Metamerismo

El término metamerismo es sin duda la palabra que más expectación desencadena cada vez que recurro a ella durante una clase. Y, aunque el metamerismo es un fenómeno particularmente coloquial, íntimamente relacionado con nuestro sistema de visión, raras veces es un término con el que muchos profesionales están familiarizados.

¿ Qué es el metamerismo ?

El metamerismo es una cualidad de nuestro sistema de visión para interpretar como idénticos, bajo unas determinadas condiciones de observación, dos colores que en realidad no lo son.

El color como tal, no existe en la naturaleza, sino que existe una determinada cantidad de energía que es reflejada o absorbida por una superficie. Esta energía se puede respresentar a través de una gráfica que relaciona reflectancia con longitudes de onda, dando lugar a una curva, que caracteriza de forma más o menos exclusiva a un compuesto. Sin embargo, el sistema de visión humano no es capaz de procesar en su totalidad dicha curva, sino que solo es sensible en tres regiones características (colorimetría de triestímulo), las famosas regiones Rojo, Verde y Azul, descritas a través de lo que se conoce como funciones de coincidencia del color, o modelo de observador estándar.

Dado que el color, es luz que se refleja en un objeto por determinadas longitudes de onda, y no todas las fuentes de iluminación emiten la misma cantidad de energía por cada longitud de onda, no siempre tendremos la misma cantidad de información para describir con propiedad una superficie en función de la fuente de iluminación.

La conjunción entre el modelo de visión humano, y el tipo de fuente de iluminación, pueden desencadenar la situación, en la cual dos curvas espectrales relativamente diferentes, sean interpretadas como tres coordenadas de triestímulo idénticas, para un tipo de iluminación y dispares para otro tipo. Este fenómeno es el que se conoce como metamerismo por iluminante, y cuando dos muestras coinciden bajo un iluminante concreto, se denominan colores metámeros o par metamérico.

Existen otras formas de metamerismo, como la relativa al cambio de modelo de observador, o relativa al cambio de geometría de iluminación. Por ejemplo, algunas superficies, pueden arrojar colores diferentes en función del ángulo de la iluminación.

¿ Cómo se cuantifica el metamerismo ?

Existen dos formas de cuantificar el metamerismo:

La primera, es a través de la diferencia entre los colores resultantes, bajo alguna métrica tipo Delta-e (ya sea CIE76 o CIE00). Así, las coordenadas de cada color sometido a estudio serán coinciedentes cuando su reflectancia sea interpredada para un determinado iluminante, y serán dispares cuando se interprete bajo otro iluminante. Por ejemplo pueden coincidir bajo D50 y no hacerlo bajo D65. Este procecimiento es el normalizado por la CIE como Special Metamerism Index (SMI)

La segunda forma de cuantificar el metamerismo entre dos colores descritos por su reflectancia, es cuantificar la diferencia entre sus curvas, ponderada por la función del observador estándar, así, cuanto más parecidos sean dos espectros, menos probabilidad existe de que se presenten como metámeros (sino isómeros). Esta métrica es la conocida como Metamerism Index.

Existe otro concepto, que no debe ser confundido con el metamerismo, denominado Color Inconstancy Index, o lo que es lo mismo, como varían las coordenadas de un color en función del cambio de iluminante. Así, existen colores, que apenas varían de matiz ante un cambio de iluminante, y colores que presentan un fuerte cambio de matiz.

No solo es posible calcular el metamerismo entre dos pares de colores, sino que también es posible hacerlo sobre la probabilidad de ser desencadenado por una fuente de iluminación.  Para ello, tanto la ISO 3664 como la ISO 23603 se sirven de un conjunto de metámeros virtuales, es decir, pares metaméricos, que han sido diseñados para coincidir bajo un tipo de iluminación particular, concretamente D50 o D65. Cuando dichos pares metaméricos son evaluados por otras longitudes de ondas diferentes a la equivalente a D50 dichos pares metaméricos se comenzaran a desviar en matiz. Del promedio de estas desviaciones, se deducen unos umbrales de conformidad de una fuente de iluminación para producir unos colores lo más realistas posibles.

Veamos un ejemplo de estudio de colores metámeros

Para explicar como funciona el metamerismo, es necesario disponer de un par de colores metaméricos. Estos espectros pueden ser sacados de los metámeros virtuales de la ISO 23603 o ISO 3664 pero es más visual sacarlos de los conocidos chivatos de temperatura de color comercializados por Pantone o la UGRA.

Estos chivatos, a modo de pequeñas pegatinas o los característicos parches Pantone, están formados por dos tintas metamericas. Cuando estos parches son iluminados por una fuente de luz normalizada tipo D50 (existen versiones D50 y D65  de estos parches) ambas tintas se ven idénticas o aproximadamente idénticas. Sin embargo, cuando las observamos bajo otros iluminantes, se ven con un matiz ligeramente diferente.  

Estos parches de la UGRA y Pantone, realmente no son chivatos de metamerismo propiamente (aunque inicialmente la UGRA los comercializaba como “Metamerism Card” finalmente pasaron a denominarse como “Light Indicator” o “Lighting Indicator” para precisar el concepto de su uso), sino que son chivatos del tipo de iluminante, es decir, de la temperatura de color (CCT más bien) de la fuente de iluminación, que se sirve del fenómeno del metamerismo para alertarnos de que la fuente de luz no está normalizada en CCT y puede inducir a errores en la interpretación de unas copias impresas, por ejemplo.

Si sacamos el espectro de cada una de estas tintas, con el espectrofotómetro, veremos que son parecidas pero no iguales. Si interpretamos dicho espectro para diferentes iluminantes, obtendremos las coordenadas:

• D50
  • Color1 L=54,10 a= -1,88 b= 43,12
  • Color2 L=54,85 a= -3,05 b= 46,06

Esto hace un ∆E=3,26

• D65
  • Color1 L=53,53 a= -2,54 b= 42,08
  • Color2 L=54,39 a= -5,57 b= 46,23

Esto hace un ∆E= 5,22

Por tanto, pasamos de unas tintas que para D50 y un delta-e de casi 3 unidades, es difícil diferenciarlas para el sistema de visión humano, aunque en realidad, si nos fijamos bien, algo de diferencia se aprecia. Por la contra, bajo D65 con un delta-e de 5 unidades, ambas tintas son claramente diferentes para nuestro sistema de visión.

Si calculamos los Índices de Metamerismo, para D50 obtenemos un SMI=1.42 mientras que para D65 tenemos un SMI=2.37 y para un iluminante tipo A un SMI= 3. Siendo el Indice de Metamerismo (MI) de 5.77 entre ambas muestras.

Si analizamos los espectros de ambos colores Color1 y Color2, vemos que son espectros dispares, que presentan una zona característica sobre los 550nm. La muestra de Color2, aunque puede verse afectada por las características de la fuente de iluminación posee un Índice de Inconstancia (CII) muy bajo, por lo que apenas, su matiz se ve afectado por un cambio de iluminante. De forma, que, a pesar de cambiar de iluminante su matiz será percibido de forma parecida. Por la contra el Color1 posee un hombro situado en una zona muy crítica, que será ampliamente afectado por iluminantes del tipo D65 o A, por lo que su color variará fácilmente de D50 a D65.

Estos colores usados por la carta de la UGRA, realmente no son colores metámeros sino parámeros, ya que existe una cierta diferencia colorimétrica entre ellos, pero dado que se aproxima al umbral de discriminación del observador medio pasa relativamente desapercibida. Con el cambio de iluminante lejos de D50, ambos colores varían, pero uno lo hace de forma más drástica que otro por lo que la diferencia entre ellos se acentúa.

Conclusiones

El metamerismo es un fenómeno muy cotidiano, que facilita, entre otras cosas, la coincidencia de color, entre tintas y pigmentos con una reflectancia dispar. Por ejemplo, posibilita la coincidencia del color en la industria cuando se usan compuestos de naturaleza dispar.

Por la contra el metamerismo, es una pequeña pesadilla (para quién sepa ponerle nombre al fenómeno) en el mundo de la impresión e industría del color en general, ya que las tintas y pigmentos, o su combinacion con otros materiales, pueden comportarse como metámeros bajo situaciones particulares, por ejemplo, una copia impresa puede ser evaluada con éxito bajo una luz normalizada, y presentar un fuerte cambio de matiz cuando se observa en otras condiciones, por ejemplo la luz incandescente de un salón de casa, o la luz fluorescente de una nevera frigorífica en un supermercado.

Por otra parte, el uso de una luz no normalizada, con un bajo índice de metamerismo, bajo normas como la famosa ISO 3664, puede implicar evaluaciones erróneas de color, aún usando fuentes de luz con un alto CRI (Color Render Index), de hecho, con frecuencia a lo largo de la historia, se planteó la posibilidad de sustituir el concepto del CRI por un índice de metamerismo, ya que lo que se evalua, en cierta manera, es la constancia del color a los cambios de fuentes de iluminación.

Esta situación es particularmente crítica, ya que una fuente de iluminación, no solo debe ser evaluada por su CRI o CCT (Temperatura de Color Correlacionada) sino que también se debe hacer en función de su índice de metamerismo por normas como la ISO 23603 o ISO 3664. Así, es posible tener una fuente de luz con un alto CRI (>90%) una CCT = D50, pero por ejemplo, tener un índice de metamerismo inaceptable. Esta situación por ejemplo era la que presenta mucha iluminación LED convencional, hasta que ha llegado la LED tricolor los cuales permiten “cubrir” las regiones del espectro más representativas para el sistema de visión humano de forma más eficiente.

En conclusión, en la evaluación de fuentes de iluminación deben ser siempre cuatro parámetros a tener en cuenta: Su intensidad, ya que de ella depende gran parte de la percepción de contraste y cromatismo, el CRI, de lo que depende su capacidad para reproducir el color, como lo haría la luz solar, la CCT o temperatura de color correlacionada que nos informa del matiz que toma una fuente de iluminación y finalmente el índice de metamerismo que informa sobre las propiedades de una fuente de luz para inducir dicho fenómeno.