Temperatura del color

La CIE 1931 x,y Espacio de cromaticidad, también mostrando las cromaticidades de las fuentes de luz del cuerpo negro de diversas temperaturas (Locus planetario), y líneas de temperatura de color constante correlacionada.

Temperatura de color es el color de la luz emitida por un cuerpo idealizado, opaco y no reflectante a una temperatura particular medida en grados Kelvin. La escala de temperatura de color se utiliza para categorizar el color de la luz emitida por otras fuentes de luz independientemente de su temperatura.

La temperatura de color es una característica de la luz visible que tiene importantes aplicaciones en iluminación, fotografía, videografía, publicación, fabricación, astrofísica, horticultura y otros campos. En la práctica, la temperatura de color es significativa solo para fuentes de luz que de hecho se corresponden con el color de algún cuerpo negro, es decir, luz en un rango que va del rojo al naranja, al amarillo, al blanco y al blanco azulado; no tiene sentido hablar de la temperatura de color de, por ejemplo, una luz verde o violeta. La temperatura de color se expresa convencionalmente en kelvins, utilizando el símbolo K, una unidad de medida de temperatura absoluta.

Las temperaturas de color superiores a 5000 K se denominan "colores fríos" (azulado), mientras que las temperaturas de color más bajas (2700–3000 K) se denominan "colores cálidos" (amarillento). "Cálido" en este contexto es una analogía con el flujo de calor radiado de la iluminación incandescente tradicional en lugar de la temperatura. El pico espectral de la luz de colores cálidos está más cerca del infrarrojo, y la mayoría de las fuentes de luz de colores cálidos naturales emiten una radiación infrarroja significativa. El hecho de que "caliente" la iluminación en este sentido en realidad tiene un "enfriador" la temperatura de color a menudo conduce a confusión.

Categorización de iluminación diferente

El radiante del cuerpo negro (B)_λ) vs. curvas de longitud de onda (λ) para el espectro visible. Los ejes verticales de las parcelas legales de Planck construyeron esta animación fueron transformados proporcionalmente para mantener áreas iguales entre funciones y eje horizontal para longitudes de onda 380-780 nm. K indica la temperatura de color en kelvins, y M indica la temperatura de color en micro grados recíprocos.

La temperatura de color de la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro ideal se define como su temperatura superficial en grados Kelvin o, alternativamente, en microgrados recíprocos (mired). Esto permite la definición de un estándar por el cual se comparan las fuentes de luz.

En la medida en que una superficie caliente emite radiación térmica pero no es un radiador de cuerpo negro ideal, la temperatura de color de la luz no es la temperatura real de la superficie. La luz de una lámpara incandescente es radiación térmica y la bombilla se aproxima a un radiador de cuerpo negro ideal, por lo que su temperatura de color es esencialmente la temperatura del filamento. Así, una temperatura relativamente baja emite un rojo opaco y una temperatura alta emite el casi blanco de la bombilla incandescente tradicional. Los trabajadores del metal pueden juzgar la temperatura de los metales calientes por su color, desde el rojo oscuro hasta el blanco anaranjado y luego el blanco (ver calor rojo).

Muchas otras fuentes de luz, como las lámparas fluorescentes o los diodos emisores de luz (LED), emiten luz principalmente mediante procesos distintos a la radiación térmica. Esto significa que la radiación emitida no sigue la forma de un espectro de cuerpo negro. A estas fuentes se les asigna lo que se conoce como temperatura de color correlacionada (CCT). CCT es la temperatura de color de un radiador de cuerpo negro que, para la percepción humana del color, se asemeja más a la luz de la lámpara. Debido a que tal aproximación no es necesaria para la luz incandescente, la CCT para una luz incandescente es simplemente su temperatura no ajustada, derivada de la comparación con un radiador de cuerpo negro.

El Sol

El Sol se aproxima mucho a un radiador de cuerpo negro. La temperatura efectiva, definida por la potencia radiativa total por unidad cuadrada, es de unos 5780 K. La temperatura de color de la luz solar sobre la atmósfera es de unos 5900 K.

El Sol puede aparecer rojo, naranja, amarillo o blanco desde la Tierra, según su posición en el cielo. El cambio de color del Sol a lo largo del día es principalmente el resultado de la dispersión de la luz solar y no se debe a cambios en la radiación del cuerpo negro. La dispersión de Rayleigh de la luz solar por la atmósfera de la Tierra provoca el color azul del cielo, que tiende a dispersar la luz azul más que la luz roja.

Parte de la luz del día temprano en la mañana y al final de la tarde (las horas doradas) tiene una temperatura de color más baja (más cálida) debido a una mayor dispersión de la luz solar de longitud de onda más corta por parte de las partículas atmosféricas, un fenómeno óptico llamado Efecto Tyndall.

La luz del día tiene un espectro similar al de un cuerpo negro con una temperatura de color correlacionada de 6500 K (estándar de visualización D65) o 5500 K (estándar de película fotográfica con balance de luz diurna).

Huesos del locus Planckiano a escala lineal (valores en kelvin)

Para los colores basados en la teoría del cuerpo negro, el azul aparece a temperaturas más altas, mientras que el rojo aparece a temperaturas más bajas. Esto es lo contrario de las asociaciones culturales atribuidas a los colores, en las que "rojo" es "caliente" y "azul" es "frío".

Aplicaciones

Iluminación

Comparación de temperatura de color de lámparas eléctricas comunes

Para la iluminación de interiores de edificios, a menudo es importante tener en cuenta la temperatura de color de la iluminación. Una luz más cálida (es decir, una temperatura de color más baja) se usa a menudo en áreas públicas para promover la relajación, mientras que una luz más fría (temperatura de color más alta) se usa para mejorar la concentración, por ejemplo, en escuelas y oficinas.

La atenuación de CCT para la tecnología LED se considera una tarea difícil, ya que los efectos de variación de la temperatura, el tiempo y la división en intervalos de los LED cambian la salida del valor de color real. Aquí se utilizan sistemas de bucle de retroalimentación, por ejemplo, con sensores de color, para monitorear y controlar activamente la salida de color de varios LED de mezcla de colores.

Acuicultura

En la pesca, la temperatura de color tiene diferentes funciones y focos en las distintas ramas.

• En la acuaria de agua dulce, la temperatura de color generalmente es motivo de preocupación sólo para producir una pantalla más atractiva. Las luces tienden a ser diseñadas para producir un espectro atractivo, a veces con la atención secundaria prestada para mantener vivas las plantas en la acuaria.
• En un acuario de agua salada/reef, la temperatura de color es una parte esencial de la salud del tanque. Dentro de unos 400 a 3000 nanometros, la luz de longitud de onda más corta puede penetrar más profundamente en el agua que las longitudes de onda más largas, proporcionando fuentes de energía esenciales a las algas alojadas en (y sosteniendo) coral. Esto equivale a un aumento de la temperatura de color con profundidad de agua en este rango espectral. Debido a que el coral normalmente vive en aguas poco profundas y recibe una intensa luz solar tropical directa, el foco fue una vez en simular esta situación con 6500 luces K. Mientras tanto, las fuentes de luz de temperatura más altas se han vuelto más populares, primero con 10000 K y más recientemente 16000 K y 20000 K. La iluminación actínica en el extremo violeta de la gama visible (420-460 nm) se utiliza para permitir la visualización nocturna sin aumentar la floración de algas o mejorar la fotosíntesis, y para hacer los colores algo fluorescentes de muchos corales y peces "pop", creando tanques de visualización más brillantes.

Fotografía digital

En fotografía digital, el término temperatura de color a veces se refiere a la reasignación de valores de color para simular variaciones en la temperatura de color ambiental. La mayoría de las cámaras digitales y el software de imágenes sin procesar proporcionan ajustes preestablecidos que simulan valores ambientales específicos (por ejemplo, soleado, nublado, tungsteno, etc.), mientras que otros permiten la entrada explícita de valores de balance de blancos en grados Kelvin. Estas configuraciones varían los valores de color a lo largo del eje azul-amarillo, mientras que algunos programas incluyen controles adicionales (a veces etiquetados como 'tinte') que agregan el eje magenta-verde, y hasta cierto punto son arbitrarios y una cuestión de interpretación artística.

Película fotográfica

La película de emulsión fotográfica no responde al color de la iluminación de manera idéntica a la retina humana o la percepción visual. Un objeto que al observador le parece blanco puede resultar muy azul o anaranjado en una fotografía. Es posible que sea necesario corregir el balance de color durante la impresión para lograr una impresión de color neutral. El alcance de esta corrección es limitado, ya que la película de color normalmente tiene tres capas sensibles a diferentes colores y cuando se usa bajo la etiqueta "incorrecta" fuente de luz, es posible que cada capa no responda proporcionalmente, lo que genera tintes de color extraños en las sombras, aunque es posible que los tonos medios se hayan balanceado correctamente con la ampliadora. Las fuentes de luz con espectros discontinuos, como los tubos fluorescentes, tampoco pueden corregirse por completo en la impresión, ya que una de las capas puede que apenas haya registrado una imagen.

La película fotográfica está hecha para fuentes de luz específicas (por lo general, película de luz diurna y película de tungsteno) y, si se usa correctamente, creará una impresión de color neutro. Hacer coincidir la sensibilidad de la película con la temperatura de color de la fuente de luz es una forma de equilibrar el color. Si la película de tungsteno se usa en interiores con lámparas incandescentes, la luz naranja amarillenta de las lámparas incandescentes de tungsteno aparecerá como blanca (3200 K) en la fotografía. La película negativa en color casi siempre está equilibrada con la luz del día, ya que se supone que el color se puede ajustar en la impresión (con limitaciones, consulte más arriba). La película de transparencia de color, que es el artefacto final del proceso, debe adaptarse a la fuente de luz o deben usarse filtros para corregir el color.

Se pueden usar filtros en la lente de una cámara o geles de color sobre la(s) fuente(s) de luz para corregir el balance de color. Cuando tome fotografías con una fuente de luz azulada (temperatura de color alta), como en un día nublado, a la sombra, a la luz de una ventana, o si usa una película de tungsteno con luz blanca o azul, un filtro naranja amarillento corregirá esto. Para filmar con película de luz diurna (calibrada a 5600 K) bajo fuentes de luz más cálidas (temperatura de color baja), como puestas de sol, luz de velas o iluminación de tungsteno, se puede usar un filtro azulado (por ejemplo, #80A). Se necesitan filtros más sutiles para corregir la diferencia entre, digamos, lámparas de tungsteno de 3200 K y 3400 K o para corregir el tono ligeramente azulado de algunos tubos de flash, que pueden ser de 6000 K.

Si hay más de una fuente de luz con temperaturas de color variadas, una forma de equilibrar el color es usar una película de luz diurna y colocar filtros de gel correctores de color sobre cada fuente de luz.

Los fotógrafos a veces usan medidores de temperatura de color. Por lo general, están diseñados para leer solo dos regiones a lo largo del espectro visible (rojo y azul); los más caros leen tres regiones (rojo, verde y azul). Sin embargo, son ineficaces con fuentes como lámparas fluorescentes o de descarga, cuya luz varía en color y puede ser más difícil de corregir. Debido a que esta luz suele ser verdosa, un filtro magenta puede corregirla. Se pueden utilizar herramientas de colorimetría más sofisticadas si se carece de tales medidores.

Autoedición

En la industria de la autoedición, es importante conocer la temperatura de color de un monitor. El software de combinación de colores, como la utilidad ColorSync de Apple para MacOS, mide la temperatura de color de un monitor y luego ajusta su configuración en consecuencia. Esto permite que el color en pantalla coincida más con el color impreso. Las temperaturas de color comunes del monitor, junto con los iluminantes estándar correspondientes entre paréntesis, son las siguientes:

• 5000 K (CIE D50)
• 5500 K (CIE D55)
• 6500 K (D65)
• 7500 K (CIE D75)
• 9300 K

D50 es la abreviatura científica de un iluminante estándar: el espectro de la luz del día a una temperatura de color correlacionada de 5000 K. Existen definiciones similares para D55, D65 y D75. Designaciones como D50 se utilizan para ayudar a clasificar las temperaturas de color de las mesas de luz y las cabinas de observación. Al ver una diapositiva en color en una mesa de luz, es importante que la luz se equilibre correctamente para que los colores no se desplacen hacia el rojo o el azul.

Las cámaras digitales, los gráficos web, los DVD, etc., normalmente están diseñados para una temperatura de color de 6500 K. El estándar sRGB comúnmente utilizado para imágenes en Internet estipula (entre otras cosas) un punto blanco de visualización de 6500 K.

TV, vídeo y cámaras fotográficas digitales

Las normas de TV NTSC y PAL requieren una pantalla de TV compatible para mostrar una señal eléctrica en blanco y negro (saturación de color mínima) a una temperatura de color de 6500 K. En muchos televisores de consumo, hay una desviación muy notable de este requisito. Sin embargo, los televisores de gama alta para consumidores pueden ajustar su temperatura de color a 6500 K mediante una configuración preprogramada o una calibración personalizada. Las versiones actuales de ATSC solicitan explícitamente que los datos de temperatura de color se incluyan en el flujo de datos, pero las versiones anteriores de ATSC permitían omitir estos datos. En este caso, las versiones actuales de ATSC citan estándares de colorimetría predeterminados según el formato. Ambos estándares citados especifican una temperatura de color de 6500 K.

La mayoría de las cámaras fotográficas digitales y de video pueden ajustar la temperatura del color haciendo zoom en un objeto blanco o de color neutro y configurando el "balance de blancos" (diciéndole a la cámara que "este objeto es blanco"); la cámara muestra el blanco verdadero como blanco y ajusta todos los demás colores en consecuencia. El balance de blancos es necesario especialmente en interiores bajo iluminación fluorescente y cuando se mueve la cámara de una situación de iluminación a otra. La mayoría de las cámaras también tienen una función automática de balance de blancos que intenta determinar el color de la luz y corregirlo en consecuencia. Si bien estos ajustes alguna vez no fueron confiables, se han mejorado mucho en las cámaras digitales actuales y producen un balance de blancos preciso en una amplia variedad de situaciones de iluminación.

Aplicación artística mediante control de temperatura de color

La casa arriba aparece una crema ligera durante el mediodía, pero parece ser blanco azulado aquí en la luz oscuro antes del amanecer completo. Observe la temperatura de color del amanecer en el fondo.

Los operadores de cámaras de video pueden equilibrar los objetos que no son blancos, minimizando el color del objeto utilizado para el equilibrio de blancos. Por ejemplo, pueden aportar más calidez a una imagen equilibrando el blanco con algo que sea azul claro, como una mezclilla azul desteñida; de esta manera, el balance de blancos puede reemplazar un filtro o un gel de iluminación cuando no están disponibles.

Los directores de fotografía no hacen "balance de blancos" de la misma manera que los operadores de cámaras de video; utilizan técnicas como filtros, elección de material de película, flasheo previo y, después del disparo, gradación de color, tanto por exposición en los laboratorios como digitalmente. Los directores de fotografía también trabajan en estrecha colaboración con los escenógrafos y los equipos de iluminación para lograr los efectos de color deseados.

Para los artistas, la mayoría de los pigmentos y papeles tienen un tono frío o cálido, ya que el ojo humano puede detectar incluso una mínima cantidad de saturación. El gris mezclado con amarillo, naranja o rojo es un "gris cálido". El verde, el azul o el morado crean "grises fríos". Tenga en cuenta que este sentido de la temperatura es el reverso de la temperatura real; más azul se describe como "más frío" aunque corresponde a un cuerpo negro de mayor temperatura.

"Warm" gris	"Cool" gris
Mezclado con 6% amarillo.	Mezclado con 6% azul.

Los diseñadores de iluminación a veces seleccionan filtros por temperatura de color, normalmente para hacer coincidir la luz que, en teoría, es blanca. Dado que las luminarias que usan lámparas de descarga producen una luz con una temperatura de color considerablemente más alta que las lámparas de tungsteno, el uso de las dos juntas podría producir un fuerte contraste, por lo que a veces se instalan luminarias con lámparas HID, que comúnmente producen una luz de 6000–7000 K. con filtros de 3200 K para emular la luz de tungsteno. Las luminarias con funciones de mezcla de colores o con múltiples colores (si incluyen 3200 K) también son capaces de producir una luz similar a la del tungsteno. La temperatura de color también puede ser un factor al seleccionar las lámparas, ya que es probable que cada una tenga una temperatura de color diferente.

Temperatura de color correlacionada

Gráficos de registro de la longitud de onda de emisión máxima y salida radiante frente a la temperatura del cuerpo negro. Las flechas rojas muestran que 5780 K cuerpos negros tienen 501 nm de longitud de onda pico y 63.3 MW/m² salida radiante.

El temperatura de color correlacionada ()CCT, T_cp) es la temperatura del radiador Planckiano cuyo color percibido se asemeja más estrechamente a la de un estímulo dado al mismo brillo y bajo condiciones de visualización especificadas

—CIE/IEC 17.4:1987, International Lighting Vocabulary (ISBN 3900734070)

Motivación

Los radiadores de cuerpo negro son la referencia por la que se juzga la blancura de las fuentes de luz. Un cuerpo negro se puede describir por su temperatura y produce luz de un tono particular, como se muestra arriba. Este conjunto de colores se denomina temperatura de color. Por analogía, las fuentes de luz casi planckianas, como ciertas lámparas fluorescentes o de descarga de alta intensidad, pueden juzgarse por su temperatura de color correlacionada (CCT), la temperatura del radiador planckiano cuyo color se aproxima mejor a ellas. Para los espectros de fuentes de luz que no son planckianos, no está bien definido hacerlos coincidir con los de un cuerpo negro; el concepto de temperatura de color correlacionada se amplió para mapear tales fuentes lo mejor posible en la escala unidimensional de temperatura de color, donde "lo mejor posible" se define en el contexto de un espacio de color objetivo.

Antecedentes

El diagrama de Judd. Las curvas concéntricas indican el loci de la pureza constante.

El triángulo Maxwell de Judd. Loco de Planckian en gris. La traducción de coordenadas trilineales a coordenadas cartesianas conduce al siguiente diagrama.

El espacio de cromaticidad uniforme de Judd (UCS), con el locus Planckian y los isotherms de 1000 K a 10000 K, perpendicular al locus. Judd calculó los isotherms en este espacio antes de traducirlos de nuevo en el (x, y) espacio de cromaticidad, como se describe en el diagrama en la parte superior del artículo.

Cierre del lacus Planckian en la UCS CIE 1960, con los isotherms en mireds. Observe el espaciamiento incluso de los isotérmos al utilizar la escala de temperatura recíproca y compare con la figura similar a continuación. El espaciado incluso de los isotomos en el lacus implica que la escala mired es una mejor medida de diferencia de color perceptual que la escala de temperatura.

La idea de utilizar radiadores planckianos como criterio para juzgar otras fuentes de luz no es nueva. En 1923, al escribir sobre la 'graduación de los iluminantes con referencia a la calidad del color... la temperatura de la fuente como índice de la calidad del color', Priest esencialmente describió la CCT tal como la entendemos hoy, diciendo en cuanto a utilizar el término "temperatura de color aparente", y astutamente reconoció tres casos:

• "Aquellos para los cuales la distribución espectral de la energía es idéntica a la dada por la fórmula Planckiana."
• "Aquellos para los cuales la distribución espectral de la energía no es idéntica a la que da la fórmula Planckian, pero todavía es de tal forma que la calidad del color evocado es la misma que sería evocada por la energía de un radiador Planckiano a la temperatura de color dada."
• "Aquellos para los cuales la distribución espectral de la energía es tal que el color puede ser igualado sólo aproximadamente por un estímulo de la forma Planckiana de distribución espectral."

Varios acontecimientos importantes ocurrieron en 1931. En orden cronológico:

1. Raymond Davis publicó un artículo sobre "temperatura de color relacionada con la decoración" (su término). Refiriéndose al locus de Planckian en el diagrama r-g, definió el CCT como promedio de las "temperaturas de componentes primarios" (CCTs RB), utilizando coordenadas trilineales.
2. La CIE anunció el espacio de color XYZ.
3. Deane B. Judd publicó un artículo sobre la naturaleza de las "diferencias perceptibles por lo menos" con respecto a los estímulos cromáticos. Por medios empíricos determinó que la diferencia de sensación, que él calificó ΔE para un "paso discriminatorio entre los colores... Empfindung" (Alemania para la sensación) era proporcional a la distancia de los colores en el diagrama de cromaticidad. Refiriéndose al diagrama de cromaticidad (r,g) representado a un lado, hipótesis que

KΔE = Silencioc₁ − c₂tención = max(r₁ − r₂Silencio, Silenciog₁ − g₂.

Estos avances allanaron el camino para el desarrollo de nuevos espacios de cromaticidad que son más adecuados para estimar las temperaturas de color correlacionadas y las diferencias de cromaticidad. Uniendo los conceptos de diferencia de color y temperatura de color, Priest hizo la observación de que el ojo es sensible a las diferencias constantes en "recíproco" temperatura:

Una diferencia de un micro-degreo recíproco (μrd) es bastante representativa de la diferencia dudosa perceptible bajo las condiciones de observación más favorables.

Priest propuso usar "la escala de temperatura como una escala para organizar las cromaticidades de varios iluminantes en un orden en serie". Durante los años siguientes, Judd publicó tres artículos más significativos:

El primero verificó los hallazgos de Priest, Davis y Judd, con un artículo sobre la sensibilidad al cambio en la temperatura del color.

El segundo proponía un nuevo espacio de cromaticidad, guiado por un principio que se ha convertido en el santo grial de los espacios de color: la uniformidad perceptiva (la distancia entre cromaticidades debe ser proporcional a la diferencia perceptiva). Por medio de una transformación proyectiva, Judd encontró un "espacio de cromaticidad uniforme" (UCS) en el que encontrar el CCT. Judd determinó la "temperatura de color más cercana" simplemente encontrando el punto en el lugar de Planckian más cercano a la cromaticidad del estímulo en el triángulo de color de Maxwell, representado al lado. La matriz de transformación que usó para convertir los valores triestímulos X,Y,Z en coordenadas R,G,B fue:

${begin{bmatrix}RGBend{bmatrix}={begin{bmatrix}3.1956 conlleva2.4478 círculo-0.1434-2.5455 simultáneamente7.0492 consecutivo0.9963\$