SISTEMAS ELECTRÓNICOS PARA ILUMINACIÓN · Sistemas Electrónicos para iluminación UNIOVI-GEI:...
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Sistemas Electrónicos para iluminación
UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades
SISTEMAS ELECTRÓNICOS PARA ILUMINACIÓNPARTE IICOLORIMETRIA
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COLORIMETRÍAEs la ciencia y la tecnología usada para cuantificar y describir matemáticamente las percepciones humanas del color
RETINAHUMANA
6.8 MILLONES DE CONOS (DIA Y COLOR)
115 MILLONES DE BASTONES (ROD) (NOCTURNA Y PERIFÉRICA)
Los conos están concentrados en la Fóvea ( 15º )
Los bastones solo contienen un fotopigmento (Rhodopsin) y no permite el reconocimiento de colores.
Los conos contienen 3 clases de fotopigmentos:L-CONE Long wavelength sensitive, vulgarmente ROJO (R)M-CONE Medium wavelength sensitive, vulgarmente VERDE (V)S-CONE Short wavelength sensitive, vulgarmente AZUL (B)
La abundancia relativa de los conos es: R=40 G=20 B=1
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350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
0
1
SENSIBILIDAD DEL OJO HUMANO: VISIÓN FOTÓPICA (PHOTOPIC) (ALTOS NIVELES DE LUZ)
V()92 lx59%
47 lx30%
17 lx11%
100 lx100%
LUMINOSIDAD
AZUL 17 absoluta (11%)ROJO 47 absoluta (30%)VERDE 92 absoluta (59%)
TOTAL 156
COMENTARIO:
4 bombillas de distintos colores todas de la misma potencia, se aprecia diferente brillo.
Si la amarilla da 100 lx, la verde dará 92 lx, la roja 47 lx y la azul 17 lx.
En un televisor: Luminancia = 0.30 rojo + 0.59 verde + 0.11 azul
2)555.0(42.2570.1)( eV
MÁXIMO EN 555 nm(AMARILLO-VERDOSO)
Publicada en 1923 por K.S.Gibson y E.P.T. Tyndall (National Bureau of Standards)52 observadores en los años 1921 hasta 1923
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350 400 450 500 550 600 650 700 750 [nm]
MÁXIMO EN 505 nm(VERDE-AZULADO)
2)505.0(7.351` 0.1)( eV
0
1
SENSIBILIDAD DEL OJO HUMANO: VISIÓN ESCOTOPICA (SCOTOPIC) (BAJOS NIVELES DE LUZ
Aproximación matemática
ESTÁNDAR DEFINIDO EN 1931
"De noche la sensibilidad se desplaza hacia el azul"
V'()
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ALTOS NIVELESDE LUZ(FOTÓPICA)
BAJOS NIVELESDE LUZ(ESCOTÓPICA)
Proceso de adaptación
NIVELES DE LUZ INTERMEDIOSVISIÓN MESOTÓPICA (MESOPIC)
"Trabajan los conos fotorreceptores de la retina del ojo".
Reconocimiento de colores.
"Trabajan los bastones ("rods") fotorreceptores de la retina del ojo".
No permiten reconocimiento decolor
DIANOCHE
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MODELOS MATEMÁTICOS PARA IGUALAR COLORES
El primer modelo procede directamente del análisis de la fisiología del ojo
MEZCLA DETRES COLORESINDEPENDIENTES
ROJO SATURADO (R). MONOCROMÁTICO DE 700 nm(Lámpara incandescente con un filtro de banda estrecha)
VERDE SATURADO (G). MONOCROMÁTICO DE 546.1 nm(Obtenida del espectro de mercurio)
AZUL SATURADO (B). MONOCROMÁTICO DE 435.8 nm(Obtenida del espectro de mercurio)
"CIE 1931 RGBPRIMARY SYSTEM"
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
R
GB
RATIOS DEPOTENCIARADIANTERELATIVAUTILIZADA
R=72.0962G=1.3791B=1
"Color-matching" experimentos realizados en 1920 por W.D. Wright, J. Guild y D. Judd
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EL ESTÍMULO R SE SELECCIONA CON UN FILTRO DE INTERFERENCIA Y LOS ESTÍMULOS G Y BSON LÍNEAS DE EMISIÓN DE LA DESCARGA DE MERCURIO
LAS UNIDADES DE RGB HAN SIDO TOMADAS DE FORMA QUE LA MEZCLA DE 1 UNIDAD DE R, CON 1 UNIDAD DE G, CON UNA UNIDAD DE B PROPORCIONE UN COLOR IGUAL QUE EL ESTÍMULO BLANCO DE TEST
1 UNIDAD DE R
1 UNIDAD DE G
1 UNIDAD DE B
BLANCO DE5.6508 cd/m2
"CIE 1931 RGB PRIMARY SYSTEM"
1 UNIDAD DE R APORTA 1.000 cd/m2
1 UNIDAD DE G APORTA 4.5907 cd/m2
1 UNIDAD DE B APORTA 0.0601 cd/m2
RATIOS DEPOTENCIARADIANTERELATIVAUTILIZADA
R=72.0962G=1.3791B=1
350 400 450 500 550 600 650 700 750
P()
Wnm
P()
Wnm
[nm]
ESTIMULO E
P( ) =1
360 £ £ 770
"EQUAL-ENERGY STIMULUS"
ESTIMULO BLANCO DE TEST
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IDEAS IMPORTANTES DE LA COLORIMETRÍA
1.- CUALQUIER ESTÍMULO PUEDE CONSIDERARSE COMO UNA SUMA DE ESTÍMULOS MONOCROMÁTICOS
P()
P()
P()
P()
= + ........
P()
"LEYES DE GRASSMAN"
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IDEAS IMPORTANTES DE LA COLORIMETRÍA
2.- SI TODOS LOS COLORES MONOCROMÁTICOS ENTRE 38O nm Y 780 nm SE IGUALAN CON UNA MEZCLA DE LOS COLORES RGB SE OBTIENEN LAS LLAMADAS "COLOR MATCHING FUNCTIONS" r(), g(), b().
r()g()
b()
[nm]
Las "color matching functions"son muy importantes. nos permitenobtener el RGB de cualquier lámpara
FUNCIONES DE AJUSTE DE COLOR =COLOR MATCHING FUNCTIONS
17 observadores
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r()g()
b()
[nm]
i
=
[nm]
B
R
G
i
EXPERIMENTO PARA OBTENER LAS "COLOR MATCHING FUNCTIONS"
ESTIMULO CON LA MISMA ENERGÍAA TODAS LAS
"Este procesose repite con todoslos i"
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i
R
r()g()
b()
[nm]
i
=
[nm]
B
R
G
i
INTERPRETACIÓN VALORES NEGATIVOS EN LAS "COLOR MATCHING FUNCTIONS"
ESTIMULO CON LA MISMA ENERGÍAA TODAS LAS
No es posible igualar la luz de i mezclando
RGB
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Las "COLOR MATCHING FUNCTIONS" r(), g(), b() son importantes, conocido el Espectro de una lámpara podemos conocer la cantidad de R, G y B que necesitamos para describir matemáticamente su color.
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
780
380
)()( drPR
780
380
)()( dgPG
780
380
)()( dbPB
LA LUMINANCIA DE UN COLOR DADO POR SU RGB SERÁ:
L = 1.0000 R + 4.5907 G + 0.601 B [cd/m2]
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COMENTARIO:
La sensación de color de un estímulo cualquiera definido por suespectro P(), será igual a la suma de sensaciones de cada una de suscomponentes.
NORMALMENTE SE NORMALIZA EL RESULTADO
BGR
Rr
BGR
Gg
BGR
Bb
OBVIAMENTE: r+g+b = 1
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REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL RESULTADO:TRIÁNGULO DE COLOR DE MAXWELL
g
r1
1
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
NUESTRA LÁMPARA
BR
G
350 400 450 500 550 600 650 700 750
P()
Wnm
P()
Wnm
[nm]
ESTÍMULOSMONOCROMÁTICOS
600
510
450
0.33
0.33 E
350 400 450 500 550 600 650 700 750
P()
Wnm
P()
Wnm
[nm]
ESTIMULO EP() =1360 £ £ 770
"EQUAL-ENERGY STIMULUS"ESTIMULO BLANCO DE TEST
"CIE 1931 RGBPRIMARY SYSTEM"
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g
r1
1
R
G
B 0.33
LÁMPARA 1
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
LÁMPARA 2
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P()
W
nm
P()
W
nm
IMPORTANTE:PUEDEN EXISTIR DOS LÁMPARAS CON DISTINTO ESPECTRO PERO EL MISMO COLOR.(COLORES METAMÉRICOS)
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EL SISTEMA RGB NO SE UTILIZA POR LA DIFICULTAD DE REALIZAR"COLORÍMETROS FOTOELÉCTRICOS" CON CANTIDADES POSITIVAS YNEGATIVAS
EL CIE EN 1931 ADOPTO UN NUEVO CONJUNTO DE ESTÍMULOS PRIMARIOS QUESE DENOMINAN X, Y, Z.
ESTOS ESTÍMULOS SON IMAGINARIOS Y NO SE CORRESPONDEN CON NINGÚNCOLOR REAL. SON PURAS TRANSFORMACIONES MATEMÁTICAS.
SE HA TOMADO DE FORMA QUE LAS COORDENADAS CROMÁTICAS DELESTIMULO BLANCO DE TEST EN RGB Y EN XYZ SEAN LAS MISMAS.
UNA DE LAS NUEVAS "COLOR MATCHING FUNCTIONS" SE HA TOMADO V()(ESTÁNDAR FOTÓPICO DEL OJO HUMANO). SE HA TOMADO y() = V().
LAS COORDENADAS DE TODOS LOS COLORES REALES DEBEN DE SER POSITIVAS
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LA TRANSFORMACIÓN ADOPTADA POR LA CIE XYZ 1931 FUE:
X = 2.76888 R + 1.75175 G + 1.13016 BY = 1.00000 R + 4.59070 G + 0.06010 BZ = 0.00000 R + 0.05651 G + 5.59427 B
"NOTAR QUE LA Y DE LA TRANSFORMACIÓN ES LA LUMINANCIA"
LA TRANSFORMACIÓN INVERSA PUEDE OBTENERSE (INVIRTIENDO LA MATRIZ):
R = 0.41846 X - 0.15866 Y - 0.08283 ZG = -0.09117 X + 0.25243 Y + 0.01571 ZB = 0.00092 X - 0.00255 Y + 0.17860 Z
RGB XYZ
RGBXYZ
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x() = 2.76888 r() + 1.75175 g() + 1.13016 b()y() = 1.00000 r() + 4.59070 g() + 0.06010 b()z() = 0.00000 r() + 0.05651 g() + 5.59427 b()
LAS NUEVAS "COLOR MATCHING FUNCTIONS" x(), y(), z()PUEDEN OBTENERSE MATEMÁTICAMENTE
recordar que se ha preparado todo para que y() = V()
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
x()y()z()Se pueden aproximar matemáticamente:
2
2
)600.0(450
)445.0(1200
060.1
34.0)(
e
ex
2)555.0(42.2570.1)()( eVy
2)450.0(8007741.1)( ez
en m
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Utilizando las "COLOR MATCHING FUNCTIONS" x(), y(), z() pueden obtenerse las coordenadas cromáticas XYZ de una lámpara
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
780
380
)()( dxPX
780
380
)()( dyPY
780
380
)()( dzPZ
NOTAR QUE AHORA Y ES DIRECTAMENTE LA LUMINANCIA (L) DE LA LÁMPARA
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ZYX
Xx
ZYX
Yy
ZYX
Zz
OBVIAMENTE: x+y+z = 1
IGUAL QUE ANTES, SE NORMALIZA EL RESULTADO
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REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL RESULTADO:CIE 1931 XYZ
y
x1
1
"CIE 1931 XYZPRIMARY SYSTEM"
ESTIMULO EP() =1360 £ £ 770
"EQUAL-ENERGY STIMULUS"ESTIMULO BLANCO DE TEST
0.33
0.33 E
350 400 450 500 550 600 650 700 750
P()
Wnm
P()
Wnm
[nm]
ESTÍMULOSMONOCROMÁTICOS
620
540
500
460
R
G
B
350 400 450 500 550 600 650 700 750
P()
Wnm
P()
Wnm
[nm]
NUESTRA LÁMPARA
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
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MEZCLA DE 2 COLORES
COLORA
COLORB
PROPORCIÓN DE BPROPORCIÓN
DE A
COLOR OBTENIDO
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CASO PARTICULARMEZCLA DE EXTREMOS DEL ESPECTRO VISIBLE: LÍNEA DE PÚRPURAS
COLORA
LÍNEA DE PÚRPURAS
COLORPÚRPURA
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IMÁGENES DE TELEVISIÓN
"El color A puede considerarseuna mezcla de blanco (LUMINANCIA)con el color monocromáticocorrespondiente(CROMINANCIA)
LONGITUD DE ONDA DOMINANTE
LONGITUD DE ONDA COMPLEMENTARIA
BLANCO
A
B
"El color B puede obtenerse de filtrardel color blancoel color monocromáticocorrespondiente
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MEZCLA SUBSTRACTIVA DE COLORES (PINTURA, FOTOGRAFÍA Y ARTES GRÁFICAS)
MEZCLA DE COLORES FILTRADO DE COLORES
CYAN
(AZUL-VERDOSO)BLANCO
FILTROS
BLANCOMAGENTA
(AZUL-ROJO)
BLANCOAMARILLO
(VERDE-ROJO)
AZUL
ROJO
VERDE
FILTROS
NEGRO
NEGRO
NEGRO
FILTROS
CYAN
(AZUL-VERDOSO)BLANCO
FILTROS
BLANCOMAGENTA
(AZUL-ROJO)
BLANCOAMARILLO
(VERDE-ROJO)
AZUL
ROJO
VERDE
FILTROS
NEGRO
NEGRO
NEGRO
FILTROS
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MEZCLA DE TRES COLORES: MONITORES
X
COLORES QUE PUEDEN SER REPRESENTADOS POR EL MONITOR
FÓSFOROS
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OTROS ESTÁNDARES PARA DEFINIR EL COLOR HAN SIDO INTRODUCIDOS POR EL CIE
CIE 1960 (u,v) (LAS COORDENADAS CROMÁTICAS SON U, V, W)
3212
4
xy
xu
3212
6
xy
yv
24
5.1
vu
ux
24
vu
vy
ESTE DIAGRAMA ES INTERESANTE PARAEL TEMA DE LA TEMPERATURA DE COLOR
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CIE 1976 (u',v') (LAS COORDENADAS CROMÁTICAS SON U', V', W')
3212
4'
xy
xu
3212
9'
xy
yv
3'4'
'25.2
vu
ux
3'4'
'
vu
vy
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TEMPERATURA DE COLOR Y TEMPERATURA DE COLOR CORRELACIONADA
EL MODELO MATEMÁTICO DEL CUERPO NEGRO SIRVE PARA APROXIMAR LA EMISIÓN DE UNA LÁMPARA INCANDESCENTE Y TAMBIÉN LA LUZ SOLAR
OBVIAMENTE, LAS LÁMPARAS NO RESPONDEN AL ESPECTRO DEL CUERPO NEGRO
"LA TEMPERATURA DE COLOR DE UNA LÁMPARA ES LA TEMPERATURA A LA QUE TENGO QUE PONER EL CUERPO NEGRO PARA QUE LA APARIENCIA DE COLOR DE AMBOS SEA LA MISMA"
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P()
W
nm
P()
W
nm
NUESTRALÁMPARA
CUERPO NEGRO A 3000 K
TEMPERATURA DE COLOR DE NUESTRA
LÁMPARA 3000 K
T
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DIAGRAMA CIE 1931 XY:TEMPERATURA DE CUERPO NEGRO Y POSICIÓN DE LOS ILUMINANTES ESTÁNDAR DE LA CIE
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ILUMINANTES ESTANDARIZADOS POR LA CIE
ILUMINANTE A: LÁMPARA INCANDESCENTE DE TUNGSTENO A 2.790 K (CUERPO NEGRO A 2.856 K)
ILUMINANTE B: LUZ SOLAR DIRECTA CON TEMPERATURAS DE COLOR 4.874 K
ILUMINANTE C: LUZ SOLAR DÍA NUBLADO CON TEMPERATURAS DE COLOR 6.774 K
ILUMINANTE D65: LUZ NATURAL A TEMPERATURA DE COLOR 6.504 K
ILUMINANTE E: ESTÍMULO EQUI-ENERGÉTICO
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EVOLUCIÓN DEL COLOR DEL CUERPO NEGRO EN DISTINTOS DIAGRAMAS
CIE 1931 XYZ
CIE 1960 (u,v)
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350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
NUESTRALÁMPARA
¿TEMPERATURA DE COLOR DE NUESTRA LÁMPARA ?
T
SE USA LA "TEMPERATURA DE COLOR CORRELACIONADA" PARA CASO EN QUE EL COLOR DE LA LÁMPARA ESTÉ ALEJADO DEL LUGAR DE COLOR DEL CUERPO NEGRO
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CIE 1960 (u,v)
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
350 400 450 500 550 600 650 700 750
[nm]
P() [W/nm]
NUESTRALÁMPARA
90º
TEMPERATURA DE COLOR CORRELACIONADA
T = 3000 K
TEMPERATURA DE COLOR CORRELACIONADA
DE NUESTRALÁMPARA 3000 K
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ÍNDICE DE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA (IRC)
LA CAPACIDAD PARA RECONOCER EL COLOR DE OBJETOS ILUMINADOS POR UNA FUENTE DE LUZ SE MIDE POR MEDIO DEL IRC
EL IRC VARIA DE 0 HASTA 100.
BUEN IRC 85NORMAL ENTRE 70 Y 85MALO £70
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AZUL
ROJOAMARILLO
VERDE
SODIO DE ALTA PRESIÓN (IRC 25) FLUORESCENTE TRIFOSFORO (IRC 85)
MUESTRA DE TEST
EJEMPLO DE UN MAL Y DE UN BUEN IRC