¿Qué es la Temperatura de Color? Fotografía y vídeo
La temperatura de color nos da idea precisamente del color dominante en la luz que ilumina una escena. Vamos a ver cómo se define y cómo se utiliza esa información.
La luz y la visión humana
Para entender conceptos relacionados con el color tenemos que comenzar hablando de la visión humana.
El color es una interpretación que hace el cerebro a partir de los estímulos que reciben las células fotosensibles de nuestros ojos.
El ojo humano tiene receptores (sensores) sensibles a diferentes longitudes de onda.
Los bastones son células muy sensibles que detectan la intensidad de luz pero no el color. El rango óptimo de longitudes de onda estaría centrado en lo que interpretamos como color verde, alrededor de los 500nm
Los conos son células mucho menos sensibles, que se han especializado para detectar tres rangos de longitudes de onda:
- Los conos S - ‘azules’ son sensibles en un rango alrededor de los 420-430nm (longitudes de onda cortas / S - short)
- Los conos M - ‘verdes’ son sensibles en un rango alrededor de los 530nm (longitudes de onda media / M - medium)
- Los conos L - ‘rojos’ son más sensibles en el rango de los 570nm (longitudes de onda larga / L - large)
Por debajo de los 400nm estaría la radiación ultravioleta, que no podemos ver. Y lo mismo ocurre con la radiación infrarroja a partir de los 700nm.
Los rangos de sensibilidad están solapados.
Esto es importante porque el estímulo que recibe el cerebro se construye como una combinación lineal de esos tres estímulos independientes (triestímulo).
Cada matiz de color que percibimos está asociado a una de esas combinaciones.
Es importante entender que el color no se corresponde con luz de una determinada longitud de onda.
Eso sólo ocurre para los colores ‘puros’ del espectro visible, luz monocromática entre 400nm y 700nm. Que son una ínfima parte de la gama de colores que podemos percibir.
Cuando vemos una luz láser de 450nm, la percibimos de color rojo porque el triestímulo (RGB) no contiene información de verde ni de azul.
En la naturaleza raramente vemos luz monocromática, el sol emite en un espectro continuo y los objetos reflejan espectros continuos (fotones de muchísimas longitudes de onda).
Cuando vemos una pelota roja, la sensación, la percepción en el cerebro, tiene que ver con que el triestímulo incluye un nivel más alto de rojo con respecto al verde y al azul.
Y eso tiene que ver a su vez con la forma del espectro que está emitiendo (reflejando) ese objeto.
Que tiene que ver a su vez con la forma del espectro de la luz que está recibiendo: no es lo mismo iluminar con luz ‘blanca’ que con luz verde. No es igual el espectro de la luz al amanecer que a mediodía.
La evolución ha hecho que la visión humana esté optimizada para funcionar de día, con la luz del sol.
Y esa luz es cambiante: sus características cambian a lo largo del día (por el paso a través de la atmósfera), son diferentes cuando está nublado, son diferentes en las zonas de sombra, al amanecer, al atardecer…
La visión, sobre todo la parte de interpretación del cerebro, tiene que ser suficientemente flexible para que funcionen todos los sistemas de reconocimiento de objetos y percepción de la profundidad.
Lo que percibimos como luz ‘blanca’ es cualquier combinación de fotones para la que se genera un estímulo en el que el rojo, el verde y el azul están más o menos a la par.
Es una especie de zona neutra o de equilibrio.
No hay una única luz blanca.
Hay todo un continuo que el cerebro interpreta como luz blanca. Precisamente por una cuestión evolutiva, para ser flexible ante una iluminación cambiante.
Cuando hablo de luz blanca, me refiero tanto a la luz emitida por una fuente como a la luz reflejada por un objeto.
Los objetos blancos (grises, ya que el blanco es simplemente una cuestión de intensidad, de número de fotones) son aquellos que percibimos con alguna combinación de estímulos más o menos equilibrada.
Desde el punto de vista de la percepción, el blanco y el gris son colores, como cualquier otro matiz de la enorme gama de colores que podemos percibir.
Ya lo he comentado de pasada, pero me gustaría reforzar la idea: cuando vemos un objeto, el color que percibimos depende tanto del material (características de absorción, reflexión, etc.) como del espectro de emisión de la luz que lo ilumina.
Los objetos no tienen un ‘color intrínseco’, porque el color no es una propiedad física.
Solemos tomar como referencia el color del objeto cuando está iluminado por la luz del sol en un día despejado.
En colorimetría, o cuando se busca un cierto nivel de precisión, hay que indicar exactamente qué fuente de luz (su espectro de emisión) se utiliza como referencia.
¿Cómo es la luz del Sol?
Si hemos dicho que la luz del Sol es la referencia para la visión humana, vamos a ver qué características tiene.
La luz del sol está formada por fotones de muchísimas longitudes de onda diferentes, formando un espectro de emisión continuo que se puede modelar como un espectro de emisión (radiación) de cuerpo negro.
La radiación de cuerpo negro es un concepto teórico que permite modelar matemáticamente cómo es la radiación electromagnética de fuentes de emisión térmicas.
Todos los objetos físicos, por el hecho de tener temperatura (partículas en movimiento), emiten radiación electromagnética.
Tu cuerpo emite radiación, tu perro, un plátano, una piedra… Todos estos objetos suelen emitir en la zona de los infrarrojos, radiación poco energética que nosotros no vemos pero sí podemos percibir como calor.
Intuitivamente, cuando calentamos un objeto le estamos añadiendo energía, que pasa a sus partículas como energía cinética (aumenta su temperatura). El movimiento de las partículas implica emisión de fotones, radiación electromagnética.
Mayor energía implica que se emitirán más fotones (radiación de mayor intensidad)
Mayor energía implica también que se podrán emitir fotones de longitudes de onda más corta, más energéticos.
Calentar un objeto hace que la distribución de su espectro de emisión se desplace hacia longitudes de onda más cortas.
El ejemplo típico es calentar un trozo de hierro: primero sólo notamos el calor (emisión sólo en la zona de infrarrojos), luego empezamos a percibir el rojo, luego tonos más amarillos, luego blanco y finalmente azulado.
En el modelo de cuerpo negro hay una relación entre la temperatura del objeto y la longitud de onda donde se produce el máximo de emisión.
El sol por ejemplo emite luz siguiendo una distribución muy similar a la de un cuerpo negro:
La temperatura de la superficie del Sol es de unos 5500-5700 K (Kelvin, unidad de medida de temperatura)
Para esa temperatura, la longitud de onda del pico de emisión estaría aproximadamente en los 500nm.
Percepción de color para emisión térmica
El color que percibimos para la luz del sol (y cualquier otro objeto con emisión térmica) no depende directamente de la posición del pico de emisión. Depende de la forma del espectro de emisión dentro de la franja visible (entre 400 y 700 nanómetros).
Se entiende perfectamente con el ejemplo del trozo de hierro.
Inicialmente no vemos ningún color de emisión. La radiación infrarroja no la vemos con los ojos, la percibimos como calor. Y la radiación visible que llega del objeto es la que refleja a partir de la iluminación ambiente.
Vamos a apagar toda la iluminación ambiente para quedarnos sólo con la emisión del objeto.
Y comenzamos a calentarlo.
Al principio toda la radiación sigue siendo infrarroja. No vemos nada.
Aumentamos la temperatura.
El espectro de emisión se desplaza hacia el rojo. Los conos ‘rojos’ comienzan a captar esa radiación, pero los verdes y los azules no detectan prácticamente nada. El cerebro recibe un triestímulo en el que domina claramente el ‘rojo’. Percibimos que el trozo de hierro es de un color rojo (inicialmente oscuro porque se emiten relativamente pocos fotones en el visible).
Sigue aumentando la temperatura y el pico de emisión se desplaza hacia longitudes de onda más cortas. Los conos verdes contribuyen a la generación de los triestímulos. Percibimos un rojo cada vez más amarillento y además aumenta la intensidad de emisión (más fotones).
Llega un momento en que el espectro de emisión se desplaza hasta una posición en la que los tres tipos de conos contribuyen de una forma más o menos equilibrada. Percibimos una luz blanca, como la que emitiría por ejemplo una bombilla incandescente.
A medida que aumenta más la temperatura, el pico de emisión se desplaza más hacia los ultravioletas. Los conos azules son los que más contribuyen en esta situación. Percibimos que el objeto emite un blanco azulado.
No percibimos un azul ‘denso’ como en el extremo del rojo, porque a estas temperaturas se están emitiendo muchísimos más fotones. Además, la forma de la curva de emisión de cuerpo negro no es simétrica, es muy alargada hacia las longitudes de onda largas, hacia el infrarrojo.
El trozo de hierro no lo percibimos nunca de color verde (a menos que tenga impurezas que emitan en esas longitudes de onda). De la misma forma que no podemos ver estrellas verdes. Si el objeto emite siguiendo un modelo de cuerpo negro, nuestra visión sólo puede percibir dominantes en el eje rojo-azul.
¿Cómo es la luz de una lámpara incandescente o una vela?
Por seguir con ejemplos de fuentes de emisión térmicas.
Tanto la lámpara incandescente como la vela generan espectros de emisión continuos, que encajan bien con el modelo de emisión del cuerpo negro.
La bombilla incandescente tiene unas temperaturas de trabajo de entre 2000 y 3500 K.
Su máximo de emisión se sitúa en el infrarrojo, por encima de los 900nm, es decir, genera sobre todo calor.
La luz que emite la bombilla dentro del espectro visible es sólo un pequeño porcentaje de toda la energía emitida.
Y dentro de ese rango, la intensidad es proporcionalmente mayor en la zona de los rojos.
Nosotros percibimos esa luz como ‘blanca’ con un tono amarillento o anaranjado.
Una vela, una antorcha, una hoguera… Los procesos de combustión normales (si no hay componentes químicos que generen dominantes específicas) también se comportan aproximadamente como un cuerpo negro.
La temperatura de combustión suele estar alrededor de los 1800K, que se corresponde con un máximo de emisión por encima de los 1600nm (infrarrojo)
Como ocurre con la bombilla incandescente, la luz que nos llega de una vela es básicamente un remanente, un pequeño porcentaje, de toda la energía que emite, que estará sobre todo en el infrarrojo.
Hay una diferencia mayor entre la energía en la zona de los azules y la energía en la zona de los rojos.
Percibimos una luz más anaranjada.
¿Qué es la temperatura de color?
Ya hemos visto cómo se comporta la luz del sol y la de fuentes de emisión térmica (una vela o un trozo de hierro candente).
El espectro de emisión se puede modelar muy bien como el espectro de un cuerpo negro teórico.
La curva, la forma del espectro, queda definida matemáticamente y sólo necesita como parámetro la temperatura del objeto.
Y por otra parte hemos visto que la percepción del color de la luz emitida por un cuerpo negro tiene que ver con la posición de su espectro de emisión con respecto a la franja del espectro visible.
Por lo tanto, con un único parámetro, una temperatura, podemos caracterizar de una forma bastante precisa el color de la luz emitida por una fuente.
Además, la temperatura es un parámetro físico, medible.
Las fuentes de luz que sigan un modelo de emisión de cuerpo negro quedarán muy bien caracterizadas por su temperatura.
La luz del sol en un día despejado, la luz de una vela, la de una bombilla incandescente… En todos estos casos hay un proceso de emisión térmica, que casa muy bien con la emisión de cuerpo negro.
La temperatura de color hace referencia a la temperatura física de la superficie de esos objetos.
Esto mismo se puede extrapolar a fuentes de luz que no sigan procesos de emisión térmica o fuentes de luz térmicas que han sido alteradas de alguna forma.
Por ejemplo, la luz del sol que llega a la superficie de la Tierra está filtrada por la atmósfera.
La luz de una lámpara fluorescente no sigue un modelo de emisión térmica.
En cualquier caso, la temperatura de color nos da información sobre la dominante de color de una fuente de luz en un eje rojo-azul.
Temperaturas de color altas corresponden con fuentes de luz azuladas.
Esta luz azulada la conocemos como luz fría.
Temperaturas de color bajas corresponden con fuentes de luz rojizas-anaranjadas.
Esta luz anaranjada la conocemos como luz cálida.
¿Este modelo funciona bien?
Podríamos decir que es un modelo sencillo, que funciona bien para fuentes de emisión térmica con espectros de emisión continuos.
Para la mayor parte de las situaciones en fotografía y vídeo nos vale con el concepto de temperatura de color.
Hay que complementarlo con el concepto de tinte para tener en cuenta dominantes de color en el eje verde-magenta.
Para colorimetría y para aplicaciones en las que se necesite más precisión hay que utilizar modelos más robustos. Por ejemplo modelando las fuentes de luz mediante iluminantes estándar (que incluyen su espectro de emisión).
La temperatura de color se mantiene básicamente por razones históricas y porque es muy fácil caracterizar una fuente en primera aproximación.
La luz del sol en amaneceres y atardeceres
El espectro de emisión del Sol es prácticamente invariante, no cambia. La temperatura en su superficie es de unos 5500-5700K y por lo tanto esa es su temperatura de color siempre.
Sin embargo, la luz que nos llega tiene que atravesar toda la atmósfera.
Cuando el sol está muy inclinado con respecto a la vertical, su luz tiene que atravesar más cantidad de atmósfera y también lo hace en un ángulo en el que se producen más efectos de dispersión: con las moléculas que forman parte de la atmósfera y con las partículas en suspensión (polvo, vapor de agua, etc.)
El resultado es que ciertas longitudes de onda sufren más atenuación que otras dependiendo del ángulo del sol con respecto a la vertical.
- En la hora azul son las componentes rojas las que más se atenúan
- En la hora dorada son las componentes azules las que se ven más atenuadas
El espectro resultante en esas situaciones no tiene nada que ver con el de un cuerpo negro, es decir, no se ha desplazado el máximo de emisión de la fuente.
Sin embargo, la tonalidad de la luz se asemeja a la que tendría un cuerpo negro emitiendo a esas otras temperaturas.
Por ejemplo:
- Para la hora azul la temperatura de color correspondiente estaría entre los 9000 y los 12000 K
- Para la hora dorada la temperatura de color estaría por debajo de los 3500K
Pero como puedes imaginar esas temperaturas de color no se corresponden con una temperatura física real: el cielo no comienza a arder, ni nos convertimos en una estrella, ni cambia la emisión del sol según gira la Tierra.
Es simplemente una forma de caracterizar esa luz a partir de la luz ‘blanca’ normal del sol de mediodía.
¿Qué pasa con la luz en un día nublado?
La luz del sol que consigue atravesar las nubes sufre una atenuación mayor en toda la zona del infrarrojo.
Dentro del espectro visible, la luz combinada tendrá una componente más azulada.
Se puede modelar (como si fuera un cuerpo negro emitiendo) con una temperatura de color del orden de 6000-7000K
¿Y en las sombras?
En una zona a la sombra no llega luz directa.
La luz que llega es luz indirecta por refracción de la atmósfera, difracción y luz rebotada de los objetos situados alrededor de esa zona.
En ese proceso se suelen atenuar más las longitudes de onda más largas, por lo tanto la luz tendrá una componente más azulada, que se puede modelar con una temperatura de color de unos 7000-8000K
¿Cómo es la luz que emiten los fluorescentes?
La luz que emiten los fluorescentes es terrible… al menos para su uso en fotografía.
Las lámparas fluorescentes emiten sólo en ciertas longitudes de onda que coinciden más o menos con las de los conos de nuestros ojos:
¿Qué interpreta nuestro cerebro?
Nuestro cerebro recibe una combinación equilibrada de azules, verdes y rojos… por lo tanto lo interpreta como luz blanca.
Pero fíjate que con respecto a una luz de espectro continuo, se pierden todos los matices de las longitudes de onda intermedias y sus posibles combinaciones.
No sólo eso.
Dependiendo de cada marca y modelo de fluorescente tendrá una combinación diferente de elementos químicos (que son los que generan los picos de emisión en el espectro)
En muchos casos se potencia especialmente la emisión en el verde, ya que son las longitudes de onda que generan más sensación de intensidad de luz.
Esa dominante verde no se puede modelar como si fuera la emisión de un cuerpo negro. La temperatura de color (basada en temperaturas reales de objetos físicos) no puede modelar una dominante verde, sólo puede modelar componentes hacia los rojos (amarillos, naranjas, rojos) y hacia los azules (celeste, azul, azul oscuro)
En cualquier caso para las lámparas fluorescentes también se indica su temperatura de color, la que correspondería si eliminamos esa dominante verde.
Para tener en cuenta las otras dominantes en el eje verde-magenta se utiliza el concepto de tinte.
¿Cómo es la luz que emiten los LEDs?
Las lámparas LED originalmente tenían un espectro de emisión similar al de los fluorescentes:
Un pico en las longitudes de onda de los azules y varios picos en la zona de los verdes y rojos.
A medida que ha evolucionado la tecnología se han conseguido LEDs con espectros de emisión más aplanados, que cubren además casi todo el espectro visible de una forma continua.
Ten en cuenta que las lámparas LED para uso doméstico suelen tener un espectro de emisión más pobre.
Las lámparas LED para fotografía suelen tener un espectro de emisión más completo y más aplanado en todo el rango visible.
En general las lámparas LED de uso fotográfico se pueden caracterizar bastante bien con una temperatura de color, al menos en primera aproximación.
Cada modelo puede tener su propia temperatura de color característica, indicada por el fabricante: 5700K, 3000K, 7000K…
En colorimetría y aplicaciones más precisas se utilizaría un iluminante estándar específico, como modelo para este tipo de dispositivos.
¿Cómo es la luz del flash?
Dentro del rango visible la luz del flash suele tener un espectro de emisión continuo bastante plano.
Se modela con una temperatura similar a la de la luz del sol: 5500-5700K
Luz cálida y luz fría
Como hemos visto, el color sólo existe en el cerebro. Es un constructo, no es algo físico que exista en la naturaleza.
Lógicamente hay parte objetiva, física, relacionada con las longitudes de onda de la luz que reciben los ojos.
Pero la visión humana tiene una parte muy importante de interpretación, una parte subjetiva en la que intervienen sensaciones y emociones.
La luz del sol y el fuego se asocian con calor, con un ambiente agradable (para nuestros antepasados, el interior de una cueva calentada por una hoguera, con respecto al frío del exterior) y ese ambiente tiene una luz amarillenta, anaranjada.
A la luz con temperaturas de color bajas se la denomina luz cálida: vela, hoguera, lámparas incandescentes, puesta de sol…
Por otra parte los tonos azulados se asocian con el color del hielo, con los días muy fríos.
A la luz con temperaturas de color altas se la denomina luz fría: días nublados, hora azul, focos y lámparas por encima de los 5000K…
Es paradójico que a la luz de temperatura baja la llamemos luz cálida y a la de temperatura alta la llamemos fría.
Son conceptos que vienen de mundos diferentes: la temperatura de color viene del mundo científico, mientras que los calificativos cálida-fría vienen del mundo del arte.
Sí es importante quedarse con la idea de que la temperatura de color de una escena (de una imagen) influye muchísimo en las sensaciones y en la interpretación de dicha escena por parte de la persona que la ve.
Esto se utiliza mucho tanto en fotografía como en vídeo para transmitir sensaciones o estados de ánimo.
¿Por qué es importante conocer y entender la temperatura de color?
En fotografía y vídeo es muy importante conocer y aprovechar las características de la luz de la escena.
Por ejemplo, si queremos obtener imágenes con una alta fidelidad de color (fotografía de producto, moda, etc.) tendremos que conocer las características de la luz para luego poder corregir las dominantes que introduce en los colores.
Lo mismo ocurre si hacemos retrato, para conseguir un tono de piel lo más natural posible, sin dominantes indeseadas.
Si trabajamos en un entorno de luz artificial tendremos que saber qué tipo de fuentes de luz se están utilizando por si tenemos que ajustar o compensar en el momento de la toma o a posteriori.
En muchos casos nos encontramos con escenas iluminadas por diferentes fuentes de luz: incandescente + luz del sol, fluorescentes + flash… Esas situaciones son muy complicadas de resolver para evitar dominantes de color en el resultado final.
Pero si entendemos el origen podremos actuar e intentar minimizar los efectos no deseados.
También en muchos casos vamos a jugar con la tonalidad de la luz de una forma artística para crear un determinado ambiente y transmitir ciertas sensaciones: ambientes cálidos, agradables… o fríos, distantes.
En las cámaras digitales se puede compensar la temperatura de color de la fuente.
Esto lo veremos en el artículo sobre balance de blancos.
Más que entender la temperatura de color, lo ideal sería entender el color como tal. Estudiar colorimetría, modelado de la percepción del color, espacios de color, etc.
Pero hay que tener en cuenta que son temas muy complejos.
Y para la inmensa mayoría de aplicaciones y situaciones en fotografía y vídeo creo que es más que suficiente con tener unos conceptos básicos.
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