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Introducción al análisis de apariencia
Los impresores y proveedores de servicios gráficos que tienen que ver diariamente con prácticas tales como las de corregir el color de imágenes, igualar un color impreso con las pruebas de color, controlar el registro o usar densitómetros, espectrofotómetros o perfiles y administración de color, ya están familiarizados con el concepto de análisis de apariencia y con el aspecto muy subjetivo que surge cuando el cliente dice: "Bueno, simplemente no me parece bien".
La apariencia de un objeto es el resultado de una compleja interacción de la luz incidente sobre el objeto, las características ópticas del objeto y la percepción humana. Dado que los productos se fabrican para satisfacer un propósito, su apariencia es su atributo comercial más importante. Con frecuencia la apariencia determina la aceptación del producto para su vendedor y en última instancia para el consumidor o usuario final. La calidad de la apariencia de un producto está relacionada psicológicamente con su desempeño esperado y su vida útil. En consecuencia, determina la aceptación (o rechazo) de los compradores potenciales.
A todas las industrias manufactureras les concierne la apariencia de sus productos. La apariencia tiene que ver con todos los fenómenos visuales tales como color, brillo, forma, textura, lisura, opacidad o translucidez que caracterizan el objeto. Todas las demás cosas siendo iguales, cuando el consumidor tiene la opción, compra lo que tiene mejor apariencia. La apariencia es el más importante e impresionante mensaje del producto.
Los compradores también esperan uniformidad de apariencia en cualquier grupo del mismo producto. Cuando los consumidores observan una diferencia entre los mismos productos que están exhibidos, la diferencia es asociada con mala calidad o empaques viejos. La apariencia visual y la uniformidad de la apariencia tienen tal importancia que cada mercado exige identificación cuantitativa de la apariencia.
La durabilidad y la resistencia al desvanecimiento o degradación del color también son factores importantes cuando se considera la vida que se espera del producto. Los comentarios subjetivos acerca de la resistencia a la luz y duración se miran con frecuencia con gran escepticismo, pero los procedimientos estandarizados y las medidas cuantitativas de prueba, antes y después de la prueba de exposición del producto pueden servir como base de comparación y ayudarle a los consumidores acuciosos a tomar una decisión de compra con mayor información.
El comportamiento de la luz interactuando con los productos tales como las tintas, pinturas, recubrimientos, textiles, plásticos, metales, cerámicas, productos farmacéuticos, cosméticos y comestibles, varía dependiendo de muchas características físicas. Mediante la utilización de la instrumentación correcta y técnicas adecuadas para la solución de problemas, es posible medir los atributos distintivos de apariencia de una amplia gama de productos.
Interacción de objetos y materiales
Mientras que las fuentes de luz son visibles por la luz que emiten, los objetos y los materiales se manifiestan al ojo humano de acuerdo con como estos afectan la luz que incide sobre ellos. Los objetos o materiales pueden ser una superficie impresa, una hoja de papel, una manzana o cualquier elemento de una inmensa variedad.
La luz, (Ilustración 1) se define como una energía radiante visualmente evaluada de longitudes de onda desde aproximadamente 380 a 770 nanómetros. Las diferentes longitudes de onda tienen diferentes colores y algunas longitudes de onda son visibles con mayor intensidad que otras. La respuesta variable del ojo a las mismas cantidades de energía a diferentes longitudes de onda se pueden representar por medio de la curva de luminosidad del ojo humano (Ilustración 2). Estas representaciones gráficas conocidas como "curvas espectrales" pueden describir la cantidad de luz o radiación en cada longitud de onda, o nuestra respuesta a ella, tal como en la curva de la luminosidad.
La luz se puede producir calentando objetos (ejemplo, el filamento de una bombilla), o mediante la excitación de átomos y moléculas (ejemplo, cuando la resistencia de una estufa eléctrica se vuelve roja). La fluorescencia, en la que la luz pasa de una región espectral a otra, es un caso especial.
Un medio completamente radiante llamado el "radiador de cuerpo negro" se puede utilizar como referencia estándar para identificar el color de la fuente de luz incandescente. La temperatura correlacionada de color (CCT) de una fuente de luz es la temperatura de un radiador de cuerpo negro visualmente mas cercana a la apariencia de la fuente de luz. Por ejemplo, una lámpara incandescente típica (filamento de tungsteno) tendría una CCT de aproximadamente 2856 K.
Aunque la apariencia de los materiales, incluyendo los impresos resulta de factores muy complejos, para el análisis el problema se puede simplificar separando los atributos cromáticos (color) de los atributos geométricos (brillo, textura, lisura, etc.) y separando la distribución de la luz difusa de la especular. Con la ayuda de esta descomposición es posible identificar cualquier atributo y prescribir el instrumento de medición y las técnicas necesarias para analizarlo.
La luz que incide sobre un objeto será afectada de varias formas por su interacción con el objeto. La distribución de la luz (tipos de reflexión o transmisión) que resultan después de que la luz incide sobre un objeto nos da nuestra impresión de la apariencia del objeto. La reflexión especular, por ejemplo, hace que un objeto parezca brillante o liso. Normalmente los metales se distinguen por producir reflexiones especulares mas fuertes que las de otros materiales y las superficies lisas siempre son mas brillantes que las ásperas.
Atributos geométricos de la apariencia
Los atributos geométricos de la apariencia, distintos a los del color, con frecuencia están relacionados con las propiedades de la superficie y no pueden definirse completamente en un arreglo de coordenadas simples. Afortunadamente, si se consideran áreas de superficie relativamente planas y uniformes, con distribuciones muy simplificadas de luz especular y difusa, es posible también una simplificación significativa de los atributos geométricos.
Primero, la luz se puede caracterizar como reflejada o transmitida por un objeto. La luz reflejada es la luz que rebota de una superficie iluminada. La luz transmitida es la que pasa a través de un objeto y es vista desde el sitio de salida de la misma. La luz transmitida y la reflejada puede ser además dividida en luz difusa y no difusa, lo cual da cuatro clases principales de distribución de luz de los objetos: reflexión difusa, reflexión especular, transmisión difusa y transmisión normal (ver ilustración 3). Esta separación en componentes difusos y especulares, proporciona una buena aproximación que es adecuada para muchos análisis de la distribución geométrica de la luz reflejada o transmitida.
La absorción selectiva de ciertas longitudes de onda es lo que resulta en nuestra percepción del color. Cuando la absorción es el proceso dominante, los colores resultantes no son intensos. Si se absorben todas las longitudes de onda, el resultado es negro. Y si se reflejan todas las longitudes de onda, el resultado es el blanco.
Todos los siguientes procesos operan en la mayoría de objetos:
Reflexiones especulares (brillos) Reflexiones difusas Transmisiones normales Transmisiones difusas irregulares o por absorción. Los análisis físicos de los resultados combinados de éstos procesos se hacen utilizando medidas tomadas con espectrofotómetros o con goniofotómetros (ver Ilustración 4)
Las curvas espectrofotométricas son una medida de la reflexión o transmisión de la luz, longitud de onda por longitud de onda, de todo el espectro visible.
Las curvas espectrales, entonces, se relacionan con el color y se pueden usar para ayudar a identificar los tientes o pigmentos componentes utilizados para producir un color dado.
Las curvas goniofotométricas describen como la luz es reflejada de o transmitida a través de un objeto, en función de los diferentes ángulos y se relacionan con los atributos geométricos, tales como brillo y lisura. Aunque las medidas espectrofotométricas y goniofotométricas no proporcionan valores concluyentes que describan la apariencia, cuantifican la parte de la interacción de la luz y el objeto en una situación dada.
Atributos cromáticos de la apariencia
Física del color
El color está asociado a las ondas de luz, específicamente a la distribución de sus longitudes de onda. Con frecuencia nos referimos a estas distribuciones de luz como características espectrofotométricas. Las longitudes de onda visibles son aquellas entre los extremos violeta y rojo del espectro, entre los 400 y 700 nanómetros respectivamente. La absorción selectiva de diferentes cantidades de longitudes de onda dentro de estos límites normalmente determina los colores de los objetos. Las longitudes de onda que no son absorbidas, son reflejadas o transmitidas (difundidas) por los objetos para que los observadores las puedan ver. En otras palabras, los objetos amarillos normalmente absorben luz azul; los objetos rojos, absorben luz verde y así sucesivamente.
Físicamente el color de un objeto se mide y se representa mediante curvas espectrofotométricas que son gráficos de fracciones de luz incidente (reflejada o transmitida) como una función de longitudes de onda en todo el espectro visible, relativos a una referencia. La referencia típica es un blanco estándar que ha sido calibrado con relación al blanco difusor reflector perfecto (100% de reflexión en todas las longitudes de onda). La Ilustración 5 muestra curvas espectrofotométricas típicas de algunos colores.
Las curvas del blanco, el gris y el negro, relativamente rectas y horizontales, están ubicadas en la parte superior, media e inferior del gráfico, mientras que cada una de las curvas que representan los colores cromáticos son más altas en aquella parte del espectro asociada con ese color (luz difundida) y cae a valores más bajos en otras longitudes de onda (luz absorbida).
Fisiología del color
Psicológica y fisiológicamente, el color es una percepción del cerebro que resulta de las señales llevadas a este mediante receptores ubicados en los ojos. El color de cualquier material resulta del efecto que tienen los pigmentos, tintes u otros materiales absorbentes sobre el objeto percibido. El ojo no ve el análisis de la longitud de onda, como el de las curvas de la Ilustración 5; en vez de ello, sintetiza la respuesta de los tres receptores de color (de luz roja, verde y azul) en el ojo. Una persona con experiencia en colorimetría puede estimar, con base en las curvas, como las de la Ilustración 5, de que color lucirá el espécimen, pero una persona sin conocimiento, no lo podrá determinar.
Atributos del color vistos por el observador
Lo que un artista ve cuando está examinando un color no es ni su curva espectrofotométrica ni las respuestas individuales de los receptores rojo, verde y azul del ojo. Si se le pide identificar el color de un objeto, el artista primero hablará de su tono. El tono es un atributo que corresponde a si el objeto es rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul o violeta. Con frecuencia, este atributo está relacionado al círculo de tonos que ha sido reconocido por años por los artistas, los tecnólogos del color y los decoradores.
Un segundo atributo del color, apreciado inmediatamente, es su saturación. La saturación está determinada con qué tan lejos está el color del eje del gris, hacia el tono puro, lo cual da la percepción de su saturación. Por ejemplo, un color pastel, tiene baja saturación, mientras que un color puro se dice que tiene alta saturación.
Un tercer atributo o dimensión del color está asociado con la intensidad luminosa del objeto (normalmente, la capacidad de reflejar o transmitir luz).
Este atributo recibe diferentes nombres; luminosidad (lightness), valor y, algunas veces aunque incorrectamente, "brillo."
Los tres atributos de un color, entonces, son tono, saturación y luminosidad. Están relacionados entre sí como se muestra en la Ilustración 6. Uno de los mejores y más conocidos sistemas de color es el Sistema Munsell de especificación de color que se muestra en la Ilustración 7. En este sistema las tres dimensiones de la apariencia del color perceptibles visualmente se designan como tono, valor (luminosidad) y croma (saturación). En la comunicación sobre color, particularmente cuando se analizan diferencias, los términos más usados son luminosidad (lightnes), saturación (chroma) y tono (hue) , LCH, por su sigla en inglés.
Iluminantes
La fuente de luz, el iluminante, afectará la percepción del color. Tanto la luz día natural, como la simulada artificialmente, son utilizadas normalmente para examinar visualmente las diferencias de color entre materiales. Una ventana orientada hacia el norte (para que no tenga luz solar directa) es el iluminante natural empleado normalmente. Se sabe que los artistas son los que prefieren ubicar sus estudios de tal forma que logren luz del "norte". Sin embargo, la luz natural varía ampliamente en calidad espectral de acuerdo con la hora del día, las condiciones climatológicas, dirección de observación, época del año y ubicación geográfica. Debido a éstas variaciones, la tendencia en pruebas y comparaciones industriales es hacia la utilización de una fuente de luz día simulada que se puede estandarizar y mantener relativamente estable con respecto de su calidad espectral.
La tendencia en igualación industrial del color es hacia la utilización de una fuente de luz día simulada que se puede estandarizar.
Para definir las fuentes de luz artificial que se utilizan en la evaluación de apariencia, la CIE (Commission Internationale de l?Eclairage) estableció los iluminantes estándar que tienen características espectrales similares a las de la fuente de luz natural y son reproducibles en el laboratorio (CIE, 1931): El iluminante A define la luz típica de una lámpara incandescente, el iluminante B representa la luz solar directa y el iluminante C representa el promedio de la luz día de todo el cielo. Vea la Ilustración 8 en la que se muestran algunos iluminantes CIE.
En 1963 se propuso a la CIE una serie "D" de iluminantes que se adoptaron posteriormente. El iluminante D representa la luz día más completa y precisamente que los iluminantes B y C, porque su distribución espectral ha sido definida a partir de las longitudes de onda ultravioleta (UV), la parte visible y hasta las longitudes de onda cercanas a las infrarrojas, entre 300 y 830 nm.
Los iluminantes D normalmente se identifican mediante los dos primeros dígitos de su temperatura de color correlacionada (CCT); por ejemplo, D65 representa el promedio de la luz día con una temperatura de color (CCT) de 6504 K. La mayoría de las industrias ahora están especificando el iluminante D65 cuando se requiere de "luz día" para evaluación visual y medición de color.
La única excepción es la industria de las artes gráficas que especifica el iluminante D50 (5.000 K) para impresos y transparencias, porque es más balanceada espectralmente a todo lo ancho del espectro visible. La baja temperatura de luz emitida por una vela, por ejemplo, tiene mayor contenido de las longitudes de onda más largas (principalmente rojos y amarillos). Es difícil juzgar los colores azul y violeta con la luz de una vela.
En los últimos años se ha incrementado el interés en el contenido de UV de cualquier iluminante que se use para evaluación visual y medición de color. La razón principal es el incremento de la utilización comercial, principalmente en papeles y textiles, de agentes blanqueadores fluorescentes (FWA, sigla en inglés para "fluorescent whitening agents"), que se activan con la luz ultravioleta. Para la propia evaluación visual y medición de color de estos materiales es necesario controlar no solamente la luz visible sino también la energía UV que cae sobre ellos.
Escalas para la medición del color
Observador estándar CIE
La medición científica del color se basa en representaciones numéricas o cuantificaciones de los tres mecanismos de respuesta del ojo humano. La respuesta de los receptores de luz del ojo a diferentes longitudes de onda se conoce ampliamente. Para hacer mediciones que correspondan a la forma en que el ojo ve el color, se requieren valores numéricos específicos para las respuestas del ojo humano promedio a diferentes longitudes de onda de luz.
La delineación de las tres funciones de respuesta de igualación de los tres colores del observador humano, se llama el Observador Estándar CIE 1931 (conocido también como Observador 2°). Este estándar internacional también se puede mostrar como un cuadro de factores ponderados de los cuales se puede derivar la especificación de color de valores triestimulo CIE X, Y, Z. Se intenta que la norma del Observador 2° se utilice al analizar muestras pequeñas (típico de los materiales impresos) que crean un ángulo de visión al ojo entre 1° y menos de unos 4° (similar a observar un objeto a través de un orificio pequeño, aproximadamente del tamaño de una monedita de diez centavos de dólar).
En 1960, CIE propuso un Observador Estándar Suplementario de 10° (Ilustración 9) en un intento de obtener una mejor correlación, en la práctica comercial, en los enjuiciamientos visuales, al observar muestras de mayor tamaño con campos de visión más grandes (por ejemplo cuando se observan un par de paneles de prueba pintados, de un área de 4 pulgadas cuadradas, unos 100 mm2). Las funciones finalmente adoptadas en 1964 le dan mayor peso a las longitudes de onda más cortas y se cree que representan más adecuadamente la función de respuesta objeto ? color del observador humano. Se recomienda utilizar el Observador de 10° cuando los pares de especímenes que se están viendo crean un ángulo subtendido, con respecto del ojo, mayor de unos 4°. Imagine dibujar un par de líneas hacia su ojo, desde los lados opuestos de las muestras que se están examinando. Esa dimensión cónica probablemente sería mayor que 4° para la mayor parte de las muestras más grandes que se evalúan típicamente en pinturas, plásticos, etc.
Escalas de color tipo L, a, b para colores opuestos
Dado que las escalas CIE no proporcionan ni siquiera estimados razonablemente uniformes de las diferencias de color percibidas y sus relaciones, los científicos han desarrollado las llamadas escalas uniformes de color. La mayoría, aunque no todas, son escalas del tipo L, a, b, para colores opuestos.
La teoría de visión de los colores opuestos tuvo sus comienzos con Thomas Young en 1807, Hermann Von Helmholtz en 1837 y Ewald Hering en 1878. Fue refinada en 1930 por G. E. Müeller y, desde entonces, aquellos que han aplicado los principios de Müeller han creado varias técnicas muy útiles.
La teoría de los colores opuestos presume que en el ojo humano hay una etapa intermedia de señal de intercambio entre el instante en que los receptores de luz de la retina reciben las señales de color y cuando el nervio óptico transfiere dichas señales de color al cerebro (Ilustración 10). Durante esta etapa de intercambio se presume que las respuestas al rojo se comparan con las del verde para generar una dimensión de rojo a verde. La respuesta verde, (o rojo y verde juntos, de acuerdo con la teoría) se compara, de manera similar con el azul para generar una dimensión de amarillo a azul. Aunque no siempre, éstas dos dimensiones son asociadas con los símbolos "a" y "b" respectivamente. La tercera dimensión necesaria, "L" de luminosidad (lightness), es una función no lineal, como la raíz cuadrada o raíz cúbica del valor CIE Y, la cual es el porcentaje de la reflectancia (o de la transmitancia).
La validez científica del sistema de los colores opuestos está fuertemente soportada por evidencia experimental. Por ejemplo, en 1966 Russell L. De Valois del Laboratorio Primate de Visión de la Universidad de California, en Berkeley, unió electrodos a las fibras individuales de los nervios ópticos de monos e identificó la correlación de las señales L, a, b, en vez de la correlación de las señales X, Y y Z.
La amplia aceptación y uso del sistema de colores opuestos por los tecnólogos de color también soporta su validez práctica.
La Ilustración 11 muestra la dimensión del sistema de coordenadas de colores opuestos L, a, b. La primera de estas escalas de tipo L, a, b, fue la original Hunter desarrollada y refinada por Richard S. Hunter entre 1942 y 1958. Muchos otros tipos de escalas de colores opuestos fueron desarrolladas entre 1958 y temprano en la década de los 70, pero no son muy usadas hoy.
En 1976 la CIE adoptó otra escala de tipo L, a, b, identificada como la escala CIE 1976 Lºaºbº. A menudo abreviado su nombre como la escala "CIELAB" que es la escala de color actualmente recomendada en la mayoría de los métodos de medición de color y de especificaciones nacionales e internacionales.
Comunicación de color con números: Color y escalas de diferencias de color
El uso industrial de la medición, la formulación y la especificación del color se ha convertido en una práctica corriente para garantizar una producción más consistente, sin variaciones visibles. Los clientes esperan ver el mismo color cada vez que compran el mismo producto, ya sea que lo hayan comprado hace unos días o varios meses. Para lograr este nivel de control de color, las tolerancias numéricas se desarrollan para garantizar que si la producción se realiza dentro de la tolerancia especificada habrá un riesgo mínimo de quejas de los clientes acerca de la igualación del color.
Aunque existen muchas maneras para especificar las tolerancias de color, un método que ha venido ganando mucha aceptación tiene que ver con la utilización de una fórmula de diferencia total de color basada en la escala de color CIELAB y las diferencias en luminosidad, saturación y tono, llamados D E CMC (l:c). La fórmula CMC ha aparecido en diferentes estándares ISO (International Standards Organization).
La fórmula CMC se está utilizando en muchas industrias incluyendo las de pinturas, plásticos, artes gráficas, papeles, textiles, tintas y productos comestibles para solo nombrar algunos. Los valores CMC para una igualación de color "aceptable", típicamente varían de 0.4 (para algunas pinturas o textiles) a 2 a 4 unidades para algunas aplicaciones de artes gráficas. La magnitud depende, por supuesto, del producto, la aplicación, los requisitos y las expectativas del cliente.
El comité de CIE está considerando en la actualidad una nueva fórmula de diferencia total de color para lanzarla al público; se trata de la CIE D E 2000 que, según se ha informado, es un mejoramiento de las fórmulas D E previas (D E* CIELAB y D E CMC).
Conclusiones
El presente resumen pretende aclarar los conceptos básicos de la ciencia y la tecnología de la medición de la apariencia. La correcta aplicación de estos principios en situaciones industriales y de impresión pueden cuantificar la apariencia y, por ende, permitir su control preciso.
Muchos fabricantes de instrumentos para color y apariencia pueden proporcionar ayuda en la aplicación de esta tecnología para aplicaciones específicas. Muchas universidades líderes y algunos fabricantes de instrumentos ofrecen cursos de análisis de apariencia y medición de color. Para mayor información, vea las referencias.
Referencias y recursos
- R.S. Hunter, y R.W. Harold, The measurement of Appearance (La medición de la apariencia), 2da. Edición. Willey-Interscience, New York, 1987 - F.W. Billmeyer Jr. Y M. Saltzman, Principles of color technology, (Principios de la tecnología del color), 2da. Edición. Willey-interscience, New York, 1981. - Colorimetry (Colorimetría), 2da. Edición., Publicación CIE No. 15.2, Bureau Central de la CIE, Viena, Austria, 1986. - The Science and Technology fo Appearance Measurement, (La ciencia y tecnología de la medición de la apariencia), Hunter Associates Laboratory, Inc. Publicación de mercadeo. Reston, Virginia. 1981 - R.L. De Valois, Physiological Basis of Color Vision, Color 69, (Bases fisiológicas de la visión del color. - - - Color 69), Vol. 1, p. 29, Muster-Schmidt, Göttingen 1970. - Colour Physics for Industry (Física del color para la industria), 2da. Edición, de R. McDonald, Sociedad de tinturadores y coloristas, Inglaterra, 1997. - ASTM Standards on Color and Appearance Measurement. (Estándares ASTM de color y medición de apariencia), sexta edición, Sociedad americana de pruebas y materiales. Conshohocken, PA, 2000. - R.W. Harold y Gerald M. Kraai, "Legal Protection for Color" (Protección legal para el color), GATFWorld, Marzo/Abril 1999, p. 31 a 36. - Akihiro Kondo y R.W. Harold, "Measuring the Effect of Substrate Properties on Color Inkjet Images (Medición del efecto de las propiedades del sustrato en imágenes con impresoras de inyección de tinta), GATFWorld, Sep / Oct. 1999, p. 31 a 36. - R.W. Harold y D.Q. McDowell, "Standard Viewing Conditions for the Graphic Arts" (Condiciones estándar de observación para las artes gráficas), reimpresión GATF Second Sight (Cat. No. ss72), 1999, 7 páginas. - D.Q. McDowell y L. Warter, "Viewing Conditions: What?s New? Should We Care? (Condiciones de observación: ¿Que hay de nuevo? ¿Nos debe importar?), Boletín de preprensa IPA, Nov / Dic 1997, p. 17 a 20. - ISO 3664:2000, Standar Viewing Conditions for Prints (Condiciones estándar para impresos), se puede obtener en NPES en www.npes.org/standards/order.htm. - Gary G. Field, Color and its Reproduction (El color y su reproducción), 2da. Edición, GATFPress, Pittsburgh, 1999, capítulos 2 a 6.
Fuente www.artesgraficas.com. Richard W. Harold-Director de aplicaciones de color y apariencia de BYK-Gardner USA, Sewickley, Julio 2002
