¿Cómo se combina la luz para crear nuevos colores?

En informática, hacemos referencia a los colores mediante el sistema RGB y los televisores tienen píxeles que consisten en grupos de líneas rojas, verdes y azules que se encienden y apagan para crear colores.

Pero, ¿cómo funciona esto? ¿Por qué ciertas cantidades de luz roja, azul y verde hacen que algo parezca amarillo? ¿Es esto algo biológico, donde nuestro cerebro realiza algún tipo de operación de promedio, o las ondas realmente interactúan para producir luz de una nueva longitud de onda?

Parece que RGB es un "triplete universal", ya que cada color dentro del espectro visible se puede crear combinando los tres en diferentes intensidades. ¿Es RGB el único triplete de este tipo? Si es así, ¿por qué? Si no, ¿qué características debe tener un triplete de colores para ser universal?

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Si bien no responde a sus preguntas, sigue siendo información fascinante: el color no existe y no es más que una construcción psicológica creada por el cerebro (la forma más fácil de mostrar esto es con el color rosa: las longitudes de onda requeridas para hacerlo están en extremos opuestos del espectro [IR y UV]) , por lo que no hay dos personas que vean el color de la misma manera. Ha habido ~150 casos documentados de personas capaces de ver el espectro ultravioleta, siendo Monet el ejemplo más famoso, en el que podemos ver con precisión cuándo su visión se vio afectada a través de sus pinturas, y los primates son los únicos mamíferos que pueden ver. rojo.
Nota: RGB no es en absoluto el triplete universal que crees que es. En realidad, un triplete RGB en sí mismo ni siquiera denota ningún color. Debe especificar un espacio de color en el que residan los tres valores para que se represente cualquier color. Y no, los espacios de color RGB actuales que usamos no pueden describir la totalidad del espectro visible, en realidad, la mayoría apenas puede representar algo así como la mitad.

Respuestas (6)

La percepción del color es enteramente una respuesta biológica (y psicológica). La combinación de luz roja y verde parece indistinguible, para los ojos humanos, de ciertas longitudes de onda de luz amarilla, pero eso se debe a que los ojos humanos tienen los tipos específicos de fotorreceptores de color que tienen. No ocurrirá lo mismo con otras especies.

Un modelo razonable para el color es que el ojo toma la superposición del espectro de longitud de onda de la luz entrante contra la función de respuesta de los tres tipos de fotorreceptores, que básicamente se ven así:

Fuente de imagen

Si la luz tiene dos picos agudos en el verde y el rojo, el resultado es que los receptores M y L están igualmente estimulados, por lo que el cerebro interpreta que "bueno, la luz debe haber estado en el medio, entonces". . Pero, por supuesto, si tuviéramos un receptor adicional en el medio, podríamos notar la diferencia.

Hay dos puntos más bastante interesantes en su pregunta:

cada color dentro del espectro visible puede crearse de alguna manera "combinando" los tres en diferentes intensidades.

esto es falso Hay una porción considerable de espacio de color que no está disponible para las combinaciones RGB. La herramienta básica para mapear esto se llama gráfica de cromaticidad, que se ve así:

Fuente de imagen

Los colores de longitud de onda pura están en el borde exterior curvo, etiquetados por su longitud de onda en nanómetros. El estándar central que los dispositivos de combinación RGB pretenden poder mostrar son los que están dentro del triángulo marcado como sRGB; dependiendo del dispositivo, puede quedarse corto o puede ir más allá y cubrir un triángulo más grande (y si este triángulo más grande es lo suficientemente grande como para cubrir, digamos, una buena fracción del espacio de Adobe RGB , entonces generalmente se anuncia de manera destacada) pero sigue siendo una fracción del espacio de color total disponible para la visión humana.

(Una nota de advertencia: si está viendo diagramas de cromaticidad en un dispositivo con una pantalla RGB, entonces los colores fuera del espacio renderizable de su dispositivo no se renderizarán correctamente y parecerán más planos que los colores reales que representan. Si desea la visualización completa diferencia, obtenga un prisma y una fuente de luz blanca y forme un espectro completo, y compárelo con el borde del diagrama como se muestra en su dispositivo).

¿Es RGB el único triplete de este tipo?

No. Hay muchas formas posibles de codificar el color con tresillos de números, conocidos como espacios de color , cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Algunas alternativas comunes a RGB son CMYK (cian-magenta-amarillo-negro), HSV (tono-saturación-valor) y HSL (tono-saturación-luminosidad), pero también hay algunas opciones más exóticas como los espacios CIE XYZ y LAB . . Dependiendo de sus rangos, pueden ser recodificaciones del espacio de color RGB (o coincidir con recodificaciones de RGB en partes de sus dominios), pero algunos espacios de color usan enfoques separados para la percepción del color (es decir, pueden ser aditivos , como RGB, sustractivo , como CMYK, o una recodificación no lineal de color, como XYZ o HSV).

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En la retina del ojo hay tres tipos de conos que actúan como los filtros de la figura y abarcan bandas de frecuencia bastante amplias.

Allí puede ver que la luz amarilla pura estimulará tanto los conos "rojos" como los "verdes".

Entonces, al obtener luz de los píxeles rojos y verdes cercanos, los conos de la retina responderán de la misma manera que lo harían con el amarillo puro, si la combinación es correcta.

Así que es en gran medida una cosa biológica. Observe que una longitud de onda que estimula un cono verde también estimulará al menos uno de los conos rojo y azul. Por lo tanto, podríamos imaginarnos estimulando artificialmente solo conos verdes (con electrodos) y luego podríamos ver un llamado color imposible.

En cuanto a las alternativas RGB, sí, hay otros espacios de color que se pueden usar para mezclar de manera similar todos los colores posibles (tal como los define la retina humana).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tenga en cuenta que las pantallas RGB normalmente no pueden reproducir todos los colores. La siguiente imagen muestra el triángulo de limitación en una pantalla típica. Las pantallas profesionales tienden a cubrir más, pero rara vez todos los colores.

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En realidad, los colores a lo largo de la línea púrpura solo existen en la percepción humana, no son fenómenos físicos singulares, sino interpretaciones de nuestros ojos de la estimulación simultánea de conos rojos y azules. Algunos los consideran colores “imposibles”.
@ToddWilcox eso suena lógico y, al mismo tiempo, me sorprende. Después de todo, el rojo y el azul están en los extremos opuestos del espectro de longitud de onda visible, pero uno al lado del otro en una rueda de colores. ¿Tienes alguna fuente que lo confirme?

Las otras respuestas de bernander y Emilio Pisanty ya explican cómo los ojos captan la luz y la transforman en impulsos eléctricos. Hay pocas cosas más que entender. Mi respuesta se centrará principalmente en la pregunta 1, ya que la pregunta 2 ya está completamente cubierta.

La luz es una combinación de múltiples longitudes de onda.

Si toma cualquier luz, en realidad es una onda electromagnética (estoy simplificando demasiado aquí, pero de lo contrario no llegaremos a ninguna parte). El problema es que casi no hay ninguna fuente de luz que produzca una sola longitud de onda (los láseres lo hacen). Entonces, esencialmente, la luz es una combinación de muchas longitudes de onda diferentes. Para verlo necesitas usar un prisma que divida el haz de luz en cada una de las longitudes de onda por separado. Esta es esencialmente la razón por la que vemos un arcoíris: las gotas de agua funcionan como prismas naturales y la luz del Sol es una combinación de (casi) todas las longitudes de onda visibles.

Si usa más de una fuente de luz, en cada una de las longitudes de onda tendrá una suma de luz proveniente de cada una de las fuentes. En otras palabras, si imaginamos tres láseres, rojo, verde y azul, cada uno de ellos produciendo exactamente una longitud de onda, si cruzamos sus rayos en un punto y colocamos una pantalla allí, será un solo punto iluminado con esas tres longitudes de onda en el Mismo tiempo. Allí no veremos tres colores, será solo una mancha con un color. ¿De qué color será? Volveré a eso más tarde.

Los receptores oculares capturan si solo hay luz (y su fuerza)

Esto es complicado. Hay básicamente 4 tipos de receptores en la retina del ojo. Uno (varillas) es responsable de reconocer cualquier longitud de onda visible (1), y tres son responsables de detectar la luz dentro de solo una parte del rango de longitudes de onda visibles. Reaccionan más a la luz que está más cerca de su longitud de onda óptima (que depende del tipo de receptor/cono, ya sea rojo, verde o azul, como ya explicaron otros) y cuanto más lejos está la longitud de onda de la luz de este óptimo, más débil es la luz. reacción. Ignoraré las varillas responsables de cualquier luz, ya que se usa principalmente cuando no hay suficiente luz para que funcionen los otros tres (conos) (es por eso que vemos todo en tonos de gris con una luz muy tenue).

Los receptores no pueden decir qué longitud de onda ha capturado. Si para un solo receptor solo hay un haz débil de su longitud de onda óptima o un haz fuerte pero en el borde de lo que se nota, el receptor único reconocerá prácticamente la misma cantidad de luz. Y producir impulso para el cerebro.

Es el cerebro el que decide qué hacer con la información.

Esta es la parte más complicada. Muy, MUY complicado . El caso es que el cerebro recibe impulsos de diferentes receptores oculares y los combina. Basado en lo que ha aprendido en el pasado (también conocido como experiencia), presenta a tu conciencia algo conocido como color.

Si usa una luz de una sola longitud de onda, sus conos reaccionarán de una manera específica. De esa manera tu mente puede aprender (del arcoíris!!!) esos colores. Ahora, si una combinación de muchas longitudes de onda produce una reacción de cono similar, la mente no podrá entender que había múltiples longitudes de onda y solo mostrarle el color que conoce .de luz de longitud de onda única que produce la misma reacción de conos. Entonces, si la combinación de señales provenientes de los receptores oculares muestra que hay algo de luz roja y verde (es decir, esos dos tipos de conos producen una señal fuerte expuesta a algo de luz) pero no mucho azul, entonces tu mente interpreta que debe haber algo que conoces como amarillo. . Nota: no importa si la luz era solo un solo haz de longitud de onda amarilla, una sola longitud de onda fuerte de rojo y una sola longitud de onda fuerte de verde combinados o si era una combinación de muchas longitudes de onda que hizo que ambos conos verdes y rojos reaccionaran. Tu mente tiene solo 3 señales y en base a eso tiene que decir de qué color es.

Entonces, si equilibra correctamente los tres rayos láser mencionados anteriormente, puede terminar con un punto blanco, pero también puede terminar, por ejemplo, con un punto amarillo. O un punto marrón. Todo depende de cómo reaccionarán los conos a cada una de las longitudes de onda utilizadas y qué tan fuertes serán las reacciones.

Y así es más o menos cómo funciona RGB

Lo complicado aquí es que algunas combinaciones de longitudes de onda producen una combinación de respuestas de conos que son diferentes a cualquiera de las respuestas de luz de una sola longitud de onda. Tu mente todavía tiene que interpretarlo de alguna manera para que te lo presente de una manera diferente a cualquier color existente desde la perspectiva física . De esa manera podemos ver colores como el marrón o el gris.

¿Qué hay de esa experiencia?

Como ya se mencionó, lo básico es que el color que verá será la relación con la experiencia previa: si la reacción de los conos a la combinación de múltiples longitudes de onda es similar a una reacción de color de longitud de onda única conocida, verá ese color. Si no, verá algo más (pero nuevamente de manera repetitiva (2), pero siga leyendo).

Puedes encontrar varias ilusiones ópticas relacionadas con colores o tonos de gris. Uno de los famosos ejemplos recientes vistos en Internet fue un vestido en una foto que algunos interpretaron como azul y negro en una luz fuerte, mientras que otros en un tono blanco y amarillo. Si se adentra en el bosque con una luz muy tenue, verá las hojas ligeramente verdes, aunque sus conos no reciban suficiente luz para funcionar y todo lo que vea sea un poco de luz (un poco de gris). Sin embargo, su mente sabe que las hojas deben ser verdes, por lo que las pinta para usted. Si regresa más tarde a plena luz, es posible que vea que algunas de esas hojas verdes son rojas o amarillas .. Pero nuestra mente hizo todo lo posible para llenar el vacío y usó la experiencia para agregar un color. Es aún más complicado cuando la luz no es blanca, la mente aún usa la experiencia y se adapta a la luz (hasta cierto nivel), por lo que el verde aún se verá verde en la luz roja de una puesta de sol.

Entonces, ¿por qué funciona RGB?

Simplemente hablando, la luz utilizada en cada una de las fuentes de luz provoca una reacción específica (hasta cierto punto predecible) de los conos como se describe anteriormente. Como puede producir la mayoría de las posibles reacciones de los conos, como resultado puede ver la mayoría de los colores en una pantalla de TV/monitor.

TL/RD

Lo que ves es una combinación de la luz que llega a tus ojos, cómo los ojos generan impulsos eléctricos que llegan al cerebro y cómo el cerebro la interpreta basándose en la experiencia anterior.


(1) lo llamamos visible porque nuestros receptores oculares son capaces de notarlo. por lo que tal vez debería decir "algún rango de longitud de onda que llamamos visible " . Nuevamente, hay un poco de simplificación: los conos pueden tener una cobertura de longitud de onda ligeramente más amplia que los bastones. También esto puede variar ligeramente entre varios humanos, pero esas diferencias pueden ignorarse. Por otro lado, otras especies responden a diferentes rangos de longitud de onda, por ejemplo, los perros tienen solo dos tipos de conos, por lo que esencialmente ven menos colores.

(2) también se interpreta de modo que los colores que producen una reacción de conos ligeramente diferente parecen bastante similares (tonos)

"La luz es una combinación de múltiples longitudes de onda" A veces. A veces no. Ningún fotón individual exhibe más de una frecuencia/longitud de onda. Y existe la luz coherente, con todos sus fotones constituyentes exhibiendo la misma longitud de onda/frecuencia. El ojo no siempre puede saber si está percibiendo un solo color o una combinación de colores.
@Beanluc esa fue una conclusión de la oración anterior, literalmente "El problema es que casi no hay una fuente de luz que produzca solo una longitud de onda (los láseres)". Dado que los láseres pueden hacer eso (también los prismas), obviamente es posible pero poco probable y, esencialmente , en la mayoría de los casos hay una combinación de múltiples longitudes de onda. También me refiero a casos con luz coherente (simplemente no lo menciono por su nombre), por lo que dudo que genere una confusión. Y su conclusión también está en mi respuesta: "Los receptores no pueden decir qué longitud de onda ha capturado". (y lo que viene después).
Los bastones en realidad funcionan para detectar el color en la visión mesópica. Es decir, la visión cuando la luz es lo suficientemente débil como para que los bastones no se saturen, pero no tan débil como para que ya no provoque una respuesta en los conos. En ese rango estrecho, las varillas nos dan un color primario adicional que es azulado.

Hay tanto física como biología en el trabajo aquí.

Propiedades físicas básicas de la luz.

Lo primero que hay que entender es que la luz tiene una propiedad conocida como “longitud de onda”, ya que la luz es una onda electromagnética. La longitud de onda es la distancia entre dos crestas de esa onda EM. Como puede imaginar, la distancia es extremadamente pequeña, generalmente medida en nanómetros, al menos para la luz visible (más sobre lo que la hace visible en un momento).

Biología básica de la visión.

Mientras tanto, el ojo humano tiene células especiales llamadas "fotorreceptores", que son sensibles a la luz y activan las células nerviosas para enviar una señal al cerebro cuando la luz las golpea. Más luz sobre ellos, señal más fuerte (simplificando un poco aquí, para que conste). Sin embargo, los fotorreceptores solo son sensibles a la luz con ciertas longitudes de onda. Si la luz tiene una longitud de onda a la que ninguno de nuestros fotorreceptores es sensible, no podemos verla, por lo que la luz visible es solo la luz para la que tenemos fotorreceptores .

Espectro de luz visible

Este gráfico muestra los diversos tipos de luz que reconocemos en función de su longitud de onda, con las longitudes de onda que son visibles para los humanos típicos resaltadas:

Espectro EM de Wikipedia

( Wikipedia Espectro EM )

Lo importante que quiere notar aquí es que el amarillo está entre el rojo y el verde. Esa es una parte clave de por qué mezclar rojo y verde produce amarillo, pero no es la historia completa. Es la realidad física de la que nuestra biología trata de hablarnos, pero cómo lo hace nuestra biología juega un papel más importante.

Biología de la visión del color.

Los fotorreceptores humanos se dividen en dos categorías principales: bastones y conos, y luego los conos, que manejan el color (generalmente 1 ), vienen en tres variedades: los más sensibles a las longitudes de onda rojas, los más sensibles a las longitudes de onda verdes y los más sensibles. a longitudes de onda azules. Por lo tanto RGB. Vemos algo como rojo porque cuando la luz roja llega a nuestros fotorreceptores, los conos sensibles al rojo son los que más se activan. Lo mismo con la luz verde activando nuestros conos verdes.

Es importante tener en cuenta que la sensibilidad de los conos no está claramente definida; en cambio, son más sensibles a algún color y luego se vuelven progresivamente menos sensibles a medida que la longitud de onda se aleja de ese color. Y las sensibilidades de los diferentes conos se superponen. Entonces, incluso con luz verde, sus conos azules y conos rojos todavía se están activando, solo que no con tanta fuerza como los verdes.

Aquí hay un diagrama de las sensibilidades típicas de los fotorreceptores del ojo humano:

Sensibilidad de color de Wikipedia

( Sensibilidad de color de Wikipedia )

¿Luz amarilla o luz roja y verde?

Y así es como el ojo puede dar al cerebro información sobre la luz que no es roja, verde o azul: si la luz amarilla incide en el ojo, los conos rojos y los conos verdes se activarán. El cerebro recibe las señales de los conos rojos y los conos verdes (y la ausencia o la señal más débil de los conos azules), y las interpreta como "amarillas", es decir, luz con una longitud de onda entre las sensibilidades máximas de los conos. conos rojos y verdes.

Pero la única información que realmente obtiene el cerebro es que los conos rojo y verde están activados. Eso podría deberse a la luz amarilla, pero también podría ser que la luz roja y la verde incidan en el ojo al mismo tiempo. El cerebro no tiene la información que necesitaría para saber la diferencia, por lo que trata esas dos situaciones de la misma manera, como lo que llamamos "amarillo". Es por eso que puede emitir rojo y verde (y no azul), y hacer que el ojo vea amarillo sin tener que tener una fuente de luz amarilla. Y el ojo hace esto con todos los colores; debido a que las sensibilidades de los conos se superponen, siempre hay algún tipo de mezcla de señales que el cerebro combina en un solo color, generalmente algo así como el "promedio" entre ellos.

Luz roja y azul , definitivamente no verde

Una excepción importante a ese "promedio" (que no es estrictamente un promedio, matemáticamente hablando) es cuando tienes conos rojos y azules activados, pero los conos verdes no (tan fuertemente) activados. A diferencia de la situación con el amarillo, donde el cerebro no tenía información sobre si estaba viendo luz amarilla o una combinación de luz roja y verde, el cerebro tiene información que le dice que la luz verde no está presente, porque los conos verdes no están presentes. t como fuertemente activado. Entonces, "promediar" el rojo y el azul para obtener el verde sería realmente incorrecto; ese es el único color que el cerebro sabe que no existe.

En cambio, el cerebro percibe la combinación de rojo y azul como magenta, un color que no existe en el espectro EM real. Ninguna longitud de onda de luz nos parece magenta: solo la combinación de luces azul y roja puede hacer que percibamos ese color.

RGB “universalidad”

No, RGB no es universal.

Primero, las fuentes de luz se combinan "aditivamente", es decir, si toma algo de luz y agrega una nueva luz de una longitud de onda diferente, la nueva longitud de onda se agrega a la combinación.

Sin embargo, los tintes se combinan "negativamente", es decir, cuando mezclas tintes, estás eliminando más longitudes de onda. La razón de esto es que el tinte absorbe parte de la luz y refleja otras: la luz blanca es la forma en que percibimos una mezcla de todas las longitudes de onda que podemos ver, por lo que si la luz blanca choca con la pintura roja, las longitudes de onda azul y verde se eliminan y solo se refleja el rojo. de vuelta a nuestro ojo. Es por eso que los colores primarios que aprendiste en la escuela primaria son el rojo, el azul y el amarillo , 2 con el verde formado al mezclar el azul y el amarillo. También es por eso que las impresoras prefieren usar CMYK sobre RGB: Cyan-Magenta-Yellow es un mejor lugar para comenzar a eliminar longitudes de onda que Red-Green-Blue (El negro se maneja por separado solo porque el negro es particularmente importante en la impresión y desea hacer por separado amuy buen negro en lugar de tratar de usar todas sus otras tintas intentando, y fallando, eliminar todas las longitudes de onda).

También hay otros enfoques para manejar la luz, que no tienen nada que ver directamente con las longitudes de onda, sino que se basan más en cómo desea que se perciba la luz. El tono, la saturación y la luminosidad, por ejemplo, producirán colores de cierta longitud de onda o combinación de longitudes de onda, pero los números no son la intensidad de las luces de diferentes longitudes de onda como lo son para RGB o CMYK.

Finalmente, ninguno de estos cubre realmente todo el espectro de colores que el ojo humano puede ver. Eso es porque la luz natural cubre un espectro continuo de longitudes de onda , es decir, el número de longitudes de onda en, digamos, la luz del sol es literalmente incontable, 3y nuestros fotorreceptores todavía son algo sensibles a los colores alrededor de sus picos, por lo que nuestros ojos pueden captar algunas de esas longitudes de onda. RGB especifica la combinación de solo tres longitudes de onda a diferentes intensidades, y simplemente siempre habrá colores que no se pueden crear con solo tres longitudes de onda. Podría agregar más longitudes de onda, pero eso significa más fuentes de luz independientes, y ciertamente nunca tendrá infinitas de ellas. Pero tres es bastante bueno; los televisores de cuatro colores realmente no despegaron precisamente por esa razón.

Este diagrama muestra los colores que puede crear con una configuración RGB típica, con la gran área gris alrededor de todos los colores que no puede crear.

Gama sRGB de Wikipedia

( Gama sRGB de Wikipedia )

Tenga en cuenta que el arco a lo largo de la parte superior es el espectro de colores monocromáticos, es decir, la luz se compone de una sola longitud de onda: los espectros en los diagramas anteriores estarían envueltos alrededor de esa curva. Y el magenta forma gran parte de la línea que conecta los dos extremos inferiores de la curva.


  1. El daltonismo ocurre cuando algunas de esas células cónicas no funcionan, o al menos no funcionan bien. También ha habido algunos informes de personas con cuatro tipos de conos . Y otras especies pueden tener conjuntos de fotorreceptores completamente diferentes con sensibilidades completamente diferentes, lo que les permite percibir más colores que nos parecerían iguales, y también les permite percibir una luz que es simplemente invisible para nosotros.

  2. Si, como yo, aprendiste los colores primarios con algún tipo de pintura, esa mezcla es en realidad más complicada que ser simplemente "negativo", pero para los niños de primaria es lo suficientemente bueno. Para esta respuesta, me limitaré a los tintes, que son físicamente más cercanos a ser simplemente el caso negativo.

  3. Prácticamente hablando, de todos modos. La mecánica cuántica podría sugerir que toda la luz tiene una longitud de onda que es un múltiplo de una distancia increíblemente pequeña, posiblemente la longitud de Planck, pero esto no es algo para lo que nadie haya concretado una teoría, y mucho menos lo haya demostrado experimentalmente.

Los tintes se mezclan negativamente. Las pinturas se mezclan de forma extraña, ya que contienen algunos materiales que absorben la luz y otros que la reflejan. Si hay una gota de pigmento cerca de la superficie de la pintura que refleja la luz azul, la luz azul que golpea la pintura en ese punto se reflejará incluso si la pintura contiene otros pigmentos que absorberían cualquier luz azul que los golpee.
¡Gracias por la parte sobre magenta! Pequeño error tipográfico (demasiado pequeño para que yo lo edite) en la sección "Biología de la visión del color": al enumerar las longitudes de onda a las que responden los conos, el azul se menciona dos veces en lugar del rojo.
@supercat ¡Gracias! Lo corregiré, ese es un gran punto.
Los tintes simplemente absorben la luz y se mezclan negativamente. Las pinturas son diferentes de los tintes y reflejan algo de luz mientras absorben algo. La forma en que las pinturas rojas, amarillas y azules típicas absorben y reflejan la luz permitirá que se mezclen para producir otros colores, pero eso depende de la composición de las pinturas y no solo de su color aparente.

La luz es un espectro continuo.

Por "luz", me refiero a la onda electromagnética en el espacio. No importa si proviene de una fuente luminosa, es filtrado por un objeto transparente/translúcido o es reflejado por una superficie iluminada; la interpretación del color de la luz es la misma.

La longitud de onda de la luz no se limita solo al rojo, verde o azul. Hay un número infinito de longitudes de onda posibles en el medio, por lo que decimos que es un espectro "continuo". De hecho, la longitud de onda puede estar fuera del rango que podemos ver; eso solo lo hace invisible. La mayor parte de la luz es en realidad una mezcla de muchas longitudes de onda.

Podemos ver el espectro continuo de la luz usando un prisma, una rejilla de difracción o un espectrofotómetro.

La percepción humana reduce el color a tres valores

En lugar de tener que procesar un número infinito de valores, el ojo humano reduce el color a tres valores: rojo ( r ), verde ( gramo ), y azul ( b ). Esto lo hacen las células cónicas de la retina del ojo; cada uno aparece bajo el microscopio como rojo, verde o azul. Los conos rojos procesan la luz roja, produciendo una señal. r que aumenta con la intensidad de la luz. También responden a longitudes de onda cercanas como el naranja y el amarillo, pero no con tanta fuerza como las longitudes de onda rojas. Un proceso similar ocurre con los conos verde y azul. Las respuestas de cada conjunto de conos a cada una de las longitudes de onda se ilustran en este gráfico:

[ espectro de cono]

Una longitud de onda de luz

Suponga que enciende un LED amarillo, con una longitud de onda de 570 nm. Su espectrofotómetro informa que hay una sola longitud de onda (*1) de luz, a 570 nm.

La luz estimula parcialmente los conos rojos de su ojo, produciendo una señal de r = 9000 . (Vea el gráfico a continuación. No se preocupe por las unidades; son arbitrarias). La luz también estimula los conos verdes, produciendo gramo = 8000 . No estimulan los conos azules, por lo que b = 0 . Tu cerebro recibe las señales. ( 9000 , 8000 , 0 ) e interpreta esto como "amarillo".

espectro de cono, una longitud de onda

Dos longitudes de onda de luz

Ahora suponga que la pantalla de su computadora produce un color amarillo al emitir una luz roja (600 nm) y una luz verde (535 nm) juntas. La luz roja golpea tus conos rojos, produciendo una señal de 6000. Pero la luz verde también produce alguna señal en los conos rojos, digamos 3000. Las dos señales se suman para producir r = 6000 + 3000 = 9000 . De manera similar, el cono verde puede producir una señal de 2500 de la luz roja y 5500 de la luz verde, por lo que gramo = 2500 + 5500 = 8000 . Ninguna luz estimula el cono azul, por lo que b = 0 .

espectro de cono, dos longitudes de onda

Tu cerebro recibe las señales. ( 9000 , 8000 , 0 ) e interpreta esto como el mismo color amarillo que el LED. Sin embargo, el espectrofotómetro mide la luz con dos longitudes de onda diferentes. Percibes que los colores son iguales, aunque tengan espectros diferentes.

generalizaciones

  1. Esta no es la única manera de producir la misma percepción. Podría haber mezclado rojo de 625 nm y verde de 550 nm para producir el mismo "amarillo". Todo lo que necesitamos es producir lo mismo ( r , gramo , b ) señales para engañar a tu cerebro haciéndole creer que es del mismo color.

  2. Puede hacer esto con más de dos longitudes de onda y aún así obtener la misma percepción. Por ejemplo, la luz de las estrellas amarillas es una combinación de muchas longitudes de onda. Las matemáticas son más complicadas, pero se pueden hacer.

  3. Gran parte de la luz que vemos es un espectro continuo. Necesitará cálculo para lidiar con el número infinito de longitudes de onda, pero los cálculos se pueden hacer.

  4. Desde los albores de la historia, los humanos hemos practicado el arte y la ciencia de engañarnos a nosotros mismos para percibir varios colores.

  5. Aunque no puede notar la diferencia entre estos diversos tipos de luz amarilla, el espectrofotómetro puede notar la diferencia. Eso no debería sorprender, considerando que sus ojos han reducido la información en un número infinito de longitudes de onda a solo tres valores.

  6. La forma en que un animal percibe el color varía según la especie. Los primates (p. ej., humanos, otros simios, monos) tienen tres conos: rojo, verde y azul. Otros mamíferos tienen solo dos conos: amarillo y azul. Por lo tanto, su gato o perro no puede distinguir entre rojo y verde, y mucho menos todas las formas de "amarillo". Por otro lado, los reptiles y las aves ven en cuatro colores. ¡No estás engañando a tu periquito mascota con tu LED "amarillo" y la pantalla de tu computadora!


(*1) Técnicamente, los LED producen un rango estrecho de longitudes de onda alrededor del color elegido, pero eso no es importante para esta discusión.

Es una cosa de promedio. Tenemos tres tipos de detectores de color (células cónicas) en nuestros ojos cuyas sensibilidades espectrales se superponen un poco: hay una imagen de las respuestas espectrales en este artículo de Wikipedia . Puede ver a partir de esto que la luz amarilla monocromática (longitud de onda única) hará que los conos rojo y verde "vean" la luz y, por lo tanto, lo que interpretamos como amarillo es simplemente la respuesta combinada de estas dos células en proporciones adecuadas.

Si, en lugar de luz amarilla monocromática, enviamos una mezcla adecuada de luz roja y verde monocromática al ojo, podemos provocar la misma respuesta de los conos rojo y verde (creo que hay que tener cuidado de que el verde no sea demasiado longitud de onda corta o no podrá evitar que las células azules se disparen también). Y el ojo/cerebro no puede distinguir estos dos casos en absoluto, así que también lo interpretamos como amarillo.

La respuesta en cuanto a qué hace un 'trío universal' es que debe corresponder con las sensibilidades de color de los conos en nuestros ojos. No hay nada 'universal' al respecto en ningún sentido físico.