Temperatura del color
Propiedades de las fuentes de luz relacionadas con la radiación del cuerpo negro

El espacio de cromaticidad x,y de la CIE 1931 , que también muestra las cromaticidades de fuentes de luz de cuerpo negro de varias temperaturas ( lugar geométrico de Planck ) y líneas de temperatura de color correlacionada constante

La temperatura de color es un parámetro que describe el color de una fuente de luz visible comparándolo con el color de la luz emitida por un cuerpo opaco y no reflectante idealizado . La temperatura del emisor ideal que más se asemeja al color se define como la temperatura de color de la fuente de luz visible original. La escala de temperatura de color describe únicamente el color de la luz emitida por una fuente de luz, que en realidad puede estar a una temperatura diferente (y a menudo mucho más baja). [1] [2]

La temperatura de color tiene aplicaciones en iluminación , [3] fotografía , [4] videografía , [5] publicación , [6] fabricación , [7] astrofísica , [8] y otros campos. En la práctica, la temperatura de color es más significativa para fuentes de luz que corresponden de manera bastante cercana al 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. Aunque el concepto de temperatura de color correlacionada extiende la definición a cualquier luz visible, la temperatura de color de una luz verde o violeta rara vez es información útil. La temperatura de color se expresa convencionalmente en kelvins , utilizando el símbolo K, una unidad para la temperatura absoluta.

Las temperaturas de color superiores a 5000 K se denominan "colores fríos" (azulados), mientras que las temperaturas de color inferiores (2700–3000 K) se denominan "colores cálidos" (amarillentos). "Cálido" en este contexto se refiere a una categorización tradicional de los colores, no a una referencia a la temperatura del cuerpo negro. La hipótesis de tono-calor establece que las temperaturas de color bajas se percibirán más cálidas, mientras que las temperaturas de color más altas se percibirán más frías. El pico espectral de la luz de color cálido está más cerca del infrarrojo, y la mayoría de las fuentes de luz de color cálido natural emiten una radiación infrarroja significativa. El hecho de que la iluminación "cálida" en este sentido tenga en realidad una temperatura de color "más fría" a menudo conduce a confusión. [9]

Categorización de diferentes tipos de iluminación

Temperaturas de color y fuentes de ejemplo
TemperaturaFuente
1700 kilógramosLámparas de sodio de baja presión con llama de fósforo (LPS/SOX)
1850 KLlama de vela , puesta de sol / amanecer
2400KLámparas incandescentes estándar
2550KLámparas incandescentes de color blanco suave
2700KLámparas fluorescentes compactas y LED de "blanco suave"
3000 kilógramosLámparas fluorescentes compactas y LED de color blanco cálido
3200KLámparas de estudio , fotoproyectores , etc.
3350 KLámpara de estudio "CP"
5000 kilógramosLuz diurna Horizon , Lámparas fluorescentes tubulares o lámparas fluorescentes compactas (CFL) de
luz diurna/blanca fría
5500–6000 KLuz diurna vertical, flash electrónico
6200KLámpara de xenón de arco corto [10]
6500KLuz del día, nublado
6500–9500 KPantalla LCD o CRT
15.000–27.000 KCielo azul claro hacia los polos
Curvas de radiancia del cuerpo negro (B λ ) frente a longitud de onda (λ) para el espectro visible . Los ejes verticales de los gráficos de la ley de Planck que forman esta animación se transformaron proporcionalmente para mantener áreas iguales entre las funciones y el eje horizontal para longitudes de onda de 380 a 780 nm. K indica la temperatura de color en kelvins y M indica la temperatura de color en microgrados recíprocos.

La temperatura de color de la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro ideal se define como su temperatura superficial en kelvins o, alternativamente, en microgrados recíprocos (mired). [11] Esto permite definir un estándar con el que 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. Por lo tanto, una temperatura relativamente baja emite un rojo apagado 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 rojo oscuro hasta blanco anaranjado y luego 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). La 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 dicha 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 parece mucho a un radiador de cuerpo negro. La temperatura efectiva, definida por la potencia radiativa total por unidad cuadrada, es de 5772 K. [12] La temperatura de color de la luz solar por encima de la atmósfera es de aproximadamente 5900 K. [13]

El Sol puede verse rojo, naranja, amarillo o blanco desde la Tierra, dependiendo de su posición en el cielo. El cambio de color del Sol a lo largo del día es principalmente 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 causa el color azul del cielo, que tiende a dispersar la luz azul más que la luz roja.

Algunos rayos de sol a primera hora de la mañana y a última de la tarde (las horas doradas ) tienen una temperatura de color más baja ("más cálida") debido a la mayor dispersión de la luz solar de longitud de onda más corta por 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).

Aproximación de los tonos del lugar geométrico de Planck en función de la temperatura Kelvin, representada con un punto blanco cerca de 6500 K, sin tener en cuenta la adaptación cromática

En el caso de los colores basados ​​en la teoría del cuerpo negro, el azul se produce a temperaturas más altas, mientras que el rojo se produce a temperaturas más bajas. Esto es lo opuesto a las asociaciones culturales atribuidas a los colores, en las que "rojo" es "caliente" y "azul" es "frío". [14]

Aplicaciones

Temperatura de color (derecha) de varias fuentes de luz (izquierda)

Iluminación

Comparación de la temperatura de color de las lámparas eléctricas más comunes
Temperaturas de color de las lámparas eléctricas comunes

Para la iluminación de interiores de edificios, suele ser importante tener en cuenta la temperatura de color de la iluminación. En las zonas públicas se suele utilizar una luz más cálida (es decir, con una temperatura de color más baja) para fomentar la relajación, mientras que en las escuelas y oficinas se utiliza una luz más fría (con una temperatura de color más alta) para mejorar la concentración. [15]

La atenuación de la CCT para la tecnología LED se considera una tarea difícil, ya que los efectos de la descomposición, el envejecimiento y la deriva de la temperatura de los LED cambian el valor de color real de salida. Aquí se utilizan sistemas de bucle de retroalimentación, por ejemplo con sensores de color, para monitorear y controlar activamente la salida de color de múltiples LED de mezcla de colores. [16]

Acuicultura

En la acuicultura , la temperatura del color tiene diferentes funciones y focos en las distintas ramas.

  • En los acuarios de agua dulce, la temperatura del color generalmente solo es una preocupación para producir una exhibición más atractiva. [ cita requerida ] Las luces tienden a estar diseñadas para producir un espectro atractivo, a veces con una atención secundaria puesta en mantener vivas las plantas en los acuarios.
  • En un acuario de agua salada o de arrecife , la temperatura de color es una parte esencial de la salud del tanque. En un rango de entre 400 y 3000 nanómetros, la luz de longitud de onda más corta puede penetrar más profundamente en el agua que las longitudes de onda más largas, [17] [18] [19] proporcionando fuentes de energía esenciales a las algas alojadas en el coral (y que lo sostienen). Esto es equivalente a un aumento de la temperatura de color con la profundidad del agua en este rango espectral. Debido a que los corales suelen vivir en aguas poco profundas y reciben luz solar tropical intensa y directa, el enfoque se centró en simular esta situación con luces de 6500 K.

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 en bruto 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 kelvin. Estos ajustes 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 son hasta cierto punto arbitrarios y una cuestión de interpretación artística. [20]

Película fotográfica

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

La película fotográfica está hecha para fuentes de luz específicas (las más comunes son la película de luz diurna y la 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 se usa película de tungsteno 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 en color, al ser el artefacto final del proceso, tiene que coincidir con la fuente de luz o se deben usar filtros para corregir el color.

Se pueden utilizar 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 se dispara 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 se utiliza una película de tungsteno con luz blanca o azul, un filtro naranja amarillento corregirá esto. Para disparar 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 utilizar un filtro azulado (por ejemplo, el n.° 80A). Se necesitan filtros más sutiles para corregir la diferencia entre, por ejemplo, lámparas de tungsteno de 3200 K y 3400 K o para corregir el tono ligeramente azul de algunos tubos de flash, que pueden ser de 6000 K. [21]

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

Los fotógrafos a veces utilizan medidores de temperatura de color. Estos suelen estar diseñados para leer sólo 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 de 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 no se dispone de tales medidores. [21]

Autoedición

En la industria de la autoedición, es importante conocer la temperatura de color de un monitor. El software de comparación de colores, como ColorSync Utility 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 de monitor comunes, junto con los iluminadores estándar correspondientes entre paréntesis, son las siguientes:

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

D50 es la abreviatura científica de un iluminante estándar : el espectro de luz diurna 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 visualización. Al ver una diapositiva en color en una mesa de luz, es importante que la luz esté equilibrada correctamente para que los colores no se desvíen 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 utilizado habitualmente para imágenes en Internet estipula un punto blanco de pantalla de 6500 K.

Los sistemas operativos Microsoft Windows anteriores a Windows 11 utilizan sRGB como espacio de color de pantalla predeterminado y 6500 K como temperatura de color de pantalla predeterminada; esto puede ser anulado por el controlador de la GPU. Windows 11 22H2 tiene soporte para la gestión automática del color (ACM), que se optimizó aún más para los monitores OLED mediante la lectura de datos EDID . [22]

Televisión, vídeo y cámaras digitales

Las normas de televisión NTSC y PAL exigen que una pantalla de televisión compatible muestre una señal eléctricamente en blanco y negro (saturación de color mínima) a una temperatura de color de 6500 K. En muchos televisores de consumo, existe una desviación muy notable de este requisito. Sin embargo, los televisores de consumo de gama alta pueden tener sus temperaturas de color ajustadas a 6500 K mediante un ajuste preprogramado o una calibración personalizada. Las versiones actuales de ATSC exigen 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 de vídeo y de fotos digitales pueden ajustar la temperatura del color haciendo zoom sobre un objeto blanco o de color neutro y configurando el "balance de blancos" manual (que indica 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 con iluminación fluorescente y cuando se mueve la cámara de una situación de iluminación a otra. La mayoría de las cámaras también tienen una función de balance de blancos automático que intenta determinar el color de la luz y corregirlo en consecuencia. Si bien estos ajustes antes no eran confiables, han mejorado mucho en las cámaras digitales actuales y producen un balance de blancos preciso en una amplia variedad de situaciones de iluminación.

Sin embargo, en los estándares NTSC-J y NTSC-C , se recomienda una temperatura de color de 9300 K. Los televisores y proyectores que se venden en Japón, Corea del Sur, China, Hong Kong, Taiwán y Filipinas suelen adoptar 9300 K como configuración predeterminada. Pero por razones de compatibilidad, los monitores de computadora que se venden en estos países/regiones suelen adoptar 6500 K como configuración predeterminada; estas configuraciones de temperatura de color suelen ajustarse en el menú OSD .

Aplicación artística mediante el control de la temperatura del color.

La casa de arriba parece de un color crema claro al mediodía, pero aquí parece de un blanco azulado con la luz tenue antes del amanecer. Observe la temperatura de color del amanecer en el fondo.

Los operadores de cámaras de video pueden equilibrar los blancos de objetos que no son blancos, restando importancia al color del objeto utilizado para equilibrarlos. Por ejemplo, pueden aportar más calidez a una imagen al equilibrar los blancos de algo que sea azul claro, como un denim azul descolorido; 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 realizan el "balance de blancos" de la misma manera que los operadores de cámaras de vídeo; utilizan técnicas como filtros, elección de la película, pre-flash y, después de la filmación, gradación de color , tanto mediante exposición en los laboratorios como también digitalmente. Los directores de fotografía también trabajan en estrecha colaboración con los diseñadores de escenarios y los equipos de iluminación para lograr los efectos de color deseados. [23]

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 cantidad mínima de saturación. El gris mezclado con amarillo, naranja o rojo es un "gris cálido". El verde, el azul o el violeta crean "grises fríos". Esta sensación de temperatura es la inversa de la temperatura real; el azul se describe como "más frío" aunque corresponde a un cuerpo negro de mayor temperatura .

Gris "cálido"Gris "cool"
Mezclado con 6% amarilloMezclado con 6% azul

Los diseñadores de iluminación a veces seleccionan filtros por temperatura de color, comúnmente para que coincida con la luz que teóricamente es blanca. Dado que las luminarias que utilizan lámparas de tipo de descarga producen una luz de una temperatura de color considerablemente más alta que las lámparas de tungsteno , el uso de las dos en conjunto podría producir potencialmente un marcado contraste, por lo que a veces las luminarias con lámparas HID , que comúnmente producen luz de 6000-7000 K, están equipadas 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 al tungsteno. La temperatura de color también puede ser un factor a la hora de seleccionar lámparas , ya que es probable que cada una tenga una temperatura de color diferente.

Temperatura de color correlacionada

Gráficos logarítmicos de la longitud de onda de emisión máxima y la excitación radiante en función de la temperatura del cuerpo negro , representados en la línea azul. Las flechas rojas muestran que los cuerpos negros a 5780 K tienen una longitud de onda máxima de 501 nm y una excitación radiante de 63,3 MW/ m2 .
La temperatura de color correlacionada (CCT, T cp ) se refiere a la temperatura de un radiador planckiano cuyo color percibido se asemeja más al de un estímulo dado con el mismo brillo y bajo condiciones de visualización específicas". [24] [25]

Índice de reproducción cromática

El índice de reproducción cromática (IRC) de la CIE es un método para determinar la calidad de la iluminación de ocho muestras de una fuente de luz en comparación con la iluminación proporcionada por una fuente de referencia. En conjunto, el IRC y el CCT proporcionan una estimación numérica de qué fuente de luz de referencia (ideal) se aproxima mejor a una luz artificial en particular y cuál es la diferencia.

Distribución de potencia espectral

Distribuciones de potencia espectral (SPD) características de una lámpara incandescente (izquierda) y una lámpara fluorescente (derecha). Los ejes horizontales son longitudes de onda en nanómetros y los ejes verticales muestran la intensidad relativa en unidades arbitrarias.

Las fuentes de luz y los iluminantes pueden caracterizarse por su distribución de potencia espectral (SPD). Las curvas de SPD relativas proporcionadas por muchos fabricantes pueden haberse producido utilizando incrementos de 10  nm o más en su espectrorradiómetro . [26] El resultado es lo que parecería ser una distribución de potencia más suave (" espectro más completo ") que la que realmente tiene la lámpara. Debido a su distribución puntiaguda, se recomiendan incrementos mucho más finos para tomar mediciones de luces fluorescentes, y esto requiere un equipo más costoso.

Temperatura de color en astronomía

Distribución de potencia espectral característica de una estrella A0V ( Teff = 9500 K, cf. Vega ) comparada con los espectros de cuerpo negro. El espectro de cuerpo negro de 15.000 K (línea discontinua) coincide con la parte visible de la SPD estelar mucho mejor que el cuerpo negro de 9500 K. Todos los espectros están normalizados para que se intersequen a 555 nanómetros.

En astronomía , la temperatura de color se define por la pendiente local de la SPD en una longitud de onda dada o, en la práctica, un rango de longitudes de onda. Dadas, por ejemplo, las magnitudes de color B y V que están calibradas para ser iguales para una estrella A0V (por ejemplo, Vega ), la temperatura de color estelar está dada por la temperatura para la cual el índice de color de un radiador de cuerpo negro se ajusta al estelar. Además del , también se pueden utilizar otros índices de color. La temperatura de color (así como la temperatura de color correlacionada definida anteriormente) puede diferir en gran medida de la temperatura efectiva dada por el flujo radiativo de la superficie estelar. Por ejemplo, la temperatura de color de una estrella A0V es de aproximadamente 15000 K en comparación con una temperatura efectiva de aproximadamente 9500 K. [27] T C {\displaystyle T_{C}} B − V {\displaystyle B-V} B − V {\displaystyle B-V}

Para la mayoría de las aplicaciones en astronomía (por ejemplo, para ubicar una estrella en el diagrama HR o para determinar la temperatura de un flujo modelo que se ajusta a un espectro observado), la temperatura efectiva es la cantidad de interés. Existen varias relaciones entre el color y la temperatura efectiva en la literatura. Estas relaciones también tienen dependencias menores de otros parámetros estelares, como la metalicidad estelar y la gravedad superficial [28].

Véase también

Referencias

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  5. ^ Redding, Kevin (10 de febrero de 2023). "Por qué la temperatura del color es importante en la realización y edición de películas". Backstage . Consultado el 17 de junio de 2024 .
  6. ^ "Temperatura de color correcta al iluminar impresiones". Gintchin Fine Art . 23 de diciembre de 2020 . Consultado el 17 de junio de 2024 .
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  8. ^ "Colores de las estrellas | Astronomía". courses.lumenlearning.com . Consultado el 17 de junio de 2024 .
  9. ^ Consulte la sección de comentarios de este artículo de LightNowBlog.com Archivado el 7 de marzo de 2017 en Wayback Machine sobre las recomendaciones de la Asociación Médica Estadounidense de preferir la iluminación LED con temperaturas de color más frías (es decir, colores más cálidos ).
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Lectura adicional

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  • Charity, Mitchell. ¿De qué color es un cuerpo negro? Valores sRGB correspondientes a cuerpos negros de temperatura variable.
  • Lindbloom, Bruce. Implementación ANSI C del método de Robertson para calcular la temperatura de color correlacionada de un color en XYZ.
  • Konica Minolta Sensing. El lenguaje de la luz.
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