Curva de eficiencia luminosa

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

En 1924, la CIE estandarizó internacionalmente la función de eficiencia luminosa espectral (spectral luminous efficiency function) para la visión fotópica (indicada con V(λ)).

Esta función se usa en fotometría para "pesar" una radiación, dando mayor "peso" a los componentes centrales del espectro y menos a los que se hallan en los dos extremos, igual que hace el sistema de la visión humana. El resultado es una valoración de las radiaciones no en términos de su potencia total sino en términos de su capacidad para estimular el ojo humano.

Diagrama de la curva espectral de eficiencia luminosa para la visión fotópica (V(λ)). En esta curva se describe la sensibilidad luminosa espectral del observador fotométrico estándar definido por la CIE. Esta curva es la que menciono en mi PDF sobre el color como curva conjunta de la sensibilidad de los conos.

El observador cuya sensibilidad luminosa espectral coincide con la curva V(λ) se llama observador fotométrico fotópico estándar CIE (CIE standard phototopic photometric observer).

De la radiometría a la fotometría

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

Hasta ahora hemos usado la palabra "luz" (light) —y el adjetivo "luminoso"— en el sentido de "radiación electromagnética visible". Es el momento de afinar y llamar "luz" a la radiación electromagnética visible evaluada a través de la sensibilidad del ojo humano. En otras palabras, a aquellos aspectos de la radiación electromagnética de los que el observador es consciente.

A toda magnitud radiométrica le corresponde una magnitud fotométrica, que se obtiene evaluándola a través de a función de eficiencia luminosa del ojo y, por convención, multiplicando el resultado así obtenido por 683.

Como se ilustra en la imagen superior, la magnitud fotométrica luminancia se forma multiplicando la magnitud radiométrica radiancia por la eficiencia luminosa para las longitudes de onda correspondientes. En consecuencia, la importancia de algunas longitudes de onda se potencia, mientras que la de otras se reduce. Por eso no existe linealidad en la percepción.

Flujo luminoso

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

La magnitud fotométrica que se corresponde con el flujo radiante es el flujo luminoso (luminous flux), que se mide en lúmenes (lm). El flujo luminoso mide la energía global emitida por una fuente luminosa.

Tomemos, por ejemplo un láser de 670 nm (que produce una sensación de color rojo). A 670 nm, la eficiencia luminosa es de 0,032 y un láser de de 5 mW proporciona 0,005 W × 0,032 × 683 lm/W = 0,11 lúmenes.

Veamos ahora un segundo láser con una lóngitud de onda de 635 nm. (que produce una sensación de color naranja). A 635 nm, su eficiencia es de 0,217 y los lúmenes serán 0,74.

Si los dos rayos tienen el mismo diámetro, el láser naranja crea una luz que es casi siete veces más luminosa que el láser rojo.

Intensidad luminosa

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

La intensidad luminosa (luminous intensity) se corresponde con la intensidad radiante y su unidad de medida es la candela (cd). La intensidad luminosa permite evaluar cuanta parte del flujo luminoso de una fuente luminosa puntiforme se propaga en una determinada dirección dentro de un cono de ángulo sólido unitario (es decir, de un estereorradián) que tenga el vértice en la fuente de luz y como eje, la dirección de propagación.

La candela es una de las siete unidades básicas del Sistema Internacional y su definición oficial es: "La intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente luminosa que emita una radiación monocromática de frecuencia 540 terahercios y cuya intensidad radiada en esa dirección sea de 1/683 vatios por estereorradián".

Emitancia luminosa

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

La emitancia luminosa (luminous emittance) se corresponde con la emitancia radiante y su unidad de medida es el lumen por metro cuadrado (lm/m²). La emitancia luminosa mide la densidad del flujo luminoso por unidad de superficie y se refiere a la emisión de luz. Es una magnitud poco usada en la visión del color.

Iluminancia

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

La magnitud fotométrica correspondiente a la irradiancia es la iluminancia (illuminance), que se mide también en lúmenes por metro cuadrado, lo que en este caso tiene un nombre propio: El lux (lx). La iluminancia se refiere a la recepción de la luz y se especifica para cada punto de una superficie.

La iluminancia determina el tipo de visión. Si es inferior a 0,1 lux (claro de luna), la visión es nocturna o escotópica. Si es superior a 10 luxes (crepúsculo), la visión es diurna o fotópica. Entre ambos valores de iluminancia, la visión es crepuscular o mesópica (como, por ejemplo, en una sala de cine).

A la luz del sol, la iluminancia sobre la superficie terrestre puede llegar a los 50.000 luxes, y a la sombra a 500. Las luces usuales en una oficina suele producir una iluminancia de 150 a 500 luxes.

Luminancia y factor de luminancia

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

La magnitud fotométrica más importante es la luminancia (luminance), que se corresponde con la radiancia. La luminancia de una superficie es la intensidad luminosa emitida por unidad de superficie en una dirección dada. Se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m²).

La CIE aprobó el nombre nit (nt) para esta unidad de medida y la denominación stilb (sb) para una candela por centímetro cuadrado, pero estos nombres no se han incluido en el Sistema Internacional (SI) de medidas. En el sistema británico se usan como unidades de medida de la luminancia el lambert (L) y el footlambert o pie-lambert (fL). Un lambert se corresponde con 1/π stilb, es decir1/π candelas por metro centímetro cuadrado, mientras que un footlambert se corresponde con 1/π candelas por pie cuadrado.

La luminancia de una pared blanca en una habitación depende de su luminancia. Lo normal es que esté entre 30 y 100 cd/m². La de un monitor varía entre 100 y 300 cd/m². El filamento de tungsteno de una bombilla incandescente puede llegar a las 50.000 cd/m².

El factor de luminancia (luminance factor) es la relación entre la luminancia de una superficie (en una dirección de observación dada) y la luminancia de una superficie difusora ideal (reflectante o emisora). El factor de luminancia es adimensional y toma valores entre 0 y 1 (o entre 0 y 100 si se considera de forma percentual).

Correlaciones perceptuales

Por Mauro Boscarol, 18 de octubre de 2007.

La experimentación ha demostrado que luminancia (luminance) y brillo (eng. brightness, it. brillanza) están de alguna forma ligados: De hecho, cuando la luminancia es nula (0 cd/m²) el brillo es nulo. Cuando aumenta la luminancia, aumenta también el brillo y cuando la primera disminuye, disminuye el segundo. Se dice que ambas magnitudes (la fotométrica de la luminancia y la perceptual del brillo) están correlacionados; que, de algún modo, el brillo es el equivalente perceptual de la luminancia.

De forma similar, la magnitud fotométrica del factor de luminancia (luminance factor) y la magnitud perceptiva de la luminosidad (eng. lightness it. chiarezza) son correlativas, por lo que la luminosidad es el equivalente perceptivo del factor de luminancia.