Tema-2

Captulo 2

LA PERCEPCIN DEL COLOR

INTRODUCCIN La percepcin del color ocupa un lugar central en el estudio de la percepcin visual por mltiples razones. En primer lugar por tratarse de un tema que recoge aportaciones de disciplinas muy diversas; la fsica, la fisiologa, las ciencias de la computacin, la lingstica y la antropologa social son algu-nas de las principales disciplinas que junto con la psicologa han contribuido en mayor medida a mejorar nuestro conocimiento sobre la percepcin del color. Esta necesidad de aportaciones diversas hace de este tema un modelo ideal y a la vez concreto para comprender la naturaleza interdisciplinar de la investigacin cognitiva. En segundo lugar, nuestros conocimientos sobre el procesamiento del color estn relativamente bien fundamentados. No se puede decir que conozcamos todo lo que es relevante en este campo, pero es verdad que, en comparacin con otras reas de la investigacin perceptiva, nuestros conocimientos sobre el color estn mejor fundamentados y el grado de acuerdo entre investigadores es mayor. Finalmente, el tema del proce-samiento del color es un buen ejemplo de la forma en que teoras consi-deradas opuestas para explicar un conjunto de fenmenos pueden resultar complementarias si se ampla el marco terico de referencia. Como veremos ms adelante, durante casi un siglo la teora tricromtica y la teora de los procesos oponentes fueron consideradas como irreconciliables para explicar los fenmenos fundamentales relacionados con la percepcin del color. Hoy sabemos que el valor explicativo de cada una de esas teoras depende del nivel de organizacin perceptiva al que consideremos el procesamiento del color. En consecuencia, el tema de la percepcin del color constituye tambin un ejemplo ideal y concreto para la epistemologa cientfica interesada en cmo progresa el conocimiento cientfico.

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El tema est organizado con el convencimiento de que el inters central de la percepcin del color radica en comprender su apariencia. Por qu los colores se muestran en nuestra experiencia consciente de la forma en que lo hacen? La contestacin a esta pregunta est fundamentada en tres principios: tricromaticidad, procesamiento oponente y constancia. El captulo se centra-r preferentemente en la comprensin de estos tres principios que pertenecen a niveles bajo e intermedio en el procesamiento perceptivo del color. An as, la consideracin de estos tres principios no agota el conjunto de aspectos re-levantes para la percepcin del color. Por ello tambin prestaremos atencin al papel de factores de alto nivel relacionados con nuestro sistema conceptual y con el modo en que nuestro conocimiento contribuye a categorizar los co-lores. Por ltimo haremos referencia a la importancia que el color desempea en la percepcin de alto nivel.

1. LA APARIENCIA DEL COLOR

El estudio de la apariencia del color encontr su primera aportacin funda-mental en el descubrimiento de Isaac Newton sobre la composicin espectral de la luz. Cuando hizo pasar un rayo de luz solar a travs de un prisma, Newton observ la aparicin de un arco iris mostrando los colores del espec-tro luminoso. Tambin supo comprobar que estos colores eran fundamenta-les, ya que haciendo pasar un rayo de cada color por un segundo prisma, el color no volva a descomponerse produciendo la aparicin de un segundo arco 1ns.

Hoy sabemos que la luz puede ser descrita en trminos de onda y en trminos de corpsculo y que cada una de estas dos descripciones puede ser de diferente utilidad a la hora de entender los fenmenos relacionados con el color. La consideracin de la luz como onda es til para comprender su composicin espectral y los aspectos cualitativos del color, mientras que la consideracin de la luz como corpsculo resulta ms apropiada para referir-nos a la cantidad de luz asociada a los colores. Veamos estos dos aspectos con mayor precisin.

1.1. La cantidad de luz y su medida

Las medidas de la cantidad de luz dimanan de una concepcin corpuscular de la luz. Segn esta forma de entenderla, la luz est compuesta por paquetes elementales () de energa, llamados fotones, que constituyen la uni-dad de medida de la cantidad de luz. La medicin de la cantidad de luz puede hacerse desde dos perspectivas diferentes. Una de ellas, que es la propia de la radiometra, considera la luz como cualquier otro tipo de energa, sin hacer referencia al uso que puede hacerse de ella. La segunda perspectiva es la pro-pia de la fotometra que toma en consideracin nicamente la cantidad de luz

LA PERCEPCIN DEL COLOR 61

que es visualmente efectiva, es decir la cantidad de luz que se puede percibir, e introduce un factor de correccin en las medidas radiomtricas basado en la sensibilidad de nuestros receptores. De entre los diferentes conceptos foto-mtricos son importantes para el estudio de la percepcin los siguientes:

Iluminancia (E) Es la cantidad de luz visualmente efectiva que incide so-bre una superficie. Por ejemplo la cantidad de luz procedente de un rayo de luz que incide sobre una mesa. Su valor depende de dos factores: de la dis-tancia entre la superficie iluminada y la fuente de iluminacin 1, siendo menor cuanto mayor es la distancia, y del ngulo de desviacin de la perpendicular; la cantidad de iluminancia es menor cuanto mayor es dicho ngulo. La unidad de medida de la iluminancia es ellux.

Luminancia (L) Es la cantidad de luz visualmente efectiva emitida por una fuente de luz extensa. Por ejemplo, la cantidad de luz reflejada por una mesa. Su unidad de medida es la candela por metro cuadrado (cd m2). Puesto que una parte importante de las fuentes luminosas extensas son superficies que re-flejan la luz que reciben, es importante tomar en consideracin la proporcin de cantidad de luz recibida que una superficie emite. Esa proporcin viene dada por el cociente entre la cantidad de luz emitida (luminancia) y la canti-dad de luz recibida (iluminancia) y se denomina reflectancia.

1.2. El espectro electromagntico

La consideracin de la luz como onda nos permite relacionarla con los dis-tintos tipos de energa que componen el espectro electromagntico. Como puede verse en la Figura 2.1 (p. 97), el espectro electromagntico ordena los distintos tipos de energa en funcin de la longitud de onda que caracteriza a cada una de ellas. Slo una pequea parte del espectro electromagntico, la comprendida entre los 400 y 700 nm2, tiene inters para nuestro tema porque solamente esa franja de longitudes de onda tiene efectividad visual y consti-tuye el espectro visible.

El diferente grado de refraccin de las distintas longitudes de onda per-mite observar los componentes del espectro luminoso cuando, como hizo Newton, se hace pasar un rayo de luz solar a travs de un prisma. Las lon-gitudes de onda cortas, que son ms fuertemente refractadas, presentan una apariencia violeta (400 nm) 3 o azulada (480 nm) cuando se las ve sobre fon-do oscuro, mientras que las longitudes de onda ms largas tienen apariencia

l. La iluminancia se mide en el destino, es decir en la superficie a la que llega la luz y no en la fuente luminosa. Para la elaboracin de sus conceptos fundamentales, la fotometra asume que la fuente luminosa es un punto y los conceptos que hacen referencia a la medicin de la can-tidad de luz en la fuente son flujo luminoso (F) e intensidad luminosa (I). Para una explicacin ms extensa de la medicin de la cantidad de luz, ver Tudela (1981).

2. Un nanometro equivale a una milmillonsima de metro (10 -9}. 3. Los valores de longitud de onda asociados a cada color tienen una finalidad orientativa

y estn basados en Wyszecki & Stiles (1982).

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anaranjada (610 nm) o roja (700 nm) cuando son vistas sobre fondo oscuro. Otros colores, como el verde (540 nm) o el amarillo (580 nm) ocupan posi-ciones intermedias en el espectro visible.

La distribucin espectral de una luz es la funcin que describe la cantidad de luz que contiene en cada una de las longitudes de onda. La luz solar con-tiene una cantidad aproximadamente igual en todas las longitudes de onda aunque tanto al salir como al ponerse el sol predomina la presencia de las longitudes de onda larga. Una lmpara de tungsteno, como las que se usan habitualmente en la iluminacin domstica, contiene muy poca luz en las lon-gitudes de onda cortas y, dentro del espectro visible, la cantidad de luz que proyecta est linealmente relacionada con la longitud de onda por lo que los colores rojos tienden a predominar en ambientes iluminados con este tipo de lmparas. En la luz proveniente de una lmpara fluorescente todas las longi-tudes estn relativamente bien representadas y, aunque la distribucin no es igual para todas las longitudes de onda, es un tipo de luz que se aproxima a la luz natural. La distribucin espectral de las fuentes de iluminacin es un factor determinante de la estimulacin en la percepcin del color y debe ser tomada seriamente en consideracin por el investigador.

1.3. La codificacin del color

Newton fue plenamente consciente de que el color no era una propiedad de la luz y de que, hablando en sentido estricto, no se poda decir que los rayos de luz tuvieran un color determinado. El color es una sensacin consciente resultante de la interaccin de nuestros sentidos con la estimulacin luminosa y por ello constituye un importante captulo de la psicologa de la percepcin. La longitud de onda es el parmetro estimular preferentemente relacionado con la sensacin de color pero solamente representa el primer paso en la cadena causal de acontecimientos que determinan esa sensacin. Al conjunto de procesos que completan esa cadena causal podemos llamarlos procesos de codificacin del color ya que son los encargados de transformar un cdigo f-sico, expresado en trminos de longitudes de onda, en un cdigo psicolgico, expresado en trminos de experiencias conscientes de color.

Las estrategias cientficas utilizadas para estudiar la codificacin del color son de dos tipos: psicofsicas y fisiolgicas. Las estrategias psicofsicas estu-dian la relacin entre la manipulacin de las caractersticas del estmulo lumi-noso y la experiencia de color. La psicofsica se interesa preferentemente por describir y medir adecuadamente la experiencia sensorial y por relacionar las caractersticas de esa experiencia con los parmetros de la estimulacin. Las estrategias fisiolgicas estudian la relacin tanto de las caractersticas es-timulares como de la experiencia sensorial con los distintos componentes del sistema visual. La fisiologa se interesa preferentemente por identificar esos componentes y determinar su relacin con los parmetros estimulares y con la experiencia de color. Desde un punto de vista histrico la investigacin


psicofsica ha sido la primera y ha preparado el terreno que ha hecho posi-ble la investigacin fisiolgica. En la actualidad los dos tipos de estrategias son utilizados de forma conjunta y complementaria. En esta exposicin del tema veremos en primer lugar los principales hallazgos de la investigacin psicofsica y estudiaremos los principales descubrimientos fisiolgicos en el contexto de la discusin de los principios explicativos mencionados al prin-cipio. Ahora comenzaremos por caracterizar la apariencia del color como una primera aproximacin al fenmeno para el que buscamos explicacin en este tema.

1.4. Los atributos del color

La forma en que los colores aparecen en nuestra experiencia consciente puede describirse por referencia a tres atributos bsicos: matiz, saturacin y brillo/ claridad4 Son atributos psicolgicos que hacen referencia a nuestra experien-cia consciente y deben ser claramente diferenciados de las dimensiones fsicas del estmulo con las que estn relacionadas.

El matiz de un color hace referencia a la cualidad que diferencia un color de otro; es el aspecto cualitativo que nos permite clasificarlo con trminos como rojo, verde o azul. Como hemos visto anteriormente, en el espectro luminoso existe una alta correlacin entre longitud de onda y matiz, tal como aparece en el arco iris. Estos colores forman parte del grupo de colo-res espectrales. Sin embargo no debe confundirse el matiz con la longitud de onda. Hay colores que no estn relacionados con una longitud de onda determinada, como es el caso de los colores no espectrales. Estos colores, como ocurre con los prpuras y morados, slo pueden obtenerse mediante la mezcla de dos o ms luces monocromticas. A los colores tanto espectra-les como no espectrales se les da el nombre de cromticos. Otros colores, como son el blanco, gris y negro se comprenden mejor en relacin con la dimensin de claridad que con el matiz, por ello suelen llamarse acromti-cos. En sentido estricto, por tanto, el matiz hace referencia a los aspectos cualitativamente diferentes de la experiencia de color que tienen relacin con diferencias de longitudes de onda o con mezclas de diferentes longitu-des de onda.

La saturacin hace referencia a la pureza cromtica que presenta el co-lor. Se define como el atributo de una sensacin visual que permite hacer un juicio sobre el grado en que un estmulo cromtico difiere de un acromtico independientemente de su brillo. En general, el estmulo acromtico de refe-rencia suele ser el blanco, por ello tambin suele definirse, de un modo ms informal, como el grado de mezcla con blanco que presenta un estmulo cro-mtico. Por ejemplo, un color rosa es un rojo con poca saturacin resultante

4. Utilizo los trminos matiz, brillo y claridad como equivalentes a los trminos ingleses hue, brightness y lightness.

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de la mezcla de rojo con blanco. Para los colores espectrales, el referente de mxima saturacin es el aspecto que presenta en el espectro visible, por ejem-plo los colores que se pueden observar en la Figura 2. 1.

El brillo y la claridad son dos atributos distintos aunque relacionados. El brillo es el atributo de la sensacin visual por el que un estmulo visual apare-ce ms o menos intenso. El brillo hace referencia a la mayor o menor cantidad de luz que un estmulo visual parece emitir y est preferentemente relaciona-do con la luminancia por lo que a veces es definido de modo informal como luminancia percibida. Cuando un estmulo vara en brillo, oscila entre valores que van de brillante a tenue. El brillo est preferentemente asociado a estmu-los que emiten luz.

La claridad es un atributo asociado a la percepcin de estmulos que re-flejan luz, como son la mayor parte de las superficies. La claridad est rela-cionada con la reflectancia ms que con la luminancia, por lo que a veces se define como reflectancia percibida. Todas las superficies coloreadas tienen al-gn grado de claridad, oscilando entre valores que van de clara a oscura, pero estos cambios de claridad aparecen de forma ms patente en las superficies acromticas donde los cambios en claridad producen la aparicin de colores que oscilan entre los blancos y los negros pasando por una amplia gama de grises. Por ello es til asociar la claridad con la dimensin blanco-gris-negro y utilizar los trminos claro y oscuro por aproximacin a esta dimensin. En general, es conveniente reservar el trmino brillo para referirse a los cambios de intensidad de fuentes que emiten luz y utilizar el trmino claridad cuando se trata de superficies que reflejan luz.

1.5. Sistemas de ordenacin de los colores

Existen muchos sistemas de organizacin de color basados en diferentes pro-cedimientos psicofsicos. En este tema presentaremos dos de ellos: uno basa-do en juicios sobre la semejanza de pequeas muestras de material coloreado y otro basado en operaciones de igualacin de luces. El sistema de Munsell es uno de los primeros sistemas construidos con la finalidad de medir la apa-riencia del color sobre la base de las tres dimensiones de matiz, claridad y saturacin que acabamos de estudiar. El segundo procedimiento resulta par-ticularmente importante porque ha servido de fundamento a la colorimetra; lo estudiaremos ms adelante al hablar de la investigacin psicofsica relacio-nada con la codificacin de la longitud de onda.

1.5 .1. El sistema de colores de Munsell

En 1905 el artista y profesor de arte Albert Munsell public un sistema de organizacin de los colores en forma de libro, integrado por un conjunto de pequeos trozos de papel coloreado de igual tamao que varan en matiz,


10

Valor

[I] 5R

10P

5P

5PB

10GB 5GB

'~"-r-P r-r-:::::~

Lmite de la gama de la mezcla de color

1 '\ 1\ IJ

_y .-c.--

5Y

10Y

5GY

10G

65

FIGURA 2.2. Estructura del sistema descriptivo del color de Munsell: A organizacin general; B, estructura de una pgina; C, corte perpendicular al eje central de la figura representada en A. Fuente: Adaptacin de la figura 9.13. de la obra de Brian A. Wandell Foundations of Vision. 1995. Sunderland, MA: Sinauer Press, p. 317.

valor y croma5. Los trozos estn organizados de forma que difieren entre s en intervalos perceptivamente iguales en cada una de las tres dimensiones cuan-do se ven en condiciones perceptivas normalizadas, es decir, a la luz del da y sobre fondo que puede oscilar entre el blanco y el gris medio. Cada pgina del libro presenta un conjunto de trozos coloreados que son del mismo matiz pero varan en valor y en croma. Cada pgina est organizada de forma que el eje vertical representa el valor en una escala de 10 intervalos, con el negro en la parte de abajo, el blanco arriba y la gama intermedia de grises. El eje horizontal representa el croma en una escala de cinco intervalos situando el mnimo a la izquierda -junto al eje del valor- y el mximo a la derecha y aumentando la puntuacin de dos en dos para cada intervalo.

5. Los trminos utilizados por Munsell para denominar las dimensiones de clasificacin de los colores son parecidos a los que hemos visto anteriormente si denominamos valor a la claridad y croma a la saturacin. Tcnicamente, sin embargo, existe una pequea diferencia entre croma y saturacin. Croma se define como el atributo de una sensacin visual que permite realizar un juicio sobre el grado en que un estmulo cromtico difiere de un estmulo acromtico del mismo brillo (o de la misma claridad). El requisito de igualacin en la dimensin de brillo/ claridad es la diferencia fundamental entre croma y saturacin.

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Como puede verse en la Figura 2.2.B, cada pgina est formada por un conjunto de filas y de columnas. Cada una de las filas corresponde a una puntuacin diferente en valor y dentro de cada fila los trozos tienen el mismo valor y varan en croma estando los ms saturados en la parte derecha de la pgina. As mismo, cada una de las columnas corresponde a una puntuacin diferente de croma y dentro de cada columna los trozos tienen la misma pun-tuacin en croma y varan en valor de menos (abajo) a ms (arriba). Como puede observarse en la Figura 2.2.B, slo mezclas de determinado valor y croma son posibles; la gama de posibles mezclas est encerrada en el espacio delimitado por la curva.

Si colocramos el libro de pi y abriramos las pginas alrededor del eje central, la figura geomtrica generada se aproximara a un cilindro como el que presenta la Figura 2.2.A, con el eje principal del cilindro representando el valor, el radio del cilindro representando el croma y el matiz situado en torno al permetro del cilindro. La Figura 2.2.C, mediante un corte perpendicular al eje central, permite representar la organizacin del sistema de Munsell, con el valor situado en el centro, el matiz a lo largo del permetro de la cir-cunferencia y el croma a lo largo del radio. La escala de matices en torno a la circunferencia consta de diez segmentos con diez matices cada uno. Las refe-rencias van en intervalos de veinte en veinte puntos del rojo (SR) al amarillo (5Y), al verde (5G), al azul (5B), al prpura (5P) y vuelta al rojo. Intercalados entre esto se indican referencias correspondientes a mezclas intermedias. En realidad el libro de Munsell no presenta los cien posibles matices sino slo 40 de ellos. Cada trozo de color se identifica por tres smbolos, por ejemplo 2,5 GB 5/10, en donde el primer smbolo (2,5 GB) indica el matiz (2,5 en el segmento Verde-Azul); el segundo (5) indica el nivel de valor y el tercero (10) el nivel de croma.

El sistema creado por Munsell fue anterior al que veremos ms adelante, que es el sistema normalizado de la Comisin Internacional de Iluminacin (CIE)6 Con posterioridad a la normalizacin llevada a cabo por la CIE, la Munsell Corporation acord producir los trozos coloreados de cada muestra de acuerdo con los valores de la CIE y no por medio de mezclas de pigmentos.

1.5 .2. La codificacin de la longitud de onda El primer paso en la codificacin de la longitud de onda tiene lugar en el nivel de los receptores. En ese primer nivel dos clases de receptores visuales, bastoncillos y conos, determinan dos sistemas de visin que presentan carac-tersticas muy diferentes. El sistema de visin escotpica, que depende de los bastoncillos, es un sistema adaptado a las situaciones de bajo nivel de ilumi-

6. El acrnimo CIE corresponde al enunciado francs Commission Internacionale de l'Eclairage.


nacin. Los bastoncillos son extremadamente sensibles a la luz y no difieren entre s en su respuesta a la longitud de onda. Sin embargo, la sensibilidad de los bastoncillos no es la misma para cada una de las longitudes de onda.

El estudio psicofsico de la respuesta del sistema de visin escotpica a la longitud de onda de una luz se realiza mediante un experimento de iguala-cin escotpica. En esta situacin experimental se presenta un campo visual -por ejemplo, un crculo- dividido en dos mitades. Una de las dos mitades contiene la luz de prueba, que puede tener una distribucin espectral fija, es decir un conjunto determinado de longitudes de onda. La otra mitad con-tiene una luz primaria, que tiene una distribucin espectral fija y slo puede variar en intensidad. La tarea del observador es manipular la intensidad de la luz primaria hasta que consigue igualarla a la luz de prueba. El resultado de este tipo de experimento es que, en condiciones de baja iluminacin -con-diciones escotpicas- los observadores pueden ajustar la intensidad de la luz primaria hasta igualar cualquier luz de prueba. Este resultado muestra de forma clara que la distribucin espectral relativa de la luz es irrelevante para el funcionamiento del sistema visual escotpico; ste slo es sensible a la cantidad de luz. Ahora bien, la intensidad de la luz primaria para conseguir la igualacin no es la misma para todas las luces de prueba, lo que indica que el sistema de visin escotpica es ms sensible a unas longitudes de onda que a otras. La Figura 2.3 muestra la funcin de sensibilidad espectral escotpica. Como puede verse, el sistema es poco sensible a las longitudes de onda extre-mas y muestra su mxima sensibilidad a las longitudes de onda medias en el entorno de los 51 O nm.

1.00

ro > 0.75 ~ Q) ......

-e ro 0.50 -e

:.a ; e Q) 0.25 U)

0.00

1 \ / \

1 \ J \ ~

400 450 500 550 600

Longitud de onda (nm) FIGURA 2.3. Funcin de sensibilidad espectral escotpica .

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El sistema de visin fotpica, que depende de los conos, es un sistema especialmente adaptado a situaciones de alta iluminacin y est directamente relacionado con la codificacin diferencial de la longitud de onda. No todos los conos responden de la misma forma a la longitud de onda, unos son ms sensibles a las longitudes de onda cortas, otros a las longitudes de onda me-dias y otros a las longitudes de onda largas. El estudio psicofsico de la res-puesta del sistema de visin fotpica a la longitud de onda de una luz se reali-za mediante un experimento de igualacin de color. Este tipo de experimento es el fundamento de la colorimetra y a partir de Helmholtz y Maxwell los resultados obtenidos en este tipo de experimento proporcionaron los datos fundamentales para su teora del color.

La situacin experimental en un experimento de igualacin de color es similar a la que vimos en el caso del experimento de igualacin escotpica. El campo visual dividido en dos mitades contiene una luz de prueba que puede tener cualquier distribucin espectral y la tarea del observador consiste en manipular la intensidad de tres luces primarias hasta conseguir que los dos lados del campo visual sean indistinguibles. Durante todo el experimento, la distribucin espectral de las tres luces primarias permanece constante y el ob-servador slo puede modificar la cantidad de cada luz primaria. El resultado de este tipo de experimento es que, en condiciones de alta iluminacin -con-diciones fotpicas-los observadores pueden igualar todas las luces de prueba mediante la manipulacin de las cantidades de luz de las tres luces primarias. Las dos partes del campo visual, a pesar de que tienen la misma apariencia, no tienen la misma distribucin espectral por lo que al color resultante de la mezcla de las tres luces primarias se le da el nombre de metmero.

El conjunto de luces primarias que se pueden utilizar en un experimento de igualacin de color debe cumplir una condicin y es que ninguno de los colores primarios pueda obtenerse por la mezcla de los otros dos. En la prc-tica se ha comprobado que para obtener conjuntos de tres luces que puedan ser utilizadas como primarias, sus longitudes de onda deben estar amplia-mente separadas en el espectro visible. Con el fin de tipificar las referencias calorimtricas, La Comisin Internacional de Iluminacin (CIE), ha utilizado como primarios de su sistema R G B (rojo, verde, azul) tres luces de 700, 546.1 y 435.8 nm

La Figura 2.4 muestra la funcin resultante de un experimento que utili-z estas luces primarias. En ella se especifica las cantidades de R [r (/..)], G [g (/..)] y B [b (/..)] necesarias para igualar los colores de prueba correspondientes al espectro visible. Estas cantidades se denominan valores triestmulo y estn expresadas en unidades tricromticas7

7. Las unidades tricromticas se establecen por referencia a un experimento de igualacin en el que el estmulo de prueba es un blanco con un espectro igual de energa en todas las lon-gitudes de onda. Las cantidades de luz de cada luz primaria necesarias para igualar este blanco son las que se toman como unidad de referencia.


0.4f----l------+------+-----+----

600 700

Longitud de onda (le) nm. t E e::

--+-----:;---0 .....

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FIGURA 2.4. Funciones resultantes de un experimento de igualacin del color uti-lizando el sistema R G B. Fuente : Adaptacin de la figura 4 (3.2.3.) de la obra de Gnther Wyszecki & W. S. Stiles Color Science. 1982 (2. 0 ed.), New York: John Wiley and Sons, p. 124. Reproducida con autorizacin de John Wiley and Sons, lnc.

Obsrvese en la Figura 2.4 que para igualar las longitudes de onda com-prendidas entre los 435.8 y los 546.1 nm los valores de R que hay que aadir a la mezcla tienen un valor negativo. Esto significa que la igualacin de los colores correspondientes a las longitudes de onda comprendidas en ese rango no puede lograrse mediante la mezcla de las tres luces primarias, pero s se logra si la cantidad de R se mezcla con la luz del estmulo de prueba. En este caso lo que se hace es disminuir la saturacin del estmulo de prueba y lograr de esta forma que el color resultante sea igualado por una mezcla de G y B. As pues, en sentido estricto no es verdad que la apariencia de cualquier color pueda ser igualada por la mezcla de tres luces primarias, sin embargo s es ver-dad que la igualacin de cualquier color puede lograrse mediante la manipu-lacin de tres luces primarias lo que permite establecer un sistema descriptivo basado en tres luces primarias que incluya todos los colores.

La ecuacin del color es la expresin que determina la cantidad de cada luz primaria que es necesaria para lograr la igualacin del color (E) corres-pondiente a una determinada longitud de onda (A.). Por ejemplo, con refe-rencia a la Figura 2.4, el color correspondiente a una longitud de onda de 4 7 5 nm tiene la siguiente ecuacin del color:

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E475 =- 0,045R + 0,032G + 0,186B

En este caso ha sido necesario proyectar 0,045 unidades tricromticas de R en el campo de prueba para lograr la igualacin, por eso aparece como un valor negativo en la ecuacin.

La mezcla de luces puede expresarse en trminos de una ecuacin lineal porque cumple las propiedades de homogeneidad y superposicin. La super-posicin supone que si a ambos lados de la ecuacin se suma una constante, la igualacin persiste. Esta propiedad suele conocerse con el nombre de ley aditiva de Grassmann en honor al investigador que la descubri. La homoge-neidad supone que una igualacin persiste si ambos trminos de la ecuacin se multiplican por una constante. Aunque est implcitamente supuesto, es conveniente caer en la cuenta de que la mezcla de colores tambin tiene las propiedades simtrica y transitiva8

1.5 .3. El diagrama de cromaticidad

Dado que en toda mezcla de luces, la cantidad de luz en la mezcla es igual a la suma de las cantidades de cada luz primaria y la apariencia de la mezcla no depende de los valores triestmulo absolutos, se puede definir un sistema de coordenadas basado en la contribucin proporcional de cada luz primaria al total de la mezcla. Por ejemplo, la proporcin de R a la mezcla viene dada por la ecuacin:

r = R 1 (R + G + B)

de igual manera puede determinarse la proporcin de G y de B. A los valores r, g y b que representan la contribucin proporcional de cada luz primaria a la mezcla se les llama coordenadas de cromaticidad. Un sistema de represen-tacin de los colores basado en coordenadas de cromaticidad puede utilizar solamente dos coordenadas ya que el valor de la tercera coordenada viene determinado por la diferencia entre uno y la suma de los valores de las dos coordenadas que se utilizan en la representacin bidimensional. ste es el caso del diagrama de cromaticidad de la CIE que aparece en la Figura 2.5.

Este diagrama est basado en el sistema X Y Z cuyos valores primarios no corresponden a un conjunto particular de luces primarias sino que son trans-formaciones lineales del sistema R G B. Estas transformaciones se hicieron con el propsito de tipificar la representacin y teniendo en cuenta una serie de ventajas, entre ellas la de que los valores triestmulo fueran todos positivos.

8. La propiedad simtrica implica que si el estmulo A iguala el color del estmulo B entonces el estmulo B iguala el color del estimulo A. La propiedad transitiva implica que si el estimulo A iguala al B y B iguala C entonces el estmulo A iguala C.


-8

Longitud de onda dominante A_ , -7

-6

500 -5 Pureza de excitacin

Pe=-a-a+b

y -4

-3

-2

o -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8

X

FIGURA 2.5. Diagrama de cromaticidad de la Comisin Internacional de la Iluminacin (CIE).

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En la Figura 2.5, puede verse que las coordenadas X e Y son suficien-tes para construir un sistema de representacin de todos los colores. En el permetro de la lnea curva continua se representan las distintas longitudes del espectro luminoso con sus correspondientes matices de color en el grado mximo de pureza de excitacin. La lnea recta que une el punto de los 400 nm con el de los 700 nm corresponde a la zona de colores prpura que no son espectrales. En el centro del diagrama se sita la zona de colores acrom-ticos con el punto D correspondiente al valor del estmulo acromtico que sirve de referencia al sistema de unidades tricromticas utilizado9 Para los colores situados dentro del diagrama de cromaticidad puede determinarse su longitud de onda dominante, si la tienen, as como su pureza de excitacin. La longitud de onda dominante de un estmulo de color est correlacionada con el matiz perceptivo del mismo. En el diagrama de cromaticidad se puede determinar mediante una lnea que, trazada desde el punto de referencia D y pasando por el punto correspondiente al color que se quiere determinar

9. Por ejemplo en el sistema de 1931 de la CIE se ha utilizado como referencia el punto D65 cuyas coordenadas son: X= 0,3127 e Y= 0,3290.

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(Q), corte el permetro del diagrama. El punto de interseccin determina la longitud de onda dominante (A,d). La pureza de excitacin est correlacionada con la saturacin y es fcil de entender por referencia a la recta menciona-da en la definicin anterior. La pureza de excitacin es el cociente entre la distancia desde el punto de referencia D al punto correspondiente al color (Q) y la distancia de la recta que une D con A,d pasando por Q. La pureza de excitacin es cero cuando D y Q coinciden y alcanza el valor de 1 cuando Q y A,d coinciden.

El diagrama de cromaticidad nos permite tambin determinar los pares de colores complementarios10, que son aquellas parejas de colores que, mez-cladas en proporciones adecuadas, producen una igualacin con un color acromtico determinado (el de referencia, que en este caso es el blanco). En el diagrama de cromaticidad, los puntos opuestos del permetro que estn unidos por una recta que pasa por el punto de referencia D, determinan lon-gitudes de onda que son complementarias. No todas las longitudes de onda tienen complementaria. Como puede verse en el diagrama de la Figura 2.4, los estmulos de color de longitudes de onda comprendida entre aproxima-damente 493,3 y 566,5 no tienen complementario. El punto opuesto a estas longitudes de onda en el diagrama cae en la recta de los colores prpura que no son colores espectrales.

1.6. La mezcla de pigmentos

Lo que se ha expuesto hasta este momento se ha referido exclusivamente a la mezcla de luces de colores. Como hemos visto, en este tipo de mezcla la resultante de la mezcla es igual a la suma de la cantidad de luz de las luces primarias, por ello se llama tambin mezcla aditiva de colores. Sin embargo no toda mezcla de colores es aditiva. Hay situaciones en que la resultante de una mezcla no es aditiva respecto a sus componentes. El caso ms frecuente de mezcla no aditiva es la mezcla de pigmentos, tal como la puede llevar a cabo un pintor en su paleta. En este caso la mezcla suele llamarse sustractiva porque hay que tomar en consideracin las longitudes de onda que son ab-sorbidas y las que son reflejadas por los pigmentos. Por ejemplo, un pigmento azul absorbe longitudes de onda largas y refleja las cortas que son las que le proporcionan la apariencia azul. Por el contrario, un pigmento amarillo absorbe longitudes de onda cortas y refleja longitudes de onda largas. En la mezcla de ambos pigmentos, el azul absorbe las largas y el amarillo las cortas por lo que en la mezcla las longitudes de onda ms reflejadas son las medias, que producen una sensacin verde. Este resultado es la consecuencia de una

10. Tcnicamente longitud de onda complementaria se define como la longitud de onda del estimulo monocromtico que, cuando se mezcla aditivamente en proporciones adecuadas con el estmulo en consideracin, produce una igualacin con un color acromtico determinado (el de referencia).


supresin de longitudes de onda provocada por la reflectancia particular de cada pigmento. En una mezcla de luces, realizada en las debidas proporcio-nes, la mezcla de azul y amarillo hubiera producido un efecto gris ya que azul y amarillo son colores complementarios.

2. TRICROMATICIDAD

La experimentacin con mezcla de luces que hemos estudiado, fue el funda-mento ms slido de la teora tricromtica del color. Esta teora fue propuesta en 1777 por George Palmer e independientemente vuelta a descubrir por Thomas Young en 1802. La teora fue posteriormente elaborada por Maxwell y Helmholtz y suele ser conocida como la teora tricromtica de Young y Hel-mholtz. En su vertiente psicofsica, la teora defenda que las sensaciones de color fundamentales eran tres: rojo, verde y azul. En su vertiente fisiolgica, mantena la existencia de tres tipos de receptores especialmente sensibles a diferentes longitudes de onda. Segn Helmholtz, cada uno de los receptores responda preferentemente a un tipo de longitud de onda, uno a las cortas, otro a las medias y otro a las largas. No obstante, cada uno de ellos era diferencialmente sensible a un rango de longitudes de onda amplio, por lo que se daba un cierto grado de solapamiento entre las distribuciones de sen-sibilidad de los tres receptores. Cada uno de los receptores, considerado de forma aislada, era ciego al color; sin embargo, debido al solapamiento de las funciones de sensibilidad, cualquier longitud de onda era capaz de estimular de forma diferente a cada receptor. El patrn de activacin producido en los receptores por las distintas longitudes de onda era el responsable directo de la experiencia de color.

La teora tricromtica tena a su favor un gran conjunto de resultados pro-venientes de experimentos de mezcla de luces como los que hemos estudiado anteriormente. Adems es una teora que explica bien las deficiencias crom-ticas. Por ltimo, la fisiologa actual nos permite afirmar que, en el nivel de los receptores, la codificacin del color tiene lugar de acuerdo con los postulados fundamentales de la teora tricromtica. Veamos estos dos ltimos puntos con ms detenimiento.

2.1. Las deficiencias cromticas

Existen varios tipos de deficiencias en la percepcin del color. En muy ra-ros casos se produce una verdadera ceguera al color -acromatopsia- que reduzca la visin a la dimensin de claridad en la gama de blancos, grises y negros. Las personas que la padecen no necesitan ms que una luz primaria en un experimento de igualacin ya que slo pueden basar su discriminacin en la dimensin de brillo-claridad.

74 PERCEPCIN VISUAL

Ms frecuente es la dicromatopsia. Quien la padece slo tiene dos de los tres tipos de receptores del color, por lo que un dicrmata slo necesita uti-lizar dos luces primarias para igualar una luz de prueba en un experimento de igualacin de colores. Dependiendo del tipo de receptor que falte, pueden presentarse tres tipos de dicromatopsia. Los protanopas carecen de recepto-res de onda larga. Si una luz roja se hace ms brillante que una luz verde, el protanopa confundir estos colores. Los deuteranopas carecen de receptores de onda media. Esta deficiencia es ms comn que la protanopia y afecta tam-bin a la discriminacin entre el verde y el rojo 11 La apariencia del color para protanopas y deuteranopas es similar, las longitudes de onda cortas tienden a aparecer azules y las largas tienden a aparecer amarillas. En medio de estas dos bandas hay un punto acromtico de color gris que permite discriminar a protanopas de deuteranopas ya que para los primeros tiene lugar en los 492 nm y para los segundos en los 498 nm. Los tritanopas carecen de receptores de ondas cortas y son poco frecuentes entre la poblacin (1 entre 20.000 personas). La apariencia que toman los colores para el tritanopa es de verde para las longitudes de onda cortas y rojo para las largas. El punto gris de neu-tralidad cromtica lo presentan en los 570 nm.

Existen otros tipos de anomalas llamadas tricromticas que no son debi-das a la falta de un tipo determinado de receptor sino a un funcionamiento anmalo de los receptores. Quienes las padecen pueden igualar cualquier color con una mezcla de tres luces primarias pero la mezcla difiere de la utili-zada por las personas consideradas normales.

A lo largo de la historia de la investigacin del color el estudio de las de-ficiencias cromticas influy poderosamente a favor de la teora tricromtica. No obstante, la evidencia determinante a favor de la teora la aport la inves-tigacin directa de los receptores.

2.2. Fisiologa de los fotorreceptores

A mediados del siglo veinte la investigacin fisiolgica fue capaz de aislar y extraer el fotopigmento de los bastoncillos llamado rodopsina. Cuando este fotopigmento es expuesto a la luz, sufre una serie de modificaciones qumicas que acaban produciendo un cambio gradual en el potencial de membrana. Una caracterstica de todo este proceso es que no cambia a pesar de que cambie la longitud de onda que es absorbida. Es decir, aunque los cuantos de longitud de onda corta poseen ms energa que los cuantos de longitud de onda larga, la secuencia de reacciones es la misma cuando se absorben unos

11. En general se conoce con el nombre de daltonismo a la imposibilidad de discriminar entre el rojo y el verde. El nombre de la deficiencia proviene de John Dalton, fsico y qumico britnico que puso los fundamentos de la teora atmica. Dalton sufri la deficiencia, la descri-bi y don sus ojos a la investigacin cientfica, lo que ha permitido determinar que Dalton era deuteranopa.


que cuando se absorben otros. A esta propiedad se le da el nombre de univa-rianza (Rushton, 1965) significando con ello que el fotopigmento establece una correspondencia entre toda la gama de longitudes de onda del espectro visible y un nico tipo de output que es la tasa de absorcin. La respuesta de la rodopsina no codifica informacin alguna sobre la composicin espectral de la luz y por ello no somos capaces de discriminar luces de diferente color en condiciones de visin escotpica. Obsrvese que univarianza no significa que la rodopsina absorba de igual forma todas las longitudes de onda; no es as, de hecho es ms sensible a las longitudes de onda media que a las bajas o altas, como se ha visto antes en la funcin de sensibilidad escotpica. Univa-rianza significa que, una vez absorbidos, los cuantos de cualquier longitud de onda tienen el mismo efecto visual.

La propiedad de univarianza permite establecer una relacin entre la tasa de absorcin del fotopigmento y los resultados de un experimento de iguala-cin escotpica comparando la funcion de absorcin de la rodopsina con la funcin de sensibilidad espectral escotpica. Wald y Brown (195 6) hicieron esa comparacin y comprobaron que el grado de solapamiento entre ambas es prcticamente perfecto. Resultados como ste permiten establecer que la tasa de absorcin de la rodopsina es el fundamento biolgico de la igualacin escotpica.

Con respecto a los conos, la investigacin de los fotopigmentos ha sido ms complicada y no han podido ser aislados hasta hace unos aos por pro-cedimientos de ingeniera gentica (Merbs y Nathans, 1992). No obstante, utilizando una gran variedad de procedimientos, hace tiempo que se haba establecido la existencia de tres tipos de conos que presentan una sensibilidad diferente a las distintas longitudes de onda. Unos conos muestran mayor ca-pacidad de absorcin para las longitudes de onda corta, por lo que son llama-dos conos S; tienen una sensibilidad mxima en torno a los 440 nm12 Otro grupo de conos M muestra mayor capacidad de absorcin para las longitudes de onda medias, con un mximo en torno a los 530 nm. El tercer grupo de conos L es ms sensible a las longitudes de onda largas y su pico mximo se sita en torno a los 5 60 nm 13 Los conos L son los ms abundantes en la retina humana, son aproximadamente el doble que los conos M. Los ms escasos son los conos S que vienen a representar entre el cinco y el diez por ciento de la poblacin de conos. Segn la opinin de Rusell y Karen De Valois (De Valois & De Valois, 1993) la razn entre los conos L, M y S viene a ser aproximadamente de 10 : 5 : 1.

12. Las referencias numricas estn basadas en Schnapf, Kraft & Baylor (1987). 13. Aunque hay acuerdo en que existen tres tipos diferentes de conos, las investigaciones

ms recientes plantean la posibilidad de que el nmero de pigmentos sea mayor. En particu-lar, es posible que los conos L posean dos tipos de pigmentos con mximos de sensibilidad ligeramente diferentes y que algo parecido ocurra con los conos M (Neitz, Neitz & Jacobs, 1991).

76

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3.1. Fenmenos que cuestionan la teora tricromtica

a) Tareas de clasificacin de colores. Hering observ que, cuando se peda a los sujetos el agrupamiento de un conjunto de fichas de diferentes colores, el nmero de categoras ms frecuentemente utilizado era cuatro: rojo, verde, azul y amarillo. Si los colores fundamentales fueran tres, por qu se utilizaba el amarillo como categora independiente de las otras tres?

b) Combinaciones de colores. Aunque la teora tricromtica es capaz de predecir el resultado de la mezcla de luces, no es capaz de explicar por qu no podemos tener experiencia de determinadas combinaciones. Por ejemplo, el prpura es un color que parece ser rojo y azul, el naranja responde a una mezcla de rojo y amarillo, pero no existe experiencia de colores que respon-dan a combinacin de rojo y verde o de azul y amarillo 14

e) Deficiencias cromticas. Anteriormente hemos hablado de las deficien-cias cromticas y hemos visto que guardan una relacin estrecha con la falta de determinados fotorreceptores, sin embargo tambin decamos que, por ejemplo, la experiencia visual de un protanopa es semejante a la de un deu-teranopa. La prdida de la experiencia de color no ocurre de forma indivi-dualizada para cada uno de ellos, sino que tiene lugar por pares, y los em-parejamientos no son arbitrarios sino que afectan al par rojo-verde o al par azul-amarillo.

d) Posefecto de color. Si un observador fija su vista en una superficie co-loreada durante cierto tiempo y, a continuacin, cambia su mirada a una su-perficie blanca, esta superficie adquirir la apariencia del color oponente al que tena la primera superficie.

Fije su mirada en el punto negro central de la Figura 2.7.a (p. 98) durante unos treinta segundos procurando que los ojos no se muevan del punto de fijacin. A continuacin traslade su mirada a la zona blanca de la derecha de la figura (Figura 2. 7 .b ). Observar que la superficie blanca adquiere las to-nalidades de los colores oponentes. Este fenmeno se conoce con el nombre de posefecto de color y est ntimamente relacionado con el fenmeno de adaptacin cromtica que consiste en la perdida de sensibilidad para un de-terminado matiz como consecuencia de una exposicin repetida a ese mismo matiz.

Fenmenos como estos llevaron a muchos autores a defender la existencia de ms de tres colores fundamentales. Por ejemplo, Ernst Mach, famoso fsico y filsofo austriaco, propuso la existencia de seis colores fundamentales: rojo, verde, azul, amarillo, blanco y negro. Sin embargo, la teora que se opuso con ms fuerza a la teora tricromtica fue la de Ewald Hering.

14. Recurdese que la asociacin del verde con la mezcla de azul y amarillo responde a una experiencia basada en la mezcla de pigmentos, no en la mezcla de luces.

78 PERCEPCIN VISUAL

3 .2. Teora de Hering

Hering, siguiendo a Mach, sostuvo la existencia de seis colores fundamentales, relacionados en pares amarillo-azul, rojo-verde y blanco-negro. Sin embargo, su teora de los receptores defenda la existencia de tres sistemas retinianos, por lo que el nmero de receptores postulados no era diferente del postulado por la teora tricromtica. La diferencia fundamental radicaba en la forma de entender el funcionamiento de esos mecanismos. Para Hering, cada recep-tor estaba preferentemente dedicado al procesamiento de un par de colores oponentes y la respuesta de los receptores no era monofsica (excitatoria), sino bifsica (excitatoria e inhibitoria). Hering asumi la existencia de tres sustancias visuales en la retina, cada una capaz de experimentar un cambio qumico en una de dos direcciones antagnicas. Hering llam a estos cambios asimilacin y desasimilacin y relacion la fase de asimilacin de cada sustan-cia con la codificacin del azul, el verde y el negro, y la fase de desasimilacin con la codificacin del amarillo, el rojo y el blanco respectivamente, de forma que en cada uno de los tres pares, amarillo-azul, rojo-verde, y blanco-negro el primer miembro del par estaba asociado con la desasimilacin y el segundo con la asimilacin.

Durante mucho tiempo los tericos del color se dividieron entre partida-rios de la teora tricromtica y partidarios de la teora de procesos oponentes. Hasta mitad del siglo xx, la teora preferida fue la teora tricromtica, aunque ya en 1905 von Kries y posteriormente Mller y Schrodinger manifestaron que las dos teoras no tenan por qu ser incompatibles. Ambas podan ser correctas pero en fases diferentes del procesamiento del color. Sin embargo, para la gran mayora de los investigadores aceptar una teora de doble proce-so resultaba una complicacin excesiva y una innecesaria violacin del princi-pio de economa explicativa. No obstante, los trabajos de Hurvich y Jameson (1957) abrieron definitivamente la puerta a una teora de doble proceso.

3.3. Teora de Hurvich y Jameson

Hurvich y Jameson utilizaron un procedimiento psicofsico conocido como experimento de cancelacin de matiz. En este tipo de experimento, se pide al observador que juzgue si una luz de prueba tiene apariencia, por ejemplo, rojiza o verdosa. Si la apariencia es rojiza, el observador debe aadir luz verde hasta cancelar la impresin de luz rojiza. Si aparece verdosa, la luz que debe aadir es la roja. La idea central en el procedimiento consiste en la cancela-cin mutua de los matices oponentes de forma que, una vez que el matiz rojo o verde de la luz de prueba ha sido cancelado, la luz de prueba, ms la luz aadida para cancelar, adquiere una tonalidad amarilla, azul o gris. El pro-cedimiento es el mismo para cancelar los matices azulados o amarillentos, se utiliza luz amarilla para cancelar el azul y luz azul para cancelar la amarilla.


La Figura 2.8 (p. 97) muestra la valencia cromtica del espectro visual obtenida mediante la aplicacin de este mtodo. En la parte A de la figura se representa la fuerza del par azul-amarillo. En las longitudes de onda cor-tas -valores menores de 5 00 nm aproximadamente- predomina el matiz azulado, mientras que en las largas -por encima de 500 nm- predominan los matices amarillentos15 . En el apartado B de la figura se representa la fuerza del par rojo-verde. Obsrvese que el matiz rojo est presente en las longitudes de onda cortas aunque en menor medida que en las largas; en las longitudes de onda medias predomina exclusivamente el verde. El apartado e representa la superposicin de las funciones anteriores con la particula-ridad de que, para acentuar el carcter oponente de cada par de colores, se ha dado a los matices azul y verde valores negativos. Se trata solamente de una convencin que no debe hacernos olvidar que los valores de las luces utilizadas son siempre positivos.

Sobre la base de estos datos psicofsicos, Hurvich y Jameson propusieron una teora de la codificacin del color de dos fases que reconciliaba la teora tricromtica de Helmholtz con la teora de los procesos oponentes de He-ring. La teora tricromtica era fundamentalmente correcta en el nivel de los receptores puesto que solamente existan tres tipos de fotorreceptores en la retina que se activaban en distinto grado ante cada longitud de onda. Sin em-bargo, en una segunda fase se produca una nueva codificacin en trminos de procesos oponentes de forma que determinados mecanismos cerebrales codificaban el par rojo-verde mientras otros mecanismos codificaban el par azul-amarillo. Hurvich y Jameson postularon adems la existencia de un ter-cer mecanismo no oponente para el par blanco-negro encargado de procesar la claridad.

El modelo de Hurvich y Jameson estaba fundamentado en los datos psi-cofsicos procedentes de experimentos de cancelacin de matices. En la ms pura tradicin de la psicologa experimental, postulaba la existencia de deter-minados mecanismos neuronales para explicar los datos psicofsicos, pero no estaba apoyado en evidencia fisiolgica directa. No obstante, la influencia de sus investigaciones fue grande y dieron un fuerte impulso a la investigacin fisiolgica del color.

15. En la Figura 2.8 apartados A y B, el color de los crculos hace referencia al color de la luz de cancelacin. Debe tenerse en cuenta que la valencia cromtica azul de cada longitud de onda se ha calculado mediante la cantidad de luz amarilla que ha sido necesaria para cancelar el matiz azulado de esa longitud de onda. Igualmente la valencia cromtica amarilla se ha calcula-do mediante la cantidad de luz azul necesaria para cancelar el matiz amarillo. As, las longitudes de onda inferiores a 500 nm han sido mezcladas con luz amarilla para poder ser canceladas, mientras que las superiores a 500 nm han sido canceladas con luz azul. De la misma forma debe interpretarse el grfico de la Figura 2.8, B, para el par rojo-verde. El color de los crculos en el apartado C designa directamente la valencia cromtica para el rojo y el amarillo con valor positivo y para el verde y el azul con valor negativo.

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3.4. Investigaciones de DeValois

Las ideas de Hurvich y Jameson, y en consecuencia la teora de los procesos oponentes, encontraron apoyo fisiolgico en las investigaciones de Rusell De-Valois y sus colaboradores (De Valois, R. L., Smith, C. J, Kitai, S. T. & Karoli, S. J., 1958. De Valois 1965. De Valois, Abramov, y Jacobs, 1966). Estos in-vestigadores descubrieron en el ncleo geniculado lateral (NGL) del tlamo de primates, clulas que respondan selectivamente al color de una forma similar a la postulada por la teora de los procesos oponentes. Unas clulas eran activadas por la luz roja e inhibidas por la luz verde y otras respondan de forma opuesta, se activaban ante la luz verde y eran inhibidas por la luz roja. Lo mismo ocurra para el par azul-amarillo. Una clulas eran activadas por la luz azul e inhibidas por la amarilla, mientras que otras presentaban el patrn opuesto. Adems encontraron clulas no oponentes, algunas de las cuales eran excitadas por cualquier tipo de longitud de onda e inhibidas por la ausencia de luz y otras que eran activadas por la ausencia de luz e inhibi-das por su presencia. En conjunto, las clulas descubiertas por De Valois y colaboradores presentaban un patrn de codificacin del color que estaba de acuerdo con la teora de los procesos oponentes. Estos resultados, junto con los tres tipos de fotorrectores del color, proporcionaron un impulso defini-tivo a las teoras duales de procesamiento del color como la propuesta por Hurvich y Jameson.

3.5. Avances recientes

Con posterioridad a los descubrimientos de De Valois que acabamos de ver se han producido avances importantes tanto de carcter emprico como terico.

3.5.1. Investigacin emprica

Desde el punto de vista emprico, la investigacin fisiolgica descubri muy pronto que el procesamiento oponente del color no tena su comienzo en el ncleo geniculado lateral del tlamo, sino que se iniciaba ya en la retina, concretamente en el nivel de las clulas bipolares y ganglionares. De hecho, la especializacin de las vas nerviosas en lo referente a la transmisin de la informacin cromtica se inicia ya en las clulas bipolares y ganglionares y contina hasta la corteza a travs de, al menos, tres vas diferentes:

l. La va P tiene su origen en las clulas bipolares enanas y deja la retina a travs de las clulas ganglionares del mismo nombre 16 Este grupo de clulas

16. Las clulas ganglionares enanas son las ms numerosas, representando aproximada-mente el 80o/o de las clulas ganglionares. Estas clulas conducen la informacin de forma relati-vamente lenta (unos 6 m/s) y disparan de forma sostenida mientras el estmulo est presente.


comprende tanto neuronas de centro on como neuronas de centro off y tanto las unas como las otras contactan con un nico cono L y M en el centro de la fvea 17 Los conos S, que son menos abundantes que los L y M, parece que solamente hacen contacto con bipolares enanas de centro off. Para todas estas clulas el contorno oponente al centro parece estar controlado por seales procedentes de una mezcla de los otros tipos de conos. Las clulas gangliona-res envan la informacin a las capas parvocelulares del ncleo geniculado la-teral que a su vez la proyecta sobre la capa 4Cb de la corteza visual primaria. La va P es la principal portadora de informacin sobre el color.

2. La va M. Tiene su origen en las clulas bipolares difusas que envan su informacin a las clulas ganglionares parasoP8 Estas clulas contactan preferentemente con grupos de bastoncillos y con grupos de conos L y M que contribuyen de forma conjunta, por lo que las clulas no pueden pro-porcionar una base para discriminar entre diferentes longitudes de onda. Las clulas parasol envan su informacin a las capas magnocelulares del ncleo geniculado lateral que desde all se proyecta sobre la capa 4Ca y 4B de la cor-teza visual primaria. Aunque no enva informacin cromtica diferenciada, esta va proporciona la principal informacin que determina las funciones de luminosidad escotpica y fotpica.

3. La va K. Ha sido la ltima de las vas claramente diferenciada. Se ha podido rastrear su origen en unas clulas ganglionares llamadas peque-as biestratificadas que poseen un centro on activado por un cono S y un contorno inhibitorio que recibe informacin de conos L y M. Estas clulas ganglionares proyectan su informacin sobre las capas K19 del ncleo geni-culado lateral y desde all a la zona de las gotas (blobs) en las capas 2 y 3 de la corteza visual primaria. Esta va transmite hasta la corteza informacin oponente relacionada con los conos S por lo que parece razonable pensar que est preferentemente relacionada con la codificacin del par de colores azul-amarillo.

3.5.2. Elaboracin terica

Desde un punto de vista terico, el inters de la investigacin se ha centrado en la construccin de modelos que, siendo fieles a los descubrimientos emp-ricos obtenidos, puedan explicar la forma en que la codificacin tricromtica que tiene lugar en los receptores, se transforma en una codificacin en pares

17. Fuera de la fvea las clulas bipolares enanas reciben informacin de ms de un cono y no parecen distinguir a los L de los M.

18. Las clulas ganglionares parasol, llamadas as por el parecido con una sombrilla que le da la distribucin de sus dendritas, constituyen aproximadamente un 10% de las clulas gan-glionares, su velocidad de conduccin es mayor (unos 15 m/s) que la de las ganglionares enanas y responden a la estimulacin con un disparo rpido y transitorio del potencial de accin.

19. Las capas K o koniocelulares estn situadas entre las parvocelulares y las magnocelula-res en el ncleo geniculado lateral.

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de colores oponentes y, en ltima instancia, en la experiencia de color tal como aparece en nuestra consciencia. Son muchos los modelos que se han hecho, pero quizs uno de los ms influyentes ha sido el propuesto por los DeValois (DeValois & DeValois, 1993) que veremos a continuacin.

El modelo que han propuesto los DeValois es un modelo de cuatro fases que tienen lugar en zonas diferentes de los centros nerviosos relacionados con el procesamiento visual del color.

l. La primera fase tiene lugar en el nivel de los receptores y es de natura-leza tricromtica. Tenemos tres tipos de receptores del color diferencialmente sintonizados a longitudes de onda largas (conos-L), longitudes de onda media (conos-M) y longitudes de onda corta (conos-S) . La proporcin de conos L: M:S es 10:5 :1.

2. La segunda fase es de naturaleza oponente y tiene lugar en la retina y en el ncleo geniculado lateral del tlamo. En la retina, una red neuronal formada por las conexiones e interacciones de los fotorreceptores con las dems clulas retinianas (bipolares, horizontales, ganglionares y amacrinas) da origen a seis tipos de clulas ganglionares enanas oponentes. Tres de ellas, llamadas L , M y S 20 , tienen un centro activado directamente por conos

o o o

L, M y S respectivamente y un contorno que en todas ellas es inhibido por influencias indirectas provenientes de conos L + M + S. As, la informacin que converge en una clula Lo puede representarse como L - (LMS), la que converge en M o como M - (LMS) y la de So como S - (LMS). Las otras tres enanas oponentes, -Lo'-Mo y -S

0 tendran una organizacin on off opuesta a

las anteriores ya que sera inhibidas en su centro por conexiones directas con conos L, M y S y excitadas en su contorno por las influencias indirectas de conos L+ M + S. La representacin de la informacin convergente sobre cada una de estas clulas sera -L + (LMS), -M + (LMS) y -S + (LMS). Estos seis tipos de clulas ganglionares enanas mandan la informacin al ncleo geniculado lateral (NGL) a travs de la va P. En la retina tiene lugar tam-bin la codificacin de la informacin que se transmite por la va M pero no nos detendremos en ella ya que el modelo de los De Valois se centra en la informacin transmitida por la va P21 A partir de ahora nos centraremos exclusivamente en la va P.

En el ncleo geniculado lateral del tlamo tiene lugar una organizacin ms precisa del contorno de las unidades acentuando la naturaleza oponen-te de las mismas. As, las clulas con un centro relacionado con un cono L reciben en su contorno un input antagonista proveniente exclusivamente de conos M y viceversa. En este nivel las clulas adquieren una estructura que

20. El subndice o significa oponente. 21. El modelo de DeValois y DeValo is (1 993) no toma en consideracin la aportacin de

la va K cuya existencia se ha establecido con posterioridad a la formulaci n del mismo. No obstante, el descubrimiento de la va K slo obligara a introducir pequeas modificaciones en el modelo dado el papel que ste encomienda a las unidades So y -\


puede representarse as: L0

como L - M, -L0

como -L + M, M0

como M - L, -M como -M + L, S como S - LM, y -S como -S + LM. Por tanto, en este

o o o

nivel la codificacin del color adquiere un carcter claramente oponente en su estructura centro-contorno. Esta organizacin proporciona a las clulas del NGL la posibilidad de responder tanto a variaciones en el color como a variaciones en la luminancia de los estmulos. Esta idea se puede entender mejor examinando la Figura 2.9.

Mapa de input de cono Lo

/

Campo receptivo de luminancia

Campo receptivo de color

FIGURA 2.9. Organizacin funcional respecto al color en las clulas del ncleo geniculado lateral (NGL) del tlamo.

En la parte izquierda de la figura se puede ver la estructura centro-con-torno de una clula Lo que tomamos como ejemplo. Dependiendo del tipo de estimulacin que incide sobre esta clula, el campo receptivo de la misma puede ser de dos formas diferentes. Si la clula es estimulada por una luz acromtica blanca, que contiene todas las longitudes de onda, la respuesta de la clula ser excitatoria en su centro e inhibitoria en su contorno, es decir la respuesta ordinaria de una clula on-off a los cambios de luminancia. Esto es lo que aparece en la parte superior derecha de la figura. Sin embargo, si la luz que incide sobre la clula es roja, entonces el centro L responder hasta su mximo posible mientras que el contorno -M, al no ser sensible a la luz roja, no producir inhibicin. El resultado ser un campo receptivo uniforme respecto al color.

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3. La tercera fase es la fase principal para el modelo pues en ella se produ-ce la separacin de la informacin referente al color de la informacin corres-pondiente a la luminancia y tambin tiene lugar la organizacin del cdigo del color en un espacio tridimensional siendo estas dimensiones los pares rojo-ver-de, amarillo-azul y blanco-negro. Estos dos problemas se resuelven mediante combinaciones particulares de la informacin que proporcionan las clulas del NGL que hemos visto en la fase anterior y tiene lugar en la corteza visual.

La separacin del color y la luminancia se puede entender considerando las propiedades de las clulas ejemplificadas en la Figura 2.9 . Supongamos, por ejemplo, que combinamos el output de una clula Lo con el de una -M

0

cuyo centro es inhibido por longitudes de onda medias y cuyo contorno es activado por las longitudes de onda largas. Como hemos visto antes, la clula Lo tiene un campo receptivo de centro excitatorio y contorno inhibitorio (on-off) en respuesta a los incrementos de luminancia, y tiene un campo uniforme excitatorio de color (rojo) en respuesta a los cambios hacia las longitudes de onda largas. En estas mismas situaciones de estimulacin, la clula -M

0

responde a los incrementos de luminancia con un centro inhibitorio y un en-torno excitatorio (off-on) y a la luz roja con un campo homogneo del mismo color que el producido por Lo ya que su centro inhibitorio no se ve afectado por las longitudes de onda largas. El resultado de la combinacin de Lo y -M

0

puede deducirse fcilmente dado el carcter lineal del modelo. Con respecto a los incrementos de luminancia los dos campos receptivos (on-off y off-on) se anularn mutuamente. Con respecto a la estimulacin de luz roja las dos clulas sumarn sus respectivos campos receptivos. El resultado final de esta combinacin es la produccin de unidades de procesamiento que son ciegas a la luminancia pero sensibles al color.

Consideremos ahora la combinacin del output de una clula L0

con una

clula Mo que tiene un centro excitatorio para las longitudes de onda medias y un contorno inhibitorio para las largas. En este caso la respuesta a incre-mentos en luminancia ser on-off para ambas producindose la suma de los campos receptivos. Sin embargo, la respuesta a la luz roja ser excitatoria en L e inhibitoria en M producindose as la cancelacin del color. El resultado

o o

final de esta combinacin es la produccin de unidades que son ciegas al color pero sensibles a la luminancia.

Resumiendo, la integracin de la informacin procedente de Lo y - Mo suma color y cancela luminancia mientras que la de Lo y + Mo suma lumi-nancia y cancela color. Lo mismo puede decirse para Mo y - L

0 y para M

0 y +

L El resultado final consigue separar el procesamiento del color del procesa-~~ento de la luminancia.

La organizacin del espacio tridimensional de los procesos oponentes es el resultado de aadir el output de las clulas So y -S

0 a las combinaciones que

acabamos de estudiar22

22. El modelo supone que en este nivel la contribucin del sistema S, formado por\ y -50


G + 8 +G) -Luz + +

8 + 8 + (9 -Oscuridad +yl~ +y~

G 8 8 G

Rojo Amarillo Verde Azul

FIGURA 2.1 O. Diagrama completo de la fase final del modelo propuesto por los DeValois. Fuente: Reproduccin de la figura 6 de Vision Research. 33, 8. Russell L. DeValois & Karen K. DeValois. A multi-stage color model, pp.1 053-1066. 1993.

Reproducida con autorizacin de Elsevier.

La Figura 2.10 representa el diagrama completo del modelo propuesto por los DeValois. Las lneas horizontales del diagrama representan combi-naciones que cancelan el color y codifican la luminancia, una dando lugar a acromticos claros y otra a acromticos oscuros. Las lneas verticales del diagrama representan las combinaciones particulares que llevan a la codifica-cin de los cuatro colores fundamentales que forman los dos pares oponen-tes cromticos: rojo, amarillo, verde y azul. El diagrama pone de manifiesto tambin los supuestos fundamentales del modelo. En esencia, los De Valois proponen que a lo largo de la va P, el eje predominante en la codificacin del color es el formado por las clulas que reciben en el centro de sus campos receptivos inputs que provienen de los conos L y M. El papel del sistema opo-nente S es romper esa predominancia cuando la informacin llega a la corteza visual modulando la actividad del sistema L M de dos formas diferentes que dan lugar a los ejes rojo-verde y amarillo-azul. As pues, los tres sistemas opo-nentes L M y S participan en la codificacin de los colores pero L y M son los principales. Incluso en la codificacin del azul, la contribucin de Mo es mayor que la de S

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es dos veces mayor que la que tienen los conos S en la retina. Es decir, si los pesos en la retina para L:M:S son 10:5:1, en este nivel son 10: 5: 2.

23. Este aspecto del modelo es interesante porque en las teoras del procesamiento del color siempre ha sido un problema difcil de explicar que el color azul se pueda percibir tan vvidamente como cualquier otro color fundamental siendo los fotorreceptores S mucho ms escasos que los L y M.

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4. La cuarta fase y ltima en el modelo asume la existencia de clulas complejas que responden selectivamente a un color y no a otros. En opinin de los DeValois, estas clulas deben darse en zonas corticales posteriores a Vl y no tienen el carcter oponente que tienen las clulas que participan en las fases anteriores. Estas clulas complejas disparan a una determinada regin espectral y no producen respuesta alguna a otras. Esto no significa que el procesamiento del color pierda su carcter oponente en esta fase, sino que el procesamiento es oponente entre clulas diferentes y no dentro de cada clula como lo era en las fases anteriores. Por ejemplo, aunque son clulas diferen-tes las que disparan al rojo y al verde, estas clulas nunca disparan las dos al mismo estmulo, cuando disparan las clulas sensibles al rojo no lo hacen las sensibles al verde y viceversa. Sin embargo, las clulas que disparan al rojo y las que lo hacen al amarillo, pueden disparar ambas ante el mismo estmulo.

El modelo de los DeValois es uno de los ms completos e influyentes en la investigacin actual y constituye una buena muestra de la complejidad que los actuales modelos de procesamiento del color van adquiriendo. Merece la pena destacar algunos de sus aspectos ms interesantes. En primer lugar, el modelo muestra cmo la informacin cromtica y la acromtica pueden ser proporcionadas por los mismos mecanismos. El modelo asume que la infor-macin acromtica, no slo es conducida por la va M sino tambin por la va P. En segundo lugar, el modelo muestra cmo pueden surgir clulas especia-lizadas en la respuesta a seis colores, organizados en tres pares oponentes, a partir de los tres fotorreceptores cromticos. Adems, el modelo proporciona una explicacin aceptable de la calidad de la percepcin de las longitudes de onda cortas a pesar de la escasez de receptores especialmente sensibilizados a las mismas. Finalmente, desde un punto de vista computacional el modelo es sencillo pues mantiene, a lo largo de sus principales fases, un funcionamiento lineal para todas las unidades de procesamiento. La investigacin futura se encargar de ir estableciendo la consistencia de los principales supuestos del modelo.

4. LA CONSTANCIA DEL COLOR Llegados a este punto, podra parecer que, con lo tratado hasta aqu, los as-pectos ms importantes del procesamiento del color han quedado cubiertos. De hecho, an se escriben libros de texto sobre percepcin que terminan el tema del procesamiento del color despus de presentar la armonizacin actual de la teora tricromtica y la teora de los procesos oponentes. Sin embargo, casi podramos decir que la historia no ha hecho ms que empezar. Obsrvese que las teoras que hemos tratado se han centrado en el procesamiento de estmulos muy sencillos, luces y superficies monocromticas aisladas. La in-formacin que nos ha proporcionado la investigacin con estos estmulos ha sido de gran valor, pero no es menos verdad que el estudio de la percepcin


del color exige la consideracin de estmulos ms complejos y de fenmenos que no pueden ser explicados por las teoras que acabamos de estudiar.

A mediados del siglo XX, un fsico, llamado Edwin Land, famoso por haber inventado la tcnica fotogrfica de revelado instantneo y fundador de la Polaroid Corporation, irrumpi en el campo de la investigacin del color con unas investigaciones que causaron un fuerte impacto en la comunidad cientfica (Land, 1959 a y b). Land, que haba desarrollado su tcnica para fotografa en blanco y negro, estaba investigando la forma de ampliarla para obtener fotografa en color. En el proceso, comprob que los principios de la colorimetra, que hemos visto anteriormente, no le permitan predecir la apariencia de los colores. Uno de los experimentos que provocaron en l mayor sorpresa y mayor dedicacin a la investigacin fue el siguiente. Tom dos fotografas en blanco y negro de una misma escena rica en colores, una de ellas la tom a travs de un filtro rojo, y la otra a travs de un filtro ver-de. Despus de hacer las correspondientes filminas, proyect a travs de un filtro rojo en una pantalla la imagen tomada con el filtro rojo y superpuso a esta imagen la segunda, que haba tomado con el filtro verde, pero proyec-tada sin filtro, es decir, proyectada con luz blanca. Sobre la base de la mez-cla de luces, era de esperar que el resultado de la superposicin fuera una escena o roja, o blanca o un rosa intermedio entre las dos luces mezcladas. Para sorpresa de todos, Land observ que la superposicin de las dos filmi-nas reproduca toda la gama de colores presentes en la escena inicial, casi con la misma viveza que si se tratara de una fotografa ordinaria en color. La reaccin de Land en contra de la teora tricromtica fue frontaJ24 pero el tiempo se ha encargado de demostrar que las observaciones de Land slo ponen de manifiesto la insuficiencia de la teora tricromtica para predecir la apariencia de los colores aunque sea til para predecir cundo dos luces parecern iguales.

Las observaciones de Land eran una demostracin ms de un fenmeno conocido como constancia del color. Nuestra vida cotidiana est llena de ex-

24. En su ataque a la teora tricromtica, Land lleg a afirmar la existencia de dos nicos re-ceptores del color. Debe tenerse en cuenta que en aquel tiempo la investigacin fisiolgica sobre los fotorreceptores no haba establecido an de forma clara la existencia de tres fotopigmentos. El razonamiento de Land estaba fundamentado en la evidencia psicofsica proporcionada por sus experimentos. Por otra parte, la reaccin de los principales investigadores del momento en la percepcin del color dio lugar a rplicas encontradas Oudd, 1960; Walls, 1960). En general se critic la pretendida originalidad de sus ideas argumentando que la dependencia de la apa-riencia del color del contexto era algo que vena siendo estudiado mucho antes de la publicacin del artculo y se trat de explicar las observaciones de Land por relacin a otros fenmenos ms conocidos de la percepcin del color tales como la adaptacin cromtica. Entre los investigado-res del color no cay nada bien ni el tono del artculo, ni las pretensiones de novedad con que haba sido escrito ni la publicidad dada por algunos medios de comunicacin a los trabajos de Land. Con todo, la influencia de estos trabajos ha sido grande no tanto por el valor final que su teora pueda tener para explicar la apariencia del color, cuanto por la forma en que formul el problema ya que anticip una postura computacional al mismo (Marr, 1982).

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periencias que ponen de manifiesto que la percepcin del color no depende exclusivamente de la cantidad de luz que un objeto refleja, o de la longitud de onda reflejada por el objeto sino de un conjunto de factores que tienen que ver con la naturaleza del objeto y con el contexto en que aparecen los colo-res. Supongamos que a plena luz del sol, a medioda, exponemos un trozo de carbn a los rayos del sol. Por mucha luz que refleje, el carbn contina apareciendo negro. Si comparamos la cantidad de luz reflejada por el carbn al medioda con la reflejada por una hoja de papel blanco al anochecer, po-dramos comprobar que, en trminos absolutos, la cantidad de luz reflejada por el carbn al medioda es mayor que la del papel blanco al anochecer. Sin embargo el carbn contina vindose negro al medioda y el papel contina vindose blanco al anochecer. Los colores de los objetos nos aparecen como una propiedad de los objetos que nos permite muchas veces reconocerlos como tales objetos, y esto no es posible si nuestra experiencia de color variara en funcin de las variaciones que sufre la luminancia de los objetos. Nuestro sistema visual responde a una caracterstica intrnseca de los objetos, como es su reflectancia, y no a las cantidades absolutas de luz que llegan a la retina, pero cmo puede conocer nuestro sistema visual la reflectancia de un objeto si lo nico que llega a la retina es su luminancia?

La Figura 2.11 (p. 98) presenta dos casos de contraste simultneo, uno acromtico y otro cromtico, que ponen de manifiesto la dependencia del contexto que tiene nuestra percepcin del color. En la parte superior de la figura, los dos cuadrados de los extremos tienen exactamente las mismas pro-piedades fsicas y por lo tanto provocan el mismo tipo de reaccin local en los fotopigmentos de los receptores retinianos. Sin embargo, los dos cuadrados son percibidos con distinta claridad debido al gradiente de claridad que carac-teriza al entorno. En la parte inferior de la figura, la distribucin espectral de las dos X>> es la misma y esto se puede observar si fijamos la vista en el punto donde ambas coinciden. A pesar de ello, el color de cada es diferente, de-mostrando que la apariencia del color no depende de la estimulacin local de los fotorreceptores sino de la estructura espacial de la imagen como un todo. Las filminas que Edwin Land superpuso en el experimento mencionado ante-riormente son una demostracin ms dramtica an de que nuestro sistema visual no atribuye color a los objetos en funcin exclusivamente de la luz que los objetos reflejan sino teniendo en cuenta complejas relaciones de la escena como un todo. Este es el problema que vamos a estudiar a continuacin. Para hacer ms comprensible la problemtica, estudiaremos primero la constancia acromtica y a continuacin la cromtica.

4.1. La constancia de la claridad

Para entender el problema de la constancia de la claridad, debemos recordar los conceptos de iluminancia, luminancia y reflectancia que vimos al comien-zo de este captulo. Los valores de luminancia que llegan a la retina son el


producto de la reflectancia del objeto por la iluminancia que recibe dicho ob-jeto. Adems, el rango de variacin de los valores de luminancia en la retina como resultado de cambios en iluminancia, es mucho mayor que el rango de variacin debido a cambios en reflectancia. El problema que se nos plantea consiste en descubrir cmo puede nuestro sistema visual distinguir los cam-bios en luminancia debidos a diferencias en iluminacin de los cambios debi-dos a la reflectancia del objeto a partir de los cambios en luminancia que es la nica informacin que recibe a travs de los receptores. El hecho emprico innegable es que nuestra percepcin de la claridad responde adecuadamente a los cambios en reflectancia. cmo es esto posible?

Varias contestaciones se han dado a esta pregunta en la historia de la investigacin del color. Helmholtz propuso que la luminancia de una regin en la imagen retiniana era comparada con la intensidad percibida de la ilu-minacin en esa parte de la escena visual. Para Helmholtz, el problema se reduca a un clculo de la claridad similar al que hacen los fsicos cuando calculan la reflectancia de una superficie. La luminancia retiniana dividida por la iluminancia percibida nos daba la reflectancia percibida -es decir, la clari-dad- de la misma forma que la luminancia de una superficie dividida por su iluminancia nos proporciona su reflectancia. El razonamiento de Helmholtz presentaba problemas lgicos y empricos. Uno de los primeros en resaltar sus problemas lgicos fue Hering, quien tild al razonamiento de Helmhotz de circular. Dada la luminancia de una superficie, uno necesita conocer la reflec-tancia de la misma para poder inferir su iluminancia, pero es precisamente la reflectancia lo que se trata de encontrar. La circularidad parece inevitable: ne-cesitamos conocer la reflectancia para inferir la iluminancia y sta para inferir la reflectancia. Desde un punto de vista emprico, el problema viene dado por la adaptacin a la luz que nos hace insensibles a los niveles absolutos de iluminacin en condiciones de visin normal. No parece, por tanto, probable que el sistema visual tenga acceso a la iluminancia de una superficie de forma directa e independiente de la luminancia retiniana.

Hering, a su vez, puso mucho nfasis en atribuir la constancia de la clari-dad, y del color en general, a mecanismos sensoriales por un lado, tales como el tamao de la pupila y la adaptacin, y a mecanismos cognitivos como la memoria del color. La opinin de Hering fue refutada por Katz en su famoso libro El Mundo del Color (1935) donde demostr que la constancia del color persista en situaciones que excluan la influencia de los factores defendidos por Hering.

Los psiclogos de la Gestalt fueron los primeros en rechazar la idea de que la luminancia fuera el estmulo responsable de la percepcin de la clari-dad y pusieron el nfasis en el papel desempeado por los gradientes y por la razn entre luminancias. Dentro de esta tradicin investigadora, el expe-rimento realizado por Hans Wallach (1948) fue determinante para encauzar definitivamente la investigacin.

Wallach utiliz una situacin que aparece representada en la Figura 2.12.

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PERCEPCIN VISUAL

t Manipulado por el observador

FIGURA 2.12. Esquema del experimento de H. Wallach sobre la constancia de la claridad. Fuente : Adaptacin de la f1gura 3.3.5. de la obra de Stephen E. Palmer Vision Science: Photons to Phenomenology. 1999. Cambridge, MA: The MIT Press.

Present a los observadores dos estmulos distintos, cada uno formado por dos crculos concntricos. Los crculos interiores de cada estmulo esta-ban iluminados por proyectores diferentes de los que iluminaban los crculos envolventes. En cada ensayo, los dos crculos concntricos de un estmulo eran iluminados por el experimentador con una intensidad fija y diferente para cada uno de ellos. Tambin el crculo envolvente del otro estmulo era iluminado por el experimentador con una intensidad diferente a la del crculo envolvente del primer estmulo. A modo de ejemplo, supongamos que la in-tensidad de los crculos del primer estmulo era fijada por el experimentador en 80 unidades para el envolvente y 20 unidades para el interno, y, a su vez, la intensidad del crculo envolvente del segundo estmulo se fijaba en 40 uni-dades. La tarea del observador consista en manipular la cantidad de luz del proyector que iluminaba el crculo interno de la presentacin variable hasta conseguir para el mismo una apariencia igual a la del crculo interno de la presentacin fija.

Wallach encontr que los observadores ajustaban la intensidad del crculo de forma que la razn entre su luminancia y la de su crculo envolvente era igual a la razn entre la luminancia del crculo interno y la de su envolvente en la presentacin fija. En el caso de nuestro ejemplo, los sujetos iluminaban


el crculo interno con 10 unidades de intensidad. Los resultados de Wallach pusieron de manifiesto la respuesta del sistema visual, no a los valores absolu-tos de iluminacin, sino a los valores relativos. La investigacin posterior ha puesto de manifiesto que la comparacin entre la luminancia de la superficie interna y la de la superficie envolvente toma en consideracin preferentemen-te los bordes donde se produce el trnsito de un nivel de luminancia a otro.

La Figura 2.13 (p. 99) ilustra un efecto, conocido con el nombre de efecto Craik-O'Brien-Cornsweet. En la figura aparece una superficie oscura junto a otra ms clara. De hecho la distribucin de luminancia es la misma para las dos, como lo muestran las dos rampas de luminancia que aparecen en la parte de abajo de la figura, pero el efecto perceptivo viene determinado por las di-ferencias en el borde central que se propaga a toda la superficie.

La teora retinex propuesta por Edwin Land y colaboradores (Land & McCann, 1971) fue una de las primeras teoras que utiliz el clculo de las razones de luminancia en los bordes como fundamento de su teora para explicar la constancia del color. La teora fue formulada para explicar pre-ferentemente la constancia cromtica pero, como veremos ms adelante, su explicacin de la constancia de la claridad es el fundamento de toda la teora. Por eso, comenzaremos aqu su estudio y volveremos a ella al tratar de la constancia cromtica.

Land y MeCano comenzaron por tomar en consideracin la naturaleza de las superficies y de las imgenes. En su opinin, la reflectancia tiende a ser constante en el espacio delimitado por una superficie excepto en los bordes donde se produce un cambio abrupto entre objetos o entre pigmentos. Sin embargo, los cambios en iluminancia tienden a ser graduales y no producen transiciones bruscas. Por tanto, al analizar los cambios de luminancia en una imagen, los cambios escalonados en la funcin de luminancia sern indicado-res de cambios en reflectancia mientras que los cambios graduales indicarn cambios en iluminancia. Land y MeCano estudiaron el alcance de estas ideas en un contexto experimental como el que aparece en la Figura 2.14 (p. 99).

El conjunto de colores que aparecen como estmulo en el apartado B se conoce con el nombre de Mondrian por su parecido con los planos rectan-gulares de colores puros creados por el pintor holands Piet Mondrian. Un Mondrian proporciona un estmulo adecuado para estudiar el efecto conjun-to de mltiples cambios de reflectancia al pasar de un plano a otro25 En el apartado A de la figura se presenta un Mondrian acromtico en blanco gris y negro apropiado para el estudio de la constancia de la claridad.

Land y McCann estudiaron la percepcin de estos estmulos bajo distintas condiciones de iluminacin. Los planos de un Mondrian formados de distin-tos niveles de gris repartidos de forma aleatoria en la superficie del cuadro,

25. Land utiliz este tipo de estmulo no slo por la variedad de reflectancias que un Mon-drian encierra sino tambin porque su carcter abstracto y sin referencia a objetos reconocibles exclua la influencia de factores de aprendizaje y de memoria.

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constituyen un estmulo mucho ms complejo que la organizacin de crculos concntricos utilizada por Wallach. En el caso de Wallach slo se daba un tipo de borde entre los crculos concntricos y las superficies a comparar eran slo dos, pero en un Mondrian los bordes que delimitan cada plano son muchos ms, tambin son ms las posibles superficies de comparacin y se encuen-tran a distancias distintas. A pesar de ello, el gris de cada plano se mantiene constante. Como la luminancia de cada plano es el resultado de multiplicar la iluminancia por la reflectancia de la superficie, el problema al que se enfrenta el sistema visual es recuperar la reflectancia a partir de las luminancias.

La teora retinex propone que la claridad de las superficies es el resultado de la integracin global de las razones de luminancia determinadas localmen-te en los bordes. Land y McCann demostraron que la razn entre las lumi-nancias de cualesquiera dos rectngulos en un Mondrian es igual al producto de las razones de las luminancias correspondientes a los bordes que hay que cruzar en la trayectoria que va de uno a otro. Por ejemplo, si tomamos dos rectngulos a y e en el Mondrian de la Figura 2.14, que estn separados por una tercera superficie b, la razn entre la luminancia de a y la de e es igual al producto de dos razones de luminancias: la que existe en el borde que separa a y b entre la luminancia de a y la luminancia de b, y la que existe en el borde que separa b y e entre la luminancia de b y la luminancia de c. Land y McCann demostraron que esta relacin se daba para cualquier nmero de rectngulos intervinientes y para cualquier trayectoria que se trazara entre cualesquiera dos planos de un Mondrian.

La teora retinex es un buen ejemplo de teora basada en propiedades intrnsecas de la imagen. La relacin entre las razones de las luminancias de los planos de un Mondrian forma un conjunto entrelazado de invariantes que son, en ltima instancia, los responsables de la constancia de la claridad. La teora es tambin un buen ejemplo de teora computacional pues un retinex es un mecanismo hipottico de cmputo -en ltima instancia realizable en un mecanismo neuronal- cuyo funcionamiento equivale a un algoritmo que calcula las razones de luminancia e integra en el espacio correspondiente a la superficie del Mondrian la informacin correspondiente a lo

Tema-2

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