Els colors invisibles

Som animals visuals. La immensa majoria de la informació que percebem és visual. Els ulls ens expliquen el món, ens llegeixen llibres i ens mostren fotos i pel·lícules. Els humans percebem el color gràcies a unes cèl·lules de la retina anomenades cons. De fet, tenim tres tipus de cons que detecten zones diferents de l’espectre. Uns tenen màxima sensibilitat en la zona dels vermells, uns altres en la dels verds i uns darrers en la zona dels blaus. En el seu funcionament, la nostra retina no és massa diferent dels sensors de les càmeres de fotos digitals, que també capten per separat el vermell, el verd i el blau. Només que en lloc de megapíxels, tenim megacons: uns sis milions i mig de cons a cada retina. Això sí, complementats amb prop de 120 milions de bastons que només poden captar informació en blanc i negre i tons de gris. En d’altres paraules, la nostra percepció visual és bàsicament no cromàtica, com podem observar al capvespre: quan es fa fosc, hi ha un moment en què perdem els colors i només hi veiem en blanc, gris i negre.

El nostre sistema perceptiu ha anat evolucionant durant milions d’anys i ha acabat en un sistema que filtra i processa senyals de cons i bastons. El cervell ho integra tot, però tots els nostres records visuals es basen en el que han captat els bastons i els cons dels tres canals vermell, verd i blau. Un sistema que ens és òptim i suficient per sobreviure.

La física ens diu que el color és una propietat de la llum, que la llum són fotons, que hi ha fotons de moltíssimes longituds d’ona, i que cada color és una determinada barreja de fotons de diferents zones de l’espectre visible. Fixeu-vos en aquesta imatge, que podeu trobar també en aquesta pàgina web. Mostra quatre diagrames de potència espectral, corresponents a la llum solar, a la d’una bombeta de LEDs, a una bombeta típica d’incandescència i a un fluorescent. Bàsicament ens diu quina és la barreja que hem de fer de fotons de diferents longituds d’ona (fotons que corresponen als colors purs de l’arc de sant Martí) per obtenir el color de cada una d’aquestes llums. Veiem que la llum solar és una barreja bastant uniforme de fotons de tot tipus, mentre que la de les bombetes incandescents, més groga, és una barreja amb pocs fotons de la zona dels blaus i molts més de la zona dels grocs, taronges i vermells. Altrament, la llum dels fluorescents és poc (massa poc) diversa.

Imagineu que els nostres ulls tinguessin uns “super-cons” capaços de detectar la barreja exacta de fotons que arriba a cada un dels punts de la retina. Veuríem els colors amb tota la seva plenitud, perquè cada super-con estaria enviant al cervell la corba espectral de la llum que li arriba. En una habitació il·luminada amb un fluorescent, quan obríssim la finestra i entrés la llum del sol, podríem distingir la barreja harmònica de fotons a les zones banyades per la llum del Sol de la pobresa cromàtica dels objectes que només reben la llum artificial. Si sortíssim al camp, sabríem veure quins arbres tenen problemes i envelliran més ràpid, perquè el color verd dels arbres sans té un diagrama de potència espectral diferent al dels malalts. Però nosaltres només tenim sensors retinals en tres canals cromàtics; simplement veiem els arbres verds perquè no podem distingir totes les possibles barreges de fotons. De fet, hi ha una paraula per aquest fenomen: els colors diferents però que el nostre ull no pot distingir s’anomenen metàmers.

Els nostres ulls no tenen super-cons perquè és un luxe que l’evolució no ens ha permès. Però en podem fabricar. Hem aprés a fabricar ulls artificials que veuen i poden distingir els colors que ens són invisibles. Són els espectròmetres d’imatge o càmeres hiper-espectrals. Un dels més sofisticats, l’Airbone del projecte AVIRIS, capta fotons en 224 canals distribuïts al llarg de tot l’espectre. En lloc d’una simple imatge en color, l’espectròmetre d’imatge del projecte AVIRIS genera un volum de color, com podem veure en aquesta web, amb 224 valors a cada píxel que ens diuen com hauríem de barrejar fotons de cada una d’aquestes 224 regions de l’arc de sant Martí (incloent infraroig i ultraviolat) per tal de reconstruir de manera molt precisa l’estructura de la llum que ha captat aquest píxel. El volum de color de les càmeres hiper-espectrals és a l’espai (x,y,L), on (x,y) son les típiques coordenades 2D de les imatges digitals i L (lambda) és la longitud d’ona dels fotons.

L’interessant de tot plegat és que aquests colors invisibles que capten els espectròmetres d’imatge ens diuen la composició química del que veiem a cada píxel de la imatge, perquè cada compost químic té un patró diferent d’absorció de fotons. L’observatori orbital del carboni, OCO-2, que dona voltes a la Terra des de fa més d’un any, ha pogut fotografiar les plomes o columnes de diòxid de carboni que pugen cap al cel als llocs on es cremen boscos (est del Brasil, sud de l’Àfrica, nord d’Austràlia) i que són invisibles als nostres ulls i a les càmeres digitals. Aviat podrem detectar les columnes inverses a les regions que absorbeixen i capturen diòxid de carboni, perquè aquests espectròmetres d’imatge detecten concentracions de CO2 de només una molècula per milió. La imatge de dalt és del vídeo de la selva humida de l’Amazones a Perú que podeu veure a aquesta pàgina web, obtingut a partir de les imatges captades per un espectròmetre d’imatge a bord d’un avió. Els arbres sans es poden distingir perfectament dels que demanen més aigua. Greg Asner, autor de l’article, diu que aquestes tècniques són com una mena d’anàlisi de sang dels boscos i de la salut del planeta. L’altre autor, Painter, explica que durant la propera dècada, amb nous satèl·lits equipats amb espectròmetres d’imatge, podrem identificar arbres individuals des de l’espai i saber la seva espècie i el seu grau d’estrès hídric. Seran sistemes de diagnosi del planeta, locals i precisos. Asner i Pinter acaben dient que nosaltres i la nostra tecnologia som la única esperança que tenim per guarir tot el que hem causat. Esperem-ho…

———

Per cert, i ves per on, L’Aràbia Saudita vol acabar amb la seva «addicció» al petroli. El seu projecte inclou mesures per diversificar l’economia en els propers 14 anys amb la finalitat de poder sortir-se’n a curt termini sense petroli.

Comenta

*

(*) Camps obligatoris

L'enviament de comentaris implica l'acceptació de les normes d'ús