Coordenadas de Cromaticidad

Las coordenadas de cromaticidad son valores numéricos estandarizados y adimensionales que describen con precisión el matiz y la saturación de un color, aislando estas propiedades del brillo o la luminancia. Son fundamentales para la ciencia moderna del color, la gestión del color y todas las industrias críticas donde la reproducibilidad y la comunicación del color son primordiales.

Percepción Humana del Color y la Necesidad de Estandarización

El ojo humano percibe el color a través de tres tipos de conos fotorreceptores, cada uno sensible a una región diferente del espectro visible: longitudes de onda cortas (azul), medias (verde) y largas (rojo). El cerebro interpreta la combinación de respuestas de estos conos como color. Sin embargo, la misma impresión de color puede producirse mediante diferentes combinaciones de longitudes de onda de luz—un fenómeno conocido como metamerismo. Esta subjetividad hizo necesario desarrollar métodos objetivos y estandarizados para especificar colores.

La Commission Internationale de l’Éclairage (CIE) abordó esto en 1931 definiendo el concepto de observador estándar y las funciones de igualación de color asociadas, permitiendo la creación de modelos matemáticos que describen objetivamente todos los colores perceptibles.

De los Valores Tristímulos a las Coordenadas de Cromaticidad

El Observador Estándar y la Igualación de Color

Los experimentos de igualación de color llevaron a la definición del Observador Estándar CIE 1931 de 2°, que representa la respuesta visual promedio del ojo humano a diferentes longitudes de onda. Las funciones de igualación de color del observador estándar—(\bar{x}(\lambda)), (\bar{y}(\lambda)) y (\bar{z}(\lambda))—forman la base para calcular los valores tristímulos (X, Y, Z), que cuantifican cuánto de cada primario se necesita para igualar cualquier color.

[ X = \int_{400}^{700} S(\lambda) \cdot \bar{x}(\lambda) , d\lambda ] [ Y = \int_{400}^{700} S(\lambda) \cdot \bar{y}(\lambda) , d\lambda ] [ Z = \int_{400}^{700} S(\lambda) \cdot \bar{z}(\lambda) , d\lambda ]

Aquí, (S(\lambda)) es la distribución espectral de potencia de la fuente de luz o muestra.

Coordenadas de Cromaticidad: Definición

Los valores tristímulos X, Y, Z reflejan tanto la cromaticidad (matiz y saturación) como la luminancia (brillo). Al normalizar estos valores, se obtienen las coordenadas de cromaticidad, que excluyen la luminancia:

[ x = \frac{X}{X + Y + Z} ] [ y = \frac{Y}{X + Y + Z} ] [ z = \frac{Z}{X + Y + Z} ]

Dado que (x + y + z = 1), la cromaticidad de un color puede describirse completamente solo con dos coordenadas, típicamente (x, y). Estas son las coordenadas de cromaticidad.

Los Espacios de Color CIE XYZ y xyY

El espacio de color CIE XYZ es un espacio tridimensional independiente del dispositivo donde cada color visible se describe por X, Y y Z. El espacio de color xyY separa la cromaticidad (x, y) de la luminancia (Y), lo que lo hace intuitivo para la especificación y comparación de colores.

• x, y: Definen la cromaticidad—matiz y saturación.
• Y: Representa la luminancia o brillo.

Este sistema es esencial para especificar y reproducir colores de manera consistente, independientemente del dispositivo o las condiciones de visualización.

El Diagrama de Cromaticidad

El diagrama de cromaticidad CIE 1931 es una gráfica bidimensional de los valores (x, y). Características clave:

• Locus espectral: El límite curvo, etiquetado por longitud de onda, representa colores monocromáticos (puros).
• Línea de los púrpuras: El borde recto en la parte inferior, que conecta los extremos espectrales, representa colores (como el magenta) que no existen como longitudes de onda únicas.
• Región interior: Contiene todas las cromaticidades de color físicamente realizables.
• Punto blanco: Cerca del centro; representa iluminantes estándar (por ejemplo, D65 para luz diurna).
• Gamas de dispositivos: Triángulos o polígonos dentro del diagrama muestran el rango de colores que una pantalla o fuente de luz puede producir.

El diagrama es una herramienta universal para visualizar, especificar y comparar colores, así como para diagnosticar la reproducción del color en dispositivos.

Cálculo de Cromaticidad: Un Ejemplo

Suponga que mide una muestra y obtiene:

• ( X = 33.16 )
• ( Y = 20.89 )
• ( Z = 12.71 )

Calcule la cromaticidad:

[ x = \frac{33.16}{33.16 + 20.89 + 12.71} = 0.4967 ] [ y = \frac{20.89}{33.16 + 20.89 + 12.71} = 0.3129 ]

Así, (x = 0.4967, y = 0.3129) define de forma única la cromaticidad, independiente del brillo.

Aplicaciones en la Industria y la Ciencia

Medición y Comunicación del Color

Las coordenadas de cromaticidad son la base de la comunicación de color objetiva e independiente del dispositivo. Esto es crítico para:

• Aviación: Estandarización de pantallas de cabina, iluminación de pistas y señalización para la seguridad y el cumplimiento normativo.
• Manufactura: Garantizar la consistencia de color entre lotes de productos y proveedores.
• Diseño de iluminación: Lograr efectos visuales correctos y cumplir con normas para iluminación pública y de emergencia.
• Impresión e imagen: Igualar colores entre pantallas, impresoras y materiales.

Calibración de Dispositivos y Gestión del Color

La calibración de pantallas, proyectores y sistemas de iluminación se basa en coordenadas de cromaticidad para asegurar la fidelidad del color y el cumplimiento de espacios de color estándar (como sRGB y Adobe RGB), que se definen por valores (x, y) específicos para sus primarios y puntos blancos.

Normas Regulatorias y Cumplimiento

Normas internacionales (como los anexos de la OACI en aviación, y normas CIE e ISO en colorimetría) especifican coordenadas de cromaticidad para colores críticos en seguridad. El cumplimiento asegura interoperabilidad, seguridad y calidad.

Temas Avanzados: Características del Diagrama de Cromaticidad

Locus Espectral y Línea de los Púrpuras

• Locus espectral: La curva límite para colores espectrales puros.
• Línea de los púrpuras: Conecta los extremos del locus, representando colores que no se encuentran en el espectro.

Puntos Blancos e Iluminantes Estándar

Puntos blancos comunes y sus valores (x, y):

La elección del punto blanco es crítica para la reproducción precisa del color, especialmente en entornos regulados.

Gamas de Dispositivos

La gama de un dispositivo es un polígono (a menudo un triángulo para pantallas RGB) dentro del diagrama de cromaticidad. Sus vértices son las cromaticidades de los primarios del dispositivo. Comprender las gamas asegura que los colores sean reproducibles entre dispositivos.

Limitaciones de las Coordenadas de Cromaticidad

No Uniformidad

El diagrama CIE 1931 (x, y) no es perceptualmente uniforme: cambios iguales en (x, y) no producen cambios perceptivos de color iguales. Esto se visualiza mediante elipses de MacAdam, que varían de tamaño en todo el diagrama. Espacios más avanzados, como CIELAB y CIELUV, abordan esto ofreciendo mayor uniformidad perceptual.

Variabilidad del Observador y del Dispositivo

• Observador estándar: Se usa el observador de 2° para campos de visión pequeños; el de 10° para campos más grandes.
• Limitaciones de dispositivos: No todas las cromaticidades (x, y) son físicamente realizables por todos los dispositivos.
• Variabilidad humana: El observador estándar promedia las respuestas de la población, pero la percepción individual puede diferir.

Ejemplos del Mundo Real

Control de Calidad en Manufactura

Un proveedor que produce componentes aeronáuticos utiliza un espectrofotómetro para medir el color de cada lote. Al especificar coordenadas de cromaticidad (por ejemplo, x = 0.34, y = 0.36) bajo un iluminante estándar, el proveedor asegura la consistencia y el cumplimiento de las normas regulatorias de color.

Iluminación en Aviación

Los colores de la iluminación de pista y cabina están estrictamente regulados por sus coordenadas de cromaticidad para asegurar la visibilidad y minimizar la confusión, especialmente en escenarios críticos para la seguridad.

Calibración de Pantallas

Una pantalla debe coincidir con el espacio de color sRGB, definido por las cromaticidades de sus primarios rojo, verde y azul y el punto blanco. Las rutinas de calibración ajustan la salida del dispositivo para alinear las coordenadas medidas (x, y) con el estándar.

Conclusión

Las coordenadas de cromaticidad son el lenguaje universal de la ciencia del color. Al proporcionar un medio objetivo e independiente del dispositivo para especificar matiz y saturación, aseguran la consistencia, seguridad y calidad en todas las industrias donde el color importa—desde la aviación y la manufactura hasta la imagen, la iluminación y más allá. Su uso es requerido por normas internacionales y es fundamental para los sistemas modernos de gestión del color y el cumplimiento normativo.

Para cualquier aplicación donde la precisión del color sea crítica, comprender y utilizar las coordenadas de cromaticidad es esencial.