mÓdulo 3: visiÓn del color anomaloscopio · como veréis, el problema con los sujetos normales es...
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MÓDULO 3: VISIÓN DEL COLOR
ANOMALOSCOPIO
El presente curso se ha realizado dentro de la Convocatoria de ayudas a proyectos de
innovación educativa para la promoción de la enseñanza semipresencial y online del
Vicerrectorado de Calidad e Innovación Educativa de la Universidad de Alicante (Programa
PENSEM-ONLINE), BOUA 10/11/2017
Anomaloscopio
1 INTRODUCCIÓN TEÓRICA El anomaloscopio es un dispositivo que permite evaluar el estado de los
mecanismos cromáticos de un sujeto a partir de cómo resuelve una tarea de
igualación de colores.
En la práctica de colorimetría triestímulo, vimos que un sujeto normal puede
igualar cualquier color, mediante mezcla de tres estímulos, a los que
llamábamos primarios. Los primarios no tienen por qué ser colores especiales,
salvo que ninguno de ellos puede ser metámero de una mezcla de los otros
dos. Los sujetos que necesitan 3 primarios pero que los usan en proporciones
que difieren de la población normal se denominan tricómatas anómalos. Los
sujetos a los que les basta dos primarios para igualar cualquier color, se
denominan dicrómatas. Los sujetos a los que les basta un único primario para
igualar cualquier color se denominan monocrómatas.
El problema de utilizar un colorímetro triestímulo para detectar alteraciones en
el sistema visual es la complejidad de la tarea para el paciente. En el
anomaloscopio, simplificamos la tarea para el paciente, reduciendo el número
de grados de libertad de la tarea: pediremos a nuestro paciente que
encuentre la proporción de dos primarios P1 y P2 que igualan un cierto color de
referencia R. Estos colores deben cumplir las condiciones siguientes:
a) P1, P2 y R deben pertenecer a la misma recta en el diagrama cromático,
para que los sujetos normales puedan realizar la tarea.
b) La recta a la que pertenecen estos colores debe coincidir con una
dirección en el espacio de color en la que los pacientes que queremos
detectar tengan pobre discriminación. Así, mientras para un sujeto
normal el rango de proporciones de P1 y P2 que iguala la referencia será
estrecho, para el sujeto que en esa recta tenga pobre discriminación, el
rango será ancho.
c) R debería ser metámero de cierta mezcla de los primarios P1 y P2, y no
físicamente idéntico a dicha mezcla. De esta forma, podremos distinguir
dos tipos de anómalos: los anómalos extremos, que admiten las
igualaciones que realizan los sujetos normales, y los anómalos simples,
que no las admiten. Esta última condición no se cumple en el dispositivo
Anomaloscopio
que hemos construido, pero sí se verifica en los anomaloscopios con
fuentes de luz LED que se utilizan en clínica.
Aunque jugando con la condición b) podríamos construir anomaloscopios
para detectar, clasificar y graduar cualquier defecto de visión de color,
congénito o adquirido, los dispositivos que se utilizan normalmente en clínica
están diseñados para detectar sujetos con anomalías congénitas, y las rectas
que se utilizan son las rectas de confusión de los dicrómatas.
La operación de determinar las proporciones de cada primario que igualan al
color de referencia, cuando éste tiene una cierta luminancia, es análoga a la
de resolver una ecuación,
¿ , , / R=P1+ P2?
por lo que la terna de colores R, P1 y P2 definen lo que se llama “ecuación del
anomaloscopio”. En la Figura 1 hemos representado una de las ecuaciones de
uso estándar más habituales, la Ecuación de Rayleigh, que se utiliza para
evaluar defectos rojo-verde. Todos los estímulos utilizados son monocromáticos, y
se encuentran en una recta que es de confusión tanto para protanopes como
para deuteranopes.
Figura 1: Ecuación de Rayleigh para evaluar defectos rojo-verde.
589 nm
679 nm
+
544 nm
2º
Anomaloscopio
Con las condiciones impuestas, los observadores normales encontrarán una
única proporción de P1 y P2 que iguale el tono de R, y les bastará ajustar la
luminancia de R para obtener una igualación perfecta, con lo que la
ecuación del anomaloscopio tiene una solución única. Un dicrómata para el
cual R, P1 y P2 pertenecen a la misma recta de confusión encontrará que, para
cualquier proporción de los primarios, se obtiene una igualación perfecta con
la referencia sin más que modificar la luminancia de esta última, con lo cual la
ecuación del anomaloscopio tiene infinitas soluciones para estos sujetos. Un
anómalo del mismo tipo encontrará un rango de proporciones de los primarios
igualables con la referencia R, que puede contener o no a la solución
encontrada por los observadores normales. Cuanto más ancho sea este
intervalo, peor es la discriminación cromática del paciente. Por tanto, la forma
en la que el sujeto resuelve la ecuación del anomaloscopio sirve para clasificar
y graduar su defecto de visión de color.
2 OBJETIVO
Comprender el principio de funcionamiento de un anomaloscopio, usando un
programa de ordenador, que simula la percepción de sujetos dicrómatas.
3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
IMPORTANTE: El observador debe permanecer durante tres minutos en
oscuridad antes de comenzar su correspondiente sesión, de este modo se
asegura el estado de adaptación del ojo.
3.1 Funcionamiento del dispositivo
Selecciona la aplicación ‘anomaloscopio’. La Figura 2 muestra la interfaz de
nuestro dispositivo.
Anomaloscopio
Figura 2: Pantalla principal del programa.
Como ocurre con los anomaloscopios de uso clínico, el nuestro dispone de dos
controles, uno para la referencia y otro para los primarios, en formato barra
deslizadora, junto a los estímulos, y cuadro de texto editable (Control
numérico). La barra deslizante de la izquierda modifica la luminancia del
estímulo de referencia, entre 0 cd/m2 (Ymin) y el valor máximo que permita el
dispositivo para ese color (Ymax). En el control numérico, el rango [Ymin,Ymax]
se normaliza entre 0 y 1.
La barra deslizadora de la derecha fija la proporción de los primarios en la
mezcla. Cuando este segundo control está en uno de los extremos de la
escala, se genera un único primario, y en las posiciones intermedias aumenta
la cantidad de un primario y disminuye la del otro (ver Figura 3). Si P1 y P2
representan a los primarios con su luminancia máxima, las mezclas serán de la
forma P1+(1-)P2, donde toma valores entre 0 y 1. Estos son los valores que
se introducen en el control numérico.
Cuidado, cada vez que se introduce un valor de en el control numérico, la
luminancia de la referencia cambiará al azar, entre otras cosas para evitar
que el paciente pueda falsear sus respuestas.
Anomaloscopio
Figura 3: Resultado de mezclar los primarios en distintas proporciones y su
representación en el diagrama cromático CIE1931. La referencia es el símbolo
amarillo.
En los diagramas cromáticos, representaremos los primarios con símbolos
cuadrados, y el color mezcla y la referencia ambos con símbolos circulares (ver
Figura 3). En cada caso, el color del símbolo es el mismo que el color del
estímulo generado.
Para cada observador, debe determinarse en qué intervalo de la escala que
controla la relación entre primarios el observador puede producir un
metámero del color de referencia, con cierta luminancia. La localización y
anchura del intervalo, y el rango de luminancias de igualación, sirve para
caracterizar al sujeto.
Para un observador no entrenado, realizar una tarea en la que debe controlar
dos parámetros es algo complejo. En clínica, haremos que el paciente sólo
deba modificar un parámetro. El experimentador presenta una proporción de
Anomaloscopio
los primarios al observador y le permite que modifique la luminosidad del
campo de referencia, intentando conseguir una igualación perfecta. Si lo
consigue, marca el botón “Igual” del anomaloscopio, si no, el botón
“Diferente”. El objetivo es determinar el rango en el que el observador puede
realizar una igualación perfecta. Para determinar este rango, suele utilizarse
alguna variante de los métodos de búsqueda binaria.
3.2 Repetibilidad de la igualación con un sujeto normal
Hemos dicho que, en general, no es buena idea pedir a un paciente que
realice una medida en la que debe controlar dos parámetros. Si el sujeto tiene
visión de color normal, como veremos, esto no sería demasiado problemático,
tras un poco de entrenamiento. Con sujetos con anomalías, el problema sería
que, dependiendo del punto del rango del dispositivo en el que comience a
igualar el paciente, el resultado puede ser muy distinto, ya que en estos sujetos
muchas proporciones diferentes de los primarios igualarían la apariencia de la
referencia.
Sin embargo, si el sujeto fuese normal, podríamos realizar medidas mediante el
procedimiento descrito a continuación:
a) El experimentador fija aleatoriamente una cierta proporción de los
primarios (lejos del punto de igualación normal promedio) y la
luminancia de la referencia.
b) El paciente modifica la proporción de los primarios, , hasta minimizar la
diferencia de tono entre la referencia y la mezcla de primarios.
c) Una vez se ha acercado al tono, permitimos que ajuste la luminancia de
la referencia, YR, hasta que la luminosidad de los dos semicampos se
parezca lo máximo posible.
d) Si en ese punto persiste una diferencia de tono, el paciente repetirá los
pasos b) y c) hasta alcanzar una igualación perfecta y pulsará el botón
Igual.
e) Repetimos desde a), al menos 5 veces, hasta obtener un intervalo de
igualación del paciente, definido por los puntos más extremos del rango
donde ha realizado las igualaciones. La Figura 4 muestra un ejemplo de
este procedimiento de medida.
Anomaloscopio
Figura 4: Variabilidad de la igualación de un sujeto normal. Nótese que un
protanope aceptaría como iguales los colores que ha igualado el normal.
Una vez determinado el intervalo, pulsad Guardar. Los resultados de la
medida se guardarán en un archivo *.mat y en un archivo *.xlsx.
Los datos guardados en el archivo *.xlsx (Figura 5, casillas con fondo
azul) son las parejas (,YR) y un número que indica si el paciente igualó
en este punto o no (1 o 0, respectivamente). Posteriormente, hemos
representado esos puntos en una gráfica y los hemos ajustado
linealmente, para estimar el intervalo de igualación de nuestro
paciente. Un intervalo de igualación estrecho indica buena capacidad
de discriminación por parte del paciente.
Anomaloscopio
Figura 5: Hoja de cálculo con resultados experimentales.
3.3 Puesta a punto de un procedimiento de medida general
El procedimiento que proponemos para esta práctica es menos preciso que el
utilizado en los dispositivos de uso clínico, pero más rápido:
a) Activaremos la casilla Control numérico y en las gráficas
seleccionaremos R vs. P1/P2.
b) Decidimos el número de estímulos, N, que vamos a presentar a
nuestro paciente. Cuantos más presentemos, más precisa será la
determinación de su intervalo de igualación, pero mayor será el
tiempo empleado en realizar la medida.
c) Elegimos N proporciones de los primarios P1 y P2 (esto es, N valores
de , en el intervalo [0,1]).
d) Presentamos cada valor i al paciente, y pedimos que, mediante el
método de ajuste, determine la luminancia de la referencia, YR que
igualaría completamente esa mezcla de primarios. Si el paciente
encuentra una igualación, marcará el botón “Igual” y en caso
Anomaloscopio
contrario, el botón “Diferente”. En el primer caso, se marcará el
punto de coordenadas (i,YR) con un símbolo azul, y en el segundo,
representaremos el punto (i,YR) con un símbolo rojo, como en la
Figura 6.
Figura 6: Determinación del intervalo de igualación de un paciente normal por
muestreo del rango del dispositivo.
Como veréis, el problema con los sujetos normales es que su intervalo de
igualación es muy estrecho. Por ejemplo, con pasos de 0.1 en 0.1, no
hubiéramos encontrado jamás el intervalo del sujeto de la figura. Esto hace
que, en la práctica clínica, el procedimiento descrito se utilice sólo como
técnica de detección de sujetos con defectos, no para evaluar a sujetos
normales.
3.3. Simulación de la medida con su sujeto dicrómata
El recuadro “Simulación” de la interfaz del programa nos muestra cómo verían
los tres tipos de sujetos dicrómatas (protanopes, deuteranopes y tritanopes),
utilizando el algoritmo del par correspondiente. Aplicando el procedimiento
descrito en el apartado 3.2., pero pidiendo al paciente que juzgue la
Anomaloscopio
apariencia de la simulación y no de los estímulos, podemos obtener los
intervalos de igualación de los sujetos dicrómatas.
Los dicrómatas se caracterizan por que, dado dos colores cualesquiera de una
de sus rectas de confusión, le basta con modificar la luminancia de uno de
ellos para conseguir un metámero del otro. Para confirmar si un sujeto, basta
con determinar si puede igualar con cada uno de los primarios
separadamente. Por esta razón, cuando se determina el intervalo de
igualación de un paciente con el procedimiento descrito en el apartado 3.2,
los primeros valores de que se prueban son 0 y 1. Si el paciente iguala en esos
valores, ya no es necesario continuar con la medida.
4 RESULTADOS
1. Con la recta de confusión protán:
a) Determina el intervalo de igualación de un sujeto normal, utilizando
el procedimiento 3.1. Represéntalo gráficamente
b) Compartiendo los datos con tus compañeros de curso, determina un
rango de normalidad de los intervalos de igualación.
c) Utilizando el procedimiento 3.2 y la simulación de la apariencia que
tienen los estímulos para los distintos tipos de sujetos dicrómatas,
determina los intervalos de igualación de sujetos protanopes,
deuteranopes y tritanopes ¿Qué diagnóstico harías de cada uno de
los sujetos?
2. Repite las medidas anteriores para las rectas de confusión deután y
tritán.
3. Simularemos una anomalía adquirida mediante papel de celofán
coloreado en azul. Determina los intervalos de igualación de un sujeto
normal usando este filtro, con las tres ecuaciones del anomaloscopio, y
compara los resultados con los de sujetos normales. ¿Podrías hacer un
diagnóstico del problema de visión que hemos inducido en el
paciente?
Anomaloscopio
Resumid los resultados de todas las medidas realizadas, en tablas con el
formato siguiente:
Id. Sujeto Edad Intervalo
igualación
(primarios)
Intervalo
igualación
(referencia)
Tipo de
anomalía
(real o
simulada) αmín αmáx YRmín YRmáx
Los diferentes intervalos de igualación deberían representarse también en una
gráfica. Si disponéis de distintos sujetos normales, calculad un intervalo de
normalidad promedio y usadlo para clasificar a vuestros sujetos problemas.
5 BIBLIOGRAFÍA
De Fez Saiz D, Viqueira Pérez V. Fundamentos de percepción visual. Alicante:
Servicio de Publicaciones de la Universidad de Alicante, 2014. Capítulo 6.
Birch J. Diagnosis of Defective Colour Vision. Butterworth-Heinemann; 2001.
Capítulo 7, 51-99.