Development of a measurement scale of the Bidirectional Scattering-Surface Reflectance Distribution Function (BSSRDF) in the visible range

• Autores: Pablo Santafé Gabarda
• Directores de la Tesis: Alejandro Ferrero Turrión (dir. tes.), Joaquín Campos Acosta (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Desarrollo de una escala de medida de la reflectancia bidireccional con componente de "scattering" sub-superficial (BSSRDF) en el rango visible
• Tribunal Calificador de la Tesis: Javier Alda (presid.), Daniel Vázquez Moliní (secret.), Frédéric Leloup (voc.), Esther Perales Romero (voc.), Rafael Huertas (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Óptica, Optometría y Visión por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Óptica
    • Unidades y constantes
      • Metrología
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • La apariencia se define como la sensación visual a través de la cual un objeto se percibe con atributos tales como el tamaño, la forma, el color, la textura, el brillo o la translucidez. Es decir, se trata de la respuesta del sistema visual humano a una combinación de estímulos físicos ocasionados por la interacción de la luz con los objetos. Su estudio ha ganado importancia en diferentes áreas de la industria a lo largo de las últimas décadas, ya que existe un interés por caracterizar de manera objetiva la apariencia de los productos. Aunque la respuesta cognitiva de cada persona frente a un mismo estimulo puede variar, es posible encontrar una descripción general, como se hizo con la definición del espacio de color de la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) en 1931. El color junto con el brillo, la textura y la translucidez componen el conjunto de atributos visuales fundamentales que caracterizan la apariencia de la superficie de un objeto, cuando el tamaño o la forma no son relevantes. Tanto en el caso del brillo como de la textura, se han empezado a desarrollar diferentes modelos que relacionan las medidas físicas con la sensación visual, aunque todavía no están bien establecidos. Sin embargo, el caso de la translucidez es probablemente el menos estudiado, ya que la propiedad física ligada a este atributo visual requiere de medidas complejas que involucran muchos grados de libertad.

    La "Bidirectional Scattering-Surface Reflectance Distribution Function" (BSSRDF), es una función de distribución de reflectancia íntimamente ligada con la translucidez, ya que describe la reflectancia de cualquier material en el que la luz penetra y es esparcida por su volumen. En el ámbito de la computación gráfica se han desarrollado diferentes sistemas de medida de esta función, con el objetivo de reproducir la apariencia translúcida de los materiales y obtener algunas de sus propiedades ópticas. Sin embargo, ninguno de estos sistemas proporciona medidas con trazabilidad metrológica. El objetivo de esta tesis es desarrollar una escala para la BSSRDF, en términos de patrones, que pueda ser transferida a otros laboratorios. Para ello, se ha desarrollado un sistema experimental basado en un goniospectrofotómetro que permite medir la distribución angular y espacial de la luz reflejada por una muestra cuya superficie ha sido irradiada en direcciones y posiciones determinadas. De acuerdo con el montaje experimental y la definición de la magnitud, se ha propuesto un modelo de medida de la BSSRDF. Las principales fuentes de incertidumbre asociadas al modelo de medida han sido identificadas y cuidadosamente caracterizadas. Además, se ha implementado un análisis de incertidumbres basado en el método de Monte Carlo para estudiar las posibles correlaciones entre las distintas variables de entrada del modelo de medida. Con todo, se ha medido la BSSRDF de una serie de muestras translúcidas, fabricadas específicamente para este estudio, en una serie de condiciones de medida. A partir de estos resultados, se han propuesto tres muestras como patrones para transferir la escala de la BSSRDF, la cual ha sido validada a través de una comparación con las medidas realizadas en el Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM). La escala validada ha sido comparada con las medidas en dos laboratorios con sistemas de medida de la BSSRDF basados en sistemas comerciales, pudiendo identificar algunas diferencias sistemáticas. Finalmente, se ha estudiado la dependencia con el área irradiada de la relación entre la radiancia y la irradiancia recibida en una superficie en materiales translúcidos, la cual había sido previamente advertida. Para ello, se ha realizado una estancia en el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) de Alemania.

    Los resultados de esta tesis constituyen la primera escala de BSSRDF validada, que es transferible a otros sistemas de medida, la cual favorecerá el desarrollo de este tipo de sistemas de medida en diferentes laboratorios.