
La luminosidad es una percepción visual de la luminancia.de un objeto. A menudo se juzga en relación con un objeto iluminado de forma similar. En colorimetría y modelos de apariencia del color , la luminosidad es una predicción de cómo un color iluminado se verá para un observador estándar. Mientras que la luminancia es una medida lineal de la luz, la luminosidad es una predicción lineal de la percepción humana de esa luz.
Esta distinción es importante porque la percepción de la luminosidad en la visión humana no es lineal con respecto a la luz. Duplicar la cantidad de luz no duplica la luminosidad percibida, sino que produce un aumento moderado.
El símbolo de la ligereza perceptiva suele sercomo se utiliza en CIECAM02 otal como se utiliza en CIELAB y CIELUV .("Lstar") no debe confundirse concomo se usa para la luminancia. En algunos sistemas de ordenación de colores como Munsell , la luminosidad se referencia como valor .
Tanto el claroscuro como el tenebrismo aprovechan los contrastes dramáticos de valor para intensificar el dramatismo en el arte. Los artistas también pueden emplear el sombreado , una manipulación sutil del valor tonal.
Luminosidad en diferentes espacios de color
En algunos espacios de color o sistemas de color como Munsell, HCL y CIELAB, la luminosidad (valor) limita acromáticamente los límites máximo y mínimo, y opera independientemente del tono y la saturación . Por ejemplo, el valor 0 de Munsell corresponde al negro puro y el valor 10 al blanco puro. Por lo tanto, los colores con un tono discernible deben tener valores intermedios entre estos extremos.
En un modelo de color sustractivo (por ejemplo, pintura, tinte o tinta), la luminosidad de un color cambia a través de diferentes matices, sombras o tonos, que se pueden lograr agregando blanco, negro o gris respectivamente. Esto también reduce la saturación .
En HSL y HSV , la luminancia mostrada es relativa al tono y la croma para un valor de luminosidad dado; en otras palabras, el valor de luminosidad seleccionado no predice la luminancia real mostrada ni su percepción. Ambos sistemas utilizan ternas de coordenadas, donde varias ternas pueden corresponder al mismo color.
En HSV, todos los tríos con valor 0 son negro puro. Si el tono y la saturación se mantienen constantes, al aumentar el valor aumenta la luminancia, de modo que un valor de 1 es el color más claro con el tono y la saturación dados. HSL es similar, excepto que todos los tríos con luminosidad 1 son blanco puro. En ambos modelos, todos los colores puros saturados indican la misma luminosidad o valor, pero esto no se relaciona con la luminancia mostrada, que está determinada por el tono. Es decir, el amarillo tiene mayor luminancia que el azul, incluso si el valor de luminosidad se establece en un número dado.
Si bien los espacios HSL, HSV y similares son suficientemente útiles para elegir o ajustar un solo color, no son perceptualmente uniformes. Sacrifican precisión en aras de la simplicidad computacional, ya que fueron creados en una época en la que la tecnología informática tenía limitaciones de rendimiento. [ 1 ]
Si tomamos una imagen y extraemos los componentes de tono, saturación y luminosidad o valor para un espacio de color determinado , veremos que pueden diferir sustancialmente de un espacio de color o modelo diferente. Por ejemplo, examine las siguientes imágenes de un escupefuegos ( fig. 1 ). La original está en el espacio de color sRGB. CIELABes una predicción de luminosidad perceptualmente uniforme que se deriva de la luminanciapero descarta elydel espacio de color CIE XYZ . Nótese que esto parece similar en luminosidad percibida a la imagen en color original. Lumaes un componente de luminancia codificado gamma de algunos sistemas de codificación de vídeo comoyEs aproximadamente similar, pero difiere en croma alto, desviándose más de una señal acromática como la luminancia lineal.o luminosidad no linealHSLy HSVNo son uniformes ni desde el punto de vista perceptual ni en cuanto a luminancia.
Relación con el valor y la luminancia relativa
El valor Munsell se ha utilizado durante mucho tiempo como una escala de luminosidad perceptualmente uniforme . Una cuestión de interés es la relación entre la escala del valor Munsell y la luminancia relativa . Conociendo la ley de Weber-Fechner , Albert Munsell comentó: "¿Deberíamos usar una curva logarítmica o una curva de cuadrados?" [ 2 ] Ninguna de las opciones resultó ser del todo correcta; los científicos finalmente convergieron en una curva aproximadamente de raíz cúbica, consistente con la ley de potencia de Stevens para la percepción del brillo, que refleja el hecho de que la luminosidad es proporcional al número de impulsos nerviosos por fibra nerviosa por unidad de tiempo. [ 3 ] El resto de esta sección es una cronología de los modelos de luminosidad, que lleva a CIECAM02 .
Nota: El valor V de Munsell varía de 0 a 10, mientras que el valor Y suele variar de 0 a 100 (a menudo interpretado como un porcentaje). Normalmente, la luminancia relativa se normaliza de modo que el "blanco de referencia" (por ejemplo, óxido de magnesio ) tenga un valor tristímulo de Y = 100. Dado que la reflectancia del óxido de magnesio (MgO) con respecto al difusor reflectante perfecto es del 97,5 %, V = 10 corresponde a Y = 100 / 97,5 % ≈ 102,6 si se utiliza MgO como referencia. [ 4 ]

1920
Irwin Priest , Kasson Gibson y Harry McNicholas proporcionan una estimación básica del valor Munsell (con Y que va de 0 a 1 en este caso): [ 5 ]
1933
Alexander Munsell, Louise Sloan e Isaac Godlove inician un estudio sobre la escala de valor neutro de Munsell, considerando varias propuestas que relacionan la luminancia relativa con el valor de Munsell, y sugieren: [ 6 ] [ 7 ]
1943
Sidney Newhall, Dorothy Nickerson y Deane Judd preparan un informe para la Optical Society of America (OSA) sobre la renotación de Munsell. Sugieren una parábola quíntica (que relaciona la reflectancia en términos del valor): [ 8 ]
1943
Utilizando la Tabla II del informe de la OSA, Parry Moon y Domina Spencer expresan el valor en términos de luminancia relativa: [ 9 ]
1944
Jason Saunderson y BI Milner introducen una constante sustractiva en la expresión anterior para un mejor ajuste al valor de Munsell. [ 10 ] Posteriormente, Dorothea Jameson y Leo Hurvich afirman que esto corrige los efectos de contraste simultáneos . [ 11 ] [ 12 ]
1955
Ladd y Pinney de Eastman Kodak están interesados en el valor Munsell como una escala de luminosidad perceptualmente uniforme para su uso en televisión . Después de considerar una función logarítmica y cinco funciones de ley de potencias (según la ley de potencias de Stevens ), relacionan el valor con la reflectancia elevando la reflectancia a la potencia de 0,352: [ 13 ]
Al darse cuenta de que esto está bastante cerca de la raíz cúbica , lo simplifican a:
1958
Glasser et al. definen la luminosidad como diez veces el valor Munsell (de modo que la luminosidad varía de 0 a 100): [ 14 ]
1964
Günter Wyszecki lo simplifica a: [ 15 ]
Esta fórmula se aproxima a la función de valor Munsell para 1% < Y < 98% (no es aplicable para Y < 1% ) y se utiliza para el espacio de color CIE 1964 .
1976
CIELAB utiliza la siguiente fórmula:
donde Y n es el valor tristímulo CIE XYZ Y del punto blanco de referencia (el subíndice n sugiere "normalizado") y está sujeto a la restricción Y / Y n > 0,01 . Pauli elimina esta restricción calculando una extrapolación lineal que mapea Y / Y n = 0 a L * = 0 y es tangente a la fórmula anterior en el punto en el que la extensión lineal tiene efecto. Primero, se determina que el punto de transición es Y / Y n = ( 6 / 29 ) 3 ≈ 0,008856 , luego se calcula la pendiente de ( 29 / 3 ) 3 ≈ 903,3 . Esto da la función de dos partes: [ 16 ]
La ligereza es entonces:
A primera vista, podrías aproximar la función de luminosidad mediante una raíz cúbica, una aproximación que se encuentra en gran parte de la literatura técnica. Sin embargo, el segmento lineal cerca del negro es significativo, y por lo tanto los coeficientes 116 y 16. La función de potencia pura de mejor ajuste tiene un exponente de aproximadamente 0,42, lejos de 1 / 3 . [ 17 ] Una tarjeta gris de aproximadamente 18% , con una reflectancia exacta de ( 33 / 58 ) 3 , tiene un valor de luminosidad de 50. Se la llama " gris medio " porque su luminosidad está a medio camino entre el negro y el blanco.
1997
Ya en 1967 se descubrió en peces una relación hiperbólica entre la intensidad de la luz y las respuestas de las células cono, en consonancia con el modelo cinético de Michaelis-Menten de las reacciones bioquímicas. [ 18 ] En los años 70 se encontró la misma relación en otros vertebrados y en 1982, utilizando microelectrodos para medir las respuestas de los conos en macacos rhesus vivos, Valeton y Van Norren encontraron la siguiente relación: [ 19 ]
- 1 / V ~ 1 + (σ / I) 0,74
donde V es el potencial medido, I la intensidad de la luz y σ una constante. En 1986, Seim y Valberg se dieron cuenta de que esta relación podría ayudar en la construcción de un espacio de color más uniforme. [ 20 ] Esto inspiró avances en el modelado del color y, cuando la Comisión Internacional de Iluminación celebró un simposio en 1996, se formularon los objetivos para un nuevo modelo de color estándar y, en 1997 , se estandarizó CIECAM97s (Comisión Internacional de Iluminación, modelo de apariencia del color, 1997, versión simple). [ 21 ] CIECAM97s distingue entre luminosidad, cuán claro parece algo en comparación con un objeto blanco iluminado de manera similar, y brillo, cuánta luz parece emanar de algo. [ 22 ] Según CIECAM97s, la luminosidad de una muestra es:
- J = 100 (A muestra / A blanco ) cz
En esta fórmula, para una muestra pequeña en condiciones brillantes en un campo circundante con una luminancia relativa n en comparación con el blanco, se ha elegido c de tal manera que:
Este modelo indica que una muestra aparecerá más oscura sobre un fondo claro que sobre uno oscuro. Consulte el efecto de contraste para obtener más información sobre el tema. Cuando n = 1/5 , cz = 1, lo que representa la suposición de que la mayoría de las escenas tienen una luminancia relativa promedio de 1/5 en comparación con el blanco brillante, y que , por lo tanto , una muestra en dicho entorno debería percibirse con su luminosidad adecuada. La cantidad A modela la respuesta del cono acromático; depende del color , pero para una muestra gris en condiciones brillantes se expresa como:
- N bb es un factor de corrección que normalmente es 1; solo es relevante al comparar juicios de brillo basados en blancos de referencia ligeramente diferentes.
Aquí Y es la luminancia relativa en comparación con el blanco en una escala de 0 a 1 y L A es la luminancia promedio del campo visual adaptativo en su conjunto, medida en cd/m² . La respuesta acromática sigue una especie de curva en S , que va de 1 a 123, números que se derivan de la forma en que se promedian las respuestas de los conos y que, en última instancia, se basan en una estimación aproximada del rango útil de impulsos nerviosos por segundo, y que tiene un rango intermedio bastante amplio donde sigue aproximadamente una curva de raíz cuadrada. El brillo según CIECAM97s es entonces:
- Q = (1,24 / c) (J / 100) 0,67 (A blanco + 3) 0,9
El factor 1,24 / c es un factor de entorno que refleja que las escenas parecen más brillantes en condiciones de entorno oscuro. También se formularon sugerencias para un modelo más completo, CIECAM97C, para tener en cuenta varios efectos en condiciones extremadamente oscuras o brillantes, iluminación de color, así como el efecto Helmholtz-Kohlrausch , donde las muestras altamente cromáticas parecen más claras y brillantes en comparación con un gris neutro. Para modelar este último efecto, en CIECAM97C la fórmula para J se ajusta de la siguiente manera:
- J HK = J + (100 – J) (C / 300) |sin( 1 / 2 h – 45°)|,
donde C es la croma y h el ángulo de tono.
Q se calcula entonces a partir de J HK en lugar de J. Esta fórmula tiene el efecto de aumentar la luminosidad y el brillo de las muestras de color. Cuanto mayor sea la croma, más fuerte será el efecto; para colores muy saturados, C puede ser cercano a 100 o incluso superior. El término seno absoluto tiene un valle pronunciado en forma de V con un cero en el amarillo y una amplia meseta en los azules profundos. [ 23 ]
2002
La respuesta acromática en CIECAM97s es una suma ponderada de las respuestas de los conos menos 2,05. Dado que el término de ruido total suma 3,05, esto significa que A y, por consiguiente, J y Q no son cero para el negro absoluto. Para corregir esto, Li, Luo y Hunt sugirieron restar 3,05 en su lugar, de modo que la escala comience en cero. [ 24 ] Aunque CIECAM97s fue un modelo exitoso para impulsar y dirigir la investigación colorimétrica, Fairchild consideró que para las aplicaciones prácticas eran necesarios algunos cambios. Los relevantes para los cálculos de luminosidad fueron, en lugar de usar varios valores discretos para el factor de entorno c, permitir la interpolación lineal de c y, por lo tanto, permitir que el modelo se use bajo condiciones de entorno intermedias, y simplificar z para eliminar el caso especial para estímulos grandes porque consideró que era irrelevante para las aplicaciones de imágenes. [ 25 ] Basándose en los resultados experimentales, Hunt, Li, Juan y Luo propusieron una serie de mejoras. Relevante para el tema en cuestión es que sugirieron reducir z ligeramente. [ 26 ] Li y Luo descubrieron que un espacio de color basado en un CIECAM97s modificado que utiliza la luminosidad como una de las coordenadas era más uniforme perceptualmente que el CIELAB. [ 27 ]
Debido a la forma de la curva en S de la respuesta de los conos, cuando se reduce la luminancia de un color, incluso si su composición espectral permanece igual, las diferentes respuestas de los conos no cambian exactamente al mismo ritmo entre sí. Por lo tanto, es plausible que el tono y la saturación percibidos cambien a bajos niveles de luminancia. Pero CIECAM97s predice desviaciones mucho mayores de lo que generalmente se considera probable y, por lo tanto, Hunt, Li y Luo sugirieron usar una curva de respuesta de los conos que se aproxime a una curva de potencia para un rango mucho más amplio de estímulos, de modo que el tono y la saturación se conserven mejor. [ 28 ]
Todas estas propuestas, así como otras relacionadas con la cromaticidad, dieron como resultado un nuevo modelo de apariencia del color, CIECAM02. En este modelo, la fórmula para la luminosidad permanece igual:
- J = 100 (A muestra / A blanco ) cz
Pero todas las cantidades que intervienen en esta fórmula cambian de alguna manera. El parámetro c ahora es continuamente variable, como se explicó anteriormente, y z = 1,48 + √n. Aunque esto es mayor que z en CIECAM97, el factor de potencia efectivo total es muy similar porque el factor de potencia efectivo de la respuesta acromática es mucho menor:
Como antes, esta fórmula presupone condiciones de luz brillante. Aparte de 1220, que resulta de una constante de respuesta de cono asumida arbitrariamente, las diversas constantes en CIECAM02 se ajustaron a conjuntos de datos experimentales. La expresión para el brillo también ha cambiado considerablemente:
Nótese que, contrariamente a lo sugerido por CIECAM97C, CIECAM02 no incluye ninguna disposición para el efecto Helmholtz-Kohlrausch. [ 29 ] [ 30 ]
Otros efectos psicológicos
Esta percepción subjetiva de la luminancia de forma no lineal es una de las razones por las que la compresión gamma de imágenes resulta útil. Además de este fenómeno, existen otros efectos relacionados con la percepción de la luminosidad. La cromaticidad puede afectar la luminosidad percibida, como describe el efecto Helmholtz-Kohlrausch . Si bien el espacio CIELAB y sus derivados no tienen en cuenta este efecto sobre la luminosidad, puede estar implícito en el modelo de color Munsell. Los niveles de luz también pueden afectar la cromaticidad percibida, como en el caso del efecto Purkinje .
Véase también
Referencias
- ↑ La mayoría de las desventajas que se mencionan a continuación se enumeran en A Technical Introduction to Digital Video (1996) de Charles Poynton , aunque como meras afirmaciones, sin ejemplos.
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- ↑ Hunt, Robert WG (18 de mayo de 1957). "Energía de la luz y sensación de brillo" . Nature . 179 (4568): 1026. Bibcode : 1957Natur.179Q1026H . doi : 10.1038/1791026a0 . PMID 13430776 .
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- ↑ Munsell, AEO; Sloan, LL ; Godlove, IH (diciembre de 1933). "Escalas de valores neutros. II. Una comparación de resultados y ecuaciones que describen escalas de valores". JOSA . 23 (12): 419– 425. Bibcode : 1933JOSA...23..419G . doi : 10.1364/JOSA.23.000419 .
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- ↑ Mark D. Fairchild: Una revisión de CIECAM97s para aplicaciones prácticas
- ↑ Robert William Gainer Hunt, Changjun Li, Lu-Yin Grace Juan y Ming Ronnier Luo: Mejoras adicionales a CIECAM97s (también citado como Refinamientos adicionales a CIECAM97s )
- ↑ Changjun Li y Ming Ronnier Luo: Un espacio de color uniforme basado en CIECAM97
- ↑ Robert William Gainer Hunt, Changjun Li y Ming Ronnier Luo: Funciones de respuesta dinámica del cono para modelos de apariencia del color
- ↑ Nathan Moroney, Mark D. Fairchild, Robert William Gainer Hunt, Changjun Li, Ming Ronnier Luo y Todd Newman: El modelo de apariencia de color CIECAM02
- ↑ "Comité técnico de la CIE: Modelos de apariencia del color para aplicaciones de gestión del color" . Archivado del original el 7 de mayo de 2009. Consultado el 7 de mayo de 2009 .
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