Óptica: si la visión humana es la más sensible a un amarillo-verde de 550-565 nm, ¿por qué un amarillo de 570 nm aparece como el color más brillante?

Tu percepción de que el amarillo es brillante (y de alguna manera como el blanco) no es anómala. Es un hecho notable sobre el color, pero los científicos no se han centrado demasiado en el amarillo. (Anomalías más importantes, como el daltonismo, parecen captar su atención.) Su brillo ha surgido en estudios generales, como el estudio del Coronel Abney de las luminosidades espectrales, en 1891. Encontró el amarillo, a 570 nm, como el color más brillante . Una tabla de sus resultados aparece en la página 282 de:

“Las sensaciones de color en términos de luminosidad”, W. de W. Abney

Transacciones filosóficas de la Royal Society of London. Serie A, que contiene papeles de un carácter matemático o físico, vol. 193, (1900), pp. 259-287

En este artículo, Abney estudió las primarias rojo, verde y azul-violeta de Young-Helmholtz, con la esperanza de establecer teorías para su uso en fotografía en color: una tecnología emergente. Edwin Land, el inventor de la cámara Polaroid, buscó reducir el número de primarias a dos. En 1951, logró reproducir imágenes en color combinando solo dos luces de colores, de longitudes de onda adecuadamente diferentes. Sorprendentemente, la realidad de la imagen no varió mucho si la luz blanca era uno de los dos colores. Escribió sobre los experimentos bastante complejos en:

“Color Vision and the Natural Image”, Partes I y II, Edwin H. Land

Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, vol. 45, No. 1 (15 de enero de 1959), págs. 115-129 y vol. 45, No. 4 (15 de abril de 1959), págs. 636-644

De interés aquí es el comportamiento de la luz blanca. Cuando se combina con una luz roja, por ejemplo, podría hacer que la imagen de una zanahoria luzca anaranjada. A medida que el rojo cambiaba a una longitud de onda más corta, los colores se invertían en cierto punto, y la zanahoria se volvía azul. El punto de cruce, probado con muchos y variados sujetos, fue a 588 nm. Implica que la luz blanca, en este contexto, se comporta como un amarillo, en el borde naranja. Esta es una cierta distancia del pico de respuesta del cono a aproximadamente 560 nm, en la franja verde de amarillo (en la misma región que la salida máxima del sol). Pero la intensidad de cualquiera de las dos luces no afectó la realidad de las imágenes, lo que sugiere que la comparación de las longitudes de onda por sí mismas, hechas dentro del cerebro, forma la base de la visión del color.

Ewald Hering había propuesto otra teoría del color en 1892, que afecta nuestra comprensión del amarillo. Eligió seis primarias psicológicas, rojo y verde, amarillo y azul, blanco y negro, que se emparejaron como oponentes entre sí. En la década de 1950, las ideas se aplicaron a los procesos nerviosos en el cerebro. El cerebro puede registrar amarillo o azul, por ejemplo, pero no ambos a la vez, en respuesta a los estímulos de cono en la retina. El siguiente gráfico está tomado de la misma página que la mencionada en la publicación anterior:

Color Perception de Michael Kalloniatis y Charles Luu

De interés es la región alrededor de 575 nm, donde existe la respuesta roja / verde es cero; la única actividad positiva proviene de la región superior amarilla del par amarillo / azul. Esto podría ser todo lo que ‘veremos’ – un amarillo fuerte, sin adulterar – sin importar en qué combinación de longitud de onda esté compuesta la luz externa. Los valores para los puntos cero (donde cualquiera de los gráficos cruzan el eje x) se dan en la “Enciclopedia de la Percepción” (ed EB Goldstein, 2010) de la siguiente manera:

“Tres de los tonos únicos se pueden ver en longitudes de onda dentro del espectro del arco iris de luz visible. El azul único es aproximadamente a 470 nanómetros (nm), verde a 510 nm y amarillo a 580. (Sin embargo … las ubicaciones reales varían ampliamente entre los individuos). El rojo único se conoce en cambio como una luz extraespectral “.

La división de colores de esta manera forma la base del sistema Lab, utilizado en el selector de color de Photoshop. Se ha sugerido que la visión rojo-verde se desarrolló por última vez, y ayudó a nuestros antepasados ​​de los monos a ubicar las frutas maduras entre el follaje verde. La oponencia amarillo-azul es más primitiva, y tal vez una modificación de la visión blanco-negro (escala de grises). Según ese entendimiento, el amarillo podría haber proporcionado una mayor diferenciación entre las luces, mientras que la oscuridad enriquecida con azul con más detalles.

Entonces, hay múltiples teorías para ayudar a comprender la peculiar prominencia del amarillo. La ciencia lo ha mencionado, de paso. Pero los manuales de arte lo habían enfatizado mucho antes; las pinturas y pigmentos amarillos, con su brillo, no contrastan con los fondos blancos. El amarillo es un problema, comparado con los otros colores importantes. También adquiere un tinte verdoso, ya que está oscurecido con negro. Cuando Robert Lee Williams exploró escalas de grises para cartografía, usando pantallas de puntos, descubrió que la mayoría de los colores se comportaban como blanco y negro en sus matices. La excepción fue amarilla y recomendó que se evite al calificar los contornos en los mapas.

“Símbolos del mapa: Intervalos de igual aparición para pantallas impresas”, RL Williams

Anales de la Asociación de Geógrafos Americanos, vol. 48, No. 2. (Jun., 1958), pp. 132-139.

Sospecho que cuando vea un espectro de color (por ejemplo, una fuente de luz blanca dispersada por una rejilla de difracción en una pantalla blanca), probablemente no tenga una densidad de potencia uniforme en todas las longitudes de onda.

Por ejemplo, los arcoiris más brillantes visibles en la naturaleza ocurren cuando el sol está detrás del espectador y relativamente cerca del horizonte. La luz solar directa en este escenario está sesgada hacia longitudes de onda más largas ya que las longitudes de onda más cortas se dispersan al viajar a través de tanta atmósfera. En el momento en que la luz del sol se refleja hacia el observador y se dispersa por las gotas esféricas de agua, en realidad habrá mucha más energía presente en las partes amarilla y roja del espectro en relación con el verde. Por lo tanto, el color amarillo aparecerá como el más brillante en el arco iris a pesar de que el ojo es más sensible al verde.

Además, las fuentes de luz artificial de espectro continuo como las lámparas incandescentes o los LED blancos convertidos en fósforo tienen una temperatura de color más baja que la del sol, por lo que también estarán predispuestos a longitudes de onda largas.

He dado demostraciones en el aula en las que se impulsaron LED de varias longitudes de onda diferentes para emitir la misma cantidad de potencia óptica total. El propósito principal del ejercicio fue que los estudiantes midieran la producción eléctrica debido a las celdas solares iluminadas por las diferentes longitudes de onda para identificar el espectro de potencia frente a la longitud de onda. Sin embargo, la demostración tenía implicaciones sobre la sensibilidad del ojo humano, así como los LED verdes eran notablemente más brillantes que los otros colores.

Tiene que ver con “discriminación de saturación” y “pureza colorimétrica”.

O para decirlo de otra manera, para cada matiz hay un nivel de brillo en el que aparece más saturado. El rojo profundo y el azul profundo tienen que ser bastante oscuros. Si los iluminas, comienzan a verse como azul cielo y naranja, respectivamente.
Este documento lo explica (si se desplaza hacia abajo hasta “discriminación de saturación”):

Color Perception de Michael Kalloniatis y Charles Luu

La causa subyacente tiene algo que ver con la relación entre cromática y “respuesta acromática”.

Finalmente, es posible que desee buscar en Google Scholar los términos que puse entre comillas.

Creo que el Brillo y la Sensibilidad son dos extremos de un poste.

Todo depende de las células Roces y Cono en tu ojo. Las células cónicas generalmente se asocian con la percepción del color, mientras que las barras son responsables de la intensidad / brillo de la percepción.