El efecto Abney o efecto de pureza sobre tono describe el cambio de tono percibido que ocurre cuando se agrega luz blanca a una fuente de luz monocromática . [1] [2]
La adición de luz blanca provocará una desaturación de la fuente monocromática, tal como la percibe el observador humano. Sin embargo, un efecto menos intuitivo de la adición de luz blanca percibida es el cambio en el tono aparente . Este cambio de tono es de naturaleza fisiológica, más que física.
Esta variación de tono como resultado de la adición de luz blanca fue descrita por primera vez por el químico y físico inglés Sir William de Wiveleslie Abney en 1909, aunque la fecha más común es 1910. Una fuente de luz blanca puede crearse mediante la combinación de luz roja, azul y verde. Abney demostró que la causa del aparente cambio de tono era la luz roja y verde que componían esta fuente de luz, y que el componente de luz azul no tenía ninguna contribución al efecto Abney. [3]
Los diagramas de cromaticidad son diagramas bidimensionales que trazan la proyección del espacio de color XYZ de la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) sobre el plano (x, y). Los valores X, Y, Z (o valores triestímulo ) se utilizan simplemente como ponderaciones para crear nuevos colores a partir de los colores primarios, de forma muy similar a como se utiliza el RGB para crear colores a partir de los primarios en televisores o fotografías. Los valores x e y utilizados para crear el diagrama de cromaticidad se crean a partir de los valores XYZ dividiendo X e Y por la suma de X, Y, Z. Los valores de cromaticidad que se pueden trazar dependen de dos valores: la longitud de onda dominante y la saturación. Dado que la energía luminosa no está incluida, los colores que difieren solo en su luminosidad no se distinguen en el diagrama. Por ejemplo, el marrón, que es simplemente naranja de baja luminancia (y a menudo desaturado), no aparecerá como tal. [4]
El efecto Abney también se puede ilustrar en diagramas de cromaticidad. Si se añade luz blanca a una luz monocromática, se obtendrá una línea recta en el diagrama de cromaticidad. Podríamos imaginar que los colores a lo largo de esa línea se perciben todos como si tuvieran el mismo tono. En realidad, esto no es así y se percibe un cambio de tono. En consecuencia, si graficamos colores que se perciben como si tuvieran el mismo tono (y que solo difieren en pureza) obtendremos una línea curva. [ ¿Cuál? ]
En los diagramas de cromaticidad, una línea que tiene un tono percibido constante debe ser curva, de modo que se tenga en cuenta el efecto Abney. [5] Por lo tanto, los diagramas de cromaticidad que han sido corregidos para el efecto Abney son excelentes ilustraciones de la naturaleza no lineal [ aclaración necesaria ] del sistema visual. [6] Además, el efecto Abney no excluye ninguna línea recta en los diagramas de cromaticidad. Se pueden mezclar dos luces monocromáticas [ ¿cuáles? ] y no ver un cambio en el tono, lo que sugiere que un gráfico de línea recta para los diferentes niveles de mezcla sería apropiado en un diagrama de cromaticidad. [7]
El modelo de proceso oponente del sistema visual se compone de dos canales neuronales cromáticos y un canal neuronal acromático. [8] Los canales cromáticos consisten en un canal rojo-verde y un canal amarillo-azul y transmiten información de color. El canal acromático es responsable de la luminancia, o discriminación blanco-negro. El tono y la saturación se perciben debido a cantidades variables de actividad en estos canales neuronales que consisten en vías axónicas de las células ganglionares de la retina . [8] Estos tres canales están estrechamente relacionados con el tiempo de reacción en respuesta a los colores. El canal neuronal acromático tiene un tiempo de respuesta más rápido que los canales neuronales cromáticos en la mayoría de las condiciones. Las funciones de estos canales dependen de la tarea. Algunas actividades dependen de un canal u otro, mientras que otras dependen de ambos canales. Cuando un estímulo de color se suma con un estímulo blanco, se activan tanto el canal cromático como el acromático. El canal acromático tendrá un tiempo de respuesta ligeramente más lento, ya que debe ajustarse a la diferente luminancia; Sin embargo, a pesar de esta respuesta retardada, la velocidad del canal acromático seguirá siendo más rápida que la del canal cromático. [5] En estas condiciones de estímulos sumados, la magnitud de la señal emitida por el canal acromático será más fuerte que la del canal cromático. El acoplamiento de una respuesta más rápida con una mayor amplitud del canal acromático significa que el tiempo de reacción probablemente dependerá tanto de la luminancia como de los niveles de saturación de los estímulos. [5]
Las explicaciones habituales de la visión del color explican la diferencia en la percepción de los tonos como sensaciones elementales que son inherentes a la fisiología del observador. Sin embargo, no se han podido explicar las limitaciones o teorías fisiológicas específicas de la respuesta a cada tono único. En este sentido, se ha demostrado que tanto la sensibilidad espectral del observador como el número relativo de tipos de conos no desempeñan ningún papel significativo en la percepción de diferentes tonos. [9] Tal vez el entorno desempeñe un papel más importante en la percepción de tonos únicos que las diferentes características fisiológicas de los individuos. Esto se ve respaldado por el hecho de que los juicios de color pueden variar en función de las diferencias en el entorno de color a lo largo de largos períodos de tiempo, pero estos mismos juicios cromáticos y acromáticos se mantienen constantes si el entorno de color es el mismo, a pesar del envejecimiento y otros factores fisiológicos individuales que afectan a la retina. [10]
Al igual que el efecto Bezold–Brücke , el efecto Abney sugiere una no linealidad entre las respuestas del cono (LMS) y la etapa de percepción del tono. [11]
La saturación, o grado de palidez de un color, está relacionada con la pureza colorimétrica. La ecuación para la pureza colorimétrica es: P = L /( L w + L ) . [12] En esta ecuación, L es igual a la luminancia del estímulo de luz coloreada, L w es la luminancia del estímulo de luz blanca que se mezclará con la luz coloreada. La ecuación anterior es una forma de cuantificar la cantidad de luz blanca que se mezcla con la luz coloreada. En el caso del color espectral puro , sin luz blanca añadida, L es igual a uno y L w es igual a cero. Esto significa que la pureza colorimétrica sería igual a uno, y para cualquier caso que implique la adición de luz blanca, la pureza colorimétrica, o el valor de P , sería menor que uno. La pureza de un estímulo de color espectral se puede alterar añadiendo un estímulo blanco, negro o gris. Sin embargo, el efecto Abney describe el cambio en la pureza colorimétrica por la adición de luz blanca. Para determinar el efecto que el cambio de pureza tiene sobre el tono percibido, es importante que la pureza sea la única variable en el experimento; la luminancia debe mantenerse constante.
El término discriminación de tono se utiliza para describir el cambio en la longitud de onda que se debe obtener para que el ojo detecte un cambio en el tono. Una expresión λ + Δλ define el ajuste de longitud de onda requerido que debe tener lugar. [12] Un cambio pequeño (< 2 nm ) en la longitud de onda hace que la mayoría de los colores espectrales parezcan tomar un tono diferente. Sin embargo, para la luz azul y la luz roja, debe ocurrir un cambio de longitud de onda mucho mayor para que una persona pueda identificar una diferencia en el tono.
El artículo original que describe el efecto Abney fue publicado por Sir William de Wiveleslie Abney en Proceedings of the Royal Society of London, Serie A en diciembre de 1909. [3] Decidió realizar una investigación cuantitativa tras descubrir que las observaciones visuales del color no coincidían con los colores dominantes obtenidos fotográficamente al utilizar modelos de fluorescencia.
En la década de 1900, se utilizó un aparato de medición de color que se usaba comúnmente en experimentos junto con espejos parcialmente plateados para dividir un haz de luz en dos haces. [13] Esto dio como resultado dos haces de luz paralelos entre sí que tenían la misma intensidad y color. Los haces de luz se proyectaron sobre un fondo blanco, creando parches de luz que eran cuadrados de 1,25 pulgadas (32 mm). La luz blanca se agregó a uno de los parches de luz de color, el parche de la derecha. Se insertó una varilla en el camino de los dos haces para que no hubiera espacio entre las superficies coloreadas. Se utilizó una varilla adicional para crear una sombra donde la luz blanca se dispersaba sobre el parche que no iba a recibir la adición de luz blanca (el parche del lado izquierdo). La cantidad de luz blanca agregada se determinó como la mitad de la luminosidad de la luz de color. La fuente de luz roja, por ejemplo, tenía más luz blanca agregada que la fuente de luz amarilla. Empezó utilizando dos parches de luz roja y, de hecho, la adición de luz blanca al parche de luz de la derecha provocó un tono más amarillo que la fuente de luz roja pura. Los mismos resultados sucedieron cuando la fuente de luz experimental era naranja. Cuando la fuente de luz era verde, la adición de luz blanca hizo que la apariencia del parche se volviera verde amarillenta. Posteriormente, cuando se agregó luz blanca a la luz verde amarillenta, el parche de luz apareció principalmente amarillo. En una mezcla de luz verde azulada (con un porcentaje ligeramente mayor de azul) con luz blanca, el azul pareció adquirir un tono rojizo. En el caso de una fuente de luz violeta, la adición de luz blanca hizo que la luz violeta adquiriera un tinte azul. [3]
Abney planteó la hipótesis de que el cambio de tono resultante que se produjo se debió a la luz roja y la luz verde que eran componentes de la luz blanca que se agregó. También pensó que la luz azul que también comprende el haz de luz blanca era un factor insignificante que no tenía efecto en el cambio de tono aparente. Abney pudo demostrar su hipótesis experimentalmente al hacer coincidir sus valores experimentales de composición porcentual y luminosidades de las sensaciones de rojo, verde y azul con los valores calculados casi exactamente. Examinó la composición porcentual y la luminosidad encontradas en los diferentes colores espectrales, así como la fuente de luz blanca que se agregó. [3]
Aunque la no linealidad de la codificación neuronal del color, como lo demuestra la comprensión clásica del efecto Abney y su uso de la luz blanca para longitudes de onda particulares de luz, se ha estudiado a fondo en el pasado, un nuevo método fue llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Nevada. [10] En lugar de agregar luz blanca a la luz monocromática, se varió el ancho de banda del espectro. Esta variación del ancho de banda se dirigió directamente a las tres clases de receptores de cono como un medio para identificar cualquier cambio de tono según lo perciba el ojo humano. [14] El objetivo general de la investigación fue determinar si la apariencia del color se vio afectada por los efectos de filtrado de la sensibilidad espectral del ojo. Los experimentos mostraron que las proporciones de cono que señalan un tono se ajustaron para producir un tono constante que coincidiera con la longitud de onda central de la fuente de luz. Además, los experimentos realizados mostraron esencialmente que el efecto Abney no se mantiene para todos los cambios en la pureza de la luz, sino que está muy limitado a ciertos medios de degradación de la pureza, a saber, la adición de luz blanca. Como los experimentos realizados variaban el ancho de banda de la luz, un medio similar aunque diferente de alterar la pureza y, por lo tanto, el tono de la luz monocromática, la no linealidad de los resultados se manifestó de manera diferente a lo que se había observado tradicionalmente. Finalmente, los investigadores llegaron a la conclusión de que las variaciones en el ancho de banda espectral hacen que los mecanismos posreceptores compensen los efectos de filtrado impuestos por las sensibilidades de los conos y la absorción prerretiniana y que el efecto Abney ocurre porque, en cierto sentido, el ojo ha sido engañado para que vea un color que no se produciría de manera natural y, por lo tanto, debe aproximarse al color. Esta aproximación para compensar el efecto Abney es una función directa de las excitaciones de los conos experimentadas con un espectro de banda ancha. [10]
En 1995 se publicó una patente para una impresora a color que pretende compensar el efecto Abney. [15]
El efecto Abney debe tenerse en cuenta al diseñar la cabina de los aviones de combate modernos. Los colores que se ven en la pantalla se desaturan cuando la luz blanca incide sobre ella, por lo que se realizan consideraciones especiales para contrarrestar el efecto Abney. [5]
Existe una amplia gama de colores espectrales que pueden lograrse para que coincidan exactamente con un color puro agregando varios niveles de luz blanca. [16]
Aún se desconoce si el efecto Abney es un fenómeno que ocurre por casualidad durante la percepción del color o si el efecto juega una función deliberada en la forma en que el ojo codifica el color.
El efecto Abney rara vez se describe en los modelos de apariencia del color conocidos. De los muchos modelos que Fairchild revisó en Color Appearance Models (3.ª edición), solo los modelos Hunt y ATD predicen el efecto Abney. [17]