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.