Elección del tipo de papel e iluminación en impresión para tricrómatas anómalos moderados y severos

Elección del tipo de papel e iluminación en impresión para tricrómatas anómalos moderados y severos Ana Belén López-Baldomero1*, Manuel Rubiño1, Carolina Ortiz1, y Carlos Salas1 1Departamento de Óptica, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada. Avenida de Fuente Nueva, s/n, 18071 Granada. Resumen: En este trabajo se han estudiado distintas combinaciones de tipo de papel e iluminación con el objetivo de conseguir el mayor número de colores discernibles por observadores anómalos en muestras impresas. Para ello, se han analizado un total de 47 iluminantes tabulados por la CIE, 8 tipos de papel con distinto acabado y gramaje, y 6 observadores anómalos simulados (tricrómatas anómalos moderados y severos). Los resultados muestran que para cada observador anómalo la mejor combinación de iluminante y papel es distinta, aunque por lo general el iluminante LED-RGB1 junto al papel Canon proporcionan los valores más altos de colores discernibles. También se ha comprobado que la gama más amplia para un observador anómalo no tiene por qué ser la más similar a la del observador normal. Mediante distintos análisis propuestos, cualitativos y cuantitativos, podemos elegir las condiciones más interesantes según el objetivo de la impresión. 1. Introducción Existen alrededor de 200 millones de personas en el mundo que presentan una visión defectiva del color, lo que en numerosas ocasiones supone una dificultad a la hora de realizar diversas tareas de la vida diaria [1]. En los últimos años, se han desarrollado distintas herramientas para ayudar a la discriminación de colores en tareas realizadas a través de pantallas [2], pero no se han encontrado estudios que intenten mejorar esta percepción en muestras impresas. Esto podría tener distintas aplicaciones: desde la optimización de anuncios o mapas con información en color, hasta la generación de test impresos para detectar anomalías en la visión del color [3]. Es por ello que el objetivo de este estudio ha sido encontrar la combinación de tipo de papel e iluminación que consiga el mayor número de colores discernibles en muestras impresas para observadores anómalos. También se han estudiado las condiciones bajo las que estos observadores obtienen las gamas más similares a las de observadores normales, y se han propuesto diversas formas de determinar la combinación de iluminante y tipo de papel que más interesa dependiendo del fin que queramos conseguir. 2. Material y métodos Se han obtenido las reflectancias espectrales (de 380 a 780 nm) de un patrón de 1331 muestras de color, generado a partir de la variación de los primarios de la impresora (cian, magenta y amarillo) de 0 a 100 en pasos de 10 unidades. Las medidas se realizaron con un espectrorradiómetro (PhotoResearch SpectraScan PR-670) de forma totalmente automática, gracias a unos módulos de desplazamiento lateral (Zaber) sobre los que colocábamos el patrón. La geometría de medida fue difusa/0º. Se han generado las gamas de color obtenidas con 7 observadores distintos, 47 iluminantes y 8 tipos de papel. Combinando las distintas condiciones de observación y medida se han obtenido 2632 gamas. Los iluminantes utilizados están tabulados por la CIE [4,5] y son los siguientes: A, C, D50 (luz de día, daylight, con una temperatura de color media de 5000 K), D55, D65, D75, 27 iluminantes FL (fluorescent) (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5, FL6, FL7, FL8, FL9, FL10, FL11*, FL12, FL3.1, FL3.2, FL3.3, FL3.4, FL3.5, FL3.6, FL3.7, FL3.8, FL3.9, FL3.10, FL3.11, FL3.12, FL3.13, FL3.14, y FL3.15), 5 iluminantes HP (high-pressure) (HP1, HP2, HP3, HP4 and HP5) y 9 iluminantes LED (LED-B1, LED- B2, LED-B3, LED-B4, LED-B5, LED-BH1, LED-RGB1, LED-V1, LED-V2). * e-mail: [email protected] XIII Congreso Nacional del Color 29-30 junio y 1 julio 2022 98 El patrón de color se generó con una impresora de inyección de tinta (Epson XP-530) en 8 tipos de papel diferentes, con distinto gramaje y acabado: papel fotográfico (Epson, 167 g/m2, mate; Ice Professional, 190 g/m2, mate; HP Everyday, 200 g/m2, brillante; Canon, 260 g/m2, satinado), papel de oficina (Navigator, 80 g/m2, satinado; HP Premium, 100 g/m2, mate; HP Professional, 120 g/m2, brillante) y papel de dibujo (Canson, 200 g/m2, satinado). Para la obtención de los valores CIELAB a partir del observador normal se han utilizado las funciones de igualación xyz2012 [6,7]. Para la simulación de los observadores anómalos se ha considerado el modelo de Machado et al. [1], ya que no está limitado a dicrómatas, permitiendo la simulación de tricrómatas anómalos. Se han obtenido las funciones de igualación xyz2012 anómalas a partir del desplazamiento de las curvas de sensibilidad espectral de los conos LMS. Se han simulado 6 tipos de observadores con visión anómala del color: deuteranómalo y protanómalo moderados, con un desplazamiento de 10 nm en la curva de los conos M y L respectivamente, deuteranómalo y protanómalo severos, con un desplazamiento de 20 nm en las curvas, tritanómalo moderado, con un desplazamiento de 14 nm en la curva del cono S, y tritanómalo severo, con un desplazamiento de 30 nm. Se ha calculado el número de colores discernibles bajo las distintas condiciones estudiadas. Si asumimos que dos colores son vistos como distintos cuando la diferencia de color en el espacio CIELAB es superior a la unidad (ΔEab > 1) [8], podemos obtener el número de colores discernibles a partir del volumen de la gama [9]. Hay que tener en cuenta que este parámetro está relacionado con la diversidad cromática, y no se debe considerar como una medida real del número de colores discernibles. Otra limitación es la utilización de un espacio de color no homogéneo [8]. Para el cálculo del volumen de la gama se ha utilizado el algoritmo alpha shapes, con un valor del parámetro α de 40 [10]. Debido a que la gama de color de un dicrómata es un plano en el espacio CIELAB, no podemos calcular su volumen. Por ello, para poder calcular el número de colores discernibles bajo distintas condiciones, hemos simulado observadores protanómalos y deuteranómalos severos, con un desplazamiento en las curvas de sensibilidad de 19 nm, en lugar de 20 nm. Por otro lado, para la comparación de gamas de color se ha utilizado una de las métricas propuestas por Deshpande et al. [11], el índice de comparación de gamas de color, GCI (Gamut Comparison Index). Este cuantifica la similitud entre dos gamas de color con valores entre 0 y 1. En nuestro caso, hemos obtenido los valores de GCI comparando los distintos observadores anómalos respecto al observador normal para las mismas combinaciones de papel e iluminante, y hemos multiplicado este valor por el volumen del observador anómalo, obteniendo la combinación que genera la gama más grande y parecida a la del observador normal. 3. Resultados y discusión En la Tabla 1 podemos ver las combinaciones de iluminante y tipo de papel bajo las cuales se han obtenido el mayor y menor número de colores discernibles (equivalente al mayor y menor volumen en el espacio CIELAB) para el observador normal y los distintos observadores anómalos. Observador Iluminante/Papel Volumen CIELAB Iluminante/Papel Volumen CIELAB Normal LED-RGB1/Canon 380764 HP1/Premium 36137 Protanómalo moderado (10) LED-RGB1/Canon 249577 HP1/Premium 28610 Protanómalo severo (19) HP2/Canon 37203 FL5/Premium 4176 Deuteranómalo moderado (10) LED-RGB1/Canon 206288 HP1/Premium 20530 Deuteranómalo severo (19) LED-RGB1/Canon 22192 HP1/Premium 2117 Tritanómalo moderado (14) D65/Canon 322910 HP1/Premium 32045 Tritanómalo severo (30) FL3.9/Canon 251569 HP1/Navigator 24249 Tabla 1: Volumen CIELAB para las combinaciones de iluminante y tipo de papel que proporcionan la mayor y menor gama en el observador normal y distintos observadores anómalos. Los números entre paréntesis representan el desplazamiento en nm de las curvas de sensibilidad espectral de los conos. Como vemos, para la mayoría de los observadores el iluminante LED-RGB1 junto con el papel Canon generan la mayor gama, excepto para el protanómalo severo y el tritanómalo moderado y severo, donde el iluminante es distinto. Por otro lado, en la mayoría de los casos el iluminante HP1 y el papel Premium XIII Congreso Nacional del Color 29-30 junio y 1 julio 2022 99 son los que producen las menores gamas. Podemos decir que, dependiendo de la anomalía en la visión del color, es mejor una combinación u otra de iluminante y tipo de papel. Cada una de estas condiciones por separado influye notablemente en la gama obtenida. Por ejemplo, para el protanómalo de 10 nm con el iluminante LED-RGB1, con el papel Premium se generan sólo el 34% de los colores que podemos generar con el papel Canon. Por otro lado, para el mismo observador y el papel Canon, con el iluminante HP1 se generan el 40% de los colores obtenidos con el LED-RGB1. Linhares et al. [12] calcularon el número de colores discernibles para distintos observadores anómalos con distintos iluminantes. Según estos autores, para el observador normal la mejor iluminación es la FL3.8, produciendo un 8% más de colores que el iluminante D65. Nosotros hemos obtenido que el mejor iluminante sería el LED-RGB1, no evaluado por estos autores, que proporciona un 10.8% más de colores que el D65 (con el papel Canon), lo que supone una mejora de los datos respecto a los de Linhares et al. En la Tabla 2 se muestran las combinaciones de iluminante y papel que generan los valores más altos de la multiplicación del GCI y el volumen para cada tipo de observador anómalo. El GCI se ha obtenido comparando los distintos observadores anómalos respecto al observador normal para las mismas combinaciones de papel e iluminante. Comparación con observador normal Iluminante/Papel GCI∙Volumen Protanómalo moderado (10) LED-RGB1/Canon 146606 Protanómalo severo (19) HP2/Canon 3559 Deuteranómalo moderado (10) LED-BH1/Canon 96345 Deuteranómalo severo (19) LED-BH1/Canon 983 Tritanómalo moderado (14) FL11/Canon 282932 Tritanómalo severo (30) FL10/Canon 164953 Tabla 2: Combinaciones de iluminante y tipo de papel que generan las gamas más amplias y parecidas a los observadores normales para cada observador anómalo simulado. Los números entre paréntesis representan el desplazamiento en nm de las curvas de sensibilidad espectral de los conos. Podemos ver que los iluminantes han cambiado respecto a los que generan las gamas más amplias. Por tanto, no siempre el iluminante que genere la gama más amplia va a ser el que genere la gama más parecida a la que sería vista por un observador normal. Dependiendo del objetivo que queremos conseguir con la imagen que imprimimos podemos elegir entre generar la mayor posibilidad de colores para un observador anómalo que caigan a su vez dentro de la gama de un observador normal, o generar la gama más amplia que coincida lo menos posible con la gama del observador normal (GCI menor). Una aplicación de este último caso podría ser la generación e impresión de test para detectar anomalías en la visión del color [3]. Finalmente, en la Fig. 1 se han representado algunas de las gamas de color en el espacio CIELAB. Así podemos ver el efecto en la cromaticidad, con el fin de elegir unas condiciones u otras dependiendo del área del espacio de color que más nos interese en la impresión. Figura 1: De izquierda a derecha se comparan las siguientes gamas de color: protanómalo 19 nm, HP2/Canon (gris claro) y FL5/Premium (gris oscuro); deuteranómalo 19 nm, LED-RGB1/Canon (claro) y HP1/Premium (oscuro); HP2/Canon, observador normal (claro) y protanómalo 19 nm (oscuro); LED-BH1/Canon, observador normal (claro) y deuteranómalo 19 nm (oscuro). XIII Congreso Nacional del Color 29-30 junio y 1 julio 2022 100 4. Conclusiones A partir de los datos obtenidos podemos conocer la combinación de iluminante y tipo de papel que genera el mayor número de colores discernibles para muestras impresas según el tipo de observador anómalo. Por lo general, el iluminante LED-RGB1 junto al papel Canon proporcionan los valores más altos, mientras que el HP1 y el papel Premium proporcionan los valores más bajos de colores discernibles. Debemos tener en cuenta que no siempre la gama más amplia va a ser la más similar respecto al observador normal. Por otro lado, gracias a la representación y comparación de gamas en 3D podemos saber cómo cambia la distribución de estos colores en el espacio cromático, con el objetivo de elegir las condiciones que más nos interesen. Agradecimientos: Investigación financiada por el contrato predoctoral (Programa de Formación de Investigadores, Plan Propio 2020, Universidad de Granada). También agradecer el apoyo del Grupo de Óptica (FQM151, Universidad de Granada). Bibliografía [1] G. M. Machado, M. M. Oliveira, and L. Fernandes, “A Physiologically-based Model for Simulation of Color Vision Deficiency,” IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol. 15, no. 6, pp. 1291–1298, Nov. 2009. [2] N. M. Keresteš, S. Ɖurđević, D. Novaković, M. Zarić, N. Kašiković, S. Dedijer, and G. Vladić, “Customized daltonization: adaptation of different image types for observers with different severities of color vision deficiencies,” Universal Access in the Information Society, Oct. 2021. [3] C. Salas Hita, “Nuevo test para la detección y evaluación de anomalías en la visión del color,” Ph.D dissertation, Universidad de Granada, 2016. [Online]. Available: http://hdl.handle.net/10481/43552 [4] CIE, “Colorimetry, 3th ed.”, CIE Central Bureau, Vienna, Austria, Tech. Rep. 015:2004, 2004. [5] CIE, “Colorimetry, 4th ed.”, CIE Central Bureau, Vienna, Austria, Tech. Rep. 015:2018, 2018. [6] CIE, “Fundamental chromaticity diagram with physiological axes – Part 1”, CIE Central Bureau, Vienna, Austria, Tech. Rep. 170-1:2006, 2006. [7] Color Vision & Research Laboratory, University College London. (2022, Feb 26). CIE (2012) 2-deg XYZ “physiologically-relevant” colour matching functions. [Online]. Available: http://www.cvrl.org/database/text/cienewxyz/cie2012xyz2.htm [8] M. Á. Martínez-Domingo, E. M. Valero, L. Gómez-Robledo, R. Huertas, and J. Hernández-Andrés, “Spectral Filter Selection for Increasing Chromatic Diversity in CVD Subjects,” Sensors, vol. 20, no. 7, p. 2023, Apr. 2020, doi: 10.3390/s20072023. [9] S. Wen, “Display gamut comparison with number of discernible colors,” Journal of Electronic Imaging, vol. 15, no. 4, p. 043001, Oct. 2006. [10] ISO/TC 130, “Image quality evaluation methods for printed matter — Part 11: Colour gamut analysis”, Tech. Spec. ISO/TS 18621-11:2019, 2019. [11] K. Deshpande, P. Green, and M. R. Pointer, “Metrics for comparing and analyzing two colour gamuts,” Color Research & Application, vol. 40, no. 5, pp. 465–471, Oct. 2014. [12] J. M. M. Linhares, P. E. R. Felgueiras, P. D. Pinto, and S. M. C. Nascimento, “Colour rendering of indoor lighting with CIE illuminants and white LEDs for normal and colour deficient observers,” Ophthalmic and Physiological Optics, vol. 30, no. 5, pp. 618–625, Aug. 2010. XIII Congreso Nacional del Color 29-30 junio y 1 julio 2022 101