Efecto Abney - Abney effect
El efecto Abney o el efecto de pureza sobre tono describe el cambio de tono percibido que se produce cuando se agrega luz blanca a una fuente de luz monocromática .
La adición de luz blanca provocará una desaturación de la fuente monocromática, tal como la percibe el ojo humano. Sin embargo, un efecto menos intuitivo de la adición de luz blanca que percibe el ojo humano es el cambio en el tono aparente . Este cambio de matiz es de naturaleza más fisiológica que física.
Esta variación de tono como resultado de la adición de luz blanca fue descrita por primera vez por el químico y físico inglés Sir William de Wiveleslie Abney en 1909, aunque la fecha se informa comúnmente como 1910. Una fuente de luz blanca se crea mediante la combinación de rojo luz, luz azul y luz verde. Abney demostró que la causa del aparente cambio de tono era la luz roja y la luz verde que componen esta fuente de luz, y el componente de luz azul de la luz blanca no contribuyó al efecto Abney.
Diagramas de cromaticidad
Los diagramas de cromaticidad son diagramas bidimensionales que trazan la proyección del espacio de color XYZ de la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) en el plano (x, y). Los valores X, Y, Z (o valores triestímulos ) se usan simplemente como ponderaciones para crear nuevos colores a partir de los colores primarios, de la misma manera que se usa RGB para crear colores a partir de primarios en televisores o fotografías. Los valores xey utilizados para crear el diagrama de cromaticidad se crean a partir de los valores XYZ dividiendo X e Y por la suma de X, Y, Z. Los valores de cromaticidad que luego se pueden trazar dependen de dos valores: longitud de onda dominante y saturación. . Dado que la energía luminosa no está incluida, los colores que difieren solo en su luminosidad no se distinguen en el diagrama. Por ejemplo, el marrón, que es solo una mezcla de baja luminancia de naranja y rojo, no aparecerá como tal.
El efecto Abney también se puede ilustrar en diagramas de cromaticidad. Si se agrega luz blanca a una luz monocromática, se obtendrá una línea recta en el diagrama de cromaticidad. Podríamos imaginar que todos los colores a lo largo de esa línea se perciben con el mismo tono. En realidad, esto no es cierto y se percibe un cambio de tono. En consecuencia, si trazamos colores que se perciben como que tienen el mismo tono (y solo difieren en pureza) obtendremos una línea curva.
En los diagramas de cromaticidad, una línea que tiene un tono percibido constante debe estar curva, de modo que se tenga en cuenta el efecto Abney. Los diagramas de cromaticidad corregidos para el efecto Abney son, por tanto, excelentes ilustraciones de la naturaleza no lineal del sistema visual. Además, el efecto Abney no rechaza todas y cada una de las líneas rectas en los diagramas de cromaticidad. Se pueden mezclar dos luces monocromáticas y no ver un cambio en el tono, lo que sugiere que un diagrama de línea recta para los diferentes niveles de mezcla sería apropiado en un diagrama de cromaticidad.
Fisiología
El modelo de proceso oponente del sistema visual se compone de dos canales neurales cromáticos y un canal neural acromático. Los canales cromáticos consisten en un canal rojo-verde y un canal amarillo-azul y son responsables del color y la longitud de onda. El canal acromático es responsable de la luminancia o detección de blanco-negro. El tono y la saturación se perciben debido a diferentes cantidades de actividad en estos canales neurales que consisten en vías axónicas de las células ganglionares de la retina . Estos tres canales están estrechamente relacionados con el tiempo de reacción en respuesta a los colores. El canal neural acromático tiene un tiempo de respuesta más rápido que los canales neurales cromáticos en la mayoría de las condiciones. Las funciones de estos canales dependen de la tarea. Algunas actividades dependen de uno u otro canal, así como de ambos canales. Cuando un estímulo coloreado se suma a un estímulo blanco, se activan tanto el canal cromático como el acromático. El canal acromático tendrá un tiempo de respuesta ligeramente más lento, ya que debe ajustarse a las diferentes luminancias; sin embargo, a pesar de esta respuesta retardada, la velocidad del tiempo de respuesta del canal acromático seguirá siendo más rápida que la velocidad de respuesta del canal cromático. En estas condiciones de estímulos sumados, la magnitud de la señal emitida por el canal acromático será más fuerte que la del canal cromático. El acoplamiento de una respuesta más rápida con una señal de mayor amplitud del canal acromático significa que el tiempo de reacción probablemente dependerá de los niveles de luminancia y saturación de los estímulos.
Las explicaciones habituales para la visión del color explican la diferencia en la percepción del tono como sensaciones elementales que son inherentes a la fisiología del observador. Sin embargo, ninguna restricción o teoría fisiológica específica ha sido capaz de explicar la respuesta a cada tono único. Con este fin, se ha demostrado que tanto la sensibilidad espectral del observador como el número relativo de tipos de conos no desempeñan ningún papel significativo en la percepción de diferentes matices. Quizás el medio ambiente juega un papel más importante en la percepción de matices únicos que las diferentes características fisiológicas de los individuos. Esto está respaldado por el hecho de que los juicios de color pueden variar según las diferencias en el entorno de color durante largos períodos de tiempo, pero estos mismos juicios cromáticos y acromáticos se mantienen constantes si el entorno de color es el mismo, a pesar del envejecimiento y otros factores fisiológicos individuales que afectan la retina.
Al igual que el efecto Bezold-Brücke , el efecto Abney sugiere una no linealidad entre las respuestas del cono (LMS) a la etapa de percepción del tono.
Pureza colorimétrica
La saturación, o el grado de palidez de un color, está relacionado con la pureza colorimétrica . La ecuación de pureza colorimétrica es: P = L / ( L w + L ) . En esta ecuación, L es igual a la luminancia del estímulo de luz coloreada, L w es la luminancia del estímulo de luz blanca que se mezcla con la luz coloreada. La ecuación anterior es una forma de cuantificar la cantidad de luz blanca que se mezcla con la luz de color. En el caso del color espectral puro , sin luz blanca agregada, L es igual a uno y L w es igual a cero. Esto significa que la pureza colorimétrica sería igual a uno, y para cualquier caso que implique la adición de luz blanca, la pureza colorimétrica, o el valor de P , sería menor que uno. La pureza de un estímulo de color espectral se puede alterar agregando estímulo blanco, negro o gris. Sin embargo, el efecto Abney describe el cambio en la pureza colorimétrica por la adición de luz blanca. Para determinar el efecto que tiene el cambio de pureza en el tono percibido, es importante que la pureza sea la única variable en el experimento; la luminancia debe mantenerse constante.
Discriminación de tono
El término discriminación de tono se utiliza para describir el cambio en la longitud de onda que debe obtenerse para que el ojo detecte un cambio de tono. Una expresión λ + Δλ define el ajuste de longitud de onda requerido que debe tener lugar. Un pequeño cambio (<2 nm ) en la longitud de onda hace que la mayoría de los colores espectrales parezcan adquirir un tono diferente. Sin embargo, para la luz azul y la luz roja, debe ocurrir un cambio de longitud de onda mucho mayor para que una persona pueda identificar una diferencia de tono.
Historia
El artículo original que describe el efecto Abney fue publicado por Sir William de Wiveleslie Abney en Proceedings of the Royal Society of London, Serie A en diciembre de 1909. Decidió realizar una investigación cuantitativa tras el descubrimiento de que las observaciones visuales del color no coincidían con el dominante. colores obtenidos fotográficamente cuando se utilizan modelos de fluorescencia.
Un aparato de medición de color comúnmente utilizado en experimentos en la década de 1900 se usó junto con espejos parcialmente plateados para dividir un haz de luz en dos haces. Esto resultó en dos haces de luz paralelos entre sí con la misma intensidad y color. Los rayos de luz se proyectaron sobre un fondo blanco, creando parches de luz que eran cuadrados de 1,25 pulgadas (32 mm). La luz blanca se agregó a uno de los parches de luz de color, el parche de la derecha. Se insertó una varilla en el camino de las dos vigas para que no hubiera espacio entre las superficies coloreadas. Se usó una varilla adicional para crear una sombra donde la luz blanca se dispersó sobre el parche que no iba a recibir la adición de luz blanca (el parche en el lado izquierdo). La cantidad de luz blanca añadida se determinó como la mitad de la luminosidad de la luz coloreada. La fuente de luz roja, por ejemplo, tenía más luz blanca agregada que la fuente de luz amarilla. Comenzó a usar dos parches de luz roja y, de hecho, la adición de luz blanca al parche de luz de la derecha provocó un tono más amarillo que la fuente de luz roja pura. Los mismos resultados ocurrieron cuando la fuente de luz experimental era naranja. Cuando la fuente de luz era verde, la adición de luz blanca hacía que la apariencia del parche se volviera de color verde amarillento. Posteriormente, cuando se agregó luz blanca a la luz verde amarillenta, la mancha de luz apareció principalmente amarilla. En una mezcla de luz azul-verde (con un porcentaje ligeramente mayor de azul) con luz blanca, el azul pareció adquirir un tono rojizo. En el caso de una fuente de luz violeta, la adición de luz blanca hizo que la luz violeta adquiriera un tinte azul.
Abney planteó la hipótesis de que el cambio de tono resultante que se produjo se debió a la luz roja y la luz verde que eran componentes de la luz blanca que se estaba agregando. También pensó que la luz azul que también comprende el haz de luz blanca era un factor insignificante que no tenía ningún efecto sobre el cambio de tono aparente. Abney pudo probar su hipótesis experimentalmente al hacer coincidir sus valores experimentales de composición porcentual y luminosidades de las sensaciones de rojo, verde y azul con los valores calculados casi exactamente. Examinó la composición porcentual y la luminosidad encontrada en los diferentes colores espectrales, así como la fuente de luz blanca que se agregó.
Efecto similar del ancho de banda
Si bien la no linealidad de la codificación de colores neuronales, como lo demuestra la comprensión clásica del efecto Abney y su uso de la luz blanca para longitudes de onda de luz particulares, se ha estudiado a fondo en el pasado, investigadores de la Universidad de Nueva York llevaron a cabo un nuevo método. Nevada. En lugar de agregar luz blanca a la luz monocromática, se varió el ancho de banda del espectro. Esta variación del ancho de banda se dirigió directamente a las tres clases de receptores de cono como un medio para identificar cualquier cambio de tono percibido por el ojo humano. El objetivo general de la investigación era determinar si la apariencia del color se veía afectada por los efectos de filtrado de la sensibilidad espectral del ojo. Los experimentos mostraron que las proporciones de los conos indicaron que se ajustó un tono para producir un tono constante que coincidiera con la longitud de onda central de la fuente de luz. Además, los experimentos realizados mostraron esencialmente que el efecto Abney no se mantiene para todos los cambios en la pureza de la luz, pero se limita mucho a ciertos medios de degradación de la pureza, a saber, la adición de luz blanca. Dado que los experimentos realizados variaron el ancho de banda de la luz, un medio similar aunque diferente de alterar la pureza y, por lo tanto, el tono de la luz monocromática, la no linealidad de los resultados se mostró de manera diferente a lo que se había visto tradicionalmente. En última instancia, los investigadores llegaron a la conclusión de que las variaciones en el ancho de banda espectral provocan mecanismos posreceptores para compensar los efectos de filtrado impuestos por las sensibilidades del cono y la absorción prerretiniana y que el efecto Abney se produce porque el ojo, en cierto sentido, ha sido engañado para que vea un color. eso no ocurriría naturalmente y por lo tanto debe aproximarse al color. Esta aproximación para compensar el efecto Abney es una función directa de las excitaciones del cono experimentadas con un espectro de banda ancha.
Hechos varios
En 1995 se publicó una patente para una impresora a color que pretende compensar el efecto Abney.
El efecto Abney debe tenerse en cuenta al diseñar la cabina de los aviones de combate modernos. Los colores que se ven en la pantalla se desaturan cuando la luz blanca incide en la pantalla, por lo que se toman consideraciones especiales para contrarrestar el efecto Abney.
Existe una amplia gama de colores espectrales que se pueden hacer para que coincidan exactamente con un color puro agregando varios niveles de luz blanca.
Se desconoce si el efecto Abney es un fenómeno resultante que ocurre por casualidad durante la percepción del color o si el efecto juega una función deliberada en la forma en que el ojo codifica el color.
Modelado
El efecto Abney rara vez se describe en modelos de apariencia de color conocidos. De los muchos modelos que Fairchild revisó en Color Appearance Models (3 ed.), Solo los modelos Hunt y ATD predicen el efecto Abney.