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GDC | §1.8 – Uniformidad perceptual

< §1.7 Iluminantes

Sobre el final del apartado §1.6 adelantamos que un inconveniente práctico del diagrama de cromaticidad es la falta de uniformidad perceptual, es decir, la distancia entre colores diferentes no representa una medida de la diferencia percibida entre esos dos colores. Una forma quizás más directa de entender este concepto sería el siguiente.

En el diagrama de cromaticidad, una mezcla arbitraria de dos colores se ubica necesariamente sobre la recta que une los dos puntos representativos de esos colores. Supongamos que mezclamos esos mismos dos colores en partes iguales. El color resultante, por definición, es equidistante de los dos colores de partida y por lo tanto se percibiría como teniendo la misma diferencia perceptual respecto de cualquiera de ellos. Luego, el diagrama sería perceptualmente uniforme si esa mezcla se ubicara exactamente en el punto medio del segmento que une los colores mezclados.

El diagrama CIE xy no tiene esa propiedad, lo que no lo hace útil para juzgar qué tan diferentes son dos colores dados simplemente midiendo la distancia que los separa en el diagrama. Para solucionar este inconveniente, fue necesario ampliar el estudio de la visión del color en el ser humano desde la percepción absoluta del color, que de alguna forma captura el sistema CIE XYZ y el diagrama CIE xy, a la percepción de diferencias de color.

Las elipses de MacAdam

Para responder a esta pregunta fue necesario esperar hasta 1942, cuando el físico David MacAdam publicó los resultados de una serie de experimentos similares a los realizados por Wright y Guild años atrás. MacAdam preparó uno de esos experimentos colocando un observador entrenado ante dos colores diferentes con la misma luminosidad, uno de ellos fijo (color de prueba) y el otro ajustable, con el propósito de “igualarlos”. La igualdad no resultaba perfecta debido que el sistema visual humano, como cualquier sistema físico, tiene una precisión límite. MacAdam observó que todos los intentos juzgados por el observador como “igualdades” se distribuían alrededor del color de prueba formando una elipse en el diagrama de cromaticidad.

Elipses de MacAdam
Las 25 elipses que MacAdam registró en sus experimentos de percepción de diferencias de color. El tamaño de las elipses está exagerado aproximadamente 10 veces para permitir su visualización.

Luego de repetir este experimento en un total de 25 colores de prueba en diferentes lugares del diagrama, MacAdam encontró que las elipses correspondientes a cada uno de ellos variaban en tamaño y orientación.

Si bien esto muestra la falta de uniformidad perceptual del diagrama de cromaticidad, el trabajo de MacAdam inició una búsqueda de otros sistemas de medición de color que lograran tener esa característica. La razón es la necesidad de poder establecer tolerancias en la medición del color, y permitir así su aplicación industrial.

El primer intento fue buscar alguna “deformación” simple del diagrama CIE xy para lograr eventualmente que las elipses se convirtieran en círculos del mismo tamaño aproximado.

El diagrama CIE uv

El propio MacAdam propuso un diagrama de cromaticidad basado en dos nuevas cantidades llamadas u y v, conocido como CIE uv y también denominado CIE 1960 UCS (Uniform Color Space), que presentaba el aspecto siguiente:

MacAdam uv

Este diagrama puede interpretarse como una “deformación” del CIE xy, donde las nuevas coordenadas u, v se obtienen a partir de las x, y mediante las expresiones siguientes:

    \[ u = \frac{4x}{12y - 2x + 3},\hspace{1cm}v = \frac{6y}{12y - 2x + 3}. \]

También pueden obtenerse desde las coordenadas CIE XYZ mediante las fórmulas

    \[ u = \frac{4X}{X + 15Y + 3Z},\hspace{1cm}v = \frac{6Y}{X + 15Y + 3Z}. \]

La posterior aplicación de este nuevo sistema mostró que si bien es perceptualmente más uniforme que el CIE xy, aún presentaba falta de uniformidad en muchas ocasiones. Un segundo intento, el sistema CIE u’v’, modificaba ligeramente el CIE uv simplemente aumentando el valor de v en un 50%, dejando el de u sin modificar. Sin embargo, estas correcciones resultaron insuficientes y desnudaron el problema de fondo: la visión humana no responde linealmente a la energía de la luz, representada en las cantidades XYZ (en los cuales todos estos sistemas están basados en última instancia), y por tanto se imponía un análisis perceptual de la respuesta a esa intensidad.

El sistema Munsell

El problema de la uniformidad perceptual ya había sido estudiado empíricamente mucho antes. En la primera década del siglo XX, el profesor Albert Munsell se propuso elaborar una notación para el color de manera que colores contiguos tengan aproximadamente la misma diferencia perceptual. El resultado es el Munsell Color System, un sistema de ordenamiento de color que demuestra que ningún sistema numérico de color puede adaptarse a un sólido simple (conos, cilindros, esferas, tal como otros investigadores habían propuesto antes) si se pretende que sea perceptualmente uniforme.

munsell
El sistema Munsell de ordenamiento de color.

El sistema Munsell define tres cantidades:

  • Matiz o tono (Hue, H): Munsell seleccionó los colores rojo (R), amarillo (Y), verde (G), azul (B) y violeta (P) como principales y estableció un posicionamiento angular para cada uno de ellos;
  • Valor (Value, V): Una medida de la luminosidad del color, dispuesta sobre el eje vertical;
  • Croma (Chroma, C): La “pureza” del color, medida en forma radial por su distancia al eje gris.

Durante muchos años el sistema Munsell fue lo más cercano a un estándar de especificación de color, y fue adoptado por un número considerable de organismos y agencias tanto gubernamentales como privadas en varios países. Sin embargo, este sistema no permite medir un color, ya que sólo consiste en un sistema de ordenamiento basado en un criterio perceptual. De todas formas, un sistema numérico y objetivo de medición de color aplicable debería incorporar las características que Munsell había descubierto mediante sus estudios.

Todo esto condujo al desarrollo de otros sistemas, de los cuales el CIE L*a*b* resulta el más usado a la fecha y el que estudiaremos en el siguiente apartado.

§1.9 El sistema CIE L*a*b* >