Fundamentos del Color: De la Física de la Luz a los Perfiles ICC

Introducción al Color

¿Qué es el color?

El color se puede clasificar desde distintas perspectivas:

• Propiedad de los objetos: peras verdes, cielo azul o papel blanco.
• Propiedad de la luz: se habla de la luz como elemento necesario para la existencia del color.
• Producto del observador: una creación de la imaginación del observador, originada por la vista o el cerebro.

En realidad, es una mezcla de los tres factores: luz (física), objeto (química) y observador (biología).

Conclusión: el color es una sensación que el observador genera tras recibir las distintas longitudes de onda que un objeto ha modificado previamente.

La naturaleza de la luz

La luz ha sido motivo de intriga para la humanidad desde sus comienzos.

• Los griegos pensaban que la luz era “algo emitido por el ojo” que chocaba con los objetos y permitía verlos.
• Posteriormente, se planteó que la luz provenía de los objetos y la visión se generaba en el ojo.
• El dilema: ninguna de las dos suposiciones explicaba por qué no se emiten rayos en la oscuridad. Finalmente, se identificó la luz como algo originario del Sol y de los cuerpos incandescentes.

Luz: ¿onda o partícula?

La teoría corpuscular de Newton

En el siglo XVIII, Isaac Newton propone que la luz está compuesta por partículas luminosas (corpúsculos) de distinto tamaño según el color, que son emitidas por los cuerpos luminosos y que producen la visión al llegar a nuestro ojo. Esta teoría se basaba en los siguientes hechos:

• La trayectoria de los corpúsculos es rectilínea, por ello la luz se propaga en línea recta.
• Cuando se interpone un obstáculo, se produce la sombra.
• La reflexión es el rebote de los corpúsculos sobre la superficie reflectora.

Sin embargo, esta teoría no podía explicar ciertos fenómenos:

• Los cuerpos no perdían masa al emitir corpúsculos.
• No se podía explicar por qué algunos objetos reflejaban y otros refractaban. Se creía erróneamente que la refracción se debía a un aumento de velocidad del corpúsculo.

La teoría ondulatoria de Huygens

En la misma época, Christiaan Huygens propone que la luz es una onda, basándose en que:

• La masa de los cuerpos que emiten luz no cambia.
• La propagación rectilínea y la reflexión se pueden explicar ondulatoriamente.
• La refracción es un fenómeno típico de las ondas.

Aun así, quedaban aspectos por explicar:

• No se encontraba explicación a la propagación en el vacío, ya que todas las ondas conocidas necesitaban un medio material para propagarse.
• No se habían observado en la luz los fenómenos de interferencia y difracción.

Confirmación de la luz como onda

En el siglo XIX, se produjeron avances clave:

• Fresnel y Young observaron los fenómenos de interferencia y difracción para la luz.
• Foucault midió la velocidad de la luz en diferentes medios y comprobó que disminuía al pasar del aire al agua, contradiciendo la teoría corpuscular.
• Para explicar su propagación en el vacío, se teorizó la existencia de un éter, un medio muy rígido que ocupaba todo el espacio. Esta idea se mantuvo hasta principios del siglo XX.

Ondas electromagnéticas

James Clerk Maxwell afirmó que existían ondas electromagnéticas que se irradiaban a la misma velocidad que la luz. Argumentó que la luz y otras ondas electromagnéticas eran el mismo fenómeno y que se diferenciaban solo en su frecuencia. A día de hoy, se entiende que la onda electromagnética se compone de un campo eléctrico vibrando perpendicularmente a un campo magnético.

La luz como partícula: el efecto fotoeléctrico

Aunque la teoría ondulatoria es correcta para explicar la propagación de la luz, falla al explicar otras propiedades, como la interacción de la luz con la materia. En 1887, Hertz ratificó empíricamente la hipótesis de Maxwell y observó un nuevo fenómeno: el efecto fotoeléctrico. Este fenómeno, que consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética, solo se puede explicar con un modelo de partículas para la luz.

El fotón de Einstein

Albert Einstein demostró la velocidad de la luz en el vacío (299.792 km/s) e introdujo la idea del cuanto de luz.

• La idea de Einstein es considerar que la luz está constituida por partículas (pequeños paquetes de energía) que denominó fotón.
• Los fotones pueden tener desigual energía dependiendo de su frecuencia. Una frecuencia elevada está compuesta de fotones de alta energía.
• Esto demuestra por qué algunas radiaciones como la ultravioleta (UV), los rayos X y los rayos gamma son nocivas para los seres humanos. Todas ellas se hallan en la zona de mayor frecuencia del espectro electromagnético y, por tanto, tienen asociada una energía muy alta.

El espectro visible

Haciendo pasar luz a través de un prisma óptico se produce el efecto llamado dispersión, que consiste en la separación de las distintas longitudes de onda que forman el rayo incidente. Al descomponer la luz blanca se produce lo que es denominado espectro continuo, el cual contiene el conjunto de tonos que pertenecen a la gama de longitudes de onda que integran dicha luz blanca.

El observador: el sentido de la visión

El ojo es un órgano especializado en la recepción de la luz. Su estructura hace posible que la energía luminosa se transforme en potencial nervioso por células especializadas. El resto de estructuras que forman el ojo sostienen la retina o sirven para enfocar las imágenes.

La retina es un área fotosensible formada por diversas capas de células superpuestas y repletas de células pigmentarias. Las neuronas retinianas se agrupan en tres capas:

• Capa interna: células de contacto con el nervio óptico.
• Capa intermedia: neuronas integradoras de las recepciones sensitivas lumínicas de conos y bastones.
• Capa externa (fotorreceptores):
  • Conos:
    • Normalmente unos 6 millones. Se presentan en mayor cantidad en la mácula lútea, zona de máxima agudeza visual.
    • Trabajan en condiciones de luz brillante.
    • Existen tres tipos que recogen color dependiendo de su pigmento (Onda corta –azul– 64%, onda media –verde– 32% y onda larga –rojo– 2%).
  • Bastones:
    • Unos 120 millones.
    • Trabajan en condiciones de escasa luz. En luz abundante son ciegos.

Tricromía o teoría de los tres componentes

Se refiere a la teoría de que disponemos de tres tipos de receptores (conos) para el color. No se debe confundir con el triestímulo, que se refiere a los experimentos realizados sobre la visión humana para comprobar el funcionamiento de tres estímulos de color que el observador utiliza para alcanzar el estímulo objeto. La Iniciativa Europea para el Color (ECI) ha sido la organización definidora del modelo de triestímulo más amplio, por lo que se ha convertido en pieza clave en la administración del color.

La tricromía es un elemento importante, ya que hace posible que se pueda estimular casi cualquier color empleando tan solo tres colores de luz primarios correctamente elegidos: rojo, verde y azul (RGB).

• Mezclando dos colores puros diferentes se consigue otro color.
• Cada pareja de colores con los que puede conseguirse este efecto se llama pareja de colores complementarios.
• Los tres colores primarios (rojo, verde y azul) corresponden a longitudes de onda diferentes.
• Cuando una luz es percibida como amarilla es porque en su constitución imperan el rojo y el verde. Se produce una sensación de color amarillo, pero al ojo no ha llegado longitud de onda alguna que corresponda a este color.

Modos y Modelos de Color

Los modos de color son fórmulas mediante las que se cuantifica y calcula el color. Existen varios tipos:

• Orientados a dispositivos:
  • Síntesis aditiva (RGB)
  • Síntesis sustractiva (CMYK)
  • Síntesis mixta
• Independientes de dispositivo:
  • Modelos CIE: CIE XYZ, CIE LUV, CIE LCH, CIE LAB.

Síntesis aditiva (RGB)

Se fundamenta en el funcionamiento del ojo humano y describe la formación de color mediante la mezcla de tres colores de luz: Rojo, Verde y Azul (RGB). Es muy utilizado en entornos informáticos (monitores, cámaras, etc.).

Sus principios básicos son:

• Parte del negro, que es la ausencia de toda estimulación visual.
• Crea el color sumando estimulación, de ahí su nombre.
• Mediante la estimulación máxima de los tres colores primarios se consigue el blanco.

Síntesis sustractiva (CMYK)

Se mezclan pigmentos (tintas) para componer colores. Los colores primarios son Cian, Magenta y Amarillo (CMY), a los que se añade el Negro (K) para mejorar el contraste, formando el modelo CMYK.

La síntesis sustractiva se basa en la filtración o sustracción de los valores inversos a los usados en la síntesis aditiva, es decir, <no rojo> (Cian), <no verde> (Magenta) y <no azul> (Amarillo).

Sus principios básicos son:

• Parte del color blanco del soporte, que es el máximo estímulo visual.
• Crea el color restando estimulaciones a través de un sistema de filtrado con sus colores básicos.
• El color resultante es negro cuando toda la estimulación ha sido sustraída del blanco inicial.

Los colores se consiguen mediante la reflexión o transmisión de la luz sobre los pigmentos.

Síntesis mixta

Es aquella interacción entre la síntesis aditiva y sustractiva que genera la sensación de color tras la intervención del ojo humano.

Sistemas CIE

La CIE (Commission Internationale de l’Éclairage), establecida en 1913 en Viena (Austria), es la autoridad internacional en cuanto a luz, iluminación, color y espacios de color.

CIE XYZ (1931)

Nace como derivado de las especificaciones CIE RGB, generadas a partir de experimentos realizados en 1920. Dicho estudio se realiza en base a los triestímulos generados por los conos de la retina del ojo. Estos se denotan como X (rojo), Y (verde) y Z (azul).

• La representación de XYZ muestra la cantidad de rojo, verde y azul.
• El estudio está basado en la medición directa de la percepción humana.
• Es la base para otros muchos espacios de color.
• Debido a la variación de los conos en el ojo, los valores de triestímulo dependen del ángulo de visión del observador. Para ello se definió el observador (colorimétrico) estándar a 2º.
• El espacio de color resultante se muestra en el diagrama de cromaticidad xy.

El diagrama de cromaticidad xy ilustra una serie de interesantes propiedades:

• Representa todas las cromaticidades visibles por una persona media.
• Si se seleccionan dos puntos cualesquiera del diagrama, todos los colores situados en línea recta entre ambos puntos se pueden componer mezclando estos dos colores. Lo mismo sucede con tres colores y el triángulo que forman.
• La distancia en el diagrama de cromaticidad xy no se corresponde con la diferencia de color percibida. Esto se plasma en la Elipse de MacAdam.

CIELUV (1976)

Desarrollado a partir de las conclusiones extraídas de la Elipse de MacAdam, es una transformación de CIE XYZ que pretende una mayor uniformidad visual en la representación del color, reduciendo la distorsión en la diferencia de colores que se produce en CIE XYZ.

CIELCh (1976)

Es la versión cilíndrica de CIELUV. Sus coordenadas son:

• L (Lightness): Eje central que representa la claridad.
• C (Chroma): Saturación del color.
• H (Hue): Representa el matiz o tono, expresado en grados.

CIELAB (1976)

Desarrollado, como CIELUV, a partir de las conclusiones de la Elipse de MacAdam, es el espacio de color más completo especificado por la CIE. Su representación es tridimensional y es muy útil para representar diferencias de color.

Sus coordenadas son:

• L: Representa el brillo del color.
• a: Valores negativos indican verde y positivos, rojo.
• b: Valores negativos indican azul y positivos, amarillo.

Medición del Color

Para la cuantificación y especificación del color se pueden distinguir cuatro dispositivos de medición:

• Densitómetros
• Colorímetros
• Espectrofotómetros
• Brillómetros

Densitómetro

Describe con valores la densidad de la intensidad óptica, ganancia de punto, contraste, trapping, error de tono y grisura. Es utilizado para los colores de proceso (CMYK) pero no identifica el color de forma absoluta. Existen dos tipos: de reflexión y de transmisión.

Colorímetro

Instrumento de medición del color de forma absoluta, no relativa. Simula la estimulación del ojo por la radiación luminosa, basándose en 3 o 4 filtros. Proporciona datos colorimétricos (XYZ o Lab) definidos por tono, saturación y luminosidad. Tiene un uso limitado en control de calidad.

Espectrofotómetro

Analizan la distribución espectral (longitud de onda) de la luz reflejada o transmitida a través del espectro visible. Ofrecen datos densitométricos, colorimétricos y espectrales. Es ampliamente empleado en control de calidad para medir diferencias de color, solidez y blancura. Pueden tener diferentes geometrías (0/45, 45/0 o esfera integradora) y opciones de observador e iluminante.

Brillómetro

Utilizado para medir las propiedades fotométricas de una superficie o tinta. El resultado se expresa en porcentaje de luz reflejada sobre el total que recibe. En la industria del papel está normalizado un ángulo de 75º. Las principales normas para su medición son:

• DIN 54502 (1992)
• ASTM D1223 (1998)
• ASTM D1834 (1995)
• TAPPI T480 OM-90 (1990)
• TAPPI 653 (1990)
• JIS – Z8142 (1993)

Normas Aplicables a la Medición del Color

Existen dos normas ISO principales relativas a la medición del color en la industria gráfica:

ISO 13655:1996 – Medición espectral y cálculo colorimétrico para imágenes de artes gráficas

Esta norma internacional establece una metodología para la medición espectral y los parámetros de cálculo colorimétrico. Es aplicable para la medición de color de cualquier imagen producida por medios fotográficos, inyección de tinta, xerografía o transferencia mecánica, entre otros.

Establece requerimientos para:

• Calibración del instrumento: Debe estar calibrado según las instrucciones del fabricante.
• Rango de medición: Los datos deben ser medidos entre 340 nm y 780 nm a intervalos de 10 nm.
• Material de fondo: Señala que el fondo afecta a las mediciones. La mejor forma de minimizar la luz reflejada es utilizar un fondo negro.
• Geometría de medición: Deberá ser 45º/0º o 0º/45º.

ISO 13656:2000 – Tecnología gráfica. Aplicación de la densitometría de reflexión y colorimetría para el control de proceso

Esta norma es aplicable al control del proceso y a la evaluación de impresiones o pruebas. Para ello especifica:

• Requerimientos para las tiras de control: Deben contener parches para arrastre, colores primarios y secundarios sólidos, parches de mediotono, equilibrio de gris y soporte.
• Especificaciones de los instrumentos: El densitómetro deberá ser conforme a ISO 14981 y el colorímetro a ISO 13655.
• Informe de datos: Cualquier información debe estar acompañada por un informe donde se especifiquen las condiciones exactas utilizadas.
• Métodos de testeo: Especifica cómo calcular la desviación de color, densidad, valor tonal, atrapado aparente, doblaje, arrastre y variación de coloración.

Cálculo de Diferencias de Color

El concepto de Delta E (ΔE)

Para describir matemáticamente mediante un único número la diferencia entre dos colores que el ojo humano medio es capaz de distinguir, se emplea el término Delta E (ΔE). También se puede definir como la distancia entre dos puntos en el espacio de color Lab.

• Se necesitan dos valores Lab para su cálculo.
• Cuanto menor sea el valor ΔE tolerado, más difícil será alcanzar el objetivo, pero más fiel será la reproducción.
• La percepción de la diferencia varía según el observador:
  • El observador medio las podrá advertir a partir de ΔE 5 o 6.
  • Un ojo entrenado verá diferencias a partir de ΔE 3 o 4.
  • Diferencias menores de ΔE 1 son prácticamente imperceptibles.

Uso y consideraciones del Delta E

Delta E puede ser utilizado para:

• Comprobar la diferencia entre una impresión o prueba y el original.
• Saber cuánto ha variado un dispositivo.
• Conocer la efectividad de un perfil para impresión u obtención de pruebas de color.
• Eliminar la subjetividad en la evaluación del color.

No existe una única forma de calcularlo. Las fórmulas más comunes son: Delta E 1976 (dE76), Delta LCH, Delta E CMC, Delta E 94 (dE94) y dE2000. Es crucial no comparar medidas realizadas con diferentes iluminantes.

Diferencia, tolerancia, desviación y variación

• Diferencia: Número que determina la distancia entre dos colores.
• Tolerancia: Número que define lo que se acepta como bueno y lo que se rechaza como malo.
• Desviación: Diferencia colorimétrica entre los datos teóricos y el pliego OK.
• Variación: Diferencia colorimétrica entre el pliego OK y el resto de pliegos de la tirada.

Gestión del Color

¿Qué es la gestión del color?

La gestión de color es una expresión aplicable a cualquier sistema que permite el control de la forma con la que se reproduce el color a través de una serie de dispositivos (cámaras fotográficas, monitores, impresoras, etc.). En la actualidad, se refiere a un conjunto de elementos encaminados a objetivizar y controlar la reproducción del color.

Origen y evolución: del ciclo cerrado al abierto

• Antes (ciclo cerrado): El ciclo productivo era un circuito cerrado. Fotógrafos, ilustradores y diseñadores entregaban al impresor su material. Todas las imágenes se capturaban en un escáner que producía CMYK ajustado al dispositivo de salida. Los resultados eran buenos porque los impresores controlaban la mayoría de las variables.
• Ahora (ciclo abierto): El ciclo productivo es impredeciblemente abierto. Clientes y creativos realizan más operaciones ellos mismos. Las entradas son muy diversas (escáneres, cámaras digitales) y las salidas pueden ser de naturalezas muy desiguales. La gestión de color de ciclo abierto se utiliza para obtener una solución lo más fiel posible entre lo que se ve en pantalla y lo que es posible imprimir.

Sistemas de gestión abiertos: International Color Consortium (ICC)

El ICC es una organización fundada en 1993 por las principales empresas de hardware y software (Adobe, Agfa, Apple, Kodak, Microsoft, etc.) con la finalidad de desarrollar y mantener un sistema de gestión del color estandarizado y multiplataforma. Define una serie de normas de construcción y uso de perfiles.

Estructura y componentes del sistema ICC

Todos los sistemas de gestión de color basados en ICC usan cuatro componentes básicos:

1. Perfiles de color: Archivos que describen las características de color de un dispositivo.
2. Espacio de conexión de perfil (Profile Connection Space, PCS): Un espacio de color independiente del dispositivo (como CIELAB o CIEXYZ) que actúa como intermediario en las conversiones.
3. Módulo de correspondencia de color (Color Matching Module, CMM): El motor de software que realiza los cálculos para convertir colores entre perfiles.
4. Propósito de conversión (Rendering Intent): La estrategia utilizada para mapear los colores de un gamut a otro.

Propósitos de conversión

La normativa ICC establece cuatro propósitos diferentes:

• Colorimétrico Relativo: Mantiene la relación entre los colores dentro del gamut de destino, ajustando el punto blanco del origen al del destino. Es el más usado en artes gráficas.
• Colorimétrico Absoluto: Intenta reproducir los colores exactos, incluyendo el blanco del papel original. Se usa para pruebas de color (proofing).
• Perceptual: Comprime toda la gama de colores del espacio de origen para que quepa en el de destino, manteniendo la relación visual entre ellos. Ideal para fotografías.
• Saturación: Mantiene la viveza de los colores, incluso a costa de la precisión del tono y el brillo. Se usa para gráficos y presentaciones.

Funcionamiento de la gestión del color

Todos los sistemas de gestión realizan dos tareas:

• Asignar: Da un significado de color a los números RGB o CMYK. Asignar un perfil no cambia los valores numéricos del archivo.
• Convertir: Cambia los números RGB o CMYK cuando el color pasa de un dispositivo a otro para que el color real siga siendo lo más similar posible.

¿Cuándo gestionar? Compilación temprana vs. tardía

• Compilación temprana: Convierte todo el color a un espacio final de salida lo antes posible (p. ej., convertir a CMYK al escanear). Es simple pero inflexible.
• Compilación tardía: Retrasa todo lo posible la conversión a la salida final (p. ej., en el RIP). Es flexible y permite reutilizar el material para distintas salidas, pero es más complejo.

Perfiles ICC en Profundidad

Introducción y limitaciones

Un perfil ICC es un archivo que contiene datos que describen las características relativas al color de un dispositivo. Su principal propósito es ser utilizado por una aplicación de gestión de color para mantener la consistencia en la reproducción de imágenes.

Limitaciones a tener en cuenta:

• Interpolación: El creador de perfiles no puede medir todas las combinaciones de color; el CMM debe interpolar datos.
• Precisión: La precisión del perfil depende de la precisión de las mediciones originales.
• Instantánea en el tiempo: Un perfil es una instantánea del comportamiento del dispositivo en un momento dado. Los dispositivos se desajustan con el tiempo.
• Capacidad del dispositivo: Los perfiles no van a hacer nada que el dispositivo no sea capaz de hacer por sí mismo.

Tipos de perfiles

Perfiles de dispositivo

Hay tres tipos:

• De entrada (scnr): Para escáneres y cámaras digitales. Convierten en una sola dirección (dispositivo → PCS).
• De visualización (mntr): Para monitores. Son bidireccionales.
• De salida (prtr): Para impresoras y otros dispositivos de impresión. Son bidireccionales.

Perfiles para fines especializados

• De enlace entre dispositivos (link): Para conversión directa entre dos espacios de dispositivo (p. ej., CMYK a CMYK) sin pasar por el PCS. No se pueden incrustar en imágenes.
• Abstractos (abst): Realizan cambios de color subjetivos en el PCS (Lab a Lab) para crear efectos, retoques o conversiones a gris o sepia.
• De conversión de espacio de color (spac): Usados para conversiones entre espacios de color independientes. Son raros en flujos de trabajo comunes.
• De color denominado (nmcl): Son como paletas o listas de colores con nombre (p. ej., colores directos), asociando un nombre a un valor Lab y, opcionalmente, a valores de dispositivo.

Localización de perfiles ICC en Fiery Command WorkStation 5

En Fiery Command WorkStation 5 se pueden emplear tres tipos de perfiles:

• De dispositivo: Para la entrada de ficheros (espacios RGB y CMYK) y para la descripción del dispositivo de salida (espacio CMYK).
• De especialidad:
  • De enlace para la realización de simulaciones.
  • De color denominado para cargar paletas de color.