Introduction to the Primary Colors

Se considera que los tres colores primarios de la luz son el rojo, el azul y el verde porque son fundamentales para la visión humana. En este artículo, explicaremos cómo el ojo humano procesa el color, el espectro de luz visible, la diferencia entre los colores aditivos primarios y los colores sustractivos primarios, y cómo se utilizan los colores primarios en las aplicaciones del mundo real.

¿Cuáles son los colores primarios?

La luz procedente del sol está compuesta por un espectro casi continuo de radiación electromagnética, en el que la mayoría de la energía se concentra en longitudes de onda que descansan entre 220 y 3200 nanómetros de longitud. A medida que pasan por la atmósfera de la Tierra, una mayoría de ondas de luz superiores a 2000 nanómetros (longitudes de onda de infrarrojos) es absorbida por dióxido de carbono, vapor de agua y ozono, por lo que la mayoría no llega a tocar el suelo casi nunca. Las ondas ultravioletas más cortas también son absorbidas por la capa de ozono. Este efecto de filtrado de la atmósfera limita el espectro de ondas de luz que llegan al suelo a aquellas que tienen longitudes de onda situadas entre 320 y 2000 nanómetros.

El ojo humano es sensible a la banda estrecha de radiación electromagnética que reside en el rango de longitud de onda de 400 a 700 nanómetros, conocido comúnmente como espectro de luz visible, el cual es la única fuente de color. Cuando se combinan, todas las longitudes de onda presentes en la luz visible, cerca de un tercio de la distribución espectral total que pasa por la atmósfera de la Tierra, forman una luz blanca incolora que puede refractarse y dispersarse en sus colores componentes usando un prisma. Los colores rojo, verde y azul se consideran clásicamente los colores primarios de la luz porque son fundamentales para la visión humana.

Colores aditivos primarios

El ojo contiene fotorreceptores de célula de cono (véase la Figura 1) integrados en la fóvea central pequeña de la retina que se ajustan para responder a las longitudes de onda distribuidas dentro de estas tres regiones (rojo, verde y azul) con proteínas de pigmentos especiales. Todos los colores del espectro de luz visible, que van del violeta al rojo, pueden producirse añadiendo o restando diversas combinaciones de los tres colores primarios. La luz se percibe blanca por el ojo humano cuando los tres tipos de células de cono son estimulados simultáneamente por cantidades iguales de luz roja, verde y azul. Los colores rojo, verde y azul se conocen como colores aditivos primarios porque la suma de estos tres colores producen luz blanca.

Cómo ve el ojo humano los colores

Cuando solo se estimulan uno o dos tipos de células de cono, el rango de colores percibidos se limita. Por ejemplo, si se utiliza una banda estrecha de luz verde (de 540 a 550 nanómetros) para estimular todas las células del cono, solo las que contienen fotorreceptores verdes responderán para producir una señal de estar viendo el color verde. La percepción visual humana de los colores aditivos no primarios, como el amarillo, puede surgir de dos formas. Si las células del cono rojas y verdes se estimulan simultáneamente con luz amarilla monocromática con una longitud de onda de 580 nanómetros, los receptores de la célula del cono responden casi igual porque su superposición espectral de absorción es aproximadamente la misma en esta región del espectro de luz visible. La misma señal de color puede conseguirse estimulando las células de cono rojas y verdes individualmente con una mezcla de longitudes de onda rojas y verdes distintas, seleccionadas de regiones del espectro de absorción del receptor que no tienen una superposición significativa. El resultado, en ambos casos, es la estimulación simultánea de las células de cono rojas y verdes para producir una señal de color amarillo, aunque lo último se consigue por medio de dos mecanismos diferentes. La capacidad de percibir otros colores requiere la estimulación de uno, dos o los tres tipos de células de cono a un grado variable con la paleta de longitudes de onda apropiada.

Colores complementarios

Si se suman porciones iguales de luz verde y azul, el color resultante se conoce como cian. Del mismo modo, porciones iguales de luz verde y roja producen el color amarillo, y porciones iguales de luz roja y azul producen el color magenta. Los colores cian, magenta y amarillo suelen conocerse como colores complementarios porque cada uno complementa un de los colores primarios en una mezcla de luz blanca. El amarillo (rojo + verde) es el complemento del azul porque cuando juntamos los dos colores obtenemos luz blanca. De forma similar, el cian (verde + azul) es el complemento del rojo, y el magenta (rojo + azul) es el complemento de la luz verde.

Colores sustractivos primarios

Los colores complementarios (cian, amarillo y magenta) también se conocen como colores sustractivos primarios porque cada uno de ellos puede formarse restando uno de los aditivos primarios (rojo, verde y azul) de la luz blanca. Por ejemplo, la luz amarilla se observa cuando toda la luz azul se elimina de la luz blanca, el magenta se forma cuando se elimina el verde y el cian se forma cuando se elimina el rojo. El color observado restando un color primario de la luz blanca se produce porque el cerebro añade colores que se dejan para producir el color sustractivo o complementario respectivo. La Figura 2 ilustra círculos de colores superpuestos de colores primarios aditivos y sustractivos. Las áreas de superposición indican los nuevos colores que se producen añadiendo o restando diversas combinaciones usando los seis colores primarios, y también demuestran de qué forma los colores primarios aditivos y sustractivos se complementan entre si.

Cuando se añade cualquier par de colores sustractivos primarios, se obtiene un color aditivo primario. Por ejemplo, si juntamos el magenta y el cian obtenemos el color azul, y si juntamos el color amarillo y el magenta obtenemos el color rojo. De forma similar, si juntamos el amarillo y el cian obtenemos el verde (véase la Figura 2). Cuando se juntan los tres colores sustractivos primarios, los tres colores aditivos primarios se eliminan de la luz blanca dejando el negro (ausencia de cualquier color). El blanco no puede producirse usando cualquier combinación de los colores sustractivos primarios. Este es el principal motivo por el que no puede usarse una combinación de pinturas o tintas de color para imprimir en blanco.

Adición y sustracción de colores

Un buen ejemplo de adición y sustracción de colores son las variaciones observadas en el color de la luz del sol cuando el sol sale, pasa por encima nuestro y finalmente se pone. El color de la luz del sol cambia a medida que pasa por la atmósfera de la Tierra porque la colisión de los fotones con las diversas densidades de las moléculas de aire elimina algunos de los colores. Cuando el sol está alto en el cielo a última hora de la mañana y a primera hora de la tarde, la luz parece de color amarillo. A medida que el sol se acerca al horizonte, la luz debe viajar por una porción más grande de la atmósfera y empieza a adoptar el color naranja y después rojo. Esto ocurre porque el aire absorbe una cantidad de luz azul cada vez mayor del sol, dejando solo las longitudes de onda más largas en la región roja del espectro de luz visible.

Variaciones de color con iluminación

La serie de fotografías presentadas en la Figura 3 contiene imágenes de una carta (el 3 de corazones), un pimiento morrón verde y un racimo de uvas azul violeta superpuestas sobre un fondo negro. En la fotografía de la izquierda (Figura 3 (a)), los tres objetos están iluminados con luz blanca y aparecen como sería previsible bajo la luz natural. En la segunda fotografía (Figura 3 (b)), los objetos están iluminados con luz roja. Observe que la carta está reflejando toda la luz roja que impacta sobre la misma, mientras que solo el tallo del racimo de uvas y los reflejos blancos en las uvas y el pimiento reflejan la luz roja. La mayoría de luz roja que impacta en las uvas y el pimiento está siendo absorbida.

La tercera fotografía de la serie (Figura 3 (c)) presenta los objetos iluminados con luz verde. Los símbolos en la carta ahora son negros y el cuerpo de la carta está reflejando la luz verde. Las uvas están reflejando parte de la luz verde, mientras que el pimiento aparece normal (pero con reflejos verdes). La cuarta fotografía (Figura 3(d)) ilustra los objetos bajo una iluminación azul. El racimo de uvas aparece normal con reflejos azules, pero el tallo ahora se ve negro y es invisible. La carta está reflejando la luz azul con símbolos negros y el pimiento está reflejando la luz azul solo en los reflejos. Esta serie de imágenes demuestra cómo un objeto que parece rojo (por ejemplo, con luz blanca) absorbe las longitudes de onda azules y verdes, pero refleja las longitudes de onda en la región roja del espectro. Por lo tanto, el objeto se ve de color rojo.

Tono, saturación y brillo

El ojo humano es sensible a las diferencias muy leves en el color y probablemente es capaz de distinguir entre 8 y 12 millones de sombras individuales de color. La mayoría de colores contienen la misma proporción de todas las longitudes de onda en el espectro visible. Lo que realmente varía de un color a otro es la distribución de las longitudes de onda en un color específico. La paleta de longitudes de onda predominante determina el tono básico del color que puede ser, por ejemplo, morado, verde turquesa, beige, rosa o naranja. El índice de las longitudes de onda dominantes sobre otras longitudes de onda determina la saturación de color de la muestra y si aparece tenue o muy saturada. La intensidad del color y la reflectividad del objeto que se está visualizando determinan el brillo del color (por ejemplo, azul oscuro o claro). Este hecho está representado en el Sistema de colores de Munsell, donde cada color está representado por una posición diferente en el árbol (véase la Figura 4). El valor del color de tono está representado por su posición en la circunferencia, la saturación por la distancia horizontal del color respecto del eje central y el brillo por la posición vertical en el tronco.

Sustracción de color

La mayor parte de esta discusión se ha centrado en las propiedades de la luz visible respecto de la adición y sustracción de la luz visible transmitida que puede visualizarse en la pantalla de un ordenador o una televisión. Sin embargo, la mayoría de lo que se observa es luz reflejada de los objetos que nos rodean, como otras personas, edificios, automóviles, paisajes, etc. Estos objetos no producen luz por ellos mismos, sino que emiten color siguiendo un proceso conocido como sustracción de color en el que algunas longitudes de onda de luz se sustraen (absorben) y otras se reflejan (como puede verse en la Figura 3). Por ejemplo, una hoja verde aparece con este color debajo de la luz solar natural porque está reflejando las longitudes de onda verdes y absorbiendo todos los otros colores. El tono, el brillo y la saturación del color de la luz verde reflejada vienen determinados por el espectro exacto de longitudes de onda que se reflejan.

Colores primarios en el mundo real

Los pigmentos y los tintes son responsables de la mayoría de color que vemos en el mundo real. Los ojos, la piel y el cabello contienen pigmentos de proteínas naturales que reflejan los colores visualizados en las personas que nos rodean (además de cualquier ayuda prestada por los colores usados en los tintes de cabello y el maquillaje facial). Los libros, las revistas, las señales y los carteles se imprimen con tintas de color que crean colores a través del proceso de la sustracción de color. De forma similar, los automóviles, aviones, casas y otros edificios están revestidos con pinturas que contienen diversos pigmentos. El concepto de saturación de color, como hemos explicado anteriormente, es responsable de la mayoría del color producido por los objetos que acabamos de describir. Durante muchos años, los artistas y las imprentas han buscado sustancias que contienen tintes y pigmentos especialmente eficaces a la hora de sustraer colores específicos.

Impresión usando colores primarios

Todas las fotografías de color, y otras imágenes impresas o pintadas, se producen usando solo cuatro colores o tintas de color: magenta, cian, amarillo (primarios sustractivos) y negro (véase la Figura 5). La mezcla de estos colores o tintas en proporciones variables pueden producir los colores necesarios para reproducir cualquier imagen o color. Los tres primarios sustractivos podrían (en teoría) usarse de forma independiente, pero las limitaciones de la mayoría de colorantes y pigmentos hacen que sea necesario añadir negro para conseguir tonos de colores reales. Cuando se está preparando una imagen para imprimirla en un libro o una revista, primero se separa en los primarios sustractivos, ya sea fotográficamente o con un ordenador como hemos visto anteriormente en la Figura 5. Cada componente individual se realiza en una película que se utiliza para preparar una placa de impresión para ese color. La imagen final se crea imprimiendo secuencialmente cada placa de color, una sobre la otra, usando la tinta apropiada para formar una composición que recrea el aspecto del original. La pintura también se produce de una forma similar. Los pigmentos de base de contienen los primarios sustractivos se mezclan para formar los diversos colores usados en las preparaciones de pintura final.

Cómo se utilizan los colores primarios en los microscopios y las cámaras

Este debate ha cubierto los diversos aspectos de los colores aditivos y sustractivos primarios. Al usar el microscopio para ver y capturar las imágenes en color, los conceptos de colores primarios aditivos y sustractivos son muy importantes. Las fuentes de luz microscópicas pueden emitir una luz brillante con temperatura de color que puede penetrar de 3200 K a 5500 K, dependiendo del tipo de fuente de luz. Para el observador, estas fuentes aparecen como una luz blanca que puede absorberse, refractarse, reflejarse, polarizarse y/o transmitirse por medio de una muestra en la platina del microscopio. Las normas de los colores primarios se aplican a la forma que tiene la muestra de interactuar con la luz del microscopio, y determina qué colores se muestran al visualizar la muestra en los oculares. Estas normas también se aplican a la película en un sistema de cámara tradicional o un dispositivo digital de procesamiento de imágenes conectado al microscopio. Estos dos aspectos dependen de las interrelaciones entre los colores primarios a la hora de capturar las imágenes.