El brillo es una propiedad óptica que indica qué tan bien una superficie refleja la luz en una dirección especular (similar a un espejo). Es uno de los parámetros importantes que se utilizan para describir la apariencia visual de un objeto. Otras categorías de apariencia visual relacionadas con la percepción de la reflexión y transmisión regular o difusa de la luz se han organizado bajo el concepto de cesía en un sistema de orden con tres variables, incluido el brillo entre los aspectos involucrados. Los factores que afectan el brillo son el índice de refracción del material, el ángulo de la luz incidente y la topografía de la superficie .
El brillo aparente depende de la cantidad de reflexión especular (luz reflejada desde la superficie en una cantidad igual y en un ángulo simétrico con respecto a la luz entrante) en comparación con la reflexión difusa (la cantidad de luz dispersada en otras direcciones).
Cuando la luz ilumina un objeto, interactúa con él de varias maneras:
Las variaciones en la textura de la superficie influyen directamente en el nivel de reflexión especular. Los objetos con una superficie lisa, es decir, muy pulida o que contiene revestimientos con pigmentos finamente dispersos, parecen brillantes a la vista debido a que una gran cantidad de luz se refleja en una dirección especular, mientras que las superficies rugosas no reflejan luz especular, ya que la luz se dispersa en otras direcciones y, por lo tanto, parecen opacas. Las cualidades de formación de imágenes de estas superficies son mucho menores, lo que hace que los reflejos aparezcan borrosos y distorsionados.
El tipo de material del sustrato también influye en el brillo de una superficie. Los materiales no metálicos, es decir, los plásticos, etc., producen un mayor nivel de luz reflejada cuando se iluminan desde un ángulo de iluminación mayor debido a que la luz se absorbe en el material o se dispersa de forma difusa según el color del material. Los metales no sufren este efecto y producen mayores cantidades de reflexión desde cualquier ángulo.
La fórmula de Fresnel proporciona la reflectancia especular, , para una luz no polarizada de intensidad , en un ángulo de incidencia , dando como resultado la intensidad del haz reflejado especularmente de intensidad , mientras que el índice de refracción de la muestra de superficie es .
La ecuación de Fresnel se da como sigue:
La rugosidad de la superficie influye en los niveles de reflectancia especular; en las frecuencias visibles, el acabado de la superficie en el rango micrométrico es el más relevante. El diagrama de la derecha representa la reflexión en un ángulo sobre una superficie rugosa con una variación característica de la altura de la rugosidad . La diferencia de trayectoria entre los rayos reflejados desde la parte superior e inferior de las protuberancias de la superficie es:
Cuando la longitud de onda de la luz es , la diferencia de fase será:
Si es pequeño, los dos haces (ver Figura 1) están casi en fase, lo que resulta en una interferencia constructiva ; por lo tanto, la superficie de la muestra puede considerarse lisa. Pero cuando , entonces los haces no están en fase y a través de la interferencia destructiva , se producirá la cancelación entre sí. La baja intensidad de la luz reflejada especularmente significa que la superficie es rugosa y dispersa la luz en otras direcciones. Si se toma el valor de fase medio como criterio para una superficie lisa, , entonces la sustitución en la ecuación anterior producirá:
Esta condición de superficie lisa se conoce como criterio de rugosidad de Rayleigh .
Los primeros estudios sobre la percepción del brillo se atribuyen a Ingersoll [1] [2], quien en 1914 examinó el efecto del brillo sobre el papel. Al medir cuantitativamente el brillo mediante instrumentación, Ingersoll basó su investigación en la teoría de que la luz está polarizada en la reflexión especular, mientras que la luz reflejada de forma difusa no está polarizada. El "glarímetro" de Ingersoll tenía una geometría especular con ángulos de incidencia y visión de 57,5°. Con esta configuración, el brillo se midió utilizando un método de contraste que restaba el componente especular de la reflectancia total utilizando un filtro polarizador.
En el trabajo de la década de 1930 de AH Pfund, [3] sugirió que si bien el brillo especular es la evidencia básica (objetiva) del brillo, la apariencia brillante real de la superficie (subjetiva) se relaciona con el contraste entre el brillo especular y la luz difusa del área de la superficie circundante (ahora llamado "brillo de contraste" o "lustre").
Si se comparan visualmente superficies blancas y negras del mismo brillo, la superficie negra siempre parecerá más brillante debido al mayor contraste entre el reflejo especular y el entorno negro en comparación con el de la superficie blanca y el entorno. Pfund también fue el primero en sugerir que se necesitaba más de un método para analizar el brillo correctamente.
En 1937, Hunter [4] , como parte de su trabajo de investigación sobre el brillo, describió seis criterios visuales diferentes atribuidos al brillo aparente. Los siguientes diagramas muestran las relaciones entre un haz de luz incidente, I, un haz reflejado especularmente, S, un haz reflejado difusamente, D y un haz reflejado casi especularmente, B.
Se define como la relación entre la luz reflejada desde una superficie en un ángulo igual pero opuesto a la que incide sobre la superficie.
Se define como el brillo en ángulos rasantes de incidencia y visión.
Se define como la relación entre la luz reflejada especularmente y la luz reflejada difusamente normal a la superficie;
Se define como una medida de la ausencia de neblina o de una apariencia lechosa adyacente a la luz reflejada especularmente: la neblina es la inversa de la ausencia de neblina.
Se define como la nitidez de la luz reflejada especularmente.
Se define como la uniformidad de la superficie en términos de textura visible y defectos (piel de naranja, arañazos, inclusiones, etc.).
Por lo tanto, una superficie puede parecer muy brillante si tiene una reflectancia especular bien definida en el ángulo especular. La percepción de una imagen reflejada en la superficie puede verse degradada por una apariencia borrosa o por una apariencia de bajo contraste. La primera se caracteriza por la medición de la nitidez de la imagen y la segunda por la neblina o el brillo de contraste.
En su artículo, Hunter también señaló la importancia de tres factores principales en la medición del brillo:
Para su investigación utilizó un brillómetro con un ángulo especular de 45° como lo hicieron la mayoría de los primeros métodos fotoeléctricos de ese tipo, sin embargo estudios posteriores de Hunter y Judd en 1939, [5] sobre un mayor número de muestras pintadas, concluyeron que la geometría de 60 grados era el mejor ángulo a utilizar para proporcionar la correlación más cercana a una observación visual.
La estandarización de la medición del brillo fue liderada por Hunter y ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales), quienes produjeron el método de prueba estándar ASTM D523 para brillo especular en 1939. Este método incorporaba un método para medir el brillo en un ángulo especular de 60°. Las ediciones posteriores de la Norma (1951) incluyeron métodos para medir a 20° para evaluar acabados de alto brillo, desarrollados en la Compañía DuPont (Horning y Morse, 1947) y 85° (mate o de bajo brillo).
ASTM tiene una serie de otras normas relacionadas con el brillo diseñadas para su aplicación en industrias específicas, incluido el antiguo método de 45° que ahora se utiliza principalmente para cerámicas esmaltadas, polietileno y otras películas plásticas.
En 1937, la industria del papel adoptó un método de brillo especular de 75° porque el ángulo proporcionaba la mejor separación de los papeles para libros recubiertos. [6] Este método fue adoptado en 1951 por la Asociación Técnica de Industrias de Pulpa y Papel como Método TAPPI T480.
En la industria de la pintura, las mediciones del brillo especular se realizan según la Norma Internacional ISO 2813 (BS 3900, Parte 5, Reino Unido; DIN 67530, Alemania; NFT 30-064, Francia; AS 1580, Australia; JIS Z8741, Japón, también son equivalentes). Esta norma es esencialmente la misma que la ASTM D523, aunque está redactada de forma diferente.
Los estudios de superficies de metal pulido y molduras de aluminio anodizado para automóviles realizados en la década de 1960 por Tingle, [7] [8] Potter y George condujeron a la estandarización de la medición del brillo de superficies de alto brillo mediante goniofotometría bajo la designación ASTM E430. En esta norma también se definieron métodos para la medición de la nitidez del brillo de la imagen y la neblina de reflexión.
![{\displaystyle R_{s}={\frac {1}{2}}[\left({\frac {\cos i-{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}{\cos i+{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}}\right)^{2}+\left({\frac {m^{2}\cos i-{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}{m^{2}\cos i+{\sqrt {m^{2}-\sin ^{2}i}}}}\right)^{2}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edf132fcf032bbd8ad4957c364c8a259be4a352c)
