Fundamentos de Fotometría y Percepción Visual: Conceptos Clave y Evaluación

Introducción a la Fotometría y Radiometría

Las siguientes fórmulas y definiciones establecen las bases para comprender las magnitudes radiométricas y fotométricas, así como su relación con la percepción visual humana.

Fórmulas Fundamentales

• L = m · ng + b
• 1 W (555 nm) = 680 lm (Esto implica que 0.62 · 680 lm/W · 10 W = 4216 lm)
• L = Le · V · Km
• 1 td = 1 cd/m² por una superficie pupilar de 1 mm²

Magnitudes Fundamentales

A continuación, se detallan las principales magnitudes utilizadas en radiometría y fotometría, destacando sus unidades y la diferencia entre la energía radiante (física) y la energía luminosa (percibida por el ojo humano).

Radiometría vs. Fotometría

• Flujo Radiante (Fe): Se mide en vatios (W). Representa la potencia total de la radiación electromagnética.
• Flujo Luminoso (F): Se mide en lúmenes (lm). Representa la potencia luminosa percibida por el ojo humano.
  • Fórmula: F = dQ/dt (donde Q es la energía luminosa y t es el tiempo).
• Intensidad Radiante (Ie): Se mide en vatios por estereorradián (W/sr).
• Intensidad Luminosa (Iv): Se mide en candelas (cd).
  • Equivalencia: cd = lm/sr.
• Excitancia Radiante (Me): Magnitud relacionada con la superficie emisora. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m²).
• Excitancia Luminosa (M): Magnitud relacionada con la superficie receptora. Se mide en lúmenes por metro cuadrado (lm/m²).
• Radiancia (Le): Se mide en vatios por estereorradián por metro cuadrado (W/sr·m²).
• Luminancia (L): Se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m²).
• Irradiancia (Ee): Magnitud relacionada con la superficie emisora. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m²).
• Iluminación o Iluminancia (E): Magnitud relacionada con la superficie receptora. Se mide en lux (lx), que equivale a lúmenes por metro cuadrado (lm/m²).

Visión y Sensibilidad Lumínica

La percepción visual humana se adapta a diferentes niveles de luz, involucrando distintos tipos de fotorreceptores y principios fundamentales.

Tipos de Visión según la Luminancia

• Visión Fotópica: Ocurre con luminancias por encima de 10 cd/m². Predominan los conos.
• Visión Mesópica: Ocurre con luminancias entre 10⁻³ cd/m² y 10 cd/m². Involucra tanto conos como bastones.
• Visión Escotópica: Ocurre con luminancias por debajo de 10⁻³ cd/m². Predominan los bastones.

Principio de Univarianza

Este principio establece que "la respuesta de un fotorreceptor depende únicamente del número de fotones absorbidos y no de la longitud de onda de los mismos". Una vez que un fotorreceptor ha absorbido fotones, la señal que viajará al cerebro no contiene ninguna información sobre la longitud de onda que ha provocado la absorción de estos fotones.

Umbral y Sensibilidad

• Umbral Bajo implica una Sensibilidad Alta.
• Umbral Absoluto de Luminancia: Es la mínima cantidad de luz necesaria para que un estímulo sea justamente detectable.

Adaptación a la Luz y Fotorreceptores

• La recuperación completa de la sensibilidad de los conos se produce en aproximadamente 10 minutos.
• La recuperación completa de la sensibilidad de los bastones se produce en aproximadamente 35 minutos.
• Los conos se adaptan rápidamente a los cambios de condiciones lumínicas, pero no son tan sensibles como los bastones y su umbral es más alto.
• A partir de los 650 nm, los bastones no se activan.

Relación entre Luminancia y Percepción

• Cuando la luminancia aumenta, la fracción de Weber disminuye.
• La resolución espacial en visión fotópica es mayor que la resolución espacial en visión escotópica.
• La resolución temporal en visión fotópica es menor que la resolución temporal en visión escotópica.
• La sensibilidad a la luz en visión fotópica es menor que la sensibilidad a la luz en visión escotópica.

Agudeza Visual y Contraste

La capacidad de percibir detalles y diferencias de contraste es fundamental para la agudeza visual.

Frecuencia Espacial

• Un detalle de objeto pequeño corresponde a una frecuencia espacial grande.
• Las frecuencias espaciales bajas se relacionan con la percepción de formas generales.
• Las frecuencias espaciales altas se relacionan con la percepción de detalles finos.

Función de Sensibilidad al Contraste (CSF)

• Fórmula: CSF = 1/Cu = 1/Mu (donde Cu es el contraste umbral y Mu es la modulación umbral).
• Agudeza Visual (AV): Se puede expresar como AV = 1/u('), donde u(') es el tamaño angular mínimo detectable en minutos de arco.
  • Una aproximación es: AV = 2.9 x 10⁻⁴ · d/S (donde 'd' y 'S' no están definidos en el texto original, pero comúnmente 'd' es la distancia de observación y 'S' es el tamaño del objeto).

Factores que Afectan la CSF

La Función de Sensibilidad al Contraste (CSF) puede verse afectada por diversos factores:

• Desenfoque
• Difusión intraocular
• Diámetro pupilar
• Edad
• Luminancia

Evaluación de la Función Visual

Existen diferentes pruebas para medir la sensibilidad al contraste y la agudeza visual.

Tests de Sensibilidad al Contraste

• Vector Vision CSV1000E
• VISTECH VCTS
• Pelli-Robson: Es una lámina donde aparecen letras con diferentes contrastes. Se parte de un contraste muy alto y este va decayendo por un factor de 1/√2 entre líneas, hasta acabar en una que está por debajo del umbral de detección.
• Bailey-Lovie: Es un test de agudeza visual en escala logarítmica.
• Vector Vision-1000HGT: Permite medir el deslumbramiento.

Condiciones que Pueden Disminuir la CSF

La Función de Sensibilidad al Contraste (CSF) puede disminuir en:

• Usuarios de lentes de contacto (LC).
• Pacientes sometidos a cirugía refractiva.
• Casos de catarata incipiente.