UNIDAD 5: LUZ Y COLOR

NATURALEZA DE LA LUZ

1)TEORIAS SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ -TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA: Maxvell llegó a demostrar la existencia de las ondas electromagnéticas y a deducir que la velocidad de éstas es equivalente a la velocidad de la luz en el vacío; como consecuencia defi- ne a las ondas luminosas como electromagnéticas. *Los fenómenos de radiación por absorción. -OBJECCIONES (quedan sin explica- ción) *Los fenómenos fotoeléctricos. *La emisión de luz por cuerpos incandescentes.

2)RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Son ondas planas transversales formadas por un campo eléctrico “E” y otro magnético “B” perpendiculares entre si, cuya intensidad varía sinusoidalmente con el tiempo y el espacio y cuya dirección de propagación es perpendicu- lar a ambos campos. La amplitud determina indirectamente el brillo o la intensidad de la luz. La velocidad de las ondas es constante.

3)ESPECTRO LUMINOSO: -ESPECTRO VISIBLE: parte del espectro luminoso capaz de impre- sionar el sentido de la vista. Está comprendido entre el violeta y el rojo. -ESPECTRO NO VISIBLE: comprense las dos franjas extremas de radiaciones ultravioleta e infrarrojas.

4)COLOR DE LA LUZ 5)EMISIÓN DE LA LUZ Las diferentes longitudes de onda del espectro visible son percibidas por el ojo humano como colores. El color no es intrínseco a la luz, sino que, constituyen una percepción visual estimulada por ella. 5)EMISIÓN DE LA LUZ La energía luminosa que impresiona nuestra retina puede proceder de dos fuentes: primarias que son todas aquellas que emiten radiacio- nes luminosas y las secundarias que emiten la luz que reciben de la fuente primaria.

COMPORTAMIENTO DEL FENÓMENO LUMINOSO

1)REFLEXIÓN -Los rayos luminosos que llegan son reflejados selectivamente según su longitud de onda o uniformemente, cuando se refleja todo el espec- tro luminoso.

1.1REFLEXIÓN ESPECULAR -Es el tipo de reflexión producido al incidir la luz sobre una super- ficie perfectamente pulimentada. -Leyes: 1.El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano. 2.El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

1.2REFLEXIÓN SEMIESPECULAR -Cuando la luz incidente llega a una superficie lisa mate es reflejada en ángulos ligeramente diferentes pero en la misma dirección general dando lugar a una reflexión intermedia.

1.3)REFLEXIÓN DIFUSA La luz que les llega con una sola dirección será reflejada por cada una de estas microscópicas superficies

1.4REFLEXIÓN ACROMÁTICA/CROMÁTICA Si se reflejan por igual todas las longitudes de onda del espectro se denomina acromática. Si la reflexión afecta diferentemente a las distintas longitudes de onda se denomina cromática.

2)REFRACCIÓN DE LA LUZ -DEFINICIÓN: cambio brusco de dirección que experimenta un rayo luminoso en su propagación al cruzar la superficie de separación de dos medios transparentes. -LEYES: 1.El rayo incidente , la normal y el refractado están en el mismo plano. 2.El seno del ángulo incidente, entre el del ángulo refractado dan una constante llamada índice de refracción.

2.1GRADO DE DESPLAZAMIENTO DEL RAYO REFRACTADO *De la densidad óptica relativa de las sustancias que componen los dos medios. -DEPENDE *Del ángulo de incidencia. *De la longitud de onda del rayo incidente.

2.1.1ÍNDICE DE REFRACCIÓN -DEFINICIÓN: es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio considerado; N=C/V VACÍO:1 AIRE:1,000294 AGUA:1,338 VIDRIO: de 1,4 A 1,6 -INDICE DE REFRACCIÓN DEL

2.1.2ÁNGULO DE INCIDENCIA -El ángulo crítico es el ángulo de incidencia al que corresponde un ángulo de refracción de 90º. -Las cuatro variantes son: A)0º=ángulo de incidencia. B)0º<ángulo de incidencia<ángulo crítico C)0º<ángulo de incidencia=ángulo crítico D)0º<ángulo de incidencia>ángulo crítico.

2.1.3LONGITUD DE ONDA DEL RAYO INCIDENTE Cuando la luz blanca pasa de un medio a otro sufre diferente desviación para cada longitud de onda. Este fenómeno es co- nocido como dispersión. En virtud a esto se descompone la luz blanca en las distintas tonalidades.

3)ABSORCIÓN DE LA LUZ -La cantidad de luz que incidiendo sobre una superficie determinada no es transmitida ni reflejada, resulta absorbida. *Transparentes *Translúcidos *Opacos: blancos, negros grises y coloreados. Los cuerpos pueden ser

4)INTERFERENCIA -Cuando dos o más rayos luminosos se superponen, forman una única onda cuya amplitud es el resultado de la suma de las dos am- plitudes.

5)DIFRACCIÓN -Cuando dos rayos luminoso se desplazan en su trayectoria rec- tilínea próximos a un borde opaco son ligeramente desviados.

6)POLARIZACIÓN: -Los haces de luz no polarizada consisten en radiaciones electro- magnéticas con vibraciones transversales de igual magnitud.

CARACTERÍSTICAS DE LA VISIÓN HUMANA

1)GLOBO OCULAR -Es un órgano de forma circular alojado en la órbita ciliar, con un diámetro de 24mm y un abobamiento en la parte anterior. Está encerrado por capas concéntricas, y su interior lo forman medios transparentes.

1.1MEMBRANAS CONCÉNTRICAS -ESCLERÓTICA: es la membrana más externa, es gruesa, fibrosa, resis tente y opaca. Esta provista de dos aberturas. -COROIDES: es la segunda capa del ojo. Es de color oscuro. En su par- te anterior se prolonga en el músculo ciliar y en la posterior deja paso al nervio óptico. -RETINA: es la más interna. Está formada por las prolongaciones del nervio óptico y adosada a la coroides. Posee: Conos y bastones, células bipolares y células ganglionales.

1.2MEDIOS TRANSPARENTES -LÍQUIDO LACRIMAL: está formado por agua y cloruro sódico en disolución. Sus funciones son mantener húmeda la córnea . -HUMOR ACUOSO: está compuesto por una dispersión de albúmina en agua salada. -CRISTALINO: es una lente biconvexa formada por numerosas fibras transparentes. Está creando constantemente fibras. -HUMOR VÍTREO: es una sustancia gelatinosa difícilmente regenera- ble y que se encuentra entre la membrana hialoide y la retina.

2.1 SIMIL OJO CÁMARA FOTOGRÁFICA 2.PROCESO VISUAL ÓPTICO 2.1 SIMIL OJO CÁMARA FOTOGRÁFICA La esclerótica--------------------------------------Cámara Coroides--------------------------------------------Revestimiento negro El iris------------------------------------------------Diafragma La córnea y el cristalino--------------------------Objetivo La retina---------------------------------------------Placa fotosensible

2.2FORMACIÓN DE IMÁGENES -Campo visual: con el ojo fijo se aprecia un campo visual nítido de unos 50´de arco y un campo de 165º. -Acomodación: es el proceso mediante el cual se modifica la dis tancia focal para que los objetos situados entre el punto próximo y el punto remoto estén a foco

2.3REGULACIÓN LUMINOSA Se efectúa automáticamente al modificarse la abertura del iris entre 2mm, para niveles altos de iluminación retinal y 8mm para niveles bajos.

2.4ABSORCIÓN DE LOS RAYOS DISPERSOS La capa pigmentaria de la coroides absorbe los rayos dis- persos que de otra forma perjudicarían la nitidez de la ima- gen.

2.5ABERRACIONES Quedan minimizadas por la curvatura de la superficie don- de se enfoca la imagen y las aberraciones de tipo cromático.

3)PROCESO VISUAL FOTOQUÍMICO La transformación de la energía que transporta la radiación lumi- nosa en impulsos nervioso, se realiza en los conos y los bastones teniendo una fase fotoquímica. 3.1PÚRPURA VISUAL/RODOPSINA Sustancia compuesta de un grupo pigmentario, retineno y una proteina llamada opsina. Tiene la propiedad de descomponerse con la luz para formar opsina+retinal.

3.2RESPUESTA DEL OJO A DISTINTOS NIVELES LUMINOSOS La retina funciona de acuerdo a dos modalidades según el nivel lu- minoso en que se produce el fenómeno de la visión. El nivel de lu- minancia que separa ambas formas de actuar se denomina fotópica y a las de bajas luminosidades escotópica.

3.3.ADAPTACIÓN El proceso de adaptación involucra cambios de abertura de iris en consonancia con la iluminación retinal; cambios de concentración de pigmentos en los fotorreceptores...

4)PARÁMETROS DE INFORMACIÓN VISUAL 4.1CROMATICIDAD -Cada color puede definirse por tres magnitudes: *Color percibido *Color psicofísisco Luminosidad (brillo) Luminancia (lux) Cromia: Tonalidad cromática Cromaticidad: Longitud de onda Saturación Pureza -Tono/matiz: es la cualidad del color que permite decir que un objeto es rojo. -Saturación: se refiere objetivamente a la pureza del color.

4.2DETALLE La agudeza visual es la capacidad que tiene el ojo para determinar con precisión las características de la imagen *Mínimo visible: se refiere a la percepción de obje- tos de tamaño finito. *Mínimo separable: s la capacidad del ojo para dis- cernir objetos próximos entre si. *Mínimo cognoscible: se refiere al conocimiento de formas y las pruebas se realizan con caracteres alfa- numéricos -Coordenadas

4.3MOVIMIENTO -PERSISTENCIA RETINIANA: cuando una imagen se forma sobre la retina existe un tiempo de retardo de la sensación respecto al estimulo. -FENÓMENO FI/PHI:es la segunda característica que refuerza la per- cepción del movimiento aparente. -FRECUENCIA CRÍTICA DE FLUCTUACIÓN: frecuencia de una fuente luminosa de luminancia fluctuante a la cual la luz se ve como continua debido a que los elementos fotoconversores no tienen tiempo suficiente para seguir un ciclo.

5)DEFECTOS DE LA VISIÓN HUMANA *Miopía: los objetos lejanos se enfocan delante de la retina. *Hipermetropía: ocurre lo contrario que en la miopia. *Astigmatismo: cuando la córnea no es simétrica respecto al eje de revolución. *Vista cansada: falta de acomodación del cristalino. -AMETROPIAS *Monocromatopsia:se produce al no funcionar los conos. *Discromatopsia: cuando alguno de los tres pigmentos no funciona. *Protanopes: confunde verdes con rojos y azules con púrpuras. *Deuteranopes: confunde verdes, amarillo y rojos. *Tritanopes: percibe azules y amarillos como neutros. *Tricomatopsia: funcionan los tres conos diferentes. -DEFECTOS EN LA PER- CEPCIÓN DEL COLOR

CONCEPTOS FOTOMÉTRICOS Y UNIDADES

1)ASPECTO CUANTITATIVO DE LA EMISIÓN 1.1UNIDAD PATRÓN/ INTENSIDAD LUMINOSA -Nueva Bujía o Candela: es la adoptada por la CIE en 1948 para solucionar los problemas derivados de la bujíainterna- cional. Es 1/60 de la intensidad luminosa de un cm al cua- drado de platino puro elevado a la temperatura de fusión.

1.3LUZ INCIDENTE SOBRE UNA SUPERFICIE 1.2FLUJO LUMINOSO -Flujo luminoso:flujo radiante medido según su capacidad de producir en nuestro ojo/cerebro la sensación de brillo. La uni- dad es el lumen que es la cantidad de flujo luminoso que pasa por segundo a través de un ángulo sólido de 1 estereorradián. 1.3LUZ INCIDENTE SOBRE UNA SUPERFICIE -Iluminancia: es el flujo luminoso incidente por unidad de área. Su unidad es el Lux que es la iluminación producida sobre una superficie de 1 metro cuadrado.

2)TEMPERATURA DE COLOR -CUERPO NEGRO/RADIADOR INTEGRAL/RADIADOR DE PLANCK: el cuerpo negro es un objeto teórico que puede conseguirse en la practica . -TEMPERATURA DE COLOR DE UNA LUZ CUALQUIERA: equivale a la temperatura expresada en grados Kelvin, a la que hay que elevar el cuerpo negro para que la radiación emitida sea similar a la considerada. -TEMPERATURA DE COLOR CORRELACIONADA: cuando el cuerpo negro no puede emitir una radiación similar a la considerada es ésta la que mejor se adapta.

FOTÓMETROS Y TERMOCOLORÍMETROS

1)FOTÓMETROS: INTRODUCCIÓN HISTÓRICA Son aparatos que sirven para comparar dos fuentes lumi- nosas, calculando la intensidad por medio de la igualación. 2)EXPOSÍMETRO Permite conocer la exposición que debe darse a un material fotosensible al medir la luz existente en la escena. Para ello utiliza un fotómetro y un calculador

3)UTILIZACIÓN DE LOS EXPOSÍMETROS -Método de luz incidente: se mide el flujo luminoso incidente por unidad de área. -Método de luz reflejada: Se mide la luminancia o brillantez del sujeto.

4)TERMOCOLORÍMETROS Es un aparato de medición con una o más fotocélulas expuestas a la luz incidente a través de los filtros apropiados para dar una lectura de los valores espectrales de la luz incidente.

LEYES DE GRASSMAN

1)LEYES DE GRASSMAN Por síntesis aditiva del color es posible conseguir todos los coloresperci- bidos mezclando 3 franjas del espectro visible en la proporciónde intensi- dad adecuada siempre que ninguno de los tres iluminantes elegidos pueda obtenerse por mezcla de otras dos. Cualquier radiación cromática que se mezcle aditivamente con otras pue- de ser sustituida por una radiación cromática equivalente. Siempre que 2 superficies nos produzcan igual sensación cromática podemos variar su luminancia, manteniendo constante el matiz y la saturación, sin que varíe la igualdad cromática entre ambas superficies. Puesto que cualquier color puede crearse por síntesis aditiva de colores primarios y dado que al mezclar aditivamente estos componentes suma- sus respectivas luminancias, podemos concluir que la luminancia de un co lor cualquiera equivale a la suma de las dos luminancias de los primarios.

MEZCLA ADITIVA Y SUSTRACTIVA DEL COLOR

SINTESIS ADITIVA

SÍNTESIS SUSTRACTIVA

TRIANGULO INTERNACIONAL DEL COLOR

1)SISTEMAS DE ESPECIFICACIÓN DEL COLOR -SISTEMAS SUBJETIVOS: se basan en las tres coordenadas del co- lor percibido: tonalidad cromática, saturación y luminosidad. -SISTEMAS OBJETIVOS: son aquellos en los que se parte de los a- tributos psicofísicos del color como luminancia, longitud de onda, pure- za.

2)SISTEMAS CIE -Sistema R-G-B: partiendo de los estímulos estándar monocromá- ticos hallaron todas las ecuaciones unitarias de los colores. Las componentes tricomáticas en este sistema se denominaron r, g,b. El mayor problema de esta representación surge de que la ma- yor parte de los colores tiene una de las coordenadas negativas. -Sistema X-Y-Z: no posee coordenadas tricomáticas negativas. El blanco E debe seguir teniendo coordenadas. El valor del compo- nente tricromático”y” debe indicar la luminancia del color deter- minado, mientras que las otras deben indicar cromaticidad.

-Consideraciones sobre el TIC: sólo nos da indicaciones de su cromaticidad, pero no de la luminosidad. Todos los colores quedan definidos en el TIC tanto por sus coordenadas triestí- mulo como por la pareja de valores de cromaticidad.