Brillo (óptica)

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 de la luz, regular o difusa, se han organizado bajo el concepto de cesia 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 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 del ángulo simétrico al de la luz entrante) en comparación con la reflexión difusa: la cantidad de luz. dispersos en otras direcciones.

Teoría

Cuando la luz ilumina un objeto, interactúa con él de varias maneras:

• Absorbed within it (largely responsible for colour)
• Transmitido a través de ella (dependiente de la transparencia superficial y la opacidad)
• Disparado desde o dentro de él (reflexión olfato, escote y transmisión)
• Especularmente reflejado de ella (gloss)

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 pulidos o que contienen recubrimientos con pigmentos finamente dispersos, aparecen 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 parece aburrido. Las cualidades de formación de imágenes de estas superficies son mucho menores, lo que hace que los reflejos parezcan borrosos y distorsionados.

El tipo de material del sustrato también influye en el brillo de una superficie. Los materiales no metálicos, es decir, plásticos, etc., producen un mayor nivel de luz reflejada cuando se iluminan con un ángulo de iluminación mayor debido a que la luz se absorbe en el material o se dispersa de forma difusa dependiendo del color del material. Los metales no sufren este efecto, ya que producen mayores cantidades de reflexión en cualquier ángulo.

La fórmula Fresnel da la reflectancia especulativa, Rs{displaystyle R_{s}, para una luz de intensidad no polarizada I0{displaystyle I_{0}, en ángulo de incidencia i{displaystyle i}, dando la intensidad del haz de intensidad reflejado especulamente Ir{displaystyle I_{r}, mientras que el índice refractivo del espécimen superficial es m{displaystyle m}.

La ecuación de Fresnel se da como sigue: Rs=IrI0{displaystyle R_{s}={frac {I_{r} {I_{0}}}

Rs=12[()#⁡ ⁡ i− − m2− − pecado2⁡ ⁡ i#⁡ ⁡ i+m2− − pecado2⁡ ⁡ i)2+()m2#⁡ ⁡ i− − m2− − pecado2⁡ ⁡ im2#⁡ ⁡ i+m2− − pecado2⁡ ⁡ i)2]{displaystyle ¿Qué? {m^{2}-sin ¿Qué? {m^{2}-sin ♫ {2}i} {m^{2}cos i+{sqrt {m^{2}-sin ^{2}}}right)^{2}right]

Rugosidad de la superficie

La rugosidad superficial influye en los niveles de reflectancia especular; en las frecuencias visibles, el acabado superficial en la gama de micrometros es más relevante. El diagrama de la derecha representa la reflexión en un ángulo i{displaystyle i} sobre una superficie rugosa con una variación de altura de rugosidad característica Δ Δ h{displaystyle Delta h}. La diferencia entre los rayos reflejados de la parte superior e inferior de los golpes superficiales es:

Δ Δ r=2Δ Δ h#⁡ ⁡ i{displaystyle Delta r=2Delta hcos i;}

Cuando la longitud de onda de la luz es λ λ {displaystyle lambda }, la diferencia de fase será:

Δ Δ φ φ =2π π λ λ Δ Δ r=4π π Δ Δ h#⁡ ⁡ iλ λ {displaystyle Delta phi ={frac {2pi ♫{lambda Delta r={frac {4fncH00} Delta hcos i};}

Si Δ Δ φ φ {displaystyle Delta phi ;} es pequeño, las dos vigas (ver Figura 1) están casi en fase, dando lugar a interferencias constructivas; por lo tanto, la superficie del espécimen puede considerarse lisa. Pero cuando Δ Δ φ φ =π π {displaystyle Delta phi =pi ;}, entonces las vigas no están en fase y a través de interferencias destructivas, se producirá cancelación entre sí. Baja intensidad de luz reflejada especulamente significa que la superficie es rugosa y dispersa la luz en otras direcciones. Si el valor de fase media se toma como criterio para superficie lisa, <math alttext="{displaystyle Delta phi Δ Δ φ φ c)π π /2{displaystyle Delta phi<img alt="{displaystyle Delta phi , entonces la sustitución en la ecuación anterior producirá:

<math alttext="{displaystyle Delta hΔ Δ hc)λ λ 8#⁡ ⁡ i{displaystyle Delta h detectado {frac {fnMicrode } {8cos i};<img alt="{displaystyle Delta h

Esta condición de superficie lisa se conoce como criterio de rugosidad de Rayleigh.

Historia

Los primeros estudios sobre la percepción del brillo se atribuyen a Ingersoll, quien en 1914 examinó el efecto del brillo en el papel. Al medir cuantitativamente el brillo utilizando instrumentación, Ingersoll basó su investigación en la teoría de que la luz está polarizada en la reflexión especular, mientras que la luz reflejada de manera difusa no está polarizada. El "glarímetro" tenía una geometría especular con ángulos de incidencia y de visión de 57,5°. Usando esta configuración, el brillo se midió usando un método de contraste que restaba el componente especular de la reflectancia total usando un filtro polarizador.

En el trabajo de la década de 1930, A. H. Pfund, sugirió que aunque el brillo especular es la evidencia básica (objetiva) del brillo, la apariencia brillante de la superficie real (subjetiva) se relaciona con el contraste entre el brillo especular y la luz difusa de la superficie circundante ( ahora llamado "brillo de contraste" o "brillo").

Si se comparan visualmente superficies blancas y negras con el mismo brillo, la superficie negra siempre aparecerá más brillante debido al mayor contraste entre el brillo especular y el entorno negro en comparación con la superficie y el entorno blancos. Pfund también fue el primero en sugerir que se necesitaba más de un método para analizar el brillo correctamente.

En 1937, Hunter, 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.

• Brillante espectacular: el brillo percibido y la brillantez de los momentos destacados

Definido como la relación entre la luz reflejada desde una superficie en un ángulo igual pero opuesto a la incidente en la superficie.

• Sheen – el brillo percibido en ángulos de pastoreo bajos

Definido como el brillo en ángulos rasantes de incidencia y visión.

• Gloso de contraste – el brillo percibido de las áreas de reflexión especulativa y difusa

Definido como la relación entre la luz reflejada especularmente y la reflejada difusamente normal a la superficie;

• Absencia de la floración – la percibida nubes en reflexiones cerca de la dirección especular

Definido como una medida de la ausencia de neblina o una apariencia lechosa adyacente a la luz reflejada especularmente: la neblina es lo inverso de la ausencia de floración.

• Distinción del brillo de imagen – identificada por la diferencia de imágenes reflejadas en superficies

Definido como la nitidez de la luz reflejada especularmente

• Espejo de textura superficial – identificado por la falta de textura superficial y manchas superficiales

Definido como la uniformidad de la superficie en términos de textura y defectos visibles (piel de naranja, rayones, 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 degradarse si parece poco nítida o de bajo contraste. El primero se caracteriza por la medición de la nitidez de la imagen y el segundo por la neblina o brillo de contraste.

En su artículo, Hunter también destacó la importancia de tres factores principales en la medición del brillo:

• La cantidad de luz reflejada en la dirección especular
• La cantidad y la manera en que la luz se extiende alrededor de la dirección especular
• El cambio en la reflexión especular como el ángulo especulativo cambia

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, sobre un mayor número de muestras pintadas, concluyeron que el La geometría de 60 grados fue el mejor ángulo a utilizar para proporcionar la correlación más cercana a una observación visual.

Medición de brillo estándar

La estandarización en la medición del brillo fue liderada por Hunter y ASTM (Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales), quienes produjeron el método de prueba estándar ASTM D523 para brillo especular en 1939. Este incorporó 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 DuPont Company (Horning y Morse, 1947) y 85° (mate o 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 se utiliza principalmente ahora para cerámica vidriada, polietileno y otras películas plásticas.

En 1937, la industria del papel adoptó un método de brillo especular de 75° porque el ángulo ofrecía la mejor separación de los papeles estucados para libros. 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 manera diferente.

Los estudios de superficies metálicas pulidas y molduras de aluminio anodizado para automóviles realizados en la década de 1960 por Tingle, Potter y George llevaron 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 definen métodos para medir la distinción del brillo de la imagen y la turbidez de la reflexión.