Diagrama de cromaticidad

En colorimetría , un diagrama de cromaticidad es una representación cartesiana donde los puntos representan la cromaticidad del estímulo del color .

Cromaticidad

El objetivo de la colorimetría es conectar la medición física de la luz y la percepción de los colores . Más precisamente, queremos constituir un conjunto de números que represente inequívocamente cada color, por lo que es inútil ver dos luces definidas por estos números para conocer su relación visual, y decir, por ejemplo, "  A es más claro". O " pálido "o" verde "que B .

Estímulo En colorimetría, comparamos mezclas de luces de colores lo más aisladas posible de otras sensaciones visuales para superar las complejidades de las interacciones de color . Estas mezclas son estímulos en el sentido de la psicofísica . Aritmética de colores Se asume, por postulados conocidos como Leyes de Grassmann y Abney, que las sensaciones lumínicas son lineales , lo que permite realizar todas las operaciones aritméticas sobre las proporciones de luces mixtas. Combinación de colores primarios Observamos que todos los colores, cualquiera que sea su espectro físico, se perciben de manera idéntica (ver color metamérico ) a una combinación de suma o resta de solo tres luces elegidas arbitrariamente, siempre que no podamos reconstituir la tercera a partir de las otras dos. Los sistemas ópticos solo pueden agregar luces, la resta es una operación intelectual adicional. sí Luz X + ( p3 × Primario 3 ) = ( p1 × Primario 1 ) + ( p2 × Primario 2 ) el postulado de linealidad permite escribir Luz X = p1 × Primario 1 + p2 × Primario 2 - p3 × Primario 3 . Por tanto, todos los colores pueden definirse mediante tres valores. Cromaticidad Se asume que la coloración es una propiedad independiente del brillo y se llama cromaticidad . Quedan dos valores, que se pueden representar en un plano.

Ninguno de estos métodos y definiciones se corresponde exactamente con la visión humana; tienen la ventaja de permitir una aproximación generalmente llamada colorimetría básica .

Cálculo de cromaticidad

La presentación de cromaticidad deriva de triángulo de color que James Clerk Maxwell ha definido el medio del XIX °  siglo . En este triángulo equilátero, un punto representa un color obtenido al mezclar tres primarios, en proporciones iguales a la distancia al lado opuesto a cada uno de los primarios. La luminancia visual de los colores que aparecen en el diagrama varía, porque la de cada uno de los primarios es diferente.

En física se deben verificar las relaciones entre dos cantidades, excepto los coeficientes, cualesquiera que sean las unidades elegidas para representarlos. Al construir el triángulo a partir de tres valores de radiancia de radiación correspondiente al primario, se define un tamaño en dos dimensiones, cromaticidad, que permite comparar la energía total de radiación igual luminancia. Los valores son relativos a este valor total, que se toma como una unidad.

El principio del triángulo de Maxwell se aplica más convenientemente a las coordenadas cartesianas; se puede abandonar uno de los coeficientes de las primarias, que es necesariamente el complemento de uno de la suma de los otros dos, ya que por el teorema de Viviani , la suma de las tres distancias de un punto a un lado es siempre igual a la altura. La transformación de coordenadas tricromáticas en cromaticidad se puede resumir de la siguiente manera:

Todas las descripciones de colores triestímulos y lineales se pueden utilizar para calcular la cromaticidad y construir un diagrama de cromaticidad. La Commission internationale de l'éclairage (CIE) en a normalisé plusieurs : CIE RGB , CIE XYZ qui le transforme pour supprimer les valeurs négatives, CIE U′V′W′ qui améliore la relation entre la distance sur le diagramme et l'écart de color. El segundo, establecido en 1931, es el más representado.

Diagrama

El interior del diagrama en el plano (x, y) representa todas las cromaticidades perceptibles. Dos colores de la misma cromaticidad no se parecen necesariamente entre sí; un rosa y un marrón pueden ocupar el mismo punto, si solo difieren en brillo.

Colores de igual cromaticidad
luminancia Y = 0,04 Y = 0,08 Y = 0,16 Y = 0,32 Y = 0,64
CIE 1931 ( x = 0,376, y = 0,348)          

El locus del espectro , o locus del espectro , en forma de herradura, representa el conjunto de colores 100% puros, desde el azul violeta hasta el rojo. Un color puro corresponde a una onda electromagnética monocromática , por lo que el locus del espectro se gradúa según la longitud de onda de 400  nanómetros (nm) a 700  nm .

Si dos puntos representan cada uno un color, el segmento que los une representa las mezclas de estos dos colores en proporciones variables. Se muestra fácilmente que la cromaticidad de una radiación formada por la mezcla de otras dos se ubica en el segmento de línea que conecta los puntos de cromaticidad de sus dos componentes.

La línea de los púrpuras , que une los dos extremos del locus del espectro, corresponde a los púrpuras y magentas , mezclas de rojo y azul violeta.

El punto de coordenadas x = 1/3, y = 1/3 representa el blanco equi-energético utilizado como referencia en el sistema CIE XYZ . Muchos cálculos de colorimetría dependen de la definición de blanco. La visión se adapta a las condiciones de iluminación y percibe las relaciones entre los colores de forma casi idéntica con luces cuyo espectro es muy diferente. La de la iluminación incandescente es similar a la del cuerpo negro a una determinada temperatura . La colorimetría define ciertos tipos de iluminación como iluminantes . Este iluminante da la posición del punto blanco.

El segmento que conecta el punto blanco con el de un color puro, en el lugar espectral, representa todos los colores que tienen el mismo tono más o menos lavado con blanco. Todos tienen la misma longitud de onda dominante . Al dividir la distancia de un punto al punto blanco por la de todo el segmento, obtenemos la pureza de la excitación .

Quand le point représentant une couleur se situe entre le point blanc et la droite des pourpres, on prolonge le segment de l'autre côté jusqu'au lieu spectral dans la région des verts et on affecte la longueur d'onde dominante d'un signe menos ; la pureza de la excitación es el cociente de las longitudes de la línea desde el punto de color al punto blanco y desde este último a la derecha de los púrpuras.

La longitud de onda dominante corresponde aproximadamente a la noción de tonalidad para colores brillantes. Para los colores lavados con blanco, Hermann Aubert  (de) observó que la disminución de la pureza de la excitación va acompañada de una variación en la tonalidad percibida. A esto se le llama efecto Abney . Las líneas de igual tono a veces se trazan en el diagrama. El fenómeno Bezold-Brücke  (de) es la relación entre luminancia y tonalidad. Para luces fuertes, la percepción del color se aproxima al azul si la longitud de onda dominante es menor a 500  nm y al amarillo en caso contrario. Finalmente, la percepción de la tonalidad varía levemente cuando la luz ingresa lateralmente a la pupila.

La pureza de la excitación corresponde aproximadamente al concepto de coloración, independientemente de la tonalidad. Los colores descoloridos o grisáceos tienen una baja pureza de emoción. Pero todavía percibimos los colores oscuros como menos coloridos que los colores brillantes, mientras que su pureza de emoción puede ser cercana a 1.

Para un sistema de visualización de síntesis aditiva , como una pantalla de computadora , el triángulo formado por los tres puntos correspondientes a los tres colores primarios representa la gama del sistema. Solo se pueden reproducir los colores representados por un punto dentro del triángulo, siempre que su luminosidad no supere un máximo que depende de su distancia a los primarios.

A lo largo de los años, la investigación en colorimetría se ha centrado en las diferencias de color. La representación de la diferencia apenas perceptible entre tonos en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 da como resultado elipses de MacAdam , muy diferentes en tamaño y orientación de una región a otra. El sistema CIE U′V′W ′ de 1976 se deduce del anterior mediante una simple transformación lineal, para reducir la excentricidad y la variación de tamaño de elipses de igual diferencia de color. Ningún sistema simple logra el ideal, que sería un círculo igual en todas partes. La diferencia de color debe evaluarse caso por caso por interpolación de los datos experimentales.

En cualquier caso, el diagrama de cromaticidad es solo una representación resumida: la luminancia relativa de la gama cromática influye tanto en el tono como en su discriminación, y la pureza cambia la percepción de la tonalidad, de modo que la representación en el diagrama de matices se percibe como variaciones desvaídas. del mismo color puro generalmente no forma una línea recta.

Se acostumbra ilustrar el diagrama de cromaticidad con colores, para identificar su correspondencia con las coordenadas. Esta indicación no permite deducir de qué color estamos tratando: hay que conocer el brillo.

Colores de la misma cromaticidad: del verde oliva al amarillo
luminancia Y = 0,06 Y = 0,12 Y = 0,23 Y = 0,46 Y = 0,92
CIE 1931 ( x = 0,42, y = 0,51)          

Apéndices

Bibliografía

Notas y referencias

  1. Comisión Electrotécnica Internacional IEC 60050 "Vocabulario electrotécnico internacional" 845-03-35 utilizando la definición de la Comisión Internacional de Iluminación  ; véase también Sève 2009 , p.  141
  2. Sap 2009 , p.  69-70.
  3. El gran 1972 , p.  91.
  4. El gran 1972 , p.  91-92.
  5. Sap 2009 , p.  87.
  6. Sap 2009 , p.  250.
  7. El gran 1972 , p.  137-138
  8. Le Grand 1972 , p.  136-137
  9. Sap 2009 , p.  130-131.
  10. El gran 1972 , p.  184, 2014 (1964) , pág.  112.