RESUMEN:
En este artículo se revisan los experimentos que conducen a la teoría del color de Edwin H. Land. Esta teoría es importante porque demuestra que la explicación generalizada que asocia el color con reflectividad es errónea, sustituyéndola como el atributo principal que determina el color de los objetos por la luminosidad. En este proceso se descubre que el color es una construcción activa del cerebro, más que un simple reconocimiento de "etiquetas": rojo, azul, etc.
La teoría Retinex demuestra que el color se construye por medio de la comparación de reflectancias sobre superficies contiguas. Al mismo tiempo evidencia la falsedad de la Teoría Trícromatica del Color de Newton.
Introducción
La teoría comúnmente aceptada que explica el color de los objetos se remonta a Newton. La explicación es la siguiente: cuando la luz incide sobre una superficie, ella absorbe ciertas longitudes de onda y refleja otras; así, un objeto rojo absorbe toda la luz que le llega salvo el rojo, uno verde refleja sólo el verde, etc. El problema con ésta explicación es que conduce a una paradoja: ¿Por qué el color de los objetos es el mismo ante diferentes condiciones de iluminación? Es decir, si tomamos un objeto y lo miramos bajo la luz del sol, bajo una bombilla con filamento de tungsteno o bajo la luz de un tubo fluorescente de neón, el color es el mismo (aunque puede haber cambios de tonalidad) aun cuando la iluminación cambia la composición espectral de la luz que llega en cada caso. A este fenómeno Helmholtz le llamo "descontar el iluminante", aunque no lo pudo explicar. Hering lo expreso como sigue: «Cuando pensamos acerca de… grandes diferencias en las iluminaciones naturales o artificiales bajo las cuales es posible una visión diferenciada, entonces tendríamos que estar realmente sorprendidos por el hecho de que, por lo general, tomamos los colores como si fueran propiedades intrínsecas de los objetos más que como simples propiedades accidental y continuamente variables, como son, por ejemplo, la condición de frio, fresco, templado o cálido.»
Esta propiedad llamada «constancia del color», es, de hecho, la propiedad única más importante del sistema de color, sin la cual éste perdería su razón de ser como mecanismo de señalización biológica. Pero si estas profundas variaciones en la composición de la luz reflejada en una superficie no conllevan un cambio en el color del objeto que está siendo observado, nos enfrentamos entonces a una paradoja, o al menos eso parece. Los psicólogos refuerzan la idea de paradoja denominando a éste fenómeno «constancia de color», lo cual da a entender que hay una inconstancia en el color, y consideran la primera como una desviación de la regla que dice que hay una relación directa y simple entre el color de la superficie y la composición de longitud de onda reflejadas en ella.
Todos conocemos la Teoría Tricomátrica de Newton, la cual afirma que el color de los objetos se debe a que absorben todos los colores del espectro luminoso salvo el color que percibimos: así pues distinguimos el color reflejado. Esta teoría ha llegado a ser tan popular, tal vez por la simpleza para entenderla, que incluso en algunos libros se le llama "La Teoría Vulgar del Color". Sin embargo con esta idea nos enfrentamos a una paradoja: por un lado decimos que el color depende de la luz reflejada por la superficie; por otro, esta luz cambia bajo diferentes iluminaciones (y por tanto la luz reflejada). Helmmotz trato de resolver esta paradoja hablando de "descontar el iluminante" y de "inferencia inconsciente". No obstante, ésta teoría no logró explicar satisfactoriamente la constancia del color.
Imagen 1. La constancia del color hace que el cuadro A parezca más oscuro que el B. Son del mismo color. Para verlo córtense en un cartón negro dos agujeros: uno que quede sobre el cuadro A y otro sobre el cuadro B, tapando el resto de la figura. Tomado de http://en.wikipedia.org/wiki/Color_constancy
Edwin H. Land (fundador de Polaroid e inventor de los polaroides) realizo una serie de experimentos para entender y explicar el color de los objetos. La primera serie de experimento consiste en iluminar superficies de diferentes colores bajo luz roja, verde y azul, variando la intensidad de cada una de ellas. Para ello Land construyo, cuadros con rectángulos de diferentes colores (Ver foto 1) hechos de superficies mate. Por su parecido con los cuadros del famoso pintor se les conoce como lo experimentos Mondrían de Land. Estos cuadros son iluminados por tres proyectores de colores rojo, verde y azul (ver imagen 2). Se prende el primer proyector y se regula la cantidad de luz con el reóstato. Se mide la cantidad de Luz con un fotómetro y de esta forma se calibra la intensidad luminosa deseada. Se apaga este primer proyector y se repite el proceso con los proyectores dos y tres. De esta manera se pueden tener combinaciones de los tres colores con intensidades variables y medidas.
Foto1. El doctor Edwin Herbert Land con uno de sus cuadros Mondrian. Tomado dehttp://rubell.wordpress.com/2009/04/28/my-vintage-sunglasses/
Imagen 2. Representación de los experimentos Mondrian de Land. Tomado de http://sumesh.wordpress.com/
Como un ejemplo: en una habitación oscurecida se le pide a un audiencia de individuos normales que mire uno de los fragmento del cuadro, por ejemplo verde. Se ponen en marcha los tres proyectores y se ilumina el fragmento. Se le pide a la audiencia que identifique el color. La respuesta es verde. Se repite el experimento con diferentes intensidades de los tres colores y se obtiene siempre el mismo resultado: verde. Ahora se cambia el experimento con otros fragmentos de diferente color y la respuesta es la misma: la audiencia identifica correctamente el color del fragmento. La conclusión es que el color no depende de la luz reflejada, al menos de una forma simple.
Pero Land fue más lejos. La clave de la teoría fue hacer los mismos experimentos pero en "el vacio". Esta forma de iluminar los objetos sólo se logra en los laboratorios, los seres humanos no la conocen en situación normal. En esta forma de ver los objetos, se ilumina una superficie de forma aislada, sin ver nada más que el área a describir (iluminando sólo un fragmento o mediante un pequeño agujero, cómo lo hicimos nosotros). Esto se conoce técnicamente con el nombre de pantalla de reducción o situación de abertura.
Cómo un ejemplo, se repiten el experimento descrito un poco más atrás: ponga una superficie verde e ilumínela con luz roja, verde y azul en distintas combinaciones de intensidad. La respuesta ahora es que el color es blanco o un gris muy tenue (a diferencia de aquel experimento en donde la respuesta es verde). Sorpresivamente, si el observador no ve más que la superficie iluminada, sin poder ver otros colores en la escena visual, no puede reconocer el color. Si se repite el experimento con distintas superficies y con distintas combinaciones de intensidades de las luces el resultado es el mismo. Para determinar el color de una superficie, se necesita tener en la misma escena visual más de un color. Esto nos lleva a concluir que la manera en que el cerebro construye el color es mediante la comparación.
El siguiente paso de Land fue comparar dos colores. Tómese por ejemplo una cartulina compuesta de verde y rojo. Si la iluminamos con luz roja lo que veríamos es que el lado rojo se ve más brillante, en tanto el lado verde, aunque se ve rojo, es menos brillante (ver foto 2). Si ahora iluminamos con verde esta misma cartulina, lo que observamos es que ahora el rojo aparece oscurecido y el verde es brillante.
Se trata, entonces, de relacionar estas observaciones con las propiedades físicas que nos llegan a los ojos a través de la luz que se refleja en los objetos. Las dos magnitudes físicas relacionadas son la luminosidad y la reflectancia.
La luminosidad es la determinación de la eficacia de las distintas superficies para reflejar luz de una longitud de onda dada. Por otro lado, la reflectancia de una superficie a una luz de longitud de onda dada es su eficacia en reflejar la luz de esta longitud de onda, expresada como porcentaje de luz incidente y luz reflejada. Esta nunca cambia, aunque las cantidades incidentes y reflejadas cambien continuamente. Como puede verse ambas cantidades están relacionadas.
¿Cómo percibe el cerebro el color? Primero hace un barrido de la escena en las tres longitudes de onda por separado. Por ejemplo en el rojo, obteniendo como resultado un registro de la luminosidad de los componentes de la escena para esta longitud de onda. Luego hace lo mismo para el verde y, por último, para el azul. Como resultado tiene tres registros de luminosidad para cada banda. A continuación compara estos tres registros de luminosidad y con esto concluye el color. Por ejemplo si las superficies tienen mayor luminosidad en la banda del rojo, son rojas. Si lo tienen en el verde son verdes. Si su registro de luminosidad es más o menos similar en dos colores, entonces el color es la mezcla de ambos. Por tanto, la teoría Retinex de Land "supone que lo que hace el cerebro es comparar los registros de luminosidad de una escena, obtenidos simultáneamente en cada una de las tres bandas de longitudes de onda (alta, baja y media), sin hacer caso de la composición de longitudes de onda de la luz iluminadora y, por tanto, sin hacer caso de la intensidad relativa de las luces de distintas bandas." Esto explica, además, como el cerebro "descuenta el iluminante".
La primera cosa evidente es que para que el color sea constante, (o sea no dependa del iluminante) no puede basarse en reflectancia únicamente, ya que la luz que se refleja en cada objeto varía de acuerdo a la luz que lo ilumina. Lo que hace el cerebro es más ingenioso: compara la reflectancia de varias superficies obteniendo el registro de luminosidad y de esta manera no depende de la luz que ilumina, sino de las propiedades constantes de los objetos, pues estos reflejan una banda de color, de acuerdo a su reflectancia. Por tanto, el correlato biológico de la reflectancia es el registro de luminosidades. Si el cerebro no tiene un minino de dos colores no puede hacer la comparación de las reflectancias y no puede construir el registro de luminosidades. De todo lo anterior, es evidente que la teoría trícromatica no puede ser cierta ya que se basa en la reflectancia de la superficie sin considerar reflectancias de las supetrficies adyacentes (es decir sin registro de luminosidades). El primer experimento de Land demuestra la falsedad de esta suposición.
En la foto 3 puede verse la construcción del los colores mediante el registro de luminosidades. En la actualidad, la Teoría Retinex se usa para procesar imágenes "sucias" y limpiarlas (Ver fotos 4 y 5), así como en procesamiento digital de imágenes, para reconocimiento de imágenes.
Foto3. Construcción de la imagen A) mediante el registro de tres luminosidades de la misma escena. En B) registro de luminosidad bajo luz azul. En C) con luz verde y en D) con roja. Tomado de Zeki, Semir; Una visión del cerebro.
Como una última aclaración interesante hay que mencionar el porqué el nombre que Land dio a su teoría. La llamo Retinex porque no sabía donde se llevaba a cabo el proceso de percibir el color mediante las luminosidades. Retinex viene de la composición de retina y cortex, la parte más evolucionada del cerebro.
Foto 4. Limpieza de una foto usando el algoritmo de Land. Tomado de http://dragon.larc.nasa.gov/
Foto 5. Arriba puede verse como se "limpio" y definió la imagen de rayos x de abajo. Tomado de http://dragon.larc.nasa.gov/retinex/medical/medical.html