Objetivos de aprendizaje
Al finalizar esta sección, serás capaz de:
- Explicar la teoría simple de la visión del color.
- Esbozar las propiedades de coloración de las fuentes de luz.
- Describir la teoría retiniana de la visión del color.
El don de la visión se enriquece con la existencia del color. Los objetos y las luces abundan con miles de matices que estimulan nuestros ojos, cerebros y emociones. En este breve tratamiento se abordan dos cuestiones básicas: ¿qué significa el color en términos científicos y cómo lo percibimos los seres humanos?
Teoría simple de la visión del color
Ya hemos señalado que el color está asociado a la longitud de onda de la radiación electromagnética visible. Cuando nuestros ojos reciben luz de longitud de onda pura, tendemos a ver sólo unos pocos colores. Seis de ellos (los más mencionados) son el rojo, el naranja, el amarillo, el verde, el azul y el violeta. Estos son el arco iris de colores que se produce cuando la luz blanca se dispersa según las diferentes longitudes de onda. Hay otros miles de tonos que podemos percibir. Entre ellos están el marrón, el verde azulado, el dorado, el rosa y el blanco. Una teoría simple de la visión del color implica que todas estas tonalidades son la respuesta de nuestro ojo a diferentes combinaciones de longitudes de onda. Esto es cierto hasta cierto punto, pero descubrimos que la percepción del color es aún más sutil que la respuesta de nuestro ojo a las distintas longitudes de onda de la luz.
Los dos tipos principales de células sensoras de la luz (fotorreceptores) en la retina son los bastones y los conos
Experimento para llevar a casa: Bastones y Conos
- Entre en una habitación oscura desde una habitación muy iluminada, o desde el exterior al Sol. ¿Cuánto tiempo tardó en empezar a ver las formas con más claridad? ¿Y el color? Vuelva a la habitación iluminada. ¿Tardó unos minutos en ver las cosas con claridad?
- Demuestre la sensibilidad de la visión foveal. Mira la letra G en la palabra ROGERS. ¿Qué pasa con la claridad de las letras a ambos lados de la G?
Figura 1. La imagen muestra la sensibilidad relativa de los tres tipos de conos, que se denominan según las longitudes de onda de mayor sensibilidad. Los bastones son unas 1.000 veces más sensibles, y su curva alcanza el máximo a unos 500 nm. Las pruebas de los tres tipos de conos proceden de mediciones directas en ojos de animales y humanos y de pruebas realizadas a daltónicos.
Los conos están más concentrados en la fóvea, la región central de la retina. Aquí no hay bastones. La fóvea está en el centro de la mácula, una región de 5 mm de diámetro responsable de nuestra visión central. Los conos funcionan mejor con luz brillante y son los responsables de la visión de alta resolución. Hay unos 6 millones de conos en la retina humana. Hay tres tipos de conos, y cada tipo es sensible a diferentes rangos de longitudes de onda, como se ilustra en la Figura 1.
Una teoría simplificada de la visión del color es que hay tres colores primarios que corresponden a los tres tipos de conos. Los miles de otros tonos que podemos distinguir se crean mediante diversas combinaciones de estimulación de los tres tipos de conos. La televisión en color utiliza un sistema de tres colores en el que la pantalla está cubierta con el mismo número de puntos de fósforo rojo, verde y azul. La amplia gama de tonalidades que ve el espectador se produce por diversas combinaciones de estos tres colores. Por ejemplo, percibirá el amarillo cuando el rojo y el verde estén iluminados con la proporción correcta de intensidades. El blanco puede percibirse cuando se iluminan los tres. Entonces, parecería que todas las tonalidades pueden producirse sumando tres colores primarios en diversas proporciones. Pero hay un indicio de que la visión del color es más sofisticada. No existe un conjunto único de tres colores primarios. Otro conjunto que funciona es el amarillo, el verde y el azul. Otro indicio de la necesidad de una teoría más compleja de la visión del color es que varias combinaciones diferentes pueden producir el mismo tono. El amarillo puede percibirse con luz amarilla, o con una combinación de rojo y verde, y también con luz blanca de la que se ha eliminado el violeta. El aspecto de los tres colores primarios de la visión del color está bien establecido; las teorías más sofisticadas lo amplían en lugar de negarlo.
Considere por qué varios objetos muestran el color, es decir, ¿por qué las plumas son azules y el rojo en una rosella carmesí? El verdadero color de un objeto se define por sus características de absorción o reflexión. La figura 2 muestra la luz blanca que incide sobre tres objetos diferentes, uno azul puro, otro rojo puro y otro negro, así como la luz roja pura que incide sobre un objeto blanco. Otras tonalidades se crean por características de absorción más complejas. El color rosa, por ejemplo en una cacatúa galah, puede deberse a una débil absorción de todos los colores excepto el rojo. Un objeto puede parecer de un color diferente bajo una iluminación no blanca. Por ejemplo, un objeto azul puro iluminado con luz roja pura parecerá negro, porque absorbe toda la luz roja que incide sobre él. Pero el verdadero color del objeto es el azul, que es independiente de la iluminación.
Figura 2. Las características de absorción determinan el verdadero color de un objeto. Aquí, tres objetos están iluminados por luz blanca y uno por luz roja pura. El blanco es la mezcla equitativa de todas las longitudes de onda visibles; el negro es la ausencia de luz.
De forma similar, las fuentes de luz tienen colores que se definen por las longitudes de onda que producen. Un láser de helio-neón emite luz roja pura. De hecho, la frase «luz roja pura» se define por tener un espectro nítido y restringido, una característica de la luz láser. El Sol produce un amplio espectro amarillento, las luces fluorescentes emiten luz blanca azulada y las luces incandescentes emiten matices blancos rojizos, como se ve en la figura 3. Como es de esperar, estos colores se perciben al ver directamente la fuente de luz o al iluminar con ellos un objeto blanco. Todo esto encaja perfectamente en la teoría simplificada de que una combinación de longitudes de onda produce varias tonalidades.
Experimento para llevar a casa: Explorando la adición de colores
Esta actividad se realiza mejor con láminas de plástico de diferentes colores, ya que permiten que pase más luz hasta nuestros ojos. Sin embargo, también se pueden utilizar hojas finas de papel y tela. Superponga diferentes colores del material y sosténgalos frente a una luz blanca. Utilizando la teoría descrita anteriormente, explica los colores que observas. También puede intentar mezclar diferentes colores de lápices de colores.
Figura 3. Se muestran los espectros de emisión de varias fuentes de luz. La curva A es la luz solar media en la superficie de la Tierra, la curva B es la luz de una lámpara fluorescente y la curva C es la salida de una luz incandescente. El pico de un láser de helio-neón (curva D) se debe a su emisión de longitud de onda pura. Los picos en la salida fluorescente se deben a los espectros atómicos, un tema que se explorará más adelante.
Constancia del color y una teoría modificada de la visión del color
El sistema de detección del color del ojo-cerebro puede, mediante la comparación de varios objetos en su vista, percibir el verdadero color de un objeto en condiciones de iluminación variables, una capacidad que se llama constancia del color. Podemos percibir que un mantel blanco, por ejemplo, es blanco tanto si está iluminado por la luz del sol como por una luz fluorescente o una vela. Las longitudes de onda que entran en el ojo son muy diferentes en cada caso, como indican los gráficos de la figura 3, pero nuestra visión del color puede detectar el color verdadero comparando el mantel con su entorno.
Figura 4. Se muestra la importancia de las aristas. Aunque las franjas grises están sombreadas uniformemente, como indica el gráfico inmediatamente inferior, no parecen uniformes en absoluto. Por el contrario, se perciben más oscuras en el lado oscuro y más claras en el lado claro del borde, como se muestra en el gráfico inferior. Esto se debe al procesamiento de los impulsos nerviosos en el ojo.
Las teorías que tienen en cuenta la constancia del color se basan en un gran conjunto de pruebas anatómicas, así como en estudios perceptivos. Hay conexiones nerviosas entre los receptores de luz de la retina, y hay muchas menos conexiones nerviosas con el cerebro que bastones y conos. Esto significa que hay un procesamiento de señales en el ojo antes de que la información se envíe al cerebro. Por ejemplo, el ojo hace comparaciones entre los receptores de luz adyacentes y es muy sensible a los bordes, como se ve en la figura 4. En lugar de responder simplemente a la luz que entra en el ojo, que es uniforme en los distintos rectángulos de esta figura, el ojo responde a los bordes y detecta falsas variaciones de oscuridad.
Una teoría que tiene en cuenta varios factores fue avanzada por Edwin Land (1909-1991), el creativo fundador de la Polaroid Corporation. Land propuso, basándose en parte en sus numerosos y elegantes experimentos, que los tres tipos de conos se organizan en sistemas llamados retinex. Cada retinex forma una imagen que se compara con las demás, y el sistema ojo-cerebro puede así comparar un mantel blanco iluminado por una vela con su entorno generalmente rojizo y determinar que es realmente blanco. Esta teoría retiniana de la visión del color es un ejemplo de las teorías modificadas de la visión del color que intentan dar cuenta de sus sutilezas. Un experimento sorprendente realizado por Land demuestra que algún tipo de comparación de imágenes puede producir la visión del color. Se toman dos fotografías de una escena en una película en blanco y negro, una con un filtro rojo y la otra con un filtro azul. Las diapositivas en blanco y negro resultantes se proyectan y superponen en una pantalla, produciendo una imagen en blanco y negro, como se esperaba. A continuación, se coloca un filtro rojo delante de la diapositiva tomada con un filtro rojo, y las imágenes se superponen de nuevo en una pantalla. Se esperaría una imagen en varios tonos de rosa, pero en su lugar, la imagen aparece para los humanos a todo color con todos los matices de la escena original. Esto implica que la visión del color puede ser inducida por la comparación de las imágenes en blanco y negro y en rojo. La visión del color no se entiende ni se explica del todo, y la teoría del retinex no está totalmente aceptada. Es evidente que la visión del color es mucho más sutil de lo que una primera mirada podría dar a entender.
Exploraciones PhET: Visión del color
Haz un arco iris completo mezclando luz roja, verde y azul. Cambiar la longitud de onda de un haz monocromático o filtrar la luz blanca. Ver la luz como un haz sólido, o ver los fotones individuales.
Pulsa para ejecutar la simulación.
Resumen de la sección
- El ojo tiene cuatro tipos de receptores de luz-varillas y tres tipos de conos sensibles al color.
- Los bastones son buenos para la visión nocturna, la visión periférica y los cambios de movimiento, mientras que los conos son responsables de la visión central y del color.
- Percibimos muchas tonalidades, a partir de la luz que tiene mezclas de longitudes de onda.
- Una teoría simplificada de la visión del color afirma que hay tres colores primarios, que corresponden a los tres tipos de conos, y que varias combinaciones de los colores primarios producen todas las tonalidades.
- El verdadero color de un objeto está relacionado con su absorción relativa de varias longitudes de onda de la luz. El color de una fuente de luz está relacionado con las longitudes de onda que produce.
- La constancia del color es la capacidad del sistema ojo-cerebro para discernir el verdadero color de un objeto iluminado por varias fuentes de luz.
- La teoría de la retina de la visión del color explica la constancia del color postulando la existencia de tres retinas o sistemas de imagen, asociados a los tres tipos de conos que se comparan para obtener información sofisticada.
Preguntas conceptuales
- Un objeto rojo puro sobre un fondo negro parece desaparecer cuando se ilumina con luz verde pura. Explique por qué.
- ¿Qué es la constancia del color y cuáles son sus limitaciones?
- Existen diferentes tipos de daltonismo relacionados con el mal funcionamiento de diferentes tipos de conos. ¿Por qué sería especialmente útil estudiar a esos raros individuos que son daltónicos sólo en un ojo o que tienen un tipo diferente de daltonismo en cada ojo?
- Proponga una forma de estudiar la función de los bastones solos, dado que pueden percibir la luz unas 1000 veces más tenue que los conos.
Glosario
huesos: identidad de un color en relación específica con el espectro
varillas y conos: dos tipos de fotorreceptores en la retina humana; los bastones son responsables de la visión a niveles de luz bajos, mientras que los conos son activos a niveles de luz más altos
teoría simplificada de la visión del color: teoría que afirma que hay tres colores primarios, que corresponden a los tres tipos de conos
constancia del color: una parte del sistema de percepción visual que permite a las personas percibir el color en una variedad de condiciones y ver cierta consistencia en el color
retina: una teoría propuesta para explicar la percepción y las constancias del color y el brillo; es una combinación de las palabras retina y córtex, que son las dos áreas responsables del procesamiento de la información visual
teoría retiniana de la visión del color: la capacidad de percibir el color en un entorno de color ambiental