Un índice de reproducción de color (CRI) es una medida cuantitativa de la capacidad de una fuente de luz para revelar fielmente los colores de varios objetos en comparación con una fuente de luz ideal o natural. Las fuentes de luz con un alto CRI son deseables en aplicaciones de color crítico como cuidado neonatal y restauración de arte. Lo define la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) de la siguiente manera:
Representación del color: Efecto de un iluminante sobre la apariencia del color de los objetos por comparación consciente o subconsciente con su apariencia de color bajo un iluminante de referencia
El CRI de una fuente de luz no indica el color aparente de la fuente de luz; esa información dada por la temperatura de color correlacionada (CCT). El CRI está determinado por el espectro de la fuente de luz. Las imágenes de la derecha muestran el espectro continuo de una lámpara incandescente y el espectro de línea discreta de una lámpara fluorescente; la lámpara anterior tiene el CRI más alto.
El valor a menudo citado como «CRI» en productos de iluminación disponibles en el mercado se denomina correctamente el valor CIE Ra, «CRI» es un término general y CIE Ra es el índice de representación de color estándar internacional.
Numéricamente, el valor CIE Ra más alto posible es 100 y solo se daría a una fuente idéntica a la luz diurna estandarizada o un cuerpo negro (las lámparas incandescentes son efectivamente cuerpos negros), cayendo a valores negativos para algunas fuentes de luz. La iluminación de sodio a baja presión tiene CRI negativo; las luces fluorescentes varían desde aproximadamente 50 para los tipos básicos, hasta aproximadamente 98 para el mejor tipo de fósforo múltiple. Los LED típicos tienen aproximadamente 80+ CRI, mientras que algunos fabricantes afirman que sus LED han logrado hasta 98 CRI.
La capacidad de CIE Ra para predecir la apariencia del color ha sido criticada a favor de medidas basadas en modelos de apariencia de color, como CIECAM02 y para simuladores de luz diurna, el CIE Metamerism Index. CRI no es un buen indicador para el uso en la evaluación visual, especialmente para fuentes por debajo de 5000 kelvin (K). Se ha desarrollado una versión más nueva de CRI, R96, pero no ha reemplazado al índice de reproducción de color general Ra, más conocido.
Historia
Los investigadores usan la luz del día como punto de referencia para comparar la reproducción del color de las luces eléctricas. En 1948, Bouma describió la luz del día como la fuente ideal de iluminación para una buena reproducción del color porque «(la luz del día) muestra (1) una gran variedad de colores, (2) facilita distinguir pequeños tonos de color, y (3) los colores de los objetos que nos rodean obviamente se ven naturales «.
Alrededor de la mitad del siglo 20, los científicos del color se interesaron en evaluar la capacidad de las luces artificiales para reproducir con precisión los colores. Los investigadores europeos intentaron describir los iluminantes midiendo la distribución de potencia espectral (SPD) en bandas espectrales «representativas», mientras que sus contrapartes norteamericanas estudiaron el efecto colorimétrico de los iluminantes sobre los objetos de referencia.
El CIE reunió un comité para estudiar el asunto y aceptó la propuesta de utilizar el último enfoque, que tiene la virtud de no necesitar espectrofotometría, con un conjunto de muestras de Munsell. Ocho muestras de matiz variable se encenderían alternativamente con dos iluminantes y se compararía la apariencia del color. Como no existía un modelo de apariencia de color en ese momento, se decidió basar la evaluación en las diferencias de color en un espacio de color adecuado, CIEUVW. En 1931, el CIE adoptó el primer sistema formal de colorimetría, que se basa en la naturaleza tricromática del sistema visual humano. CRI se basa en este sistema de colorimetría.
Para lidiar con el problema de tener que comparar fuentes de luz con diferentes temperaturas de color correlacionadas (CCT), el CIE decidió usar un cuerpo negro de referencia con la misma temperatura de color para lámparas con un CCT de menos de 5000 K o una fase del estándar CIE iluminante D (luz del día) de lo contrario. Esto presentó un rango continuo de temperaturas de color para elegir una referencia. Cualquier diferencia de cromaticidad entre la fuente y los iluminantes de referencia se debía abreviar con una transformada de adaptación cromática de tipo Kirs de Kirs.
Principio
La apariencia colorida de una superficie iluminada depende de sus características físicas, las de la luz que la ilumina y la luz principal desde el punto de vista del observador. El diseñador de iluminación y el decorador juegan con todos estos efectos: la luz de una lámpara incandescente está dorada a la luz del día que proviene de una ventana; en un escenario, una superficie gris se tiñe con un proyector a color. Por lo tanto, es difícil comparar absolutamente dos fuentes de luz.
Para simplificar el problema, aceptamos que las fuentes son las luces principales. Una superficie coloreada por un pigmento puede describirse por su espectro de absorción, que indica, para cada longitud de onda, la proporción de luz que devuelve. Por lo tanto, una superficie que absorbe mucho más azul y verde que rojo parece rojiza, en comparación con una superficie blanca o gris neutro, que también refleja todas las longitudes de onda. Esta sensación rojiza persiste a pesar de que la luz que la ilumina se realza en azul y verde, siempre que la superficie rojiza ocupe solo una pequeña parte del campo de visión. Como resultado, el color parece adherirse a los objetos, mientras que la luz que llega al ojo es diferente.
La capacidad de distinguir dos colores depende de la cantidad de luz que lo ilumina en las regiones del espectro visible que lo caracterizan. Por lo tanto, un azul pálido hecho con una mezcla de azul ultramar y blanco aparece gris a la luz de una vela. La luz de la vela contiene una cantidad insignificante de luz azul. En el exterior solo vuelve azul. Se comporta como negro a la luz de la vela. Este efecto es la principal diferencia entre dos fuentes de luz. Cuanto más se acerque la temperatura del color a la del día, más podremos distinguir los tonos en azul.
El problema es complicado por fuentes de luz basadas en fluorescencia. Al iluminar una superficie blanca, que también refleja la luz de todas las longitudes de onda visibles, equilibran las áreas azul, verde y roja del espectro, de modo que esta superficie aparece blanca en comparación con la iluminada por el día. Pero el detalle de su espectro es diferente, de modo que dos colores que serían similares bajo la misma luz ahora parecen diferentes. Esto es lo que los especialistas llaman un problema de metamerismo.
Por lo tanto, comparar el rendimiento de dos luces para trabajar con colores implica comparar la representación de varias superficies de colores. La elección de las características de absorción es decisiva. Como dos espectros diferentes pueden producir el mismo color, necesitamos definir su espectro, no solo su colorimetría. Algunos pigmentos dan espectros con zonas de absorción más marcadas, pero más angostas que otras dando el mismo color. La elección de espectros de especímenes tuvo que ser objeto de muchos experimentos, por lo que el índice no contradice demasiado la experiencia del usuario.
La temperatura de color es el aspecto principal de las diferencias entre los iluminantes, el índice se calcula con respecto a una fuente ideal de la misma temperatura de color.
Para cada banda de frecuencia, el coeficiente de emisión de luz se multiplica por el complemento a uno del coeficiente de absorción del rango de color, y el resultado se multiplica por el coeficiente de la función colorimétrica. La colorimetría resultante es la suma de todos los resultados obtenidos para cada función colorimétrica. Esta operación se repite con la luz de referencia.
El índice representa la media aritmética de las desviaciones de color calculadas para cada muestra entre el resultado con la luz a evaluar y con la luz de referencia, corregida por la transformación de von Kries, que representa la adaptación visual cromática a la diferencia de color. entre el iluminante ideal y lo ilumina.
Medición del índice de reproducción del color
Ambas fuentes se utilizan para iluminar varias muestras estándar. Los colores percibidos con la referencia y la fuente que se probará (medida según el estándar CIE 1931) se comparan utilizando una fórmula convencional5 y se promedian sobre todas las muestras para obtener el CRI de la fuente que se va a cuantificar. Dado que a menudo se usan ocho muestras, los fabricantes generalmente usan el prefijo «octo-» para sus lámparas IRC altas.
Como el sol y las lámparas incandescentes son aproximadamente cuerpos negros, sus CRI valen 100.
El índice de reproducción de color se creó para permitir una comparación de las luminarias «aproximadamente blancas», es decir, en el momento de su definición, los tubos fluorescentes, que también se aplica a su variante de fluocompacto. Desde su introducción, los profesionales del color han notado su insuficiencia para calificar la iluminación y los casos de metamerismo que muestran dos superficies de colores idénticas o diferentes bajo iluminación pero con la misma temperatura de color y un alto índice de reproducción del color. El desarrollo de la iluminación LED ha llevado al CIE a definir un índice de fidelidad del color, que incluye un espacio de color basado en las diferencias de color donde se distribuyen mejor 99 muestras de color y sus espectros de absorción en lugar de 15 generalmente reducidos a 8 para 1995 CRI. Sin embargo, la Comisión observa que, aún más precisamente, el índice de fidelidad del color todavía no puede utilizarse como índice de calidad para la iluminación, y que los grupos de usuarios pueden juzgar diferentes luminarias cuyos resultados son idénticos para el índice.
Una fuente de referencia, como la radiación de cuerpo negro, se define como tener un CRI de 100. Esta es la razón por la cual las lámparas incandescentes tienen esa clasificación, ya que son, en efecto, casi radiadores de cuerpo negro. La mejor fidelidad posible para una referencia se especifica mediante un CRI de cien, mientras que la más pobre se especifica mediante un CRI por debajo de cero. Un CRI alto por sí mismo no implica una buena reproducción del color, porque la referencia misma puede tener un SPD desequilibrado si tiene una temperatura de color extrema.
Crítica
Ohno (2006) y otros han criticado a CRI por no estar siempre correlacionando bien con la calidad subjetiva de reproducción de color en la práctica, particularmente para fuentes de luz con espectros de emisión puntiagudos como lámparas fluorescentes o LED blancos. Otro problema es que el CRI es discontinuo a 5000 K, porque la cromaticidad de la referencia se mueve del locus de Planck al locus de luz diurna de CIE. Davis & Ohno (2006) identifican varios otros problemas, que abordan en su escala de calidad del color (CQS):
El espacio de color en el que se calcula la distancia de color (CIEUVW) es obsoleto y no uniforme. Use CIELAB o CIELUV en su lugar.
La transformada de adaptación cromática utilizada (transformada de Von Kries) es inadecuada. Use CMCCAT2000 o CIECAT02 en su lugar.
Calcular la media aritmética de los errores disminuye la contribución de cualquier desviación grande individual. Dos fuentes de luz con CRI similar pueden tener un rendimiento significativamente diferente si se tiene un CRI especial particularmente bajo en una banda espectral que es importante para la aplicación. Use la desviación cuadrada media cuadrada en su lugar.
La métrica no es perceptual; todos los errores son igualmente ponderados, mientras que los humanos favorecen ciertos errores sobre otros. Un color puede estar más saturado o menos saturado sin un cambio en el valor numérico de ΔEi, mientras que en general se considera que un color saturado es más atractivo.
El CRI no se puede calcular para las fuentes de luz que no tienen un CCT (luz no blanca).
Ocho muestras no son suficientes ya que los fabricantes pueden optimizar los espectros de emisión de sus lámparas para reproducirlas fielmente, pero de lo contrario tienen un bajo rendimiento. Use más muestras (sugieren quince para CQS).
Las muestras no están lo suficientemente saturadas como para plantear dificultades para la reproducción.
CRI simplemente mide la fidelidad de cualquier iluminante a una fuente ideal con el mismo CCT, pero la fuente ideal en sí misma puede no dar buenos colores si tiene una temperatura de color extrema, debido a la falta de energía en longitudes de onda cortas o largas (es decir, puede ser excesivamente azul o rojo). Pese el resultado por la relación del área de gama del polígono formado por las quince muestras en CIELAB para 6500 K al área de gama para la fuente de prueba. 6500 K se elige como referencia ya que tiene una distribución de energía relativamente uniforme sobre el espectro visible y, por lo tanto, un área de gama alta. Esto normaliza el factor de multiplicación.
Rea y Freyssinier han desarrollado otro índice, el Gamut Area Index (GAI), en un intento de mejorar los defectos encontrados en el CRI. Han demostrado que el GAI es mejor que el CRI para predecir la discriminación de color en las pruebas estandarizadas Farnsworth-Munsell 100 Hue y que GAI es predictivo de saturación de color. Los defensores del uso de GAI afirman que, cuando se usan junto con CRI, los sujetos de prueba prefieren este método de evaluación de la reproducción del color sobre las fuentes de luz que tienen valores altos de una sola medida. Los investigadores recomiendan un límite inferior y superior para GAI. El uso de la tecnología LED ha requerido una nueva forma de evaluar la reproducción del color debido al espectro único de luz creado por estas tecnologías. Las pruebas preliminares han demostrado que la combinación de GAI y CRI utilizada conjuntamente es un método preferido para evaluar la reproducción cromática.
Pousset, Obein y Razet (2010) desarrollaron un experimento psicofísico para evaluar la calidad de la luz de las lámparas LED. Se basa en muestras coloreadas utilizadas en la «Escala de calidad del color». Se compararon las predicciones del CQS y los resultados de las mediciones visuales.
CIE (2007) «revisa la aplicabilidad del índice de reproducción de color CIE a fuentes de luz LED blancas basadas en los resultados de experimentos visuales». Presidido por Davis , CIE TC 1-69 (C) está investigando «nuevos métodos para evaluar las propiedades de reproducción del color de las fuentes de luz blanca utilizadas para la iluminación, incluidas las fuentes de luz de estado sólido, con el objetivo de recomendar nuevos procedimientos de evaluación … para marzo , 2010. »
Para una revisión completa de los índices alternativos de reproducción del color, ver Guo y Houser (2004).
Smet (2011) revisó varias métricas de calidad alternativas y comparó su desempeño basado en datos visuales obtenidos en 9 experimentos psicofísicos. Se encontró que una media geométrica del índice GAI y CIE Ra se correlacionó mejor con la naturalidad (r = 0,85), mientras que una métrica de calidad de color basada en colores de memoria (MCRI) se correlacionó mejor para la preferencia (r = 0,88). Las diferencias en el rendimiento de estas métricas con las otras métricas probadas (CIE Ra; CRI-CAM02UCS; CQS; RCRI; GAI; geometría (GAI, CIE Ra); CSA; Judd Flattery; Thornton CPI; MCRI) fueron estadísticamente significativas. con p <0.0001. Dangol et al (2013) realizaron experimentos psicofísicos y concluyeron que los juicios de naturalidad y preferencia general de las personas no podían predecirse con una sola medida, pero requerían el uso conjunto de una medida basada en la fidelidad (por ejemplo, Qp) y una medida basada en la gama (por ejemplo, Qg o GAI). Realizaron más experimentos en oficinas reales evaluando diversos espectros generados para la combinación de métricas de reproducción de color existentes y propuestas (para más detalles, véase Dangol et al. 2013, Islam et al., 2013, Baniya et al., 2013). Incompatibilidad con la iluminación LED de alta resolución de película y video Se han encontrado problemas al intentar utilizar iluminación de CRI LED que por lo demás es muy alta en películas y conjuntos de video. Los espectros de color de los colores primarios de iluminación LED no coinciden con los pasos de banda de longitud de onda de color esperados de las emulsiones de película y los sensores digitales. Como resultado, la reproducción del color puede ser completamente impredecible en impresiones ópticas, transferencias a medios digitales de películas (DI) y grabaciones de cámaras de video. Este fenómeno con respecto a la película cinematográfica ha sido documentado en una serie de pruebas de evaluación de iluminación LED producidas por el Academia de Las artes cinematográficas y personal científico de Ciencias. Para ello, se han desarrollado otras medidas como el TLCI (Television Lighting Consistency Index) para reemplazar al observador humano con un observador de cámara. De forma similar al CRI, la métrica mide la calidad de una fuente de luz como aparecería en la cámara en una escala de 0 a 100. Algunos fabricantes dicen que sus productos tienen valores de TLCI de hasta 99.