable reducir un pico de emisión hacia los 470 nm y la radiación infrarroja que

incrementa los efectos térmicos de manera molesta. Pero este filtro es difícil de realizar ya

que las fuentes evolucionan con su uso y reducen la emisión de las longitudes de onda cortas.

6.6.2.4.- Otros iluminantes.

Para el iluminante C los valores están definidos por la CIE únicamente entre 320 y 780

nm en intervalos de 5 en 5 nm. su espectro es muy débil por debajo de 390 nm para

representar la luz natural. Su temperatura de color es de aproximadamente 6800 K. Éste

iluminante todavía se utiliza en bastantes circunstancias (como para determinar el color del

vino) sobretodo para comparaciones con determinaciones de color antiguas. Su empleo está

siendo restringido.

A veces se cita el iluminante E. Corresponde a un espectro plano (independiente de la

longitud de onda) pero no presenta más que un interés teórico.

El empleo de fuentes fluorescentes que están muy desarrolladas en iluminación ha

supuesto la adopción de nuevos iluminantes: los iluminantes F definidos por 12 espectros

entre los 380 y 780 nm en intervalos de 5 nm. Los F2 corresponden a lámparas fluorescentes

standard, F7 lámparas fluorescentes de banda larga, y así sucesivamente.


TABLA II.2.- VALORES NUMÉRICOS DEL REPARTO ESPECTRAL RELATIVODE ENERGÍA , CORRESPONDIENTES A LOS ILUMINANTES F1, D65, A y CPARA LONGITUDES DE ONDA λ = 380 A 780 nm CON UN INTERVALO DE 5 nm

λ F1 D65 A C

380 1.87 49.9755 9.7951 33.00385 2.36 52.3118 10.8996 39.92390 2.94 54.6482 12.0853 47.40395 3.47 68.7015 13.3543 55.17400 5.17 82.7549 14.7080 63.30405 19.49 87.1204 16.1480 71.81410 6.13 91.4860 17.6753 80.60415 6.24 92.4589 19.2907 89.53420 7.01 93.4318 20.9950 98.10425 7.79 90.0570 22.7883 105.80430 8.56 86.6823 24.6709 112.40435 43.67 95.7736 26.6425 117.75440 16.94 104.865 28.7027 121.50445 10.72 110.936 30.8508 123.45450 11.35 117.008 33.0859 124.00455 11.89 117.410 35.4068 123.60460 12.37 117.812 37.8121 123.10465 12.75 116.337 40.3002 123.30470 13.00 114.861 42.8693 123.80475 13.15 115.392 45.5174 124.09480 13.23 115.923 48.2423 123.90485 13.17 112.367 51.0418 122.92490 13.13 108.811 53.9132 120.70495 12.85 109.083 56.8539 119.90500 12.52 109.354 59.8611 112.10505 12.20 108.578 62.9320 106.98510 11.83 107.802 66.0635 102.30515 11.50 106.296 69.2525 98.81520 11.22 104.790 72.4959 96.90525 11.05 106.240 75.7903 96.78530 11.03 107.689 79.1326 98.00535 11.18 106.047 82.5193 99.94


540 11.53 104.405 85.9470 102.10545 25.74 104.226 89.4124 103.95550 17.05 104.046 92.9120 105.20555 13.55 102.023 96.4423 105.67560 14.33 100.000 100.0000 105.30565 15.01 98.1671 103.5820 104.11570 15.52 96.3342 107.1840 102.30575 18.29 96.0611 110.8030 100.15580 19.55 95.7880 114.4360 97.80585 15.48 92.2368 118.0800 95.43590 14.91 88.6856 121.7310 93.20595 14.15 89.3459 125.3860 91.22600 13.22 90.0062 129.0430 89.70605 12.19 89.8026 132.6970 88.83610 11.12 89.5991 136.3460 88.40615 10.03 88.6489 139.9880 88.19620 8.95 87.6987 143.6180 88.10625 7.96 85.4936 147.2350 88.06630 7.02 83.2886 150.8360 88.00635 6.20 83.4939 154.4180 87.86640 5.42 83.6992 157.9790 87.80645 4.73 81.8630 161.5160 87.99650 4.15 80.0268 165.0280 88.20655 3.64 80.1207 168.5100 88.20660 3.20 80.2146 171.9630 87.90665 2.81 81.2462 175.3830 87.22670 2.47 82.2778 178.7690 86.30675 2.18 80.2810 182.1180 85.30680 1.93 78.2842 185.4290 84.00685 1.72 74.0027 188.7010 82.21690 1.67 69.7213 191.9310 80.20695 1.43 70.6652 195.1180 78.24700 1.29 71.6091 198.2610 76.30705 1.19 72.9790 201.3590 74.36710 1.08 74.3490 204.4090 72.40715 0.96 67.9765 207.4110 70.40720 0.88 61.6040 210.3650 68.30725 0.81 65.7448 213.2680 66.30730 0.77 69.8856 216.1200 64.40


735 0.75 72.4863 218.9200 62.80740 0.73 75.0870 221.6670 61.50745 0.68 69.3398 224.3610 60.20750 0.69 63.5927 227.0000 59.20755 0.64 55.0054 229.5850 58.50760 0.68 46.4182 232.1150 58.10765 0.69 56.6118 234.5890 58.00770 0.61 66.8054 237.0080 58.20775 0.52 65.0900 239.3700 58.50780 0.43 63.3800 241.6800 59.10

La medida psicofísica del color.- 1 -

Capítulo 3.- La medida psicofísica del color

3.1.- INTRODUCCIÓN

El color es un atributo de la visión. Si el ser humano no poseyera ojos que detectan un

ámbito poco extenso de las radiaciones electromagnéticas, no sería posible identificar

subjetivamente cada uno de los colores que se perciben en la vida real.

El color, asimismo, es una característica de la luz. La luz se puede definir como “la

forma de la energía radiante que es capaz de estimular la retina del ojo humano provocando

un proceso consciente que da lugar a las sensaciones visuales ”. Esta definición es subjetiva,

pues la hace depender del observador. Si éste es ciego, por ejemplo, no habrá para él

diferencia entre una radiación de 400 nm de longitud de onda y otra de 700 nm. Sólo podrá

darse cuenta (si son lo suficientemente intensas) que la primera produce quemaduras y la

segunda calor al ser absorbidas por la piel.

Pero ¿qué es el color? El color, como otros términos, tiene diferentes significados. Los

físicos lo aplican a las variaciones en las distribuciones espectrales de las luces, tanto si son

emitidas directamente por fuentes como si lo son indirectamente reflejadas o transmitidas por

objetos. Los químicos utilizan la palabra color para referirse a diferencias espectrales debidas

a variaciones en la composición molecular o en las configuraciones de los compuestos

químicos. En sociología color significa un aspecto de la respuesta de un observador humano,

una percepción que tiene lugar en el cerebro del observador como resultado de la

estimulación visual. En el lenguaje normal el color se asocia con objetos, de modo que el

mismo objeto debe de tener siempre el mismo color; así decimos rojo sangre o verde césped.

Por lo tanto todos usamos la palabra color de manera diferente dependiendo del interés

del momento.

La Sociedad Óptica de los EE.UU. (OSA) definió el color en 1944 como “aquellas

características de la luz distintas de las inhomogeneidades espaciales y temporales ”.

Definición poco feliz ya que induce a pensar en este atributo como una propiedad física más

que psicofísica.


Por otra parte, es siempre preferible definir las cosas por lo que son y no por lo que no

son. Si se tuviera que definir el color, sería quizá más simple y más directo utilizar la

definición dada por Judd, que dice: “si dos objetos de igual forma y textura iluminados con la

misma luz y en iguales condiciones de observación pueden diferenciarse, el atributo de esos

objetos que produce esa diferenciación es el color ”.

Si se desea otra definición más rigurosa podría decirse que: “el color es el atributo de la

luz que hace corresponder de forma unívoca a cada distribución espectral una sensación.

Esta sensación está condicionada por la intensidad y duración del estímulo, el estado de

adaptación del observador, el área de la retina afectada y el contraste luminoso y cromático

con que se recibe ”.

Es importante destacar algo. Cuando se dice unívocamente, se indica que para cada

composición espectral de la luz en las condiciones dadas se produce, una y sólo una,

sensación de color. En cambio, inversamente, para cada sensación de color no existe una

correspondencia biunívoca, la misma sensación puede ser producida por infinitas

combinaciones de distribuciones espectrales. A este fenómeno se le llama metamerismo.

Es evidente, entonces, que los colores dependen de los objetos, al mismo tiempo que de

la luz que los ilumina. Sea cual fuere el iluminante empleado, sus propiedades físicas

permanecerán inalterables; sin embargo, su apariencia psicológica dependerá de la

composición espectral del iluminante; es por tanto un fenómeno psicofísico.

No hay una sola definición de color, pero la norma UNE y la CIE definen dos

conceptos diferentes color percibido y color psicofísico.

De acuerdo con la CIE (1970) el color percibido se define como el aspecto de la

percepción visual mediante el cual un observador puede distinguir entre dos campos del

mismo tamaño, forma y textura basándose en las diferencias en la composición espectral de

las radiaciones relacionadas con la observación.

El color psicofísico es la característica de la radiación visible que permite al observador

distinguir las diferencias entre dos objetos de las mismas dimensiones, forma y estructura,

siendo estas diferencias de la misma naturaleza que las producidas por una diferencia en la

composición espectral de la radiación que interviene en la observación.


3.2.- ESPECIFICACIÓN DEL COLOR PERCIBIDO

De las dos acepciones dadas del color empezaremos por la respuesta del observador

(aspecto perceptivo) y se utiliza el adjetivo percibido. Así pues, el Color (percibido) es un

atributo de la percepción visual, y puede describirse por nombres de color (blanco, rojo, azul,

etc.) así como por combinaciones de colores.

Luminosidad atributo de la sensación visual según la cual una superficie emite mas o

menos luz.

Tono atributo de la sensación visual según la cual una superficie parece similar a uno, o

a proporciones de dos de los colores percibidos amarillo, naranja, rojo, verde, azul y púrpura.

Esta definición divida a los colores percibidos en dos clases.

Color (percibido) acromático color percibido sin tono.

Color (percibido) cromático color percibido con tono.

Un color percibido cromático puede mostrar un tono más o menos intensamente, por

ejemplo como rosa o como rojo, por ello se define una tercera variable

Contenido de color atributo de la sensación visual según la cual una superficie parece

mostrar más o menos color cromático.

Estos tres términos se utilizan en el lenguaje habitual y son las tres características

básicas del color percibido con superficies emisoras (fuentes). Para las superficies receptoras

y en particular para los colores dependientes (vistos con relación a otros colores) se definen,

además, otras magnitudes.

Claridad (de un color dependiente) luminosidad de una superficie evaluada con la

luminosidad de otra superficie igualmente iluminada, que parece blanca o altamente difusora.

Saturación contenido de color de una superficie evaluado en proporción a su

luminosidad.

Croma (de un color dependiente) contenido de color de una superficie evaluado en

proporción a la luminosidad de una superficie, igualmente iluminada, que parece blanca o

altamente difusora.


3.3.- ESPECIFICACIÓN DEL COLOR PSICOFÍSICO

La palabra "Colorimetría" significa el conjunto de métodos para medir y evaluar el

color de los objetos. Generalmente usamos el término color para referirnos a un aspecto del

mecanismo visual. Estas sensaciones son fenómenos personales y tienen lugar en nuestra

mente. Sólo sabemos que vemos, y estas sensaciones personales reciben el nombre de

"fenómenos sicológicos" ya que únicamente el individuo que experimenta la sensación la

conoce. Si ahora esta persona desea comunicar a otros algo de lo que él ve, entonces intentará

describir el fenómeno sicológico y lo más probable es, cuando se describe el color percibido,

el uso de palabras descriptivas que en el lenguaje común tienen una serie de asociaciones.

Así cuando alguien dice amarillo todos lo comprenden y diferencian del rojo o el verde. El

proceso incluye los elementos necesarios para que se entienda la comunicación, e intenta

transmitir información acerca de un acontecimiento de acuerdo con una convención de reglas:

las del lenguaje habitual.

La "medida del color" implica la asignación de números que representen atributos del

fenómeno sicológico de lo que llamamos color. Generalmente la medida del color no intenta

describir directamente percepciones de color, en vez de ello, la medida del color intenta

relacionar el fenómeno sicológico (color) con el fenómeno físico (flujo luminoso, longitud de

onda, etc.) que provoca la percepción. La medida del color consiste en el proceso para

determinar que condiciones físicas dan lugar a una condición sicológica (perceptiva)

determinada, siendo un proceso de relacionar fenómenos sicológicos a fenómenos físicos. El

nombre que reciben estos procesos es "psicofísico".

La forma más antigua de medir el color, y la más utilizada hoy en día, es la que

determina la igualdad de colores (color matching). No necesita conocer la medida de

percepciones y por esta razón es aceptada por todo el mundo desde los físicos a los artistas.

De esta forma podemos comunicar algo muy útil sobre el color, duplicando las condiciones

de los estímulos cualquiera puede reproducir la igualdad de color, y sólo es necesario saber

qué dos condiciones de estímulos provocan la misma apariencia de color.


3.4.- LA COLORIMETRÍA TRICROMÁTICA.

La colorimetría tricromática se basa en la suposición de que exista en la visión un

sistema trirreceptor. No importa cuál sea la composición espectral de la radiación que llega a

la retina, su respuesta será evaluada según tres parámetros.

Esto implica un proceso de integración. Cuando un observador ve un color, puede

discriminar su claridad, su tono y su saturación. El observador no puede, en cambio, decir

nada de la composición espectral del estímulo.

El mecanismo de la visión integra el resultado, lo que difiere, por ejemplo, del sistema

auditivo, donde un oído debidamente entrenado puede discriminar los sonidos procedentes de

los instrumentos en la ejecución de una partitura musical. El ojo sólo tiene en cuenta el

resultado sin poder discernir (por mejor entrenamiento que el observador posea) qué tipo de

radiación produce la sensación de color. Esto no implica la necesidad de medir todas las

variables psicológicas de la sensación producida por la “estimulación” de la retina, sólo basta

con asegurarse de que en ciertas condiciones (adaptación, contraste, campo visual) los

resultados experimentales sean válidos y que esa validez se extienda dentro de una amplia

(aunque reducida) gama de variaciones.

3.5.- BASES DE LA COLORIMETRÍA TRICROMÁTICA.

Un principio enunciado por Newton (1672), reafirmado por Young (1802) y verificado

en la práctica, afirma que cualquier color puede ser igualado por la suma de tres colores

primarios convenientemente elegidos. Este principio fundamental es la base sobre la que se

sustenta toda la colorimetría. Una técnica experimental simple para llevar a cabo la

duplicación de un color es la siguiente: el observador mira en un instrumento óptico cuyo

campo visual está dividido en dos partes, la luz cuyo color debe igualarse se introduce en una

mitad y la otra se ilumina con las luces de las tres fuentes primarias. Variando las cantidades

de estas luces puede encontrarse una combinación que produce una igualación de color exacta

de las dos partes del campo visual, y sólo una combinación dada produce una igualación de

color. El color desconocido puede especificarse por esas cantidades llamadas valores


triestímulo. Los valores triestímulo así obtenidos constituyen una especificación del color

para el observador y las condiciones que determinan el estímulo equivalente.

¿Cuales son los colores convenientes? Son convenientes aquellos que son

suficientemente luminosos y a la vez independientes entre sí. Es preciso establecer

claramente que: los primarios son estímulos especificados en magnitudes de potencia radiante

de ciertas longitudes de onda cuyo efecto produce sensaciones visuales que son linealmente

independientes entre sí.

3.5.1.- LEYES DE GRASSMAN.

Los diversos experimentos de hace ya muchos años sobre mezclas aditivas de colores

fueron estudiados por Hermann Günter Grassman y se conocen como leyes de Grassman.

Se entiende por mezcla aditiva de colores la combinación de dos estímulos que actúan

de forma que entran en el ojo simultáneamente e inciden en la misma zona de la retina. Estas

leyes dan lugar a otras propiedades importantes en la igualación del color:

1.- Para especificar una mezcla de color son necesarias y suficientes tres variables

independientes. De aquí el nombre de "triestímulo" y de "colorimetría tricromática" y el

principio según el cual todos los tonos de color pueden igualarse con una adecuada mezcla de

tres triestímulos diferentes, siendo la única condición a la hora de elegirlos que ninguno de

ellos pueda obtenerse (igualarse) como mezcla de otros dos. Matemáticamente se puede

expresar:

c(C) = r(R) + g(G) + b(B) (3.1)

donde r, g, b son la luminancia, en lúmenes, de tres fuentes de referencia R, G, B (roja, verde,

azul) necesarios para igualar c lúmenes de un color dado C.

Lo esencial de esta ley es que existe una y sólo una combinación de tres primarios que

igualan cualquier color percibido.

2.- Los estímulos que evocan la misma apariencia de color producen resultados

idénticos en mezclas aditivas de colores.

Este segundo principio significa que estímulos características físicas diferentes, por

ejemplo con distribuciones espectrales de radiancia (flujo radiante), pueden igualar el mismo


color. Estos estímulos que físicamente diferentes que permiten la misma igualación de color

se llaman metámeros y el fenómeno llamado metamerismo se presenta cuando una misma

igualación de color consiste en diferentes componentes de la mezcla. Matemáticamente puede

expresarse como sigue:

c1(C1) = r1 (R) + g1 (G) + b1 (B)

c2(C2) = r2 (R) + g2 (G) + b2 (B)

si c1(C1) = c2(C2)

entonces r1 (R) + g1 (G) + b1 (B) = r2 (R) + g2 (G) + b2 (B)

3.- En una ecuación de color la igualdad no varía si ambos miembros se multiplican por

una constante K (ley de proporcionalidad). Esto supone que una vez igualado un estímulo las

proporciones de cada componente de la mezcla aditiva no cambia cuando lo hace la

luminancia del estímulo de color.

4.- Si se suman dos colores cualesquiera, evaluados con los mismos estímulos de

referencia, la suma algebraica de ambos es equivalente a la suma algebraica de las cantidades

de los estímulos de referencia necesarios para igualar los colores en cuestión (ley de

aditividad). Matemáticamente se expresa:

c1(C1) = r1 (R) + g1 (G) + b1 (B)

c2(C2) = r2 (R) + g2 (G) + b2 (B)

entonces c1(C1) + c2(C2) = (r1 + r2 )(R) + (g1 + g2 )(G) + (b1 + b2 )(B)

Sobre la base de esta propiedad se constituye toda la colorimetría actual.

Este conjunto de propiedades se conoce como leyes de las mezclas cromáticas o leyes

de Grassman. Ahora bien, una igualación de color no resulta afectada por una exposición

previa a la luz (sea ésta blanca o coloreada) o por un cambio de adaptación si se modifica la

luminancia del «test que hay que igualar». Este hecho, conocido como principio de

persistencia de las igualaciones de color, deja de cumplirse para niveles de luminancia altos,

lo que implica que la ley de proporcionalidad también deja de cumplirse.


3.6.- SÍNTESIS TRICROMÁTICA. DIAGRAMAS RGB

De la trivariancia visual se puede deducir que es necesario mezclar tres colores para

reproducir cualquier otro. Naturalmente, la mezcla debe hacerse en una proporción adecuada

de los tres colores, y los tres números que expresan la proporción de mezcla deberán servir

para caracterizar el color reproducido. A partir de esta simple idea, desarrollaremos un

sistema de coordenadas en el que cada color real (tanto monocromático como de espectro

continuo) vendrá definido por tres números.

Elijamos un blanco de referencia, por ejemplo, la fuente equienergética. Aunque por

costumbre se suele utilizar el término «blanco», debería estrictamente decirse «acromático»,

ya que, en realidad, los términos blanco, gris claro, gris oscuro o negro sólo hacen referencia

a la claridad, que como veremos más adelante está asociada a la luminancia pero no a la

composición espectral. Elijamos tres estímulos, preferiblemente espectrales (no

necesariamente), a los que nos referiremos como primarios. Aunque esta elección es en

principio arbitraria, parece lógico escoger un color de un extremo del espectro (violeta o

azul), uno del centro (verde) y uno del otro extremo (rojo). Por consiguiente, los

representaremos por λR, λG y λB. En el sistema CIE (1931) se toman como primarios el

435,8 nm (violeta), el 546,1 (verde) y el 700 (rojo), los dos primeros extraídos de una

lámpara de vapor de Hg de alta presión.

¿Qué flujo de cada uno de ellos habrá que mezclar para «igualar» (esto es, obtener un

metámero) un flujo de una radiación monocromática? Haciendo el experimento con los

primarios anteriores, se obtiene

a(λ) = b(R) + c(G) + d(B)

dividiendo por a se obtiene

(λ) = b/a(R) + c/a(G) + d/a(B)

para los cocientes se establecen los siguientes coeficientes:

rabg

acb

ad

===


y la ecuación final queda

)R(r)G(g)B(b)( ++=λ

La gráfica siguiente muestra las funciones colorimétricas establecidas por la CIE y

conocidas como sistema colorimétrico RGB CIE 1931.

750650550450350-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Longitud de Onda

Func

ione

s de

igua

laci

ón d

e co

lor

br

g

(λ)

(λ)

(λ)

Figura 3.1 Funciones de igualación de color CIE (1931)

Nótese que en las curvas colorimétricas hay valores negativo, y en la especificación de

muchos colores sus valores triestímulo serán negativos. ¿Qué significa un color negativo?

Físicamente y sicológicamente carece de sentido, es simplemente una forma matemática de

representar un fenómeno real. Cuando se igualan algunos colores, especialmente los

espectrales no se puede obtener una ecuación de color similar a la (3.1), aún combinando

todos los valores posibles de las tres luces de referencia, siendo preciso mezclar el color C

con una de las luces primarias e igualar la mezcla resultante con las otras dos luces. Así, por

ejemplo:

c(C) + r(R) = b(B) + g(G)


Las cantidades de r añadidas a c pueden considerarse como una cantidad negativa, lo

que permite establecer la verdadera ecuación de igualación de color como:

c(C) = - r(R) + b(B) + g(G)

Definamos ahora las siguientes cantidades, que denominaremos coordenadas

cromáticas:

rλ = rλ_

rλ_

+ gλ_

+ bλ_ gλ =

gλ_

rλ_

+ gλ_

+ bλ_ bλ =

bλ_

rλ_

+ gλ_

+ bλ_

Si se representan en un plano las coordenadas r, g de cada λ, se obtiene una curva

(figura 3-2) sobre la que se sitúan los colores espectrales. Por tanto, nos referiremos a ella

como lugar del espectro o locus espectral. Los primarios λR, λG y λB se sitúan en los

vértices del triángulo de coordenadas (1,0,0), (0,1,0) y (0,0,1). Por razones que se comentarán

más adelante, a la línea recta que une los extremos del espectro cerrando el locus se la

denomina recta de los púrpuras. Este sistema de representación de coordenadas recibe el

nombre de diagrama cromático.

1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.50

1

2

Coordenada r

Coo

rden

ada

g

Figura 3.2 Diagrama cromático RGB (CIE 1931)


Si bien el sistema colorimétrico RGB se normalizó y se puede especificar un color

unívocamente, existían dos problemas que decidieron a la CIE optar por otro que fuera más

práctico. Tales problemas eran:

1.- La necesidad de que la especificación del color pudiera evaluar directamente la

luminosidad/claridad de la muestra sin necesidad de realizar ningún cálculo extra.

2.- Puesto que las funciones colorimétricas )(gy)(b),(r λλλ muestran valores

negativos, el cálculo del color de una muestra implica el manejo de cantidades negativas no

siempre comprensibles por todos los usuarios.

Por estas razones la CIE recomendó la adopción de un nuevo sistema basado en tres

colores primarios ideales (no reales) obtenidos mediante una transformación matricial del tipo

[X] = a11[R] + a12[G] + a13[B]

[Y] = a21[R] + a22[G] + a23[B]

[Z] = a31[R] + a32[G] + a33[B]

que diera como resultado el que una de las curvas colorimétricas fuera igual, o muy parecida,

a la eficiencia luminosa espectral V(λ) y que las ordenadas fueran todas positivas.

Para resolver estos problemas la CIE propuso un nuevo sistema para la especificación

del color, basado en las siguientes hipótesis:

a) Elección de los tres primarios XYZ de forma que el valor triestímulo Y lleve toda la

información del flujo luminoso del color.

b) Los lados XY e YZ del triángulo que definen los primarios en el diagrama cromático

son tangentes al lugar espectral (figura. 3.3). De esta forma, el triángulo incluye todos los

estímulos de color reales. No obstante, como puede observarse en la figura 3.3, los primarios

XYZ corresponden a estímulos irreales.

c) E1 estímulo equienergético tiene valores triestímulo iguales. Es decir:

XE = YE = ZE

La transformación de un sistema de especificación del color, basado en tres primarios,

por ejemplo RGB, a otro sistema basado en otra terna de primarios, como el XYZ, puede

establecerse a partir de la expresión de un conjunto de primarios en función del otro, es decir:


Figura 3.3. Diagrama de cromaticidad en el sistema XYZ. como puede observarse, los lados

XY e YZ son paralelos al lugar espectral

La relación entre los primarios XYZ y RGB para el observador patrón CIE-1931 de 2º

viene dada por:

[X] = 2,7689 [R] + 1,7517 [G] + 1,1302 [B]

[Y] = [R] + 4,5907 [G] + 0,0601 [B]

[Z] = 0,0565 [G] + 5,5943 [B]

Por consiguiente, la matriz de transformación es

A =

2,7689 1,7567 1,1302

1 4,5907 0,06010,0565 5,5943


A partir de la transformación pueden obtenerse las funcionas de igualación de color en

este sistema (x_ λ, y

_ λ, z

_ λ), que están relacionadas con (r

_ λ, g

_ λ,b

_ λ) por:

λ

λ

λ

zyx

= AT

λ

λ

λ

bgr

donde A es la matriz dada anteriormente.

Los nuevos valores triestímulos espectrales están definidos en la tabla 3.2 y en la figura

3.4 está representado el conjunto de las tres curvas llamadas funciones colorimétricas o

antes coeficientes de distribución.


Figura 3.4. Funciones colorimétricas x_ λ, y

_ λ, z

_ λ, en función de la longitud de onda λ

para el observador patrón CIE 1931

Los valores de estas funciones colorimétricas indican las cantidades de cada uno de los

estímulos de referencia que se necesitan para igualar cada radiación monocromática del


espectro visible, para un watio de potencia. Es decir, son los valores triestímulo de las

componentes espectrales de la radiación equienergética, cuyo flujo radiante es la unidad.

Las principales características de estas funciones colorimétricas son:

1.- Todas las ordenadas son positivas, luego los valores triestímulo que se obtengan son

siempre positivos.

2.- los valores correspondientes a la segunda función son iguales a los de la eficiencia

luminosa: mK

)(K)(Vy λ=λ=λ y, por tanto, los resultados de aplicar esta función serán

proporcionales a la luminancia.

3.- Las áreas bajo las tres curvas son iguales.

Estas funciones colorimétricas definen y componen el sistema colorimétrico patrón

CIE 1931, aplicable a campos de observación hasta 4º, siendo un sistema lineal y unívoco

para le evaluación de cualquier radiación con ayuda de estas funciones. Igualmente queda

definido el Observador colorimétrico patrón UNE 3, llamado también Observador patrón

o Observador 2º siendo un receptor teórico de radiación, adoptado por acuerdo internacional,

cuyas características colorimétricas corresponden a los valores triestímulo espectrales.

3.7.-COORDENADAS DE CROMATICIDAD

Adoptado el sistema colorimétrico anterior vamos a determinar los valores triestímulo

de una radiación monocromática de longitud de onda 500 nm y flujo radiante 1 watio. A

partir de la tabla 3.2 se obtiene

X = 0.0063 Y = 0.3086 Z = 0.2862

Para otra radiación de la misma longitud de onda y un flujo radiante de dos watios, los

valores triestímulo son ahora el doble de los anteriores:

X = 0.0063 2 = 0.0126 Y = 0.3086 2 = 0.6172 Z = 0.2862 2 = 0.5724

Así pues, los valores triestímulo no indican de un modo fácilmente compresible la

naturaleza de la diferencia de color cuando ésta se presenta. Las dos radiaciones anteriores

son de la misma calidad cromática (tono y saturación) pero una es más luminosa que otra, lo

que viene confirmado por el triestímulo Y.


La evaluación de la cromaticidad de un estímulo de color se lleva acabo definiendo tres

nuevas variables llamadas coordenadas cromáticas o coordenadas de cromaticidad, como

las relaciones de cada uno de los valores triestímulo y su suma:

ZYXZz

ZYXYy

ZYXXx

++=

++=

++=

Sólo dos de estas variables son independientes, cumpliéndose su relación

indiferentemente de los valores asignados a X, Y, Z . Por ello, en lugar de utilizar los valores

triestímulo para especificar un color, se comprende mejor si se especifica en función de Y, x,

y. En el ejemplo anterior se puede comprobar que las radiaciones monocromáticas tienen la

misma cromaticidad y se diferencian en la luminosidad debida al flujo radiante.

La cromaticidad puede representarse convenientemente en un plano mediante los

valores x, y sobre un sistema cartesiano. Si se representase los valores triestímulo se

necesitaría una representación tridimensional con los problemas que lleva.


Figura 3.5 Diagrama cromático (x,y) para el observador patrón CIE-1931

con el lugar espectral y la línea de púrpuras

La figura 3.5 muestra la curva obtenida al representar las coordenadas de cromaticidad

de los colores del espectro visible, llamada spectrum locus o lugar de los estímulos

espectrales. La recta que une los extremos de la curva se llama límite de púrpuras, y el

conjunto recibe el nombre de diagrama cromático o diagrama de cromaticidad CIE 1931

dentro del cual deben hallarse los puntos representativos de todos los colores reales.

3.8.- EL OBSERVADOR SUPLEMENTARIO.

El sistema colorimétrico patrón CIE 1931 es sólo aplicable a campos visuales con

ángulos de observación de hasta 4º, equivalentes aproximadamente al tamaño de una moneda

grande a una distancia media de observación. Pero, en la práctica industrial, se utilizan

campos mayores para comparar colores, por ello en 1959 la CIE publicó los valores

triestímulo espectrales para el Observador suplementario, basado en trabajos

experimentales previos. Los datos se obtuvieron igualando luces monocromáticas con un

colorímetro aditivo visual para un ángulo de 10º, con la región central tapada. Las nuevas

funciones colorimétricas se detallan en la tabla 3.3 y se representan en la figura 3.6


Figura 3.6. Funciones de igualación de color x_ λ, y

_ λ, z

_ λ en función de la longitud de

onda λ para el observador patrón suplementario CIE-1964.

Las principales diferencias entre las funciones de igualación de color del observador

patrón y del observador suplementario se encuentran en la zona del espectro correspondiente

a las longitudes de onda cortas, donde la sensibilidad es mayor para el segundo y de forma

más definida en la curva z_ λ. La comparación entre los diagramas cromáticos CIE 1931 con el

del observador suplementario CIE-1964 puede verse en la figura 3.7.

0.80.60.40.20.00.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Coordenada x

Coo

rden

ada

y

Figura 3.7.- Comparación de los diagramas cromáticos CIE(x,y) 1931 y CIE (x,y) 1964


TABLA 3.1: OBSERVADOR PATRÓN CIE (1931). FUNCIONES DE

IGUALACIÓN DE COLOR Y COORDENADAS CROMÁTICAS

λ rλ_

gλ_

bλ_

rλ gλ bλ

380 0 0 0.0012 0.0272 -0.0115 0.9843390 0.0001 0 0.0036 0.0263 -0.0114 0.9851400 0.0003 -0.0001 0.0121 0.0247 -0.0112 0.9865410 0.0008 -0.0004 0.0371 0.0225 -0.0109 0.9884420 0.0021 -0.0011 0.1154 0.0181 -0.0094 0.9913430 0.0022 -0.0012 0.2477 0.0088 -0.0048 0.996440 -0.0026 0.0015 0.3123 -0.0084 0.0048 1.0036450 -0.0121 0.0068 0.3167 -0.0390 0.0218 1.0172460 -0.0261 0.0148 0.2982 -0.0909 0.0517 1.0392470 -0.0393 0.0254 0.2299 -0.1821 0.1175 1.0646480 -0.0494 0.0391 0.1449 -0.3667 0.2906 1.0761490 -0.0581 0.0569 0.0826 -0.7150 0.6996 1.0154500 -0.0717 0.0854 0.0478 -1.1685 1.3905 0.7780510 -0.0890 0.1286 0.0270 -1.3371 1.9318 0.4053520 -0.0926 0.1747 0.0122 -0.9830 1.8534 0.1296530 -0.0710 0.2032 0.0055 -0.5159 1.4761 0.0398540 -0.0315 0.2147 0.0015 -0.1707 1.1628 0.0079550 0.0228 0.2118 -0.0006 0.0974 0.9051 -0.0025560 0.0906 0.1970 -0.0013 0.3164 0.6881 -0.0045570 0.1677 0.1709 -0.0013 0.4973 0.5067 -0.0040580 0.2453 0.1361 -0.0011 0.6449 0.3579 -0.0028590 0.3093 0.0975 -0.0008 0.7617 0.2402 -0.0019600 0.3443 0.0625 -0.0005 0.8475 0.1537 -0.0012610 0.3397 0.0356 -0.0003 0.9059 0.0949 -0.0008620 0.2971 0.0183 -0.0001 0.9425 0.0580 -0.0005630 0.2268 0.0083 -0.0001 0.9649 0.0354 -0.0003640 0.1597 0.0033 0 0.9797 0.0205 -0.0002650 0.1017 0.0012 0.9888 0.0113 -0.0001660 0.0593 0.0004 0.994 0.0061 -0.0001670 0.0315 0.0001 0.9966 0.0035 -0.0001680 0.0169 0 0.9984 0.0016 0690 0.0082 0.9996 0.0004700 0.0041 1 0


TABLA 3.2 FUNCIONES DE IGUALACIÓN x_ λ, y

_ λ, z

_ λ DEL OBSERVADOR

PATRÓN CIE 1931 CON 5 nm DE INTERVALO.

λ x_ λ y

_ λ z

_ λ

380 0.001368 0.000039 0.006450001385 0.002236 0.000064 0.01054999390 0.004243 0.00012 0.02005001395 0.00765 0.000217 0.03621400 0.01431 0.000396 0.06785001405 0.02319 0.00064 0.1107410 0.04351 0.00121 0.2074415 0.07763 0.00218 0.3713420 0.13438 0.004 0.6456425 0.21477 0.0073 1.0390501430 0.2839 0.0116 1.3856435 0.3285 0.01684 1.62296440 0.34828 0.023 1.74706445 0.349287 0.02835125 1.7804334450 0.3390941 0.03622571 1.7758671455 0.3228868 0.04584267 1.7524663460 0.2972579 0.05745872 1.6887372465 0.2604227 0.07091109 1.564528470 0.2068115 0.0872328 1.3387362475 0.1522833 0.1078846 1.090148480 0.1042979 0.1334528 0.8566193485 0.06458099 0.1627177 0.6521049490 0.03641283 0.199418 0.4919673495 0.0175404 0.2474812 0.3729459500 0.006296346 0.308578 0.2861686505 0.002236293 0.3892875 0.2234533510 0.00698208 0.4829395 0.1685608515 0.02399277 0.5869653 0.1200751520 0.05537861 0.6908424 0.08384531525 0.09945645 0.7778368 0.06078835530 0.1538542 0.8494916 0.04489859535 0.2133658 0.9054432 0.03208872


540 0.2771017 0.9472252 0.02198925545 0.3314384 0.9712606 0.01586364550 0.4033784 0.9903128 0.01037792555 0.480064 0.999112 0.0067854560 0.5612094 0.9983255 0.0045342565 0.6447602 0.9864444 0.0031414570 0.7288284 0.9638568 0.0023094575 0.8109264 0.9311628 0.0018898580 0.8878944 0.8892048 0.0017112585 0.9552776 0.838622 0.0015136590 1.0090892 0.781192 0.001205595 1.047188 0.7200036 0.0010356600 1.0628068 0.6566744 0.00088688605 1.0552244 0.5924756 0.00068592610 1.0226662 0.5283528 0.0004354615 0.9664916 0.4656776 0.00026544620 0.890502 0.405032 0.00021196625 0.794186 0.3447768 0.00013596630 0.6856022 0.2865936 0.000065635 0.5811052 0.2353344 0.00003572640 0.4847436 0.1911552 0.00002364645 0.412098 0.1596464 0.0000162650 0.3285168 0.1250248 0.0000054655 0.2561184 0.09618864 0660 0.1959232 0.07282552 0664 0.1553667 0.05739621 0670 0.106465 0.03908496 0675 0.07680428 0.02807664 0680 0.05628216 0.02050112 0685 0.04087536 0.01483718 0690 0.02838056 0.01027339 0695 0.01959988 0.007085424 0700 0.01383132 0.004995796 0705 0.009938846 0.003589099 0710 0.007088746 0.002559876 0715 0.005052583 0.00182458 0720 0.003575748 0.001291268 0725 0.00252302 0.0009111088 0730 0.001781438 0.00064331 0


735 0.001246275 0.0004500528 0740 0.0008624332 0.0003114404 0745 0.0006405156 0.0002313019 0750 0.0004424536 0.0001597781 0755 0.0003097586 0.0001118595 0760 0.000219171 0.00007914667 0765 0.0001550236 0.00005598187 0770 0.0001095515 0.00003956104 0775 0.0001022245 0.00003691512 0780 0 0 0


TABLA 3.3 FUNCIONES DE IGUALACIÓN x_ 10λ, y

_ 10λ, z

_ 10λ DEL OBSERVADOR

PATRÓN CIE 1964 CON 5 nm DE INTERVALO.

λ x_ 10λ y

_ 10λ z

_ 10λ

380 0.0002 0 0.0007385 0.0007 0.0001 0.0029390 0.0024 0.0002 0.0105395 0.0072 0.0008 0.0323400 0.0191 0.002 0.086405 0.0434 0.0045 0.1971410 0.0847 0.0088 0.3894415 0.1406 0.0145 0.6568420 0.2045 0.0214 0.9725425 0.2647 0.0295 1.2825430 0.3147 0.0387 1.5535435 0.3577 0.0496 1.7985440 0.3837 0.0621 1.9673445 0.388 0.0722 2.0244450 0.3749 0.086 2.006455 0.3495 0.1028 1.9248460 0.3115 0.1229 1.7806465 0.2643 0.1478 1.5956470 0.2082 0.1774 1.37475 0.1446 0.2136 1.088480 0.0894 0.246 0.8183485 0.0481 0.2887 0.6068490 0.0196 0.3314 0.4424495 0.0067 0.3825 0.3227500 0.0031 0.4476 0.2323505 0.0121 0.5167 0.1703510 0.0324 0.5915 0.1202515 0.0633 0.6697 0.0871520 0.1079 0.7475 0.0651525 0.161 0.8121 0.0459530 0.2235 0.865 0.0329


535 0.2903 0.9146 0.0222540 0.3619 0.9556 0.0151545 0.4215 0.9762 0.0099550 0.4977 0.9883 0.0054555 0.5807 0.9968 0.0021560 0.6698 0.9997 0.0002565 0.7583 0.9897 0570 0.8459 0.9677 0575 0.9237 0.9328 0580 0.9896 0.8872 0585 1.051 0.843 0590 1.1042 0.7979 0595 1.1311 0.7438 0600 1.1312 0.6836 0605 1.1059 0.6198 0610 1.0567 0.5545 0615 0.9848 0.4881 0620 0.8954 0.4231 0625 0.796 0.3623 0630 0.6913 0.3059 0635 0.5799 0.2499 0640 0.4711 0.1981 0645 0.3947 0.1631 0650 0.3122 0.1264 0655 0.2413 0.0963 0660 0.1821 0.0722 0665 0.1352 0.0533 0670 0.0988 0.0387 0675 0.0711 0.0278 0680 0.0504 0.0196 0685 0.0355 0.0138 0690 0.0248 0.0096 0695 0.0172 0.0067 0700 0.0119 0.0046 0705 0.0083 0.0032 0710 0.0057 0.0022 0715 0.0039 0.0015 0720 0.0027 0.001 0725 0.0019 0.0007 0


730 0.0013 0.0005 0735 0.0009 0.0003 0740 0.0006 0.0002 0745 0.0005 0.0002 0750 0.0003 0.0001 0755 0.0002 0.0001 0760 0.0002 0.0001 0765 0.0001 0 0770 0.0001 0 0775 0.0001 0 0780 0 0 0

La medida práctica del color- 1 -

Capítulo 4.- La medida práctica del color

INTRODUCCIÓN

En el capítulo anterior se han abordado los aspectos básicos sobre los que se

fundamentan tanto la medida y especificación del color (colorimetría) como su percepción (la

trivariancia visual y la igualación de colores) basándose en ellos cualquier sistema que se

defina para la medida del color debe verificar tres condiciones:

a) Dos estímulos con la misma especificación numérica, vistos por un observador con

visión normal del color y en las mismas condiciones de observación, deben parecer iguales.

b) Dos estímulos que parezcan iguales deben tener la misma especificación numérica

c) Los números para la especificación del color deben ser funciones continuas de los

parámetros físicos que definen la distribución de flujo radiante espectral de los estímulos.

4.1.- COLOR DE UNA RADIACIÓN COMPUESTA

Si cada uno de los componentes monocromáticos de la radiación compuesta produce

una sensación de color, y es cierto que al sumar radiaciones se suman sensaciones, entonces

toda radiación compuesta podemos tratarla de este modo; es el principio de aditividad,

formulado por Grassman, fundamental en toda la colorimetría.

Si queremos especificar el color de una radiación compuesta debemos empezar por

calcular los valores triestímulo de esa radiación que deberá hacerse por un proceso de

integración. En primer lugar se ha de conocer la composición espectral de la radiación; cada

componente monocromático exige para ser igualado colorimétricamente aportaciones de cada

uno de los estímulos de referencia en cantidades proporcionales al producto del flujo radiante

por las ordenadas correspondientes a cada función colorimétrica, por tanto será:

( ) ( ) ( )∫∫∫λ

λλ

λ

λλ

λ

λλ λ⋅λ⋅=λ⋅λ⋅=λ⋅λ⋅=

2

1

2

1

2

1

dzPZdyPYdxPX ,c,c,c

donde Pc,λ dλ es el flujo radiante espectral del estímulo luminoso, x_ (λ) , y

_ (λ) , z

_ (λ) las

funciones de igualación de color para el observador patrón considerado o los también

llamados valores triestímulo espectrales.


Los productos del flujo radiante por cada una de las funciones colorimétricas a cada

longitud de onda representan las ordenadas de tres curvas cuyas áreas son los valores

triestímulo X, Y, Z. Estas funciones son complicadas para formularse analíticamente, por

tanto, las integrales anteriores deberán aproximarse por sumas finitas. Aunque la subdivisión

más fina recomendada para el espectro visible es de ∆λ = 1 nm., en aplicaciones

colorimétricas suelen emplearse intervalos de ∆λ = 5 nm o ∆λ = 10 nm, que vienen

normalmente fijados por la resolución espectral del instrumento con el que se realizan las

medidas, pero que suponen una aproximación suficientemente precisa en la mayoría de los

casos. Así pues, en las expresiones anteriores se debe sustituir la integral por un sumatorio, y

la expresión de los valores triestímulo para el observador patrón CIE-1931 para campos

reducidos vendrá dada por:( ) ( ) ( )∑∑∑ λ∆⋅λ⋅=λ∆⋅λ⋅=λ∆⋅λ⋅= λλλ zPZyPYxPX ,c,c,c (4.1)

En el caso de considerar el observador suplementario CIE-1964 correspondiente a

campos amplios (10º), los valores triestímulo pueden calcularse mediante las expresiones

siguientes:

X = ∑ λ∆⋅λλ )(xP 10,c Y = ∑ λ∆⋅λλ )(yP 10,c Z = ∑ λ∆⋅λλ )(zP 10,c

La evaluación de la cromaticidad de un estímulo de color compuesto tal y como se

había comentado en el Capitulo 3 definiendo las coordenadas cromáticas o coordenadas de

cromaticidad, como las relaciones de cada uno de los valores triestímulo y su suma:

ZYXZz

ZYXYy

ZYXXx

++=

++=

++= (4.2)

La figura 4.1 muestra el diagrama cromático CIE 1931 obtenido al representar las

coordenadas de cromaticidad de los colores del espectro visible con una simulación de los

colores que se obtienen para las diferentes coordenadas cromáticas de los colores de una

radiación compuesta.


Figura 4.1.- Diagrama cromático CIE 1931

4.2.- COLOR DE FUENTES LUMINOSAS.

Si el estímulo de color es una fuente luminosa, los valores triestímulo pueden calcularse

directamente a partir de la ecuación (4.1) y las coordenadas cromáticas de las ecuaciones

vistas en el capítulo anterior.

Como se comentó en el capítulo 2, el flujo luminoso P de una fuente está relacionado

con el flujo radiante espectral {Peλ∆λ} mediante la siguiente expresión:

P = Km ∑380

780 Peλ Vλ ∆λ


Al determinar el color de una fuente luminosa, si {Peλ∆λ}es el flujo radiante espectral

expresado en vatios y si tomamos la constante K = Km = 680 lm w-1, el valor triestímulo Y

coincidirá con el flujo luminoso de la fuente puesto que y_ λ = Vλ. Si {Peλ∆λ} es la radiancia

espectral medida en w sr-1 m-2 el valor del triestímulo Y coincide con la luminancia de la

fuente.

4.3.- COLOR DE UNA SUPERFICIE RECEPTORA.

El color puede observarse sólo si hay luz, a diferencia del sentido absoluto del tono

musical que poseen algunas personas, no hay sentido absoluto del color, toda percepción es

relativa. En general toda luz es blanca, como todos los objetos iluminados por ella que tienen

reflectancias altas y a la vez independientes de la longitud de onda. Tales objetos se llaman

blancos (sería mejor llamarlos acromáticos) casi independientemente de la calidad de su

iluminación. Los objetos cromáticos son aquellos que al ser observados aparecen

cualitativamente diferentes del blanco, es decir, poseen un tono.

Cuando se trata de determinar los valores triestímulo de una superficie que refleja (o

una disolución que trasmite) selectivamente luz, hay que tener en cuenta que la reflectancia (o

transmitancia) espectral modifica la distribución espectral del iluminante y, por tanto, la

radiación reflejada (transmitida) será ahora el producto de la incidente por la reflectancia (o

transmitancia) a cada longitud de onda. Bastará, pues, aplicar a esta radiación reflejada (o

transmitida) el mismo proceso que se ha aplicado a la radiación compleja. Los valores de los

triestímulos serán entonces:

[ ] [ ] [ ]∑∑∑ λ⋅λ⋅λ=λ⋅λ⋅λ=λ⋅λ⋅λ= )R()(z)S(Z)R()(y)S(Y)R()(x)S(X (4.3)

4.4 MEDIDA NORMALIZADA DEL COLOR

El cálculo de la luminancia puede simplificarse al máximo en el caso de que el valor del

triestímulo Y del iluminante fuese igual a 100 (o a uno), es decir, si la suma de los productos

de la distribución espectral del iluminante por la segunda función de igualación de color es a


100 (o a uno), entonces, el valor triestímulo Y de la superficie (o de la disolución) sería

también la luminancia. Se pude introducir una constante k en las ecuaciones (4.3)

[ ] [ ] [ ]∑∑∑ λ⋅λ⋅λ=λ⋅λ⋅λ=λ⋅λ⋅λ= )R()(z)S(kZ)R()(y)S(kY)R()(x)S(kX (4.4)

y el valor de la constante se define como: [ ]∑ λ⋅λ

=)(y)(S

100k

Esto supone que el valor del triestímulo Y del iluminante utilizado en los cálculos es

siempre igual a 100 y también el valor del triestímulo Y del difusor perfecto. Este resultado

está recogido en las normas UNE y adoptado para el cálculo de las coordenadas de color de

una superficie receptora.

4.5.- COLOR DE OBJETOS

Cuando el estímulo de color es un objeto, sus características espectrales vienen dadas

por la reflectancia espectral ρλ para el caso de un objeto opaco o por la transmitancia

espectral τλ, para el caso de un objeto transparente.

Por consiguiente, la luz que emerge del objeto viene dada por el producto:

ρλ Pλ ∆λ

o bien

τλ Pλ ∆λ

donde {Pλ∆λ} representa el flujo radiante espectral que incide en el objeto, proveniente de la

fuente de luz que lo ilumina.

A partir de (4.4) se deducen los valores triestímulo para el color de un objeto difusor en

función del observador considerado:

X = K ∑380

780

Pλ ρλ x_

λ ∆λ X10 = K10 ∑380

780

Pλ ρλ x_

10λ ∆λ

Y = K ∑380

780

Pλ ρλ y_

λ ∆λ Y10 = K10 ∑380

780

Pλ ρλ y_

10λ ∆λ (4.5)


Z = K ∑380

780

Pλ ρλ z_

λ ∆λ Z10 = K10 ∑380

780

Pλ ρλ z_

10λ ∆λ

o para el caso de un objeto transparente

X = K ∑380

780

Pλ τλ x_

λ ∆λ X10 = K10 ∑380

780

Pλ τλ x_

10λ ∆λ

Y = K ∑380

780

Pλ τλ y_

λ ∆λ Y10 = K10 ∑380

780

Pλ τλ y_

10λ ∆λ (4.6)

Z = K ∑380

780

Pλ τλ z_

λ ∆λ Z10 = K10 ∑380

780

Pλ τλ z_

10λ ∆λ

Una vez que se han determinado los valores triestímulo, las coordenadas cromáticas

pueden obtenerse a partir de las ecuaciones dadas en (4.2).

Las constantes K y K10 que aparecen en las ecuaciones (4.5) y (4.6) suelen expresarse

de la forma:

K = 100

∑380

780

Pλ y_

λ ∆λ

K10 = 100

∑380

780

Pλ y_

10λ

De acuerdo con esta definición, el valor triestímulo Y o Y10 para un objeto difusor o

transmisor perfecto (ρλ = 1 o τλ = 1 para todo λ) es igual a 100. Así pues, el valor triestímulo

Y ó Y10 indica el porcentaje de luz reflejada o transmitida por el objeto.

Los valores triestímulo de un objeto dependen, como puede deducirse de (4.5) y (4.6),

del propio objeto y de la fuente de luz que lo ilumine. En la práctica, debido a la dificultad de

evaluar el flujo radiante espectral de una fuente de luz y a la necesidad de disponer de

resultados que no dependan de la fuente de luz considerada, se utilizarán los iluminantes

patrón definidos por la CIE y que han sido comentados en el capítulo 2. En estas condiciones

el cálculo de los valores triestímulo se simplifica puesto que se puede disponer de tablas en

las que aparezcan el producto de la constante k, el flujo radiante espectral del iluminante


patrón considerado Pλ, las funciones de igualación del observador patrón x_

λ, y_

λ, z_

λ, y el

intervalo de longitud de onda ∆λ considerado.

4.6.- ESPACIOS DE COLOR.

Desde que se estableció el Observador patrón CIE 1931, con sus valores triestímulo X,

Y, Z se han ido introduciendo muchas coordenadas colorimétricas a partir de ellos por

expresiones más o menos complicadas. Tales coordenadas sitúan cada color en un espacio

determinado, que tendrá tantas dimensiones como número de coordenadas se necesiten.

Aparecen así los denominados espacios de color, normalmente de tres dimensiones. Por lo

tanto, una vez elegidas unas coordenadas colorimétricas a emplear queda definido un espacio

de color.

Como la representación espacial sobre el plano de papel no es fácil, se sustituye

entonces por representaciones geométricas planas llamadas entonces diagramas cromáticos.

Se obtienen como proyección, generalmente ortogonal sobre un plano, de los puntos del

espacio de color, o representando en un plano dos de las coordenadas colorimétricas.

Una de las propiedades más importantes que se le va a exigir a cualquier espacio de

color utilizado para representar o nombrar colores es la uniformidad. Es decir, todas las

diferencias de color igualmente percibidas deben representarse en tal espacio uniforme por

las mismas distancias. Hasta ahora se ha intentado encontrar un espacio uniforme definido

por tres magnitudes métricas, que permitan aplicar una fórmula para calcular la diferencia de

color y a pesar de los logros conseguidos, todavía no existe una solución plenamente

satisfactoria para la predicción de las diferencias de color, y esto es importante tanto para la

formulación de recetas de tintes y colorantes como para el establecimiento de tolerancias.

4.7.- ESPACIOS DE COLOR NORMALIZADOS.

Los esfuerzos encaminados a lograr un espacio de color lo más uniforme posible no han

cesado, originando más de veinte transformaciones matemáticas diferentes de los valores

triestímulo CIE, a fin de superar los inconvenientes. En cada uno de los espacios se puede


calcular una diferencia de color ∆E más fiable que la distancia lineal entre dos muestras en el

espacio X, Y, Z.

4.7.1.- COORDENADAS CIE L*u*v

En 1960 la CIE propuso oficialmente como diagramas de cromaticidad una

transformación del sistema XYZ definido por:

U = 2 X3

V = Y

W = - 0.5 X + 1.5 Y + 0.5 Z

de donde:

u = 4 X

X + 15 Y +3 Z v = 6 Y

X + 15 Y +3 Z (4.7)

o en términos de coordenadas:

u = 4 x

- 2 x +12 y + 3 v = 6 y

- 2 x + 12 y + 3 (4.8)

En realidad, este sistema ya había sido formulado por MacAdam en 1937, y se conoce

como CIE UCS-1960 (Uniform Color System). En 1964 la CIE propuso una reforma de dicho

sistema definiendo las nuevas coordenadas U*,V*, W* por las ecuaciones:

U* = 13 W* (u - u0)

V* = 13W* (v - v0) (4.9)

W* = 25 Y1/3 - 17

donde u,v se siguen obteniendo a partir de (4.7) ó (4.8) y u0, v0 son los valores del blanco de

referencia. Si aceptamos el espacio como uniforme, la diferencia de color entre dos estímulos

U1* , V1

* , W1* y U2

* , V2* , W2

* se calcula por su distancia en el espacio euclídeo, esto es:

D2 = (∆U)2 + (∆V)2 + (∆W)2 (4.10)


Figura 4.2 .- Diagrama cromático CIE 1960

Aunque los resultados pueden considerarse mediocres en cuanto a la uniformidad

obtenida, suponen un importante avance en la búsqueda de espacios cada vez más uniformes.

En 1976 la CIE propuso dos nuevos diagramas como espacios uniformes, conocidos

como sistemas CIELUV (L* u* v*) y CIELAB (L* a* b*). El sistema CIELUV resulta de

una ligera modificación del anterior UCS (1960), donde u y v se sustituyen por u' y v',

definidas por las ecuaciones:

u' = 4 X

X + 15 Y + 3 Z = 4 x

- 2 x + 12 y + 3

v' = 9 Y

X + 15 Y + 3 Z = 9 y

- 2 x + 12 y + 3 (4.11)

en tanto que CIELAB parte de unos principios distintos (fórmula de Adam - Nickerson)


Las coordenadas L* u* v*, se definen de las siguientes ecuaciones siempre que el valor

de YY0

sea mayor que 0.008856:

u* = 13 L*(u' - u0' )

v* = 13 L*(v' - v0' ) (4.12)

L* = 116 3

YY0

- 16

En el caso de que YY0

sea menor o igual que 0.008856:

u* = 13 L*(u' - u0' )

v* = 13 L*(v' - v0' )

L* = 903.3 YY0

(4.13)

Figura 4.3. Diagrama CIELUV


4.7.2.-ESPACIO CIELAB

El espacio CIELAB está adaptado también como norma UNE, y en él se definen unas

magnitudes colorimétricas que se derivan matemáticamente de los valores triestímulo y

pueden considerarse una respuesta de los observadores patrones a un estímulo luminoso.

Tratando de imitar a los observadores reales, estas respuestas se hacen depender del tipo de

estímulo y del blanco de referencia.

Los estímulos dependientes aparecen a los observadores reales como estímulos no

autoluminosos, es el caso de cualquier superficie o material no emisor de luz. Como blanco

de referencia se tomará el difusor perfecto cuyos valores triestímulo son los del iluminante

utilizado y se designan Xn, Yn, Zn. El espacio de color CIELAB es un sistema coordenado

cartesiano definido por tres coordenadas colorimétricas L*, a*, b* magnitudes

adimensionales que se definen de las siguientes ecuaciones:

−=

−=

−=

3n

3n

3n

3n

3n

ZZ

YY200*b

YY

XX500*a

1379.0YY116*L

(4.14)

correspondiendo el subíndice n al blanco de referencia, que en el caso de los vinos es agua

destilada, lo que da en el cálculo el iluminante C según el método oficial.

En el caso en que el cociente nY

Y (factor de luminancia) sea igual o menor que

0.008856 (muestras muy oscuras) el cálculo de las coordenadas colorimétricas se realizará

con las expresiones siguientes:

−=

−=

=

nn

nn

n

ZZ

YY4.1557*b

YY

XX5.3893*a

YY292.903*L

(4.15)

La coordenada L* recibe el nombre de Claridad y puede tomar valores entre 0 y 100,

para estímulos independientes toma siempre el valor 100 y no sirve para su especificación.


Las coordenadas colorimétricas a* y b* forman un plano perpendicular a la Claridad. La

coordenada a* define la desviación del punto acromático correspondiente a la Claridad, hacia

el rojo si a* > 0, hacia el verde si a* < 0. Análogamente la coordenada b* define la

desviación hacia el amarillo si b* > 0, hacia el azul si b* < 0, como muestra la figura 4.4

Blanco

Negro

a*-a*b*

-b*

L*

Gris

Verde

AzulRojo

Amarillo

Figura 4.4. Espacio de color CIELAB

El conjunto a*,b* recibe el nombre de Cromaticidad y junto con la Claridad definen el

color de un estímulo. Se corresponde con el término cromaticidad (x,y) y como él ni indica

explícitamente el tono y la saturación. Este inconveniente puede resolverse definiendo dos

magnitudes colorimétricas nuevas a través de las expresiones siguientes:

=

+=

*a*barctg*h

*b*a*C 22

(4.16)

El Croma, C*, tiene el valor 0 para estímulos acromáticos y, por lo general, no pasa de

150 aunque puede superar ese valor para estímulos monocromáticos. El Tono angular, h*,

varía entre 0º y 360º y para estímulos acromáticos (a* = 0, b* = 0) es una magnitud no

definida. Ambos términos también definen la cromaticidad del color del estímulo y junto con

la claridad determinan las coordenadas cilíndricas del espacio CIELCH.


Los diagramas de cromaticidad en el espacio CIELAB no son diagramas de

cromaticidad propiamente dichos ya que las coordenadas a* y b* no son proporcionales a los

valores triestímulo, es decir, no se relacionan a través de funciones de lineales y por ello

reciben el nombre de diagramas de croma métrico CIE 1976. Conviene indicar que el espacio

de color CIELAB tiene la misma configuración que el Munsell pero presenta dos ventajas

importantes:

1.- El cálculo de las coordenadas es mucho más simple

2.- las unidades de las escalas entre las magnitudes CIELAB son casi iguales, a

diferencia de lo que ocurre en las escalas del sistema Munsell.

4.8.- ESTÍMULOS INDEPENDIENTES

Se considera un estimulo como independiente aquel que es único o de luminancia muy

superior a la de los estímulos que lo rodean; a los observadores reales se les aparece como


una fuente de luz. El blanco de referencia, si no se indica lo contrario, se tomará con los

valores triestímulo iguales entre sí, e iguales al valor triestímulo Y del estímulo considerado.

En realidad este blanco de referencia corresponde a una radiación equienergética (o

uniforme) con la misma luminancia que el estímulo considerado, Xn = Yn = Zn= Y.

Para especificar los estímulos independientes en el espacio CIELAB las normas UNE

definen otras magnitudes colorimétricas. Así definen la Luminosidad (métrica) Q*, que es

una magnitud derivada de la Claridad L* y de la luminancia Yn del blanco de referencia:

( ) ( )nYlog5*L15.0*L6.040*Q ⋅−⋅+⋅+= (4.17)

Para estímulos independientes y normalizados la expresión se simplifica y queda

( )nYlog10100*Q ⋅+=

La Saturación (métrica), S*, es una magnitud derivada de la Claridad y el Croma

según indica la expresión.

*L*C*S = (4.18)

La especificación numérica del color psicofísico de un estímulo independiente se hace

mediante las tres magnitudes Luminosidad, saturación y Tono, por es orden.

4.9.-DIFERENCIAS DE COLOR NORMALIZADAS.

La fórmula de diferencia de color CIELAB está adoptada como norma UNE, en la que

se determina la diferencia de color (métrica) existente entre dos sólidos opacos, no

fluorescentes y uniformemente coloreados, a partir de las magnitudes colorimétricas ya

definidas, mediante las fórmulas anteriores. El cálculo de las diferencias de color existente

entre dos muestras, 1 (referencia) y 2 (ensayo), viene dado por

( ) ( ) ( )22*1

2*2

22*1

2*2

22*1

2*2CIE bbaaLL*E −+−+−=∆ (4.19)

El valor calculado ∆E* define la magnitud de la diferencia de color existente entre dos

muestras, pero no da ninguna información del tipo de diferencia. Sólo la diferencia de

Claridad según sea positiva o negativa nos dirá si la muestra del ensayo es más clara o más

oscura que la referencia. Para conocer las diferencias de Tono y Croma hay que utilizar las

expresiones siguientes:

Diferencia de Croma (métrica) 2*1

2*1

2*2

2*2 baba*C +−+=∆


Diferencia de Cromaticidad (métrica) 2*2* baM ∆+∆=∆

Diferencia de Tono (métrica) 2*2 CM*H ∆−∆=∆

Si las diferencias de cromaticidad de ambas muestras vienen dadas por las magnitudes

Croma y Tono, la diferencia de color se calcula como:2*2*2* HCL*E ∆+∆+∆=∆ (4.20)

Instrumentos para la medida práctica del color- 1 -

Capítulo 5.- Instrumentos para la medida práctica del color

5.1.-INTRODUCCIÓN

Los modernos instrumentos colorimétricos están diseñados para proporcionar

automáticamente los valores triestímulo y las coordenadas de color de un estímulo dado

sin usar el ojo humano, con las medidas tomadas por el instrumento. Existen tres tipos de

instrumentos colorimétricos: el espectrofotómetro, el espectrorradiómetro y los

colorímetros de filtros. Cada tipo es posible adquirirlo comercialmente en una gran

variedad de marcas, grados de sofisticación, y especialización para acomodarse a las

aplicaciones colorimétricas específicas. Como no es de interés realizar un estudio

completo de marcas y tipos vamos a comentar unos puntos que se consideran relevantes

dentro de los distintos tipos de instrumentos.

5.2.- ESPECTROFOTÓMETROS.

El espectrofotómetro es un aparato diseñado para medir el espectro de transmitancia

o reflectancia de un objeto. El objetivo de estos aparatos es el de comparar la radiación

para cada longitud de onda a la salida del objeto con la incidente.

La figura 5.1 muestra esquemáticamente un espectrofotómetro usado para medidas

de objetos no fluorescentes. La energía radiante emitida por la fuente pasa a través del

sistema óptico que conecta la fuente con el monocromador. El monocromador dispersa la

radiación y la transmite como una estrecha banda de longitudes de onda a través de la

rendija de salida que está comunicada ópticamente con la cámara de iluminación y visión

que contiene el objeto que se desea medir y, en el caso de medir reflectancia o

transmitancia, un estándar de reflectancia o transmitancia. El sistema detector recibe la

radiación reflejada o transmitida por el objeto y el estándar y genera un cociente de las

señales que, posteriormente, se transmite al ordenador para su análisis y presentación. El

ordenador está conectado con varios componentes del espectrofotómetro para controlar

automáticamente la operación.


PS &ME

OP

MONOCROMADOR

En

OP

IF

IF

��

BLANCO OBJETO

OP

��

DETECTOR

ORDENADOR

SALIDA DE DATOS

IF

Ex

IF

PS &ME

FUENTE DE LUZ

Figura 5.1.- Diagrama esquemático que muestra los principales componentes de unsistema espectrofotométrico; PS&ME = Equipo de medida y alimentación; OP =acoplamientos ópticos; IF = Interfase electrónico; En = rendija de entrada delmonocromador; Ex = rendija de salida del monocromador.


En resumen, se debe disponer de: una fuente de radiación con sus propios requisitos,

un monocromador que permita de alguna forma discriminar entre las diferentes longitudes

de onda mediante el uso de filtros, prismas o redes de difracción, y tras absorber una parte

de la radiación incidente por parte de la muestra el resto de la radiación llega a un detector,

donde se transforma en una señal eléctrica que se visualiza, generalmente después de ser

amplificada, en un medidor, un registrador en papel o en algún dispositivo informático.

5.1.1.- FUENTES DE RADIACIÓN.

Las fuentes de radiación deben poseer dos condiciones básicas. Primero deben

proporcionar la suficiente energía radiante a lo largo de toda la región de longitudes de

onda en la que se medirá la absorción. Y segundo, deben mantener una intensidad

constante por encima del intervalo de tiempo durante el que se realicen las medidas. Si la

intensidad es baja en la región donde se determina la absorción, el intervalo de longitudes

de onda que pasa a través de la muestra, debe ser relativamente amplio, a fin de obtener el

rendimiento necesario de energía, lo que puede provocar errores en las medidas de la

absorción. Generalmente en las regiones ultravioleta y visible del espectro, utilizadas

normalmente en colorimetría, la intensidad de las fuentes no constituye problema.

Las medidas en la región visible y hasta el infrarrojo cercano se realizan

generalmente con lámparas de filamento incandescente que dan un espectro continuo en

todo el intervalo. El filamento se calienta por medio de una corriente eléctrica, y se

encuentra en un bulbo de vidrio herméticamente sellado al vacío o con gas inerte. Los

filamentos, generalmente, se enrollan para aumentar su emisividad, eficacia y luminancia

media.

Las fuentes de radiación, requieren una gran estabilidad a corto plazo, sobre todo

para los espectrofotómetros de un solo haz. La intensidad de la radiación de una fuente

incandescente es proporcional al voltaje de la lámpara elevado a una potencia superior a la

unidad y con el fin de estabilizar la corriente fotoeléctrica dentro de un 0,2%, que

representa la precisión asequible del espectrofotómetro, el voltaje de las fuentes debe


regularse dentro de unos cuantos milivoltios. La estabilidad de las fuentes se logra

utilizando transformadores de voltaje constante y reguladores de potencial electrónicos.

5.1.2.- SELECCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA

La mayoría de los métodos espectrofotométricos requieren generalmente el

aislamiento de bandas discretas de radiación. Para aislar una banda estrecha de longitudes

de onda, se utilizan filtros, monocromadores o ambos.

Filtros

Los filtros proporcionan un alto rendimiento de radiación. Su montaje es

relativamente fácil para, quizá, hasta cinco longitudes de onda, aunque en colorimetría se

llega en algunos casos a 16 longitudes de onda. El paso de banda puede ser similar al que

se obtiene con el montaje de redes de difracción.

Los tipos de filtros más utilizados son los filtros de absorción y los filtros

interferenciales.

En los filtros de absorción los efectos se derivan de las interacciones totales de la

radiación con el material. Algunos tipos se basan en dispersiones selectivas y en otros

predomina la absorción iónica. La transmisión de radiación es una función que decrece

uniformemente con el espesor y se describe mediante una ley exponencial.

Los filtros de absorción se fabrican en una gran cantidad de materiales como:

gelatina, vidrio, plástico, etc. Los filtros de vidrio son los más utilizados en equipos

automáticos de análisis y en colorimetría.

Los filtros interferenciales se basan en las interferencias ópticas y en su caso más

simple consiste en una película espaciadora dieléctrica insertada entre dos películas

paralelas de metal parcialmente reflejante, generalmente plata. El espesor de la película

dieléctrica es controlado para tener una, dos o tres medias ondas.


Una parte de la radiación normal

incidente llega al filtro (haz 1) y pasa a

través (haz 2), mientras que otra parte (haz

3) es reflejada desde la superficie B hasta la

superficie A. Otra porción de esta radiación

es nuevamente reflejada desde la superficie

A, pasando nuevamente por la superficie

dieléctrica, y sale del filtro como haz 4, que

resulta paralelo y coincidente con el haz 2.

De esta manera, la distancia recorrida por el

haz 4 es mayor que la recorrida por el haz 2

en el doble del producto del espesor del

dieléctrico

��

��

Haz 1

Haz 2

Haz 3

Haz 4Superficie A Superficie B

Peliculas de plata semitransparente

Pelicula espaciadora transparente

Figura 5.2.- Esquema de un filtro deinterferencia y trayectoria que siguen losrayos de luz

por su índice de refracción. Cuando el espesor de la capa, b, es la mitad de la longitud de

onda de la radiación a transmitir dentro del índice de refracción y del medio dieléctrico,

los haces 2 y 4 se encontrarán en fase e interferirán constructivamente. La expresión para

las longitudes de onda centrales en las que ocurre el refuerzo total es : λ = 2 n b

m donde

m es el número de orden. Puesto que para otras diferencias en las trayectorias sólo ocurre

un refuerzo parcial, el filtro transmite únicamente una banda de luz. Aún más, el ángulo de

incidencia debe ser de 90º. La anchura de de banda suele ser de 10 a 15 nm.

Se puede mejorar el funcionamiento de este tipo de filtros mediante los filtros

multicapas que se forman al reemplazar las películas metálicas por un conjunto de

películas totalmente dieléctricas.

Monocromadores.

Un monocromador consiste, en general (figura 5.3), de una rendija de entrada que

proporciona una imagen estrecha y casi coherente de la fuente de radiación, un colimador

que hace paralela la radiación procedente de la rendija de entrada, una red o prisma para


dispersar la radiación incidente, otro colimador para formar la imagen de la rendija de

entrada sobre la rendija de salida y una rendija de salida para aislar la banda espectral

deseada.Rendija de entrada

Rendija de salida

Espejo colimador

Red

Distancia focal

Figura 5.3.- Diseño de un monocromador

La función primordial del monocromador es proporcionar un haz de energía radiante

con una longitud de onda y una anchura de banda dada. La salida espectral de cualquier

monocromador usado como una fuente de radiación continua, independientemente de su

distancia focal y anchura de rendijas, consiste en una gama de longitudes de onda con un

valor promedio de longitud que se presenta en el indicador del monocromador. La función

secundaria consiste en el ajuste del rendimiento de energía. El flujo lumínico que emerge

de la rendija de salida puede variarse ajustando el ancho de la rendija, sin embargo, esta

dimensión también controla la anchura de banda espectral.

Los requisitos básicos de los monocromadores son: simplicidad de diseño,

resolución, gama espectral, pureza de la radiación de salida y poder de dispersión.

El funcionamiento de un monocromador comprende tres factores relacionados: la

resolución, el poder de captación de la luz y el poder de dispersión. La resolución depende

de la dispersión y perfección en la formación de imagen, mientras que la pureza está


determinada principalmente por la cantidad de luz dispersada. Se requiere una gran

dispersión y un alto poder resolutivo para poder medir con precisión las líneas discretas en

los espectros de emisión o las bandas de absorción nítidas.

Dispersión. Se define como la separación de una mezcla de longitudes de onda en

sus monocomponentes. Esto se logra por medio de un prisma (refracción) o por medio de

una red (difracción).

Resolución. La resolución, o poder de resolución, es la capacidad que tiene el

monocromador para distinguir aspectos espectrales adyacentes, como las bandas de

emisión de absorción o las líneas de emisión. La resolución está determinada por el

tamaño y las características dispersivas del prisma o de la red, el diseño óptico que

contiene el dispositivo dispersor y la anchura de la rendija del monocromador. En los

espectrofotómetros con registro, la resolución también depende del sistema de registro y

de la velocidad de barrido.

La definición de resolución, R, más ampliamente utilizada es

R = -λdλ = w (

dθdλ )

donde -λ es la longitud de onda promedio entre las dos líneas resueltas, dλ es la diferencia

de dos longitudes de onda entre las líneas, w es la anchura efectiva de la apertura y dθ es

el intervalo angular.

Poder de captación de radiación. Cuando se trata de anchuras de banda muy

estrechas, se pueden resolver algunas señales espectrales muy cercanas. Sin embargo, la

razón señal-ruido resulta muy importante. Será necesario que una cantidad suficiente de

radiación llegue al detector para que se pueda distinguir por encima de la señal de fondo.

El poder de captación de radiación de un instrumento resulta crítico en este caso. El

llamado número f, o velocidad de un espectrofotómetro, es una medida de la capacidad del

espejo colimador para captar y colimar la radiación que procede de la rendija de entrada y

se expresa


f = fcdc

donde fc y dc representan la distancia focal y el diámetro del espejo colimador,

respectivamente. Cuanto menor sea el número f, tanto mayor será la capacidad de

captación de radiación del instrumento.

Rendijas. En la práctica, el módulo del monocromador no es capaz de aislar una sola

longitud de onda de la radiación del espectro continuo emitido por la fuente. Por el

contrario, es una banda definida de radiación la que pasa por el monocromador. La entrada

o apertura de un monocromador es una rendija larga y estrecha cuya anchura es

generalmente ajustable. Dentro del monocromador, los rayos divergen desde la rendija de

entrada e iluminan el espejo colimador, el cual los enfoca sobre el elemento dispersante.

Después del colimador, el haz de rayos paralelos es una versión ampliada de la rendija de

entrada que debe ser lo bastante grande como para iluminar el lado completo del prisma o

de la red de difracción. Posteriormente el elemento dispersante separa la radiación

incidente en función de la longitud de onda con un ángulo distinto, pudiendo en el caso de

las redes provocar la superposición de órdenes de dispersión. El haz disperso es

interceptado por un segundo espejo colimador similar al primero, el cual se utiliza para

enfocar y producir una serie de imágenes casi monocromáticas de la rendija de entrada,

que se forman en el plano focal, donde se coloca la rendija de salida.

Por lo general, las rendijas se caracterizan únicamente por su anchura. La anchura de

la banda espectral se puede definir como el intervalo de longitudes de onda de la radiación

que sale de la rendija de salida del monocromador, entre los límites establecidos a la mitad

del nivel radiante, entre la señal de fondo continuo y el pico de una banda de absorción de

anchura despreciable.

El seleccionar una anchura de rendija constituye, básicamente, un compromiso entre

la intensidad de la radiación y la resolución. Escoger una anchura de rendija dependerá de

la separación de las líneas espectrales o del aislamiento o separación, de la línea analítica

deseada y del resto de las líneas adyacentes.


Espejos y lentes. Dentro de un monocromador, la colimación y los enfoques

necesarios se logran utilizando espejos de primera cara, y al no usar lentes, se eliminan las

aberraciones cromáticas.

Cuando la radiación pasa de un medio a otro con distinto índice de refracción, una

parte de ella es reflejada en la superficie de separación. Esta pérdida, para incidencia

normal de un haz en un medio puramente dieléctrico, se puede expresar como

pérdida por reflexión = (n2 - n1n2 + n1

)2

Puesto que, por lo general, el primer medio es aire (n1 = 1), la pérdida resulta ser una

función directa y única del índice del sustrato. En el caso del vidrio (n2 = 1,52) la pérdida

resulta ser de un 4% para cada reflexión.

La reflexión puede modificarse aplicando un dieléctrico o un recubrimiento de

películas metálicas delgadas. En muchos casos resulta suficiente utilizar una sola capa

cuyo espesor óptico sea igual a un cuarto del valor de la longitud de onda de la radiación

de interés. Con estos recubrimientos se logran reducir las pérdidas a un 0,2%

aproximadamente.

Los prismas como dispositivos dispersores. El efecto de un prisma depende de la

refracción de la luz producida por el material del prisma. El poder de dispersión depende

de la variación del índice de refracción con la longitud de onda dn/dλ característico de

cada material. La imagen de la rendija de entrada se proyecta sobre la de salida como una

serie de imágenes distribuidas unas después de otras, ya que las radiaciones de menor

longitud de onda sufrirán mayores desviaciones que las correspondientes a mayor longitud

de onda.

El poder de resolución del prisma está dado por

R = t (dndλ )

donde t es la anchura de la base del prisma. El poder de resolución está, por tanto, limitado

por la anchura de la base del prisma, así como por el poder dispersivo del material. Este


último término no es un valor constante y se requiere conocer el índice de refracción del

material y su intensidad de variación con respecto a la longitud de onda.

Uso de redes de difracción como dispositivos de dispersión. En esencia una red de

difracción consiste en un gran número de rendijas (líneas) equidistantes que reflejan o

transmiten radiación.

La radiación incidente se difracta en cada una de las líneas produciendo

interferencias constructivas según la siguiente fórmula.

b (sen i ± sen r) = m λ

donde b, constante de la red, representa la distancia entre dos líneas adyacentes, i es el

ángulo de incidencia, r es el ángulo de difracción y m designa el orden de difracción. El

signo positivo se aplica cuando los haces incidente y refractado están en el mismo lado de

la red.

La fórmula de la red muestra que la energía radiante se difracta en varios órdenes y

el reparto de la energía dependerá de la forma de las líneas de la red. Las redes modernas

poseen un perfil de línea orientada que permite concentrar la mayor parte de la energía

incidente en un solo orden. El ángulo de la línea es controlado de forma que concentre, o

disperse, la máxima energía en la región de longitudes de onda que se pretende utilizar.

La dispersión angular, dθ/dλ, de una red utilizada en el modo de autocolimación

(uno de los más empleados), está dada por

dθdλ =

mb cos r =

2λ tg r

En el plano de la rendija de salida, la dispersión lineal es:

dxdλ =

2 f tg rλ =

m fb cos r

Puesto que cos r es prácticamente constante para ángulos de reflexión inferiores a 20º y

prácticamente igual a 1


dλdx =

bm f

de forma que un monocromador de red posee una dispersión casi constante a lo largo del

espectro. Este aspecto es una de las ventajas más importantes de las redes sobre los

prismas.

Cuando el orden m, se considera fijo, se obtiene una gran dispersión con el uso de

redes de número de líneas elevado. Por otra parte, para una longitud de onda dada, la

dispersión será función únicamente de la tangente de r. Los cambios de espaciamiento y

número de líneas no tienen efecto en la resolución y en la dispersión si se utiliza un ángulo

dado.

En un monocromador de red, la apertura efectiva es simplemente la anchura de una

línea particular, b, multiplicado por el número total de líneas, N, y por el cos r.

Considerando que el ángulo entre los rayos incidentes y refractados es pequeño, la

resolución teórica está descrita por.

R = λdλ = m N =

2 N b sen rλ

La ecuación indica que para un orden dado, m, la resolución aumenta con el número

de líneas de la red.

La región rayada de la red debe ser lo suficientemente grande para interceptar toda la

radiación incidente, aún cuando se encuentre girada en su posición angular extrema.

Cualquier disminución es esta área reduce la radiación útil del espectro y aumenta la

radiación parásita.

5.1.3.-CUBETAS Y DISPOSITIVOS DE MUESTREO.

Las cubetas (o celdas) que contienen las soluciones de la muestra y de la referencia

deben tener sus ventanas perfectamente paralelas y perpendiculares al haz de radiación.

Las cubetas cilíndricas, utilizadas en espectrofotómetros de bajo coste, deben cuidar su


posición a fin de lograr una buena reproductibilidad. Las cubetas utilizadas tienen, por lo

general, 1 cm de espesor, aunque pueden utilizarse desde 0,1 cm o menos.

Las cubetas deben construirse con materiales que no absorban la radiación en la

región de interés. El cuarzo es transparente desde los 190 nm en el ultravioleta hasta los 3

ó 4 µm en el infrarrojo. Los vidrios desde los 350 nm hasta los 2 µm y los plásticos desde

380 hasta los 780 nm en el visible.

Para obtener buenos resultados, las cubetas deben manejarse por pares que pueden

obtenerse de los fabricantes, pero conviene comprobarlo analizando muestras idénticas en

cada cubeta. Las cubetas deben limpiarse antes y después de ser utilizadas y nunca se debe

tocar con los dedos las caras por donde pasa la radiación pues la grasa y las huellas

dactilares pueden hacer variar la transmitancia de la cubeta.

5.1.4.- DETECTORES.

Un detector es un transductor que convierte la radiación electromagnética en un flujo

de electrones y, posteriormente, en una corriente o voltaje en el circuito de lectura. En

muchos casos la fotocorriente requiere amplificación, particularmente cuando se miden

bajos niveles de energía radiante.

Existen detectores de un solo elemento como los fotodiodos de estado sólido, los

tubos fotoemisores y los tubos fotomultiplicadores y otros detectores con elementos

múltiples, como los detectores de estado sólido.

Las características más importantes para cualquier tipo de detector son: sensibilidad

espectral, respuesta a la longitud de onda, ganancia y tiempo de respuesta.

Tubos fotoemisores

Los tubos fotoemisores de vacío son combinaciones simples de fotocátodo - ánodo

alojados en una cubierta con vacío. El fototubo de vacío de un solo paso contiene un

cátodo sensible a la radiación y un ánodo delgado situado en el eje del cilindro rodeado

por el cátodo.


El fotocátodo opera según el principio de que se emiten electrones desde algunos

materiales en proporción directa al número de fotones que incide en su superficie. Para una

eficiencia óptima, la superficie del fotocátodo debe tener el máximo coeficiente de

absorción posible para la radiación incidente. El material que recubre la superficie también

deberá tener baja la función de trabajo con objeto de extender su cobertura espectral hacia

mayores longitudes de onda.

Tubos fotomultiplicadores.

Los fototubos multiplicadores de electrones, o tubos fotomultiplicadores, son una

combinación de un cátodo fotoemisor y una cadena interna de dínodos multiplicadores de

electrones. La radiación incidente expulsa fotoelectrones del cátodo que son enfocados por

un campo electrostático y acelerados hacia un electrodo curvo, que corresponde al primer

dínodo, el cual está recubierto por un material que expulsa varios electrones como

resultado del impacto de un electrón de alta energía. La forma redondeada que tienen los

dínodos hace converger a los electrones sobre el siguiente dínodo.

Anillo de enfoque

Fotocátodo semitransparente

Radiación incidente

Recubrimiento conductivo internoElectrodo de enfoque

Placa frontal

Figura 5.4.- Esquema de un fotomultiplicador

Repitiendo este proceso multiplicador electrónico a lo largo de una serie de dínodos

sucesivos que se mantienen a un alto voltaje, se produce una corriente de avalancha que

finalmente llega al ánodo. De esta forma se logra la amplificación de la corriente interna,


produciendo la llamada ganancia. Para evitar el deterioro de las superficies de los dínodos

por efecto del calentamiento localizado y para prevenir la fatiga del tubo, la corriente del

ánodo debe mantenerse por debajo de 1 mA.

Idealmente, la ganancia total G de un tubo fotomultiplicador que posee n pasos y un

factor f de emisión secundaria en cada paso es G = fn. El valor concreto de f depende tanto

de la naturaleza del material emisor secundario del dínodo como del potencial eléctrico

impuesto. Antiguamente el factor f variaba de 3 a 5 pero con los actuales recubrimientos

se alcanza fácilmente el valor 50.

Una de las mayores ventajas de los tubos fotomultiplicadores es la capacidad que

poseen de variar la sensibilidad en un intervalo muy amplio, cambiando simplemente el

voltaje de alimentación.

Fotodiodos.

Los fotodiodos operan según un principio completamente distinto al de los

detectores anteriormente descritos. Una unión semiconductora p -n posee una

polarización inversa, de modo que no existe flujo de corriente. Cuando un fotón interactúa

con el diodo, los electrones son llevados hasta la banda de conducción donde pueden

actuar como portadores de carga. De esta manera, la corriente generada es proporcional a

la potencia radiante incidente.

La mayoría de estos dispositivos detectan únicamente radiación en el visible y en el

infrarrojo cercano y su respuesta es, al menos, un orden de magnitud superior a los tubos

fotoemisores de vacío, pero muchos órdenes de magnitud menos que los tubos

fotomultiplicadores.

Muchos fotodiodos pequeños se pueden ensamblar en disposiciones lineales o

bidimensionales, en los cuales cada diodo capta una señal en forma simultánea con los

demás. Un condensador pequeño se acopla a cada diodo y se carga hasta un nivel dado

antes de que el diodo se ilumine. Al iluminarse se produce la descarga del condensador.

Después de que se obtienen las señales, se barre cada elemento del conjunto, se registra la


pérdida de carga y se recarga el condensador. De esta forma se obtienen datos en una y, en

algunos casos, dos dimensiones.

5.1.5.- MÓDULOS DE LECTURA.

En los instrumentos más sencillos se producen señales de corriente continua (DC)

que se amplifican mediante amplificadores de DC y se registran en medidores analógicos,

registradores, voltímetros digitales o en monitores de sistemas informáticos.

Para obtener una mejora en la relación señal-ruido es deseable modular la señal y

transformarla en una señal alterna (AC) lo suficientemente alta que impida los problemas

de ruido. Después de la amplificación, realizada en un amplificador de AC, la señal se

desmodula y se vuelve a convertir en una señal DC, ya que la mayoría de los registros

requieren señales en DC.

5.1.6.- TIPOS DE ESPECTROFOTÓMETROS

Como ya se ha comentado, lo esencial en un sistema analítico consiste en una fuente,

en un sistema de enfoque óptico, un portamuestras, un dispositivo aislador de longitud de

onda y un detector con su amplificador y sistema de registro. Desde el punto de vista de la

construcción, es deseable que el sistema esté limitado por el detector, o sea, que el factor

limitante debe ser el ruido generado por el detector. Cualquier cosa que se realice con

vistas a aumentar los niveles de señal en el detector, es deseable.

En términos de su construcción se puede reconocer la diferencia entre las rutas de la

radiación en los casos de haz simple o doble, y si el módulo del fotómetro está diseñado

para una lectura directa o utiliza un circuito de balance. En la selección final del

instrumento se deben considerar los conceptos de costo inicial, costo de mantenimiento,

flexibilidad de operación, características de resolución, intervalo de longitudes de onda,

precisión y equipo auxiliar necesario para desarrollar otras áreas de aplicación.

Instrumentos de un solo haz.


El tipo más simple de espectrofotómetro de absorción se basa en la operación con un

solo haz en el cual la muestra se examina para determinar la cantidad de radiación

absorbida a una longitud de onda dada. Los resultados se comparan con los de una

referencia que se obtiene en una determinación a parte. Los cambios en la intensidad de la

fuente y en la sensibilidad del detector a la longitud de onda son los factores limitantes en

este tipo de aparatos ya que cualquier fluctuación en la fuente o el detector entre la

realización de las dos medidas produce errores considerables.

La forma de operación es la siguiente: el material de referencia se coloca en el

trayecto de la radiación y el instrumento se ajusta a 0% en transmitancia con el obturador

bloqueando por completo el paso de radiación hacia el detector y, al retirar el obturador, el

valor de la transmitancia se ajusta a 100%. Una vez realizado el ajuste, se coloca la

muestra y se lee el valor de la transmitancia.

Instrumentos de doble haz

En los instrumentos de doble haz la radiación monocromática se divide en dos

componentes con intensidades similares. Un haz pasa a través de la muestra, y el otro pasa

a través de una solución de referencia o blanco. Sin embargo la intensidad radiante en el

haz de referencia varía con la energía de la fuente, la transmisión del monocromador, la

transmisión a través del material de referencia y la respuesta del detector y todos ellos con

la longitud de onda. Si la salida del haz de referencia puede mantenerse constante,

entonces la transmitancia de la muestra puede registrarse directamente como la salida del

haz de la misma. Existen varias formas de mantener la salida del haz de referencia

constante (1) crear un ciclo de control para regular la sensibilidad del fotodetector a través

del voltaje que se le suministra, (2) controlar el ancho de la rendija del monocromador

mediante servomotores y guías mecánicas y (3) instalar una cuña óptica en la trayectoria

de la radiación para aumentar o disminuir automáticamente la cantidad de radiación que

llega al detector.

El control de sensibilidad es la opción más económica de las tres ya que sólo

necesita un circuito electrónico sin componentes mecánicos. La utilización un


monocromador de red permite mantener una anchura de rendija constante y por tanto el

poder de resolución. Sin embargo el nivel de ruido del fotodetector aumenta con la

ganancia y no permanece constante durante el barrido.

La intensidad del haz de referencia no es necesario controlarla, salvo en los

dispositivos que incorporen la cuña óptica, ya que el espectro de absorción es corregido

automáticamente en cuanto a la respuesta del instrumento como función de la longitud de

onda, midiendo continuamente la relación P/P0. Puesto que las inestabilidades de la fuente

así como las variaciones del amplificador afectan a los dos haces por igual, sus efectos

deben cancelarse. La absorción debida al blanco se resta automáticamente si se le coloca

en el haz de referencia.

Un espectrofotómetro de barrido de doble haz presenta un cambio continuo en la

longitud de onda. Uno de los haces se destina, permanentemente, a la solución de

referencia o blanco y el otro a la muestra. A medida que se barre el intervalo de longitudes

de onda, se realiza una comparación automática de las transmitancias de la muestra y de la

referencia. La relación de valores se presenta como una función de la longitud de onda. La

operación automática elimina ajustes manuales que consumen tiempo.

5.2.- ESPECTRORRADIÓMETROS.

Un espectrorradiómetro es un aparato diseñado para medir cantidades radiométricas

en función de la longitud de onda. Por lo que respecta al color, este dispositivo sirve para

determinar la distribución de energía radiante espectral de una fuente cualquiera, para a

partir de esa distribución calcular sus coordenadas de color.

La figura 5.5 ilustra esquemáticamente un sistema espectrorradiométrico. La energía

radiante emitida por la fuente test en una dirección predeterminada llega a la rendija de

entrada del monocromador, después de atravesar un sistema óptico de acoplamiento (en

este caso una esfera integradora que contará con espejos, lentes, aperturas, etc, que no se


muestran en el esquema). El monocromador dispersa la radiación entrante y la trasmite

como una estrecha banda de longitudes de onda a través de la rendija de salida la cual está

acoplada ópticamente con el detector. La respuesta del detector fotoeléctrico es analizada

y procesada en un ordenador, que envía los resultados al dispositivo de salida. El

ordenador está también conectado con otros componentes del espectrorradiómetro para

controlar automáticamente la operación.

En la práctica, la medida de un espectro radiométrico implica la comparación de la

fuente test con una fuente de referencia conveniente que posea un espectro de radiación

conocido. La disposición que se muestra en la figura 5.5 incluye una fuente de referencia.

La comparación de la fuente test con la de referencia se logra rotando la esfera integradora

180º para hacer pasar la luz del haz de referencia por el monocromador.

El espectro de las fuentes de referencia ha sido determinado directa o indirectamente,

mediante una comparación espectrorradiométrica con el cuerpo negro de Planck a una

temperatura de color conocida, o bien a través de alguna otra fuente de primarios ya

conocida.

Una salida típica de espectrorradiómetro es:

1) Espectro de radiación de la fuente test.

2) Valores triestímulo y cromáticos con relación a los sistemas colorimétricos CIE

1931 ó al CIE 1964, o a ambos.

3) Índices de color CIE.

4) Temperatura de color.

5) Cantidades fotométricas como la luminancia.

Cuando se determina la distribución espectral mediante las medidas físicas, la salida

de datos se deriva de ella por cálculo en el ordenador usando las fórmulas apropiadas.


PS &ME

PS &ME

FUENTE DE REFERENCIA

FUENTE TEST

IF ORDENADOR

IF

SALIDA DE DATOS

OPMONOCROMADOR

Ex

En

PS &ME

DETECTOR

IF

OP

��

Figura 5.5.- Diagrama esquemático que muestra los principales componentes de unsistema espectrorradiométrico; PS&ME = Equipo de medida y alimentación; OP =acoplamientos ópticos; IF = Interfase electrónico; En = rendija de entrada delmonocromador; Ex = rendija de salida del monocromador

Por lo que respecta al color se puede apreciar que el espectrorradiómetro determina

experimentalmente la distribución espectral de la fuente, lo que permite calcular los

valores triestímulo de la fuente mediante las ecuaciones:

X = ∑λ

Sλ x-(λ) Y = ∑λ

Sλ y-(λ) Z = ∑λ

Sλ z-(λ)

donde Sλ es la distribución espectral de la fuente.

A partir de estos valores se pueden conocer las coordenadas cromáticas x, y, de la

fuente o de una fuente con un filtro interpuesto. Sin embargo, con este aparato no se


pueden calcular las coordenadas de color de una muestra opaca, ya que no es posible

determinar su factor de reflexión.

5.3.- COLORÍMETROS DE FILTROS TRESTÍMULOS.

Un colorímetro triestímulo es un aparato con unas funciones de respuesta espectral

directamente proporcionales a los coeficientes de distribución (funciones de igualación de

color) correspondientes al observador colorimétrico de la CIE.

El problema principal en la construcción de estos instrumentos es precisamente la

obtención de los filtros triestímulos, es decir, el ajuste de tres fotocélulas o tres

fotomultiplicadores, de forma que su respuesta sea proporcional, a lo largo del espectro

visible, a los coeficientes de distribución x-(λ) , y-(λ) , z-(λ) o a alguna combinación lineal

de ellos. Si se consigue una duplicación exacta de estas funciones, la respuesta de la

primera fotocélula proporcionará el valor triestímulo X, la de la segunda el valor

triestímulo Y y la de la tercera el valor triestímulo Z. En cierto sentido un colorímetro de

filtros triestímulos es un computador analógico fotoeléctrico con una salida que se

corresponde con los tres sumatorios o integrales que definen los valores triestímulo.

Para ajustar la respuesta espectral de la fotocélula se dispone sobre todo de dos

métodos. El primero emplea un monocromador junto con tres plantillas espectrales

diferentes. Cada una de ellas modifica la función de respuesta espectral de la fotocélula en

una de las tres funciones x-(λ) , y-(λ) , z-(λ) . El segundo intenta modificar la función de

respuesta espectral de la fotocélula mediante un filtro coloreado de vidrio o gelatina,

colocado justo enfrente de la superficie fotosensible de la célula.

En la figura 5.6 puede verse un esquema de un colorímetro de plantillas. La energía

radiante reflejada en la muestra penetra en un prisma o red de difracción, y a la salida se

obtiene su espectro. Entonces se coloca una de la tres plantillas en el plano del espectro.

Cada una de ellas está diseñada para modificar selectivamente el espectro equienergético

de manera que la curva de respuesta espectral de la fotocélula tome la forma de una de las

tres curvas de las funciones de igualación del observador colorimétrico CIE. La


construcción de estas plantillas es, sin embargo, muy complicada, por lo que un

colorímetro de este tipo es a veces tan costoso como un espectrofotómetro.

Más sencillo de construir y por consiguiente más barato, pero normalmente menos

preciso, es el colorímetro de filtros. La figura 5.7 muestra un esquema de un aparato de

este tipo. La energía radiante reflejada en el objeto pasa a través de uno de los tres filtros

triestímulos (filtros) e incide en la fotocélula, provocando una respuesta proporcional al

valor triestímulo correspondiente de la combinación objeto-fuente. Cada filtro triestímulo

es normalmente una combinación de filtros coloreados cuya función de transmitancia

resultante, junto con la función de respuesta de la fotocélula, imita a una de las funciones

de igualación de la CIE.


MUESTRA

��

��

LECTURA X, Y, Z

PLANTILLA DETECTORPRISMA

FUENTE

Figura 5.6.- Diagrama esquemático de un colorímetro de plantillas


MUESTRA

��

LECTURA X, Y, Z

FUENTE

��

FILTROS

DETECTOR

Figura 5.7.- Diagrama esquemático de un colorímetro de filtros

En los tipos de colorímetros descritos, el objeto es iluminado por una fuente provista

de los filtros correspondientes que la hacen asimilable a algunos de los iluminantes patrón,

ya sea el A, el C, el D65, etc. Esto permite calcular análogicamente los valores triestímulo,

ya que la lectura de la respuesta de la célula fotoeléctrica lleva ya incluida la característica

del iluminante (Sλ), así como las características del sistema visual en cuanto a mezclas de

colores [x-(λ) , y-(λ) , z-(λ) ].

5.4.- COMPARACIÓN ENTRE ESPECTROFOTÓMETRO Y COLORÍMETRO

TRIESTÍMULO.

Ambos instrumentos pueden determinar el color de una muestra. Sin embargo es

muy normal que el color de un mismo objeto medido con ambos aparatos den resultados

distintos. Lógicamente el valor dado por el espectrofotómetro suele ser el más fiable.

Recordemos que con un espectrofotómetro lo que se determina experimentalmente es la

transmitancia o la reflectancia, mientras que las funciones correspondientes a los

diferentes iluminantes y las funciones de igualación del sistema visual están tabuladas e

introducidas en la base de datos del ordenador del espectrofotómetro, por lo que una vez


que se mide la reflectancia o la transmitancia el cálculo de los valores triestímulo y de las

coordenadas cromáticas es exacto.

Sin embargo, mediante un colorímetro, tanto el iluminante como las funciones de

igualación del sistema visual se intentan imitar mediante filtros o plantillas, el iluminante

para iluminar la muestra con la distribución espectral adecuada, y las funciones de

igualación de color para modificar la respuesta espectral de la fotocélula y así obtener los

valores triestímulo directamente. Lógicamente esta imitación no es nunca perfecta, por lo

que los resultados obtenidos suelen discrepar de los obtenidos con el espectrofotómetro.

Aún más, entre diferentes colorímetros los resultados también suelen diferir, debido a que

los diferentes filtros desarrollados no suelen ser iguales. Dentro de los colorímetros, como

ya se ha dicho, los de plantilla son más precisos que los de filtros, aunque mucho más

costosos de construir.

En resumen, si lo que se desea es obtener con exactitud el valor de unas coordenadas

cromáticas, lo que se debe utilizar es un espectrofotómetro. Si no es así, es suficiente con

un colorímetro de filtros que según los diseños podrá ser más o menos preciso. Sin

embargo, en muchos casos prácticos no es imprescindible conocer con precisión las

coordenadas cromáticas de un color sino su diferencia respecto a un patrón que se pretende

limitar. En este caso, si el aparato presenta una pequeña imprecisión en la medida está será

sistemática, de forma que las diferencias de color entre las medidas no se verán afectadas.

En estas situaciones es particularmente útil el uso del colorímetro.

Método oficial de determinación del color del vino - 1 -

Capítulo 6.- Método oficial de determinación del color del vino

6.1.-INTRODUCCIÓN

El método de la CIE para calcular el color de los objetos son largos pues requiere de, al

menos, 81 medidas de la transmitancia y realizar a continuación los consiguientes cálculos.

Por este motivo, durante muchos años se han aplicado otros métodos de obtención de los

valores triestímulo a partir de ciertos valores seleccionados de unas cuantas longitudes de

onda. Estos métodos reciben el nombre de MÉTODOS DE ORDENADAS

SELECCIONADAS DE HARDY, uno de los cuales es el que se utiliza oficialmente en

España, de acuerdo con el método recomendado por la Office Internationale de la Vigne et du

Vin (OIV), para determinar el color del vino, con referencia al iluminante C.

6.2.- MÉTODO OFICIAL DE DETERMINACIÓN DEL COLOR DEL VINO.

El método para la determinación del color del vino en España está publicado en el

Boletín Oficial del Estado de fecha 14/10/81 por Orden de la Presidencia de Gobierno de

17/9/81 y en él se indica:

El color de los vinos se determina por transparencia como se percibe a la vista, pero por

un procedimiento independiente de la apreciación personal, valiéndose de métodos

espectrofotométricos triestimulares de ordenadas seleccionadas de Hardy, fundado en el

sistema de la Comisión Internacional de l'Eclairage (CIE), con relación a la luz producida por

un cielo nublado (iluminante C).

El observador de referencia que se utiliza es el observador CIE 1931, que corresponde a

ángulos subtendidos de visión menores o iguales a 4º.

Éste método tiene los siguientes pasos:

1.- Si el vino no está limpio, centrifugar previamente. Eliminar el gas carbónico, si es

necesario, por agitación con vacío parcial.

2.- Medir directamente en el espectrofotómetro las transmitancias del vino para las

longitudes de onda de 625, 550, 495 y 445 nm utilizando como referencia agua destilada, y en

cubetas con paredes planoparalelas refiriendo esta medida a un centímetro de espesor de


líquido. Las cubetas deben ser de cuarzo o de vidrio de índice de refracción máximo 1.5, de

paredes paralelas y espesor interno b que se expresa en centímetros y con una aproximación

de ± 0.002 b. Según la intensidad del color se escogerán las cubetas de tal forma que la

absorbancia A quede comprendida entre 0.3 y 0.7.

3.- Calcular los valores triestímulo X, Y, Z, del vino mediante las siguientes

expresiones:

X = 0.42 τ (625) + 0.35 τ (550) + 0.21 τ (445)

Y = 0.20 τ (625) + 0.63 τ (550) + 0.17 τ (495)

Z = 0.24 τ (495) + 0.94 τ (445)

4.- A partir de estos valores se calculan las coordenadas x e y del punto representativo

del color del vino en el diagrama cromático de la CIE:

x = X

X + Y + Z y = Y

X + Y + Z

El color del vino se representa en un espacio de tres dimensiones cuyos ejes

coordenados son: la luminosidad Y expresada en porcentaje, y las coordenadas cromáticas x e

y.

Además, el método oficial introduce textualmente las siguientes características

cromáticas:

" LUMINOSIDAD RELATIVA. - Dada directamente por el valor de Y expresado en

porcentaje ( Y = 0% para el negro absoluto, Y = 100% para el incoloro )

LONGITUD DE ONDA DOMINANTE. - Conocidas las coordenadas x,y del color, se

une el punto de esas coordenadas P al punto O que corresponde a la fuente luminosa utilizada

y que para el caso de los vinos es el iluminante C de coordenadas x = 0.3101, y = 0.3163. En

el punto en el que esta recta corta al lugar del espectro se encuentra la longitud de onda

dominante que corresponde al matiz de ese color.

PUREZA. - La pureza se calcula determinando la distancia relativa del punto P que

representa el color del vino examinado y del punto S que corresponde al lugar del espectro, al

punto O que representa al iluminante.

Se expresa la pureza en porcentaje por la relación:


100 Distancia del punto P al punto ODistancia del punto O al punto S

Hay que destacar que el color de un vino queda completamente definido por la

Luminosidad Relativa Y, en porcentaje, y las coordenadas cromáticas x,y. "

En otro Boletín Oficial del Estado de fecha 22/7/1977 dentro de los Métodos de

Análisis de Productos Derivados de la Uva, 3(a). Color de los Vinos (aplicable a tintos y

rosados) aparece otro método oficial, llamado MÉTODO RÁPIDO, para vinos tintos y

rosados, que se define del siguiente modo:

La INTENSIDAD de color se mide por la suma de las absorbancias del vino para un es-

pesor de 1 cm, correspondientes a las longitudes de onda de 420 y 520 nm, es decir,

I = A420 + A520

b

donde b es el espesor de la cubeta en centímetros.

La TONALIDAD se expresa, en grados sexagesimales, por el ángulo que forma con el

eje de longitudes de onda la cuerda que une los puntos de la curva espectrofotométrica re-

presentativos de las absorbancias correspondientes a las longitudes de onda de 420 y 520 nm.

La tangente de este ángulo es igual a A520 - A420 debido a las escalas convencionales con las

cuales deben ser establecidas las curvas de absorbancia para poder medir este ángulo de modo

normalizado, y que son:

- abscisas 1 cm por cada 10 nm de longitud de onda

- ordenadas 1 cm por cada 0.100 de absorbancia para 1 cm de espesor

Hay que tener en cuenta que este método no define propiamente el color, permitiendo

únicamente medir la Intensidad y la Tonalidad que son características cromáticas

convencionales.

6.3.- ÍNDICES COLORIMÉTRICOS DEL VINO

Los enólogos utilizan distintos índices que por su rapidez y sencillez de cálculo son

prácticos para comprobar la evolución de la materia colorante durante su crianza o

añejamiento, los cuales no tienen ninguna relación con los métodos oficiales de

determinación de color de la CIE. A continuación describimos los más utilizados.


La determinación de las características cromáticas de los vinos tintos, se realiza tras la

medida de la absorbancia a dos longitudes de onda 520 nm y 420 nm. Sudraud sugiere que se

calcule la densidad de color (definida como la suma de las absorbancias a 520 nm y 420 nm)

como índice "intensidad de color", y el índice "tonalidad" (definida como la razón entre las

absorbancias a 420 nm y 520 nm) expresando el matiz de color.

El método rápido recomendado por la Office International de la Vigne et du Vin y

descrito también por Tanner y Brunner es similar. La "intensidad de color" se define de la

misma forma que la propuesta por Sudraud, pero la "tonalidad" se expresa en términos de un

ángulo (en grados). Este método está reconocido entre los métodos oficiales en España.

Por otra parte Glories propone una nueva "intensidad colorante" correspondiente a la

suma de las absorbancias a 420 nm, 520 nm y 620 nm, es decir:

IC´ = A420 + A520 + A620

Otro índice que se corresponde aproximadamente con el color rojo, lo define Glories,

por la expresión

dA(%) = (A520 - A420 + A620

2 ) 1

A520 100

Si el vino presenta un color rojo vivo, dA(%) es elevado, entre 60 y 80%, mientras que

si el vino presenta un color rojo teja dA(%) es inferior a 40%.

6.4.- ALGUNOS INCONVENIENTES DEL MÉTODO OFICIAL.

Como puede observarse, existe una diferencia notoria entre el procedimiento de la CIE

y el método oficial de determinación del color del vino en España, para el cálculo de los

valores triestímulos, como para pensar que existan diferencias entre los resultados, más aún,

al comprobar en la bibliografía que el trabajo original al que da lugar el método de la OIV

está realizado para aceite.

Un análisis, tanto teórico como experimental del método, permite señalar los siguientes

inconvenientes para su utilización:

1.- La Y sólo expresa la luminosidad relativa cuando se emplea el observador CIE

1931, y esto no se indica en el método.


2.- Para realizar el cálculo de la pureza y de la longitud de onda dominante se necesita

un diagrama cromático en papel milimetrado, lo cual conlleva errores en la localización de los

puntos.

3.- Se comete un error en la determinación de la longitud de onda dominante, ya que no

es sencillo encontrarla con precisión en el corte con el lugar del espectro en el diagrama

cromático.

4.- Hay un error en la determinación de la pureza, debido al que se comete cuando

calculamos el punto de corte con el lugar del espectro.

5.- El método utiliza el iluminante C que esta declarado obsoleto por la CIE y que debe

ser sustituido por el D65.

6.- El método utiliza el observador CIE 1931 de 2º cuando el color del vino en una copa

se aproxima más a los 10º y por ello es más aconsejable el observador CIE 1964.

7.- Se debería realizar un ajuste de las fórmulas anteriores en el cálculo de los valores

triestímulo con objeto de adaptarlas a las recomendaciones de la CIE.

8.- Este método está en contradicción con la norma UNE para la especificación del

color que recomienda que se utilice el sistema CIEL*a*b*.

En general, el método es criticado por los enólogos ya que, además de las dificultades

expuestas, no encuentran una relación inmediata entre las coordenadas x,y y los atributos

sicológicos del color del vino, Tono, Saturación y Claridad, lo cual les obliga a recurrir a

otras medidas como la Pureza y la Longitud de onda dominante, o bien y más frecuentemente,

a los índices de color Intensidad y Tonalidad, que son por su rapidez de cálculo y comodidad

las que utilizan realmente, y que pueden ser útiles además para medir la evolución de la

coloración en algún tratamiento concreto o durante la vinificación.

Por todo lo anterior es aconsejable utilizar el sistema CIEL*a*b* con el observador CIE

1964 y el iluminante D65.


6.5 MEDIDA EXPERIMENTAL DEL COLOR DE LOS VINOS DE RIOJA

La medida se ha realizado siguiendo las recomendaciones de la CIE y para ello se han

medido los espectros de absorbancias de los vinos con diferentes espectrofotómetros (Diode

Array UV-Vis HP-8451 A, Lambda 6 de Perkin-Elmer) en un intervalo espectral entre 380 y

780 nm.

Se han empleado cubetas pareadas con espesor óptico de 1 cm, para contener las

distintas muestras de vinos que en general han sido de diferentes tipos: tintos jóvenes (del

año), tintos de menos de tres años, tintos viejos, con edades superiores a los tres años,

necesarios para la denominación de crianza y rosados, generalmente del año; algunos de los

vinos jóvenes utilizados eran de variedades puras de uva, y el resto, la mayoría, procedían de

mezclas de distintos tipos de uvas, que es lo más normal en la elaboración de los vinos de

Rioja. Se han estudiado un total de 350 vinos tintos y 350 rosados.

Las medidas de los espectros de absorbancia realizadas se han procesado con ayuda de

un ordenador para obtener los valores triestímulo, empleando ambos procedimientos CIE y

OIV, y a partir de ellos hemos calculado las coordenadas de color de cada vino, tanto en el

diagrama x,y como en el espacio CIEL*a*b*, y los diferentes índices colorimétricos ya

citados. En un primer análisis de estos resultados podemos observar las discrepancias

existentes entre las coordenadas de color obtenidas por el procedimiento de la CIE y las

obtenidas por el método de la OIV, que son elevadas en algún caso. Un análisis más detallado

de estas diferencias se estudiará más adelante.

Como consideramos que el método de la CIE es más exacto, es el que hemos utilizado

para el estudio del color de los vinos de Rioja.

6.5.1.- DIAGRAMA CIE-xy

La representación gráfica de estas coordenadas en el diagrama cromático x,y puede

observarse en la figura 6.1, junto con el lugar del espectro. Los vinos tintos están agrupados

en una zona concreta que va desde los vinos rojos francos (jóvenes) a los vinos rojos teja.

Esta distribución se encuentra aproximadamente alrededor de una recta próxima al lugar del

espectro.


Los límites de esta zona en el espacio x, y, Y se pueden establecer en:

Vinos jóvenes Vinos con crianza

Rojos francos Rojos teja

0.712 > x > 0.497

0.284 < y < 0.296

0.992 < Y < 28.994

Los rosados, por su parte, forman un grupo más compacto, en el cual la coordenada yno presenta prácticamente variación. Los límites para los rosados se encuentran entre

0.331 < x < 0.460

0.300 < y < 0.360

39.512 < Y < 80.217

0.700.600.500.400.28

0.33

0.38

RosadosTintos

Coordenada x

Coo

rden

ada

y

Lugar del espectro

Figura 6.1 Posición de los vinos de Rioja en el diagrama cromático CIE xy

6.5.2 DIAGRAMA CIE L*a*b*


En la figura 6.2 están representados los vinos tintos y rosados en el diagrama a*, b* -

C*, H*, donde se puede observar cómo evoluciona el Tono ( H*) de los vinos tinos desde los

"rojos francos" (aproximadamente 20º) hacia los "rojos teja" extremos (aproximadamente

60º) que corresponden a las tonalidades naranjas ( 50º < H* < 60º ). Los rosados por su parte

aparecen agrupados alrededor de los 30º y con una saturación mucho menor que los tintos,

como era de esperar.

Los límites de la zona correspondiente, en el espacio CIEL*a*b* son:

Vinos jóvenes Vinos con crianza

Rojos francos Rojos teja

8.9 < L* < 60.8

37.6 < C* < 77.8

20.58 < H* < 59.29

Rosados

44.3 < L* < 85.0

11.0 < C* < 40.0

25.0 < H* < 55.0

7060504030201000

10

20

30

40

50

60

70RosadosTintos

Coordenada a*

Coo

rden

ada

b*


Figura 6.2 Posición de los vinos de Rioja en el diagrama cromático a*b*

En este diagrama puede apreciarse la ausencia de vinos "rojo purpura" cuya zona

corresponde a valores del tono en el intervalo -10< H* <10

Un examen de la gráfica permite observar que la coordenada a*, que podría,

aparentemente por su situación en el diagrama, representar su rojez, tiene valores similares

para los rojos más francos y para los rojos más teja.

6.6.- ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS SISTEMAS DE DETERMINACIÓN DE

COLOR OIV y CIE

El estudio de los resultados que se obtienen al comparar las coordenadas de color de los

vinos tintos y rosados de Rioja calculadas por los procedimientos de la OIV y de la CIE, nos

indican que existen serias discrepancias en los valores. Es por ello, que vamos a tratar de

analizar esas discrepancias y si son tan importantes como para que el ojo humano pueda

discriminar entre los dos colores representados por las susodichas coordenadas.

Para analizar si la discrepancia de los valores obtenidos por ambos métodos es

significativa o debida al azar, hemos aplicado el test t de Student con muestras pareadas a

todas las medidas realizadas. En dicho test se contrasta la hipótesis nula de que la variable

diferencia tenga media cero, con lo cual, podríamos considerar iguales los resultados

obtenidos por los dos procedimientos, frente a la hipótesis alternativa de media distinta de

cero. Para poder aplicar correctamente este test se necesita que la variable diferencia sea

aproximadamente normal y para comprobarlo hemos aplicado el test de Kolmogorov -

Smirnov que contrasta la hipótesis nula de población normal frente a la alternativa de

población no normal.

Para realizar estos test hemos utilizado el bloque de programas StatWorks para

ordenadores Apple Macintosh.

Dado que los valores de los triestímulos van de 0 a 1 en el método de la OIV, hemos

necesitado multiplicar por cien dichos valores para que sean comparables con los obtenidos

por el método CIE al aplicar los susodichos test.


Aplicando los test citados al triestímulo X obtenemos que los resultados son

significativamente diferentes, es decir, no podemos aceptar como iguales las medidas

realizadas por ambos métodos, cumpliendo la condición de normalidad para las diferencias de

los valores X CIE - 100 X OIV.

En la figura 6.3 representamos los valores obtenidos para cada vino por el

procedimiento CIE frente a los obtenidos por el procedimiento de la OIV para el triestímulo

X, así como la recta X(CIE) = 100 X(OIV). En esta gráfica se diferencian los vinos tintos,

que ocupan la parte inferior de la gráfica, de los vinos rosados, en la parte media y los vinos

blancos en la superior. Se aprecia que existen distancias a la recta tanto para los vinos tintos

como para los vinos rosados y los blancos.

Repitiendo el test para el triestímulo Y se encuentran resultados análogos a los

obtenidos con el triestímulo X, y aunque las diferencias se aproximan a una distribución

normal, los resultados obtenidos por ambos procedimientos también son significativamente

diferentes.

1008060402000

20

40

60

80

100BlancosRosadosTintos

X - CIE

100

* X

OIV

Figura 6.3 Comparación de los valores del triestímulo X obtenido por el procedimientode la CIE y el obtenido por el procedimiento de la OIV


Pero al aplicar el test al triestímulo Z, encontramos que las medidas realizadas por los

dos métodos no son significativamente diferentes con lo cual podemos considerarlas iguales.

En este caso las diferencias también se aproximan a una distribución normal.

El acuerdo parece excelente (figura 6.4), según lo indicado por los test, aunque hay que

tener en cuenta el pequeño valor de este triestímulo en las muestras de vinos tintos, lo que

hace que sus diferencias no sean apreciables en la gráfica.

1201008060402000

20

40

60

80

100


Z-CIE

100

* Z

-OIV

Figura 6.4 Comparación de los valores del triestímulo Z obtenido por el procedimientode la CIE y el obtenido por el procedimiento de la OIV

Estas diferencias encontradas en los triestímulos X e Y nos lleva a aplicar los test

anteriores a las coordenadas cromáticas x,y para ver cómo les afecta dicha diferencia.

Cuando se calculan las coordenadas cromáticas x,y para los vinos tintos y rosados la

discrepancia entre las coordenadas obtenidas por el método CIE y el de la OIV es bastante

notoria como puede observarse en la figura 6.5 para la coordenada x, donde, como era de

esperar por los resultados de los triestímulos, los vinos tintos, en la parte superior, son los que

se encuentran más alejados. Encontramos, al aplicar los test, que los valores son


significativamente diferentes y la distribución de diferencias, x CIE - x OIV,

aproximadamente normal.

0.80.70.60.50.40.3

0.4

0.5

0.6

0.7

BlancosRosadosTintos

Coordenada x-CIE

Coo

rden

ada

x O

IV

Figura 6.5 Comparación de los valores de la coordenada x obtenida por el procedimiento de

la CIE y la obtenida por el procedimiento de la OIV

0.500.450.400.350.300.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

BlancosRosadosTintos

Coordenada y-CIE

Coo

rden

ada

y-O

IV


Figura 6.6 Comparación de los valores de la coordenada y obtenida por el procedimiento de

la CIE y la obtenida por el procedimiento de la OIV

Resultados análogos obtenemos en la coordenada y (figura 6.6), donde los vinos tintos

jóvenes, parte inferior de la gráfica, están bastante alejados de la recta y (CIE) = y (OIV)

que debieran ocupar. También para los demás vinos existen distancias, pero siempre mucho

menores que en el caso de los vinos jóvenes.

Encontramos el mismo resultado anterior, tras la aplicación de los test, para la

coordenada y, lo cual nos dice que no podemos considerar iguales las medidas realizadas de

las coordenadas cromáticas x,y por los dos métodos.

Teniendo en cuenta que las diferencias entre los triestímulos calculados pasarán a las

coordenadas de color y que, en un espacio aproximadamente uniforme, como es el

CIEL*a*b*, tendrán una mejor comparación estas diferencias de resultados, hemos utilizado

las diferencias de color en el espacio CIEL*a*b* como contraste del método. Para ello, a

partir de los triestímulos, calculamos las coordenadas L*, a*, b* correspondientes a ambos

sistemas, y las diferencias de color aplicando la ecuación.

(∆E*)2 = Dab2 = (∆L*)2 + (∆a*)2 + (∆b*)2

Los resultados obtenidos se presentan en el histograma de la figura 6.7, donde podemos

observar que la mayoría de las diferencias están por debajo de cinco unidades CIEL*a*b*,

donde se podría establecer el límite para la discriminación de colores del ojo humano en

muestras no contiguas, como puede ser el caso de dos vinos en sus copas.

Las diferencias superiores a 5 unidades CIEL*a*b* corresponden a los vinos estudiados

que poseen una luminosidad muy baja ( Y < 5%, L < 25), y que son una parte de los vinos

jóvenes (figura 6.8). También se puede observar que las mayores diferencias de color en

todos los casos corresponden a las muestras más oscuras, tanto en los vinos blancos (brandies

y olorosos), rosados y los ya mencionados tintos.

A la vista de estos resultados, podemos considerar que el método de la OIV es aceptable

para determinar el color de los vinos tintos de Rioja, especialmente los de crianza.


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

100

200

300

��

��

��

��

��

��

��

�� Blancos�� Rosados

Tintos

Diferencias de color ²E*

Núm

ero

de v

inos

Figura 6.7 Histograma de las diferencias de color para las coordenadas obtenidas por elprocedimiento de la CIE y el de la OIV

1210864200

20

40

60

80


Diferencia de color (²E*)

Coo

rden

ada

L*

-CIE

Figura 6.8 Diferencia de color en unidades CIEL*a*b* frente a la coordenada L* de los vinosutilizados

la teoria del color aplicada al vino

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