Evaluación visual del color en una cabina de luz

1. Estandarización de la evaluación visual del color

La percepción del color depende de la experiencia personal, así como de la iluminación y las condiciones de observación circundantes. Como las condiciones ambientales son muy variables y no consistentes en absoluto, se requiere estandarizar las situaciones de iluminación comunes. La iluminación debe ser fácilmente conmutable para observar y evitar el llamado "metamerismo", es decir, las diferencias en la coincidencia de colores cuando cambian las condiciones de iluminación. Con el fin de garantizar condiciones de ensayo y evaluación fiables, las normas internacionales especifican procedimientos de ensayo que definen los siguientes componentes.(1)(2)(6)(7)(10)(12)(13)

1.1 Observador

El observador debe tener una visión normal del color y debe estar debidamente capacitado para evaluar los colores. Para evitar la fatiga ocular, la decisión del color debe tomarse en cuestión de segundos. Además, se deben tomar pequeños descansos entre las evaluaciones. Como las personas describen el color de manera diferente, se debe usar el siguiente orden para la comunicación y documentación del color: Tono croma Luminosidad.

1.2 Objeto

Las muestras deben ser planas y uniformes en color, brillo y textura superficial. El patrón y la muestra se colocarán uno al lado del otro sin ninguna distancia entre ellos y se invertirán de vez en cuando. El tamaño de muestra preferido es de aproximadamente 10 cm a 15 cm. La distancia de visión entre los ojos y el espécimen debe ser de 50 cm. Esta distancia corresponde a un campo de visión de 10°.

1.3 Entorno

El campo visual que rodea inmediatamente a la muestra, así como el campo visual ambiental, utilizado para dejar descansar los ojos del observador, son de gran importancia para las evaluaciones de color. El interior de la cabina de luz debe tener una superficie gris mate, y el evaluador debe usar ropa de color neutro para evitar reflejos cromáticos molestos.

1.4 Iluminación

El nivel de iluminación en la posición de coincidencia de color estará entre 1000 lx y 5000 lx, dependiendo de la norma internacional respectiva. Normalmente se utilizará un panel difusor para evitar la reflexión directa y garantizar una distribución uniforme de la iluminación en todo el campo de inspección.

2. Términos para la caracterización de la luz

La luz es radiación electromagnética dentro de una cierta porción del espectro electromagnético. La palabra luz generalmente se refiere a la radiación que es visible para el ojo humano (longitud de onda: 400nm a 700nm). Para caracterizar la luz emitida por una fuente de luz se utilizan varios términos: temperatura de color (CT) y temperatura de color correlacionada (CCT), índice de reproducción cromática (CRI Ra), así como distribución de potencia espectral (SPD) e índice de metamerismo MI_VIS.

2.1 Temperatura de color (CT) y temperatura de color correlacionada (CCT)

El concepto de temperatura de color se basa en el hecho de que el color de un objeto cambia cuando se calienta porque cambia la radiación emitida. De acuerdo con ISO / CIE 10526: 1991 (E) una temperatura de color Tc se define como "La temperatura de un radiador planckiano cuya radiación tiene la misma cromaticidad que la de un estímulo dado".
Explicado simplemente, la temperatura de color es una temperatura que describe las características de color de la luz visible basada en la temperatura de un cuerpo negro planckiano. La Figura 1 muestra el espacio de cromaticidad CIE x, y. La línea negra en el gráfico representa los valores de cromaticidad de las fuentes de luz del cuerpo negro de varias temperaturas. (8)(11)(12)(13)
La temperatura de color generalmente se expresa en grados Kelvin (K). La escala Kelvin es una medida de temperatura absoluta (0°C=273K). Las temperaturas de color superiores a 5000K se definen como colores fríos, con tonos de blanco azulado, donde las temperaturas de color más bajas (2700K – 3000K) se definen como colores cálidos, con tonos de amarillo y rojo. La mayoría de las fuentes de luz natural (por ejemplo, sol, estrellas) siguen muy de cerca el locus planckiano. Cuando se van a describir las fuentes, que no emiten luz que coincida exactamente con el radiador de cuerpo negro, se utiliza el término Temperatura de color correlacionada. De acuerdo con ISO / CIE 10526: 1991 (E) una temperatura de color correlacionada, Tcp se define como "La temperatura del radiador planckiano cuyo color percibido se asemeja más al de un estímulo dado con el mismo brillo y bajo condiciones de visualización especificadas". (1)(2)(8)(12)(13)

2.2 Distribución de potencia espectral

El color y la temperatura de color no son parámetros únicos para describir una fuente de luz. Dos fuentes de luz con las mismas coordenadas de cromaticidad xy y temperatura de color pueden tener una característica espectral diferente y, por lo tanto, crear diferentes impresiones de color. Por lo tanto, la forma más precisa de caracterizar una fuente de luz o un iluminador es por su curva de distribución de potencia espectral (corta: curva SPD). (1)(2)(6)(8)(10)(12)(13)
La curva muestra el flujo radiante (cantidad de energía) emitido por la fuente de luz en varias longitudes de onda a través del espectro visible. La curva SPD se normaliza a la longitud de onda de 560nm para que la evaluación sea independiente del nivel absoluto de iluminación.

2.3 Índice de reproducción cromática - CRI

El índice de reproducción cromática es una medida cuantitativa de una fuente de luz y su capacidad para revelar los colores de los objetos en comparación con una fuente de luz ideal o natural. El término CRI se utiliza a menudo en productos de iluminación disponibles comercialmente. Por definición adecuada, debe llamarse R a – el Índice General de Reproducción Cromática, o Ri – el Índice Especial de Reproducción Cromática, correspondiente al número de muestras de color de ensayo que se evalúan. El CRI se calcula comparando la reproducción cromática del origen de ensayo con la de un origen definido. Para las fuentes de ensayo con un CCT inferior a 5000K, se utiliza un radiador de cuerpo negro como fuente definida. Para las fuentes de ensayo por encima de 5000K se utilizan luz diurna (iluminantes D). El cálculo detallado de Ri y Ra se explica en el informe técnico de CIE 13.3-1995. [4] El método de ensayo utiliza un conjunto de ocho (Ra) o catorce (Ri) muestras de color de ensayo CIE-1974 de una edición temprana del Atlas Munsell. Las primeras ocho muestras son moderadas en saturación, cubren el círculo de tono y son aproximadamente las mismas en brillo. Las otras seis muestras proporcionan información complementaria sobre las propiedades de reproducción cromática de la fuente de luz.

2.4Índice de Metamerismo – MI

La publicación 51.2 de CIE describe un método para calificar la calidad de las fuentes de luz diurna. Para el rango visible, el método utiliza cinco pares de muestras teóricas, donde cada par consiste en la muestra estándar y metamérica con un VIS MI = 0 para el iluminante patrón D65. Cuanto mayor sea el desajuste entre el MIVIS del iluminante patrón y el MIVIS de la fuente de simulación de luz diurna, peor será la calidad de la fuente de luz. (5) (14) (13)
De conformidad con MI_VIS para el rango visible, el CIE también definió MI_UV para el rango fluorescente, con tres pares de muestras metaméricas teóricas. Las fórmulas para MI_VIS y MI_UV se muestran a continuación en la Figura 2, donde ΔE_i (L*a*b*) y ΔE_j (L*a*b*) son las diferencias de color entre el par de metámeros i^th y j^th

La clasificación de MI_VIS y MI_UV se realiza de acuerdo con la siguiente tabla.

Como no hay fuentes de luz D65 reales disponibles, el desafío es desarrollar un simulador D65 lo más cerca posible del iluminante CIE D65. La calidad de un simulador se evalúa objetivamente con el Índice de Metamerismo CIE MI_VIS, correspondiente a las clases de calidad A a E siendo la clase A la simulación más precisa.

Imagen 1 Locus planckiano ilustrado en el espacio de cromaticidad CIE x, y

Imagen 2 Cálculo del metamerismo índices MIVIS y MIUV

3. Simulación de iluminantes CIE mediante fuentes de luz artificial

3.1 Definición de fuente de luz e iluminador

Cuando se habla de fuentes de luz e iluminantes es importante saber cuál es la diferencia entre estos dos términos. Una explicación simple y adecuada proviene de "Billmeyer y Saltzmann", donde una fuente de luz se explica como "Luz físicamente realizable, cuya distribución de potencia espectral se puede determinar experimentalmente". Un iluminante se define como una "Luz definida por una distribución de potencia espectral relativa que puede o no ser físicamente realizable como fuente". La CIE (Commission Internationale de l'Éclairage) definió una serie de curvas SPD para proporcionar espectros de referencia para aplicaciones colorimétricas, los llamados iluminantes estándar CIE.

3.2 Iluminador estándar CIE A

El iluminador estándar A fue introducido por el CIE en 1931 y representa una lámpara de filamento de tungsteno incandescente. Su SPD relativo es el de un radiador planckiano a una temperatura aproximada de 2856K. Para simular el iluminante patrón A en una cabina de luz, se utilizan bombillas convencionales o hoy en día lámparas halógenas de tungsteno de cuarzo (CT˜3000K) (Figura 3).

3.3 Iluminador estándar CIE serie F

CIE definió 12 tipos de lámparas fluorescentes, denominadas F1 a F12, clasificadas en tres grupos. Difieren en el ancho de banda y el pico de longitud de onda de sus picos de emisión. En consecuencia, se logran diferentes índices de reproducción cromática y temperaturas de color.

AEntre estos doce, F2 y F11 son los más utilizados en la industria. F2, también llamado "CWF" (fluorescente blanco frío) tiene un CT de aproximadamente 4000K y un CRI Ra ˜ 60. F11, también conocido bajo TL84, tiene un CT de aproximadamente 4000K y un CRI Ra > 85. Para simular la serie F de iluminantes patrón en una cabina de luz, se utilizan tubos fluorescentes disponibles comercialmente (Figura 4). (11)(16)(17)

3.4 Iluminador estándar CIE D65

En 1964 CIE definió una serie de iluminantes de luz diurna mediante numerosas mediciones de luz diurna real que se muestran en la siguiente tabla. De 622 mediciones, se construyeron las curvas teóricas SPD de la luz diurna desde 330nm hasta 700nm. El iluminador estándar CIE D65 es la representación más importante de una luz diurna promedio a 6504K correspondiente a una luz del mediodía en Europa occidental / norte, que comprende tanto la luz solar directa como la luz difundida por un cielo despejado que incluye el componente UV.

Imagen 3 Simulación del iluminador de standard A con lámpara de tungsteno en byko-spectra pro

Imagen 4 Simulación de iluminantes F2 y F11 con tubos fluorescentes en byko-spectra pro

4. Simulación de D65 en una cabina de luz

Con el fin de simular la luz del día, se utilizan diferentes tipos de fuentes de luz en cabinas de luz y luminarias disponibles comercialmente para evaluaciones visuales. Dependiendo de qué tan buena sea la coincidencia entre la fuente de luz artificial y el iluminador estándar CIE D65, un par de muestras puede verse muy diferente. 
En el siguiente ejemplo, se evalúa un par de muestras en la cabina de luz 1 con tubos fluorescentes con una TC de aproximadamente 6500K y un CRI Ra de aproximadamente 96. La simulación de luz diurna es una aproximación de la D65 definida por CIE con el nivel de calidad CIE MI VIS Clase B (véase el capítulo 2.4). La diferencia entre este par de muestras es muy significativa bajo estas condiciones de evaluación (Figura 5). 
A continuación, el par de muestras se evalúa en la cabina de luz 2, byko-spectra pro, utilizando lámparas halógenas con un vidrio de filtro azul especialmente desarrollado combinado con una matriz de LED. Esta combinación crea una excelente simulación de CIE D65 sin picos (ver curva azul en la Figura 6) dando como resultado una clase de calidad CIE MI VIS A. En estas condiciones, el par de muestras mostrará solo una pequeña diferencia como bajo la luz natural del día.

Imagen 5 Simulación de luz diurna con tubo fluorescente

Imagen 6 Simulación de luz diurna con lámparas halógenas filtradas con y sin LED

5. Resumen

La nueva cabina de luz byko-spectra pro de BYK-Gardner domina el desafío de llevar la verdadera luz del día al laboratorio mediante una combinación inteligente de lámparas halógenas filtradas y una matriz de LED. Esta combinación garantiza la mejor simulación de luz diurna de su clase, probada de acuerdo con CIE.
La nueva cabina de luz byko-spectra pro de BYK-Gardner domina el desafío de llevar la verdadera luz del día al laboratorio mediante una combinación inteligente de lámparas halógenas filtradas y una matriz de LED. Esta combinación garantiza la mejor simulación de luz diurna de su clase, probada de acuerdo con CIE. Además, los sensores incorporados en la cabina de luz controlan permanentemente el rendimiento de la lámpara y ajustan automáticamente el voltaje para garantizar la estabilidad de la lámpara. Para controlar la condición de la lámpara y el reemplazo de la lámpara de disparo, la temperatura de color real, la intensidad de la luz y el tiempo de operación de la lámpara se muestran en la pantalla de la cabina de luz. Para reducir el intervalo de mantenimiento, la vida útil de la luz diurna de clase A se extiende a 600 horas. Dependiendo del uso de un producto, el color debe coincidir bajo una variedad de iluminaciones. Para estar preparado para el metamerismo, la cabina de luz byko-spectra pro ofrece simulación de luz diurna con rendimiento de clase A (D65), iluminación incandescente (A), tres iluminantes fluorescentes (CWF, TL84, U30) y una luz UV para la evaluación de muestras fluorescentes. Como la luz difusa es esencial en la evaluación de colores sólidos, los paneles difusores mezclan la luz para garantizar una iluminación uniforme en todo el campo de inspección. Para cumplir con los estándares internacionales, las paredes interiores están pintadas con un color gris claro mate para eliminar la influencia del entorno en el observador.
El rendimiento técnico no es el único criterio clave para una cabina de luz. La operación eficiente y cómoda también juega un papel importante para el usuario. La gran pantalla a color no solo permite la conmutación de iluminantes, sino que también permite una fácil operación guiada por menú. El mando a distancia incluido permite conmutar iluminantes desde una distancia de hasta 10 m. Un modo de secuencia automática progresa automáticamente a través de una secuencia de iluminantes definida por el usuario para la operación de manos libres.
byko-spectra pro está disponible como cabina de luz normal y como luminarias (Figura 7 y 8). Las luminarias se pueden colgar del techo como un conjunto o como unidades múltiples para equipar una sala de armonía de color completa para evaluar componentes del sistema o productos completos, por ejemplo, carrocerías de automóviles. Las luminarias también tienen las mismas especificaciones de iluminación de clase A que la cabina de luz, lo que garantiza la precisión necesaria en las evaluaciones visuales del color.