Un iluminante estándar es una fuente teórica de luz visible con un perfil (su distribución de potencia espectral ) que se publica. Los iluminantes estándar proporcionan una base para comparar imágenes o colores grabados con diferente iluminación.
Lámparas CIE
La Comisión Internacional de Iluminación (generalmente abreviada CIE por su nombre en francés) es el organismo responsable de publicar todos los iluminantes estándar conocidos. Cada uno de estos se conoce por una letra o por una combinación de letra y número.
Los iluminantes A, B y C se introdujeron en 1931, con la intención de representar respectivamente la luz incandescente promedio, la luz solar directa y la luz diurna promedio. Los iluminantes D representan fases de la luz del día, el iluminante E es el iluminante de igual energía, mientras que los iluminantes F representan lámparas fluorescentes de diversa composición.
Hay instrucciones sobre cómo producir experimentalmente fuentes de luz ("fuentes estándar") correspondientes a los iluminantes más antiguos. Para los relativamente más nuevos (como la serie D), los experimentadores deben medir los perfiles de sus fuentes y compararlos con los espectros publicados: [1]
Actualmente no se recomienda ninguna fuente artificial para realizar el iluminante estándar CIE D65 o cualquier otro iluminante D de diferente CCT. Se espera que los nuevos desarrollos en fuentes de luz y filtros eventualmente ofrezcan una base suficiente para una recomendación de la CIE.
- CIE, Technical Report (2004) Colorimetry, 3rd ed., Publication 15: 2004, CIE Central Bureau, Viena
Sin embargo, proporcionan una medida, llamada índice de metamerismo , para evaluar la calidad de los simuladores de luz diurna. [2] [3] El índice de metamerismo prueba qué tan bien coinciden cinco conjuntos de muestras metaméricas bajo la prueba y el iluminante de referencia. De manera similar al índice de reproducción cromática , se calcula la diferencia promedio entre los metameros. [4]
Iluminante A
La CIE define el iluminante A en estos términos:
El iluminante estándar CIE A está diseñado para representar la iluminación típica de filamento de tungsteno doméstico. Su distribución de potencia espectral relativa es la de un radiador de Planck a una temperatura de aproximadamente 2856 K. El iluminante estándar CIE A debe usarse en todas las aplicaciones de colorimetría que impliquen el uso de iluminación incandescente, a menos que haya razones específicas para usar un iluminante diferente.
La salida radiante espectral de un cuerpo negro sigue la ley de Planck :
En el momento de estandarizar el iluminante A, ambos (que no afecta el SPD relativo) y Eran diferentes. En 1968, la estimación de c 2 fue revisada de 0.01438 m · K a 0.014388 m · K (y antes de eso, era 0.01435 m · K cuando el iluminante A estaba estandarizado). Esta diferencia cambió el locus de Planck , cambiando la temperatura de color del iluminante de su nominal 2848 K a 2856 K:
Para evitar posibles cambios adicionales en la temperatura de color, el CIE ahora especifica el SPD directamente, basado en el valor original (1931) de c 2 : [1]
Los coeficientes se han seleccionado para lograr un SPD normalizado de 100 a 560 nm . Los valores de triestímulo son ( X , Y , Z ) = (109.85, 100.00, 35.58) , y las coordenadas de cromaticidad usando el observador estándar son ( x , y ) = (0.44758, 0.40745) .
Iluminantes B y C
Los iluminantes B y C se realizan fácilmente en simulaciones de luz diurna. Modifican el Iluminante A mediante el uso de filtros líquidos. B sirvió como un representante de la luz solar del mediodía, con una temperatura de color correlacionada (CCT) de 4874 K, mientras que C representó la luz diurna promedio con un CCT de 6774 K. Desafortunadamente, son aproximaciones pobres de cualquier fase de la luz natural del día, particularmente en el onda corta visible y en los rangos espectrales ultravioleta. Una vez que se pudieron lograr simulaciones más realistas, los Illuminants B y C se desaprobaron en favor de la serie D :. [1] Los gabinetes de iluminación, como el Spectralight III, que usan lámparas incandescentes filtradas, se ajustan mejor a los iluminantes D en el rango de 400 nm a 700 nm que los simuladores de luz diurna fluorescente. [5]
El iluminante C no tiene el estado de los iluminantes estándar CIE, pero su distribución de potencia espectral relativa, valores triestímulos y coordenadas de cromaticidad se dan en la Tabla T.1 y la Tabla T.3, ya que muchos instrumentos de medición y cálculos prácticos todavía utilizan este iluminante.
- CIE, publicación 15: 2004 [6]
El Iluminante B no fue tan honrado en 2004.
Los filtros de líquido, diseñados por Raymond Davis, Jr. y Kasson S. Gibson en 1931, [7] tienen una absorbancia relativamente alta en el extremo rojo del espectro, aumentando efectivamente el CCT de la lámpara incandescente a niveles de luz diurna. Esto es similar en función a un gel de color CTO que los fotógrafos y directores de fotografía usan hoy en día, aunque mucho menos conveniente.
Cada filtro utiliza un par de soluciones, que comprenden cantidades específicas de agua destilada, sulfato de cobre , manita , piridina , ácido sulfúrico , cobalto y sulfato de amonio . Las soluciones están separadas por una hoja de vidrio incoloro. Las cantidades de los ingredientes se eligen cuidadosamente para que su combinación produzca un filtro de conversión de temperatura de color; es decir, la luz filtrada sigue siendo blanca.
Serie de iluminante D
Derivado por Judd, MacAdam y Wyszecki, [8] la serie D de iluminantes está construida para representar la luz natural del día. Son difíciles de producir artificialmente, pero son fáciles de caracterizar matemáticamente.
HW Budde del Consejo Nacional de Investigación de Canadá en Ottawa , HR Condit y F. Grum de Eastman Kodak Company en Rochester, Nueva York , [9] y ST Henderson y D. Hodgkiss de Thorn Electrical Industries en Enfield [10] habían midió la distribución de potencia espectral (SPD) de la luz del día de 330 nm a 700 nm , totalizando entre ellas 622 muestras. Judd y col. analizó estas muestras y encontró que las coordenadas de cromaticidad ( x , y ) tenían una relación cuadrática simple :
Simonds supervisó el análisis de vectores característicos de los SPD. [11] [12] La aplicación de este método reveló que los SPD se podrían aproximar satisfactoriamente utilizando la media (S 0 ) y los dos primeros vectores característicos (S 1 y S 2 ):
En términos más simples, el SPD de las muestras de luz diurna estudiadas se puede expresar como la combinación lineal de tres SPD fijos. El primer vector (S 0 ) es la media de todas las muestras de SPD, que es el SPD mejor reconstituido que se puede formar con solo un vector fijo. El segundo vector (S 1 ) corresponde a la variación amarillo-azul, que explica los cambios en la temperatura de color correlacionada debido a la presencia o ausencia de nubes o luz solar directa. [8] El tercer vector (S 2 ) corresponde a la variación rosa-verde causada por la presencia de agua en forma de vapor y neblina. [8]
Para construir un simulador de luz diurna de una temperatura de color correlacionada particular, uno simplemente necesita conocer los coeficientes M 1 y M 2 de los vectores característicos S 1 y S 2 .
Expresando las cromaticidades xey como:
y haciendo uso de valores triestímulos conocidos para los vectores medios, pudieron expresar M 1 y M 2 de la siguiente manera:
El único problema es que esto dejó sin resolver el cálculo de la coordenada para una fase particular de la luz del día. Judd y col. simplemente tabuló los valores de ciertas coordenadas de cromaticidad, correspondientes a las temperaturas de color correlacionadas de uso común, como 5500 K, 6500 K y 7500 K. Para otras temperaturas de color, se pueden consultar las cifras realizadas por Kelly. [13] Este problema se abordó en el informe CIE que formalizó el iluminante D, con una aproximación de la coordenada x en términos de la temperatura de color recíproca, válida de 4000 K a 25000 K. [14] La coordenada y se siguió trivialmente de la cuadrática de Judd relación.
Judd y col. luego extendió los SPD reconstituidos a 300 nm - 330 nm y 700 nm - 830 nm utilizando los datos de absorbancia espectral de la Luna de la atmósfera de la Tierra. [15]
Los SPD tabulados presentados por la CIE hoy se derivan por interpolación lineal de los datos de 10 nm establecidos en 5 nm . [dieciséis]
Se han realizado estudios similares en otras partes del mundo, o repitiendo Judd et al. ' s análisis con métodos computacionales modernos. En varios de estos estudios, el locus de la luz del día está notablemente más cerca del locus de Planck que en Judd et al. [17] [18]
- Cálculo
La distribución de potencia espectral relativa (SPD)de un iluminante de la serie D se puede derivar de sus coordenadas de cromaticidad en el espacio de color CIE 1931 ,: [19]
donde T es el CCT del iluminante. Se dice que las coordenadas de cromaticidad de los Illuminants D forman el CIE Daylight Locus . El SPD relativo viene dado por:
dónde son la media y los dos primeros SPD de vectores propios , que se muestran arriba. [19] Los vectores característicos tienen un cero a 560 nm , ya que todos los SPD relativos se han normalizado alrededor de este punto.
Los CCT de los iluminantes canónicos, D 50 , D 55 , D 65 y D 75 , difieren ligeramente de lo que sugieren sus nombres. Por ejemplo, D50 tiene un CCT de 5003 K (luz del "horizonte"), mientras que D65 tiene un CCT de 6504 K (luz del mediodía). Como se explicó en una sección anterior, esto se debe a que el valor de las constantes en la ley de Planck se ha modificado ligeramente desde la definición de estos iluminantes canónicos, cuyos SPD se basan en los valores originales de la ley de Planck. Con el fin de que coincida con todos los dígitos significativos de los datos publicados de los iluminantes canónicos los valores de M 1 y M 2 tiene que ser redondeado a tres cifras decimales antes del cálculo de S D . [1]
Iluminante E
El iluminante E es un radiador de igual energía; tiene un SPD constante dentro del espectro visible . Es útil como referencia teórica; un iluminante que da igual peso a todas las longitudes de onda, presentando un color uniforme. También tiene valores triestímulos CIE XYZ iguales , por lo que sus coordenadas de cromaticidad son (x, y) = (1 / 3,1 / 3). Esto es por diseño; las funciones de coincidencia de color XYZ están normalizadas de manera que sus integrales sobre el espectro visible sean las mismas. [1]
El iluminante E no es un cuerpo negro, por lo que no tiene una temperatura de color, pero puede aproximarse con un iluminante de la serie D con un CCT de 5455 K. (De los iluminantes canónicos, D 55 es el más cercano). Los fabricantes a veces comparan fuentes de luz contra el Iluminante E para calcular la pureza de excitación . [20]
Serie de iluminante F
La serie F de iluminantes representa varios tipos de iluminación fluorescente .
Las lámparas fluorescentes "estándar" F1-F6 constan de dos emisiones de banda ancha de antimonio y activaciones de manganeso en fósforo halofosfato cálcico . [21] F4 es de particular interés ya que se utilizó para calibrar el índice de reproducción cromática CIE (la fórmula CRI se eligió de modo que F4 tuviera un CRI de 51). F7-F9 son lámparas fluorescentes de "banda ancha" ( luz de espectro completo ) con múltiples fósforos y CRI más altos. Finalmente, F10-F12 son iluminantes tribanda estrechos que consisten en tres emisiones de "banda estrecha" (causadas por composiciones ternarias de fósforos de tierras raras) en las regiones R, G, B del espectro visible. Los pesos de fósforo se pueden ajustar para lograr el CCT deseado.
Los espectros de estos iluminantes se publican en la Publicación 15: 2004. [6] [22]
FL 1–6 : estándar
FL 7-9 : banda ancha
FL 10-12 : banda estrecha
LED serie iluminante
Publicación 15: 2018 presenta nuevos iluminantes para diferentes tipos de LED con CCT que van desde aprox. 2700 K hasta 6600 K.
punto blanco
El espectro de un iluminante estándar, como cualquier otro perfil de luz, se puede convertir en valores triestímulos . El conjunto de tres coordenadas triestímulo de un iluminante se llama punto blanco . Si el perfil está normalizado , el punto blanco se puede expresar de forma equivalente como un par de coordenadas de cromaticidad .
Si una imagen se registra en coordenadas triestímulo (o en valores que se pueden convertir hacia y desde ellas), entonces el punto blanco del iluminante utilizado da el valor máximo de las coordenadas triestímulo que se registrarán en cualquier punto de la imagen, en la ausencia de fluorescencia . Se llama punto blanco de la imagen.
El proceso de cálculo del punto blanco descarta una gran cantidad de información sobre el perfil del iluminante, por lo que si bien es cierto que para cada iluminante se puede calcular el punto blanco exacto, no es cierto que conociendo el punto blanco de un iluminante la imagen por sí sola le dice mucho sobre el iluminante que se utilizó para grabarla.
Puntos blancos de iluminantes estándar
A continuación se proporciona una lista de iluminantes estandarizados, sus coordenadas de cromaticidad CIE (x, y) de un difusor que refleja (o transmite) perfectamente y sus temperaturas de color correlacionadas (CCT). Las coordenadas de cromaticidad CIE se dan tanto para el campo de visión de 2 grados (1931) como para el campo de visión de 10 grados (1964). Las muestras de color representan el tono y el RGB de cada punto blanco, calculado con luminancia Y = 0,54 y el observador estándar, asumiendo una calibración de pantalla sRGB correcta . [23]
Nombre | CIE 1931 2 ° | CIE 1964 10 ° | CCT ( K ) | Matiz | RGB | Nota | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
x 2 ° | y 2 ° | x 10 ° | y 10 ° | |||||
A | 0.44757 | 0.40745 | 0.45117 | 0.40594 | 2856 | incandescente / tungsteno | ||
B | 0.34842 | 0.35161 | 0.34980 | 0.35270 | 4874 | obsoleto, luz solar directa al mediodía | ||
C | 0.31006 | 0.31616 | 0.31039 | 0.31905 | 6774 | obsoleta, media / luz del día del cielo del norte | ||
D50 | 0.34567 | 0.35850 | 0.34773 | 0.35952 | 5003 | luz de horizonte, perfil ICC PCS | ||
D55 | 0.33242 | 0.34743 | 0.33411 | 0.34877 | 5503 | luz del día a media mañana / media tarde | ||
D65 | 0.31271 | 0.32902 | 0.31382 | 0.33100 | 6504 | mediodía luz del día: televisión , espacio de color sRGB | ||
D75 | 0.29902 | 0.31485 | 0.29968 | 0.31740 | 7504 | Luz del día del cielo del norte | ||
D93 | 0.28315 | 0.29711 | 0.28327 | 0.30043 | 9305 | monitores de fósforo azul de alta eficiencia, BT.2035 | ||
mi | 0.33333 | 0.33333 | 0.33333 | 0.33333 | 5454 | igual energía | ||
F1 | 0.31310 | 0.33727 | 0.31811 | 0.33559 | 6430 | fluorescente de luz diurna | ||
F2 | 0.37208 | 0.37529 | 0.37925 | 0.36733 | 4230 | fluorescente blanco frío | ||
F3 | 0,40910 | 0.39430 | 0.41761 | 0.38324 | 3450 | fluorescente blanco | ||
F4 | 0.44018 | 0.40329 | 0,44920 | 0.39074 | 2940 | fluorescente blanco cálido | ||
F5 | 0.31379 | 0.34531 | 0.31975 | 0.34246 | 6350 | fluorescente de luz diurna | ||
F6 | 0.37790 | 0.38835 | 0.38660 | 0.37847 | 4150 | fluorescente blanco claro | ||
F7 | 0.31292 | 0.32933 | 0.31569 | 0.32960 | 6500 | Simulador D65 , simulador de luz diurna | ||
F8 | 0.34588 | 0.35875 | 0.34902 | 0.35939 | 5000 | Simulador D50, Sylvania F40 Design 50 | ||
F9 | 0.37417 | 0.37281 | 0.37829 | 0.37045 | 4150 | fluorescente de lujo blanco frío | ||
F10 | 0.34609 | 0.35986 | 0.35090 | 0.35444 | 5000 | Philips TL85, Ultralume 50 | ||
F11 | 0.38052 | 0.37713 | 0.38541 | 0.37123 | 4000 | Philips TL84, Ultralume 40 | ||
F12 | 0,43695 | 0.40441 | 0,44256 | 0.39717 | 3000 | Philips TL83, Ultralume 30 | ||
LED-B1 | 0.4560 | 0.4078 | 2733 | azul convertido en fósforo | ||||
LED-B2 | 0,4357 | 0.4012 | 2998 | azul convertido en fósforo | ||||
LED-B3 | 0.3756 | 0.3723 | 4103 | azul convertido en fósforo | ||||
LED-B4 | 0.3422 | 0.3502 | 5109 | azul convertido en fósforo | ||||
LED-B5 | 0.3118 | 0.3236 | 6598 | azul convertido en fósforo | ||||
LED-BH1 | 0,4474 | 0.4066 | 2851 | mezcla de LED azul convertido en fósforo y LED rojo (azul híbrido) | ||||
LED-RGB1 | 0.4557 | 0.4211 | 2840 | mezcla de LED rojos, verdes y azules | ||||
LED-V1 | 0.4560 | 0.4548 | 2724 | violeta convertida en fósforo | ||||
LED-V2 | 0.3781 | 0.3775 | 4070 | violeta convertida en fósforo |
Referencias
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Se proporciona un método para evaluar la idoneidad de una fuente de prueba como simulador de los iluminantes estándar CIE D55, D65 o D75. El Suplemento, elaborado en 1999, añade el Iluminante CIE D50 a la línea de iluminantes donde se puede aplicar el método. Para cada uno de estos iluminantes estándar, se proporcionan datos del factor de radiancia espectral para cinco pares de muestras no fluorescentes que son coincidencias metaméricas. Las diferencias colorimétricas de los cinco pares se calculan para el iluminante de prueba; el promedio de estas diferencias se toma como el índice de metamerismo de rango visible y se usa como una medida de la calidad del iluminante de prueba como un simulador para muestras no fluorescentes. Para las muestras fluorescentes, la calidad se evalúa además en términos de un índice de metamerismo de rango ultravioleta, definido como el promedio de las diferencias colorimétricas calculadas con el iluminante de prueba para tres pares más de muestras, cada par que consta de una muestra fluorescente y una no fluorescente que son metamérica bajo el iluminante estándar.
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enlaces externos
- Tablas colorimétricas seleccionadas en Excel , publicadas en CIE 15: 2004
- Konica Minolta Sensing: fuentes de luz e iluminantes