ÓPTICA

FOTOMETRÍA

Claridad CIE en función de la luminancia

La luminosidad, también llamada claridad, es una propiedad de los colores. Ella da una indicación sobre el aspecto luminoso del color estudiado: cuanto más oscuro es el color, la luminosidad es más débil. Este término se asocia a veces con el concepto de valor, luminancia, brillo, luz... el vocabulario utilizado en esta área es muy rico.

La definición utilizada en la fotometría y colorimetría describe la percepción no lineal que tenemos de la cantidad de luz recibida. A menudo se define a partir de la luminancia de la fuente estudiada.

La luminosidad se utiliza en colorimetría para definir ciertos sistemas colorimétricos llamados sistemas cromáticos uniformes tales como CIE L*u*v*, CIE L*a*b*, y otros.

Notación nominal descriptiva[editar]

Un color puede ser calificado de acuerdo con su luminosidad. En el siguiente ejemplo se pueden observar las adjetivizaciones siguientes:¹​

${\displaystyle 100\%}$ :

blanco

${\displaystyle 90\%}$ :

blanquecino

${\displaystyle 80\%}$ :

muy claro

${\displaystyle 70\%}$ :

claro

${\displaystyle 60\%}$ :

semiclaro

${\displaystyle 50\%}$ :

medio

40%:	semioscuro

30%:

oscuro

20%:	muy oscuro

10%:

negruzco

0% :

negro

Definición CIE 1976[editar]

La CIE definió la luminosidad, L*, también llamada claridad, en este caso, a partir de la luminancia Y del color, expresada en candelas por metro cuadrado (cd.m^-2), en relación con la luminancia ${\displaystyle Y_{n}}$ del [color] blanco tomado como referencia. La luminosidad toma en este caso un valor entre 0 y 100:²​

${\displaystyle L^{\star }=116f(Y/Y_{n})-16,}$

${\displaystyle \mathrm {d} onde\mathrm {~} f(t)={\begin{cases}t^{1/3}&{\mbox{si }}t>({\frac {6}{29}})^{3},\\{\frac {1}{3}}\left({\frac {29}{6}}\right)^{2}t+{\frac {4}{29}}&{\mbox{en otro caso}}.\end{cases}}}$

Escrito de una manera más legible se tiene:

${\displaystyle L^{\star }={\begin{cases}116\cdot \left({\dfrac {Y}{Y_{n}}}\right)^{1/3}-16&{\mbox{si }}{\dfrac {Y}{Y_{n}}}>\left({\dfrac {6}{29}}\right)^{3}=0,008856,\\116\cdot {\dfrac {1}{3}}\cdot \left({\dfrac {29}{6}}\right)^{2}\cdot {\dfrac {Y}{Y_{n}}}=903,3\cdot {\dfrac {Y}{Y_{n}}}&{\mbox{en otro caso}}.\end{cases}}}$

Explicación[editar]

La función ${\displaystyle f(t)}$ está definida de manera diferente sobre dos intervalos para evitar una derivada infinita para ${\displaystyle t=0}$. La función ${\displaystyle f(t)}$ es lineal por debajo del valor ${\displaystyle t=t_{0}}$ : ${\displaystyle f(t)=a.t+b}$. Para asegurar que ${\displaystyle L^{*}=0}$ si ${\displaystyle Y=0}$, es necesario que ${\displaystyle b=16/116=4/29}$. En seguida, la continuidad de la función ${\displaystyle f(t)}$ y de su derivada son asegurados para este valor ${\displaystyle t=t_{0}}$ :

${\displaystyle t_{0}^{1/3}=at_{0}+b,}$	${\displaystyle f(t_{0}^{-})=f(t_{0}^{+})~;}$
${\displaystyle {\tfrac {1}{3}}\cdot t_{0}^{-2/3}=a,}$	${\displaystyle f'(t_{0}^{-})=f'(t_{0}^{+}).}$

Así se tiene :

${\displaystyle t_{0}^{1/3}={\tfrac {1}{3}}\cdot t_{0}^{-2/3}\cdot t_{0}+{\tfrac {4}{29}}\Leftrightarrow t_{0}^{1/3}={\tfrac {6}{29}}\Rightarrow a={\tfrac {1}{3}}({\tfrac {29}{6}})^{2}.}$

En el caso de las fuentes primarias, el blanco de referencia es el blanco (generalmente el iluminante D65) más luminoso que puede producir la fuente (televisor, proyector,...). En el caso de las fuentes secundarias, se las compara con el óxido de magnesio (MgO) que tiene un factor de reflectancia del 97,5 %.

Un gris con una reflectancia del 18 % (desde el punto de vista fotométrico así como desde el punto de vista energético o radiométrico) tendrá una luminosidad de alrededor del 50 %.

Escala de claridad para un color neutro

0

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

70 %

80 %

90 %

100 %

El lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la iluminancia o nivel de iluminación. Equivale a un lumen /m². Se usa en la fotometríacomo medida de la iluminancia, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad del ojo humano a la luz.

1 lx =

1 lm/m²

1 cd · sr/m

Explicación[editar]

El lux es una unidad derivada, basada en el lumen, que a su vez es una unidad derivada basada en la candela.

Un lux equivale a un lumen por metro cuadrado, mientras que un lumen equivale a una candela x estereorradián. El flujo luminoso total de una fuente de una candela equivale a ${\displaystyle 4\pi }$ lúmenes (puesto que una esfera comprende ${\displaystyle 4\pi }$ estereorradianes).

La siguiente tabla muestra unos valores orientativos del nivel de iluminación que se puede medir, en un plano horizontal a unos 0,70m del suelo, en diferentes situaciones.

Iluminancia	Abr.	Ejemplo
0,00005 lux	50 µlx	Luz de una estrella (Vista desde la tierra)
0,0001 lux	100 µlx	Cielo nocturno nublado, luna nueva
0,001 lux	1 mlx	Cielo nocturno despejado, luna nueva
0,01 lux	10 mlx	Cielo nocturno despejado, cuarto creciente o menguante
0,25 lux	250 mlx	Luna llena en una noche despejada1​
1 lux	1 lx	Luna llena a gran altitud en latitudes tropicales2​
3 lux	3 lx	Límite oscuro del crepúsculo bajo un cielo despejado3​
100 lux	1 hlx	Pasillo en una zona de paso
300 lux	3 hlx	Sala de reuniones
500 lux	5 hlx	Oficina bien iluminada
600 lux	6 hlx	Salida o puesta de sol en un día despejado.
1000 lux	1 klx	Iluminación habitual en un estudio de televisión
32.000 lux	32 klx	Luz solar en un día medio (mín.)
100.000 lux	100 klx	Luz solar en un día medio (máx.)

Lux y lumen[editar]

La diferencia entre el lux y el lumen consiste en que el lux toma en cuenta la superficie sobre la que el flujo luminoso se distribuye. 1000 lúmenes, concentrados sobre un metro cuadrado, iluminan esa superficie con 1000 lux. Los mismos mil lúmenes, distribuidos sobre 10 metros cuadrados, producen una iluminancia de sólo 100 lux. En otras palabras, iluminar una área mayor al mismo nivel de lux requiere de un número mayor de lúmenes.

Relación entre iluminancia e irradiancia[editar]

Como todas las unidades fotométricas, el lux tiene una unidad radiométrica correspondiente. La diferencia entre unidades fotométricas y radiométricas consiste en que las segundas se basan en la potencia física, con todas las longitudes de onda medidas por igual, mientras que las unidades fotométricas toman en cuenta el hecho de que el ojo (humano) es más sensible a unas longitudes de onda que a otras, por lo que cada longitud de onda tiene un peso diferente en su cálculo. El factor que determina el peso de cada longitud de onda es la función de luminosidad.

Un lux es un lumen/metro², y la unidad radiométrica correspondiente, que mide la irradiancia, es el vatio por metro cuadrado (W/m²). No hay una fórmula de conversión entre lux y W/m²; existe un factor de conversión diferente para cada longitud de onda, y no es posible realizar la conversión a menos que se conozca la composición espectral de la luz en cuestión.

El valor máximo de la función de luminosidad se encuentra en los 555 nm (correspondiente al color verde); el ojo es más sensible a la luz de esta longitud de onda que a ninguna otra. En el caso de luz monocromática de esta longitud de onda, la irradiancia necesaria para producir un lux es la mínima: 1,464 mW/m². Es decir, en esta longitud de onda se obtienen 683,002 lux por W/m² (o lúmenes por vatio). Otras longitudes de onda de luz visible producen menos lúmenes por vatio. La función de luminosidad cae a cero para las longitudes de onda fuera del espectro visible.

Para una fuente de luz con diversas longitudes de onda, el número de lúmenes por vatio se puede calcular usando la función de luminosidad. Para que una luz sea razonablemente blanca, se requiere una mezcla de luz verde con abundancia de luz roja y azul, a las que el ojo es mucho menos sensible. Esto implica que la luz blanca (o blanquecina) produce mucho menos de los 683 lúmenes por vatio que constituyen el máximo teórico. La relación entre el número real de lúmenes por vatio y el máximo teórico se expresa como un porcentaje que recibe el nombre de eficacia luminosa. Por ejemplo, una bombilla común suele presentar una eficiencia luminosa de tan sólo el 2%.

En realidad, cada persona presenta una variación propia de función luminosa. No obstante, las unidades fotométricas se definen con gran precisión, basándose en una función de luminosidad estándar obtenida de la medición de muchos sujetos.

Uso en especificaciones de videocámaras[editar]

Las especificaciones de videocámaras suelen incluir un nivel mínimo de iluminancia en lux, a partir del cual la cámara puede grabar una imagen satisfactoria. Una videocámara con buenas características de grabación en condiciones de luz escasa tendrá un valor bajo de lux. Las cámaras fotográficas no usan esta especificación, porque en condiciones de poca luz pueden tomar fotografías simplemente usando mayores tiempos de exposición, cosa que las videocámaras no pueden hacer, puesto que el tiempo de exposición viene determinado por las imágenes por segundo que deben registrar.

Unidades de fotometría del Sistema Internacional[editar]

Unidades de fotometría del Sistema Internacional

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Magnitud	Símbolo	Unidad	Abrev.	Notas
Energía lumínica	Qv	lumen segundo	lm·s	A veces se usa la denominación talbot, ajena al Sistema Internacional.
Flujo luminoso	F	lumen (= cd·sr)	lm	Medida de la potencia luminosa percibida.
Intensidad luminosa	Iv	candela (= lm/sr)	cd	Es una medida de la intensidad luminosa.
Luminancia	Lv	candela por metro cuadrado	cd/m2	A veces se usa la denominación nit, ajena al Sistema Internacional.
Iluminancia	Ev	lux (= lm/m2)	lx	Usado para medir la incidencia de la luz sobre una superficie.
Emitancia luminosa	Mv	lux (= lm/m2)	lx	Usado para medir la luz emitida por una superficie.
Exposición luminosa	Hv	lux segundo	lx·s	Iluminancia integrada en el tiempo.
Eficacia luminosa	η	lumen por vatio	lm/W	Razón entre flujo luminoso y flujo radiante.

luxmetro o light meter) es un instrumento de medición que permite medir simple y rápidamente la iluminancia real y no subjetiva de un ambiente. La unidad de medida es el lux (lx). Contiene una célula fotoeléctricaque capta la luz y la convierte en impulsos eléctricos, los cuales son interpretados y representada en un display o aguja con la correspondiente escala de luxes.

Principio de funcionamiento[editar]

El luxómetro moderno funciona según el principio de una celda (célula) C.C.D. o fotovoltaica; un circuito integrado recibe una cierta cantidad de luz (fotones que constituyen la "señal", una energía de brillo) y la transforma en una señal eléctrica(analógica). Esta señal es visible por el desplazamiento de una aguja, el encendido de un diodo o la fijación de una cifra. Una fotorresistencia asociada a un ohmímetrodesempeñaría el mismo papel.

Un filtro de corrección de espectro permite evitar que las diferencias de espectro falseen la medida (la luz amarilla es más eficaz que la azul, por ejemplo, para producir un electrón a partir de la energía de un paquete de fotones).

Los luxómetros pueden tener varias escalas para adaptarse a las luminosidades débiles o las fuertes (hasta varias decenas de millares de luxes).

Usos[editar]

Primero han sido utilizados por fotógrafos y cineastas. Es cada vez más utilizado por los productores de energía para optimizar la iluminación interior (del 20 al 60 % de la electricidad es consumida por la iluminación) o exterior (que a menudo desperdicia mucha energía). Se utilizan también, más raramente para medir la luminosidad del cielo en meteorología, para medir la luz recibida al suelo en bosques o en invernaderos.

En los últimos años también ha comenzado a ser utilizado por ecologistas, astrónomos y arquitectos para desarrollar índices cuantitativos de la contaminación lumínica o la intrusión de la luz para reducirlas o adaptar estrategias de ingeniería.

Otro uso es el que le dan los profesionales de higiene y seguridad, a fin de determinar la posibilidad de ocurrencia de una enfermedad profesional por deficiencias lumínicas, ya que así lo establece la legislación laboral en muchos países (ley 19587 de seguridad e higiene laboral en Argentina o la NOM-025-STPS-2008 en México que habla de las condiciones de iluminación en los centros de trabajo, por citar algunos ejemplos).

También son utilizados por técnicos en prevención de riesgos laborales en los lugares de trabajo.

talbot (T) es una unidad, no estándar, de energía lumínica, llamada así en honor a uno de los primeros fotógrafos William Henry Fox Talbot. Es exactamente igual a la unidad estándar del SI, el lumen x segundo:¹​

1 T = 1 lm x s

El uso del símbolo T para el talbot crea conflicto con el símbolo, también T, asignado para el tesla, unidad del SI de la densidad de flujo magnético.