El contraste en la percepción visual es una diferencia sentida en la apariencia de dos o más partes de un campo visto simultánea o sucesivamente (de ahí: contraste de brillo, contraste de luminosidad, contraste de color, contraste simultáneo, contraste sucesivo, etc.).
El contraste en física es una cantidad destinada a correlacionarse con el contraste de brillo percibido , generalmente definido por una de varias fórmulas (ver más abajo) que involucran, por ejemplo, las luminancias de los estímulos considerados, por ejemplo: ΔL/L cerca del umbral de luminancia (conocido como contraste de Weber [1] ), o L H /L L para luminancias mucho más altas. [2]
Un contraste también puede deberse a diferencias de cromaticidad especificadas por características colorimétricas (por ejemplo, la diferencia de color ΔE CIE 1976 UCS).
La información visual siempre está contenida en algún tipo de contraste visual, [ se necesita aclaración ] por lo que el contraste es una característica de rendimiento esencial de las pantallas visuales electrónicas .
El contraste de las pantallas visuales electrónicas depende de la conducción eléctrica (señal de entrada analógica o digital), de la iluminación ambiental y de la dirección de observación (es decir, dirección de visión ).
El "contraste de luminancia" es la relación entre la luminancia más alta, L H , y la luminancia más baja, L L , que definen la característica a detectar. Esta relación, a menudo llamada relación de contraste , CR (que en realidad es una relación de luminancia ), se utiliza a menudo para luminancias altas y para especificar el contraste de dispositivos electrónicos de visualización . El contraste (relación) de luminancia, CR, es un número adimensional , a menudo indicado añadiendo ":1" al valor del cociente (por ejemplo, CR = 900:1).
con 1 ≤ CR ≤
Una "relación de contraste" de CR = 1 significa que no hay contraste.
El contraste también puede especificarse mediante la modulación de contraste (o contraste de Michelson ), C M , definida como:
con 0 ≤ C M ≤ 1.
C M = 0 significa que no hay contraste.
Otra definición de contraste es una aplicación práctica del contraste de Weber , [3] que a veces se encuentra en el campo de las pantallas electrónicas, K o C W , es:
con 0 ≤ C W ≤ 1.
C W = 0 significa sin contraste, mientras que el contraste máximo, C Wmax es igual a uno, o más comúnmente descrito como un porcentaje como Michelson, 100%.
Una modificación de Weber realizada por Hwaung/Peli añade un deslumbramiento al denominador para modelar con mayor precisión las pantallas de computadora. [4] Así, el Weber modificado es:
Esto modela con mayor precisión la pérdida de contraste que se produce en una luminancia de pantalla más oscura debido a las condiciones de luz ambiental.
Dos partes de un campo visual pueden tener la misma luminancia, pero su color ( cromaticidad ) es diferente. Un contraste de color de este tipo puede describirse mediante una distancia en un sistema de cromaticidad adecuado (por ejemplo, CIE 1976 UCS, CIELAB , CIELUV).
Una métrica para el contraste de color que se utiliza a menudo en el campo de las pantallas electrónicas es la diferencia de color ΔE*uv o ΔE*ab.
Durante la medición de los valores de luminancia utilizados para la evaluación del contraste, la zona activa de la pantalla de visualización a menudo se ajusta completamente a uno de los estados ópticos para los cuales se debe determinar el contraste, por ejemplo completamente blanco (R=G=B=100 %) y completamente negro (R=G=B=0%) y la luminancia se mide uno tras otro (secuencial de tiempo).
Esta forma de proceder es adecuada sólo cuando el dispositivo de visualización no presenta efectos de carga , lo que significa que la luminancia del patrón de prueba varía con el tamaño del patrón de prueba. Estos efectos de carga se pueden encontrar en pantallas CRT y PDP . Un patrón de prueba pequeño (por ejemplo, un patrón de ventana del 4%) mostrado en estos dispositivos puede tener una luminancia significativamente mayor que el patrón de pantalla completa correspondiente porque la corriente de suministro puede estar limitada por circuitos electrónicos especiales. [ cita necesaria ]
Se pueden utilizar dos patrones de prueba cualesquiera que no sean completamente idénticos para evaluar el contraste entre ellos. Cuando un patrón de prueba comprende el estado completamente brillante (completamente blanco, R=G=B=100%) y el otro el estado completamente oscuro (completamente negro, R=G=B=0%), el contraste resultante se denomina contraste total . Este contraste es el contraste más alto (máximo) que la pantalla puede lograr. Si no se especifica ningún patrón de prueba en una hoja de datos junto con una declaración de contraste, lo más probable es que se refiera al contraste completo . [ cita necesaria ]
El procedimiento estándar para la evaluación del contraste es el siguiente: [ cita necesaria ]
Cuando se miden la luminancia y/o la cromaticidad antes de que la respuesta óptica se haya estabilizado en un estado estable, se ha medido algún tipo de contraste transitorio en lugar del contraste estático . [ cita necesaria ]
Cuando el contenido de la imagen cambia rápidamente, por ejemplo durante la visualización de contenido de vídeo o película, es posible que el estado óptico de la pantalla no alcance el estado estable deseado debido a la respuesta lenta y, por lo tanto, el contraste aparente se reduce en comparación con el contraste estático. [ cita necesaria ]
Esta es una técnica para ampliar el contraste de las pantallas LCD.
Las pantallas LCD comprenden una unidad de retroiluminación que emite luz permanentemente y un panel LCD delante de ella que modula la transmisión de luz con respecto a la intensidad y la cromaticidad. Para aumentar el contraste de tales pantallas LCD, la luz de fondo se puede atenuar (globalmente) cuando la imagen que se va a mostrar es oscura (es decir, que no comprende datos de imagen de alta intensidad), mientras que los datos de la imagen se corrigen numéricamente y se adaptan a la intensidad reducida de la luz de fondo. . De esta manera se pueden mejorar las zonas oscuras de las imágenes oscuras y se puede aumentar sustancialmente el contraste entre fotogramas posteriores. [5] Además, el contraste dentro de un cuadro se puede ampliar intencionalmente dependiendo del histograma de la imagen (algunas luces esporádicas en una imagen pueden cortarse o suprimirse). Se requiere bastante procesamiento de señales digitales para implementar la técnica de control de contraste dinámico de una manera que sea agradable para el sistema visual humano (por ejemplo, no se deben inducir efectos de parpadeo).
El contraste dentro de los fotogramas individuales ( contraste simultáneo ) se puede aumentar cuando la luz de fondo se puede atenuar localmente. Esto se puede lograr con unidades de retroiluminación que se realizan con matrices de LED. [6] Las pantallas LCD de alto rango dinámico (HDR) utilizan esa técnica para obtener valores de contraste (estáticos) en el rango de CR > 100.000. [7]
Para medir el mayor contraste posible, el estado oscuro de la pantalla bajo prueba no debe verse alterado por la luz del entorno, ya que incluso pequeños incrementos ΔL en el denominador de la relación (L H + ΔL ) / (L L + ΔL ) efectúan una reducción considerable de ese cociente. Esta es la razón por la que la mayoría de las relaciones de contraste utilizadas con fines publicitarios se miden en condiciones de cuarto oscuro (luminancia E DR ≤ 1 lx). [ cita necesaria ]
En teoría, todas las pantallas electrónicas emisoras (por ejemplo, CRT, PDP) no emiten luz en el estado negro (R=G=B=0%) y, por lo tanto, en condiciones de cuarto oscuro sin luz ambiental reflejada desde la superficie de la pantalla hacia el dispositivo de medición de luz, la luminancia del estado negro es cero y, por tanto, el contraste se vuelve infinito. [ cita necesaria ]
Cuando estas pantallas se utilizan fuera de una habitación completamente oscura, por ejemplo, en la sala de estar (iluminación aproximada de 100 lx) o en una oficina (iluminación mínima de 300 lx), la luz ambiental se refleja desde la superficie de la pantalla, lo que aumenta la luminancia. del estado oscuro y reduciendo así considerablemente el contraste. [ cita necesaria ]
Una pantalla de televisión bastante novedosa realizada con tecnología OLED tiene una relación de contraste de cuarto oscuro CR = 1.000.000 (un millón). En una situación de aplicación realista con una iluminancia de 100 lx, la relación de contraste se reduce a ~350, con 300 lx se reduce a ~120. [8]
El contraste que se puede experimentar o medir en presencia de iluminación ambiental se denomina brevemente "contraste ambiental". [9] Un tipo especial de "contraste ambiental" es el contraste en condiciones de iluminación exterior, cuando la iluminancia puede ser muy intensa (hasta 100.000 lx). El contraste aparente en tales condiciones se denomina "contraste de luz diurna". [10]
Dado que las áreas oscuras de una pantalla siempre se ven corrompidas por la luz reflejada, sólo se pueden mantener valores razonables de "contraste ambiental" cuando la pantalla cuenta con medidas eficientes para reducir los reflejos mediante revestimientos antirreflejos y/o antideslumbrantes. [ cita necesaria ]
Cuando se muestra un patrón de prueba que contiene áreas con diferente luminancia y/o cromaticidad (por ejemplo, un patrón de tablero de ajedrez), y un observador ve las diferentes áreas simultáneamente, el contraste aparente se denomina contraste concurrente (el término contraste simultáneo ya se toma para un patrón diferente). efecto). Los valores de contraste obtenidos a partir de dos patrones de pantalla completa mostrados posteriormente pueden ser diferentes de los valores evaluados a partir de un patrón de tablero de ajedrez con los mismos estados ópticos. Esa discrepancia puede deberse a propiedades no ideales de la pantalla de visualización (por ejemplo, diafonía, halo, etc.) y/o debido a problemas de luz difusa en el dispositivo de medición de luz. [ cita necesaria ]
Cuando se establece un contraste entre dos estados ópticos que se perciben o miden uno tras otro, a este contraste se le llama contraste sucesivo . El contraste entre dos patrones de pantalla completa (contraste de pantalla completa) siempre es un contraste sucesivo . [ cita necesaria ]
Dependiendo de la naturaleza de la pantalla bajo prueba (vista directa o proyección), el contraste se evalúa como un cociente de valores de luminancia (vista directa) o como un cociente de valores de iluminancia (pantallas de proyección) si las propiedades de la pantalla de proyección son separada de la del proyector. En el último caso, se proyecta un patrón de tablero de ajedrez con rectángulos completamente blancos y completamente negros y la iluminancia se mide en el centro de los rectángulos. [11] La norma ANSI IT7.215-1992 define patrones de prueba y ubicaciones de medición, y una forma de obtener el flujo luminoso a partir de mediciones de iluminancia; sin embargo, no define una cantidad denominada "lúmenes ANSI". [ cita necesaria ]
Si las propiedades reflectantes de la pantalla de proyección (generalmente dependiendo de la dirección) se incluyen en la medición, la luminancia reflejada desde los centros de los rectángulos debe medirse para un (conjunto de) direcciones de observación específicas .
La luminancia , el contraste y la cromaticidad de las pantallas LCD suelen variar según la dirección de observación (es decir, la dirección de visualización ). La variación de las características electroópticas con la dirección de visión se puede medir secuencialmente mediante escaneo mecánico del cono de visión ( enfoque gonioscópico ) o mediante mediciones simultáneas basadas en conoscopia . [12]
