Validación y detección del efecto de textura sparkle mediante evaluaciones visuales

Resumen

Cuantificar la apariencia visual de los productos es esencial en muchas industrias como puede ser la del automóvil, plásticos, cosmética, etc., para un desarrollo eficiente del producto y su posterior control de calidad. Hay una necesidad específica, y siempre creciente, de desarrollar técnicas para medir la apariencia total de recubrimientos con pigmentos de efectos metalizados y especiales. El presente estudio se centra en uno de los principales atributos de textura visual: el sparkle. Con el fin de desarrollar modelos capaces de medir este atributo, en primer lugar ha sido necesario diseñar experimentos psicofísicos para evaluar el sparkle percibido en muestras con diferentes pigmentos de efecto. El cambio en la apariencia visual de los recubrimientos es conocido como efecto gonioaparente, y es altamente dependiente de las condiciones de iluminación y de observación. Por lo tanto, se han examinado cuidadosamente diferentes condiciones independientes de iluminación y observación, para estudiar el efecto de textura sparkle. El instrumento multiángulo denominado BYK-mac fue empleado para obtener la información instrumental de las diferentes muestras utilizadas en los experimentos psicofísicos. Este dispositivo es el único en el mercado capaz de proporcionar valores instrumentales sobre la textura del producto, aparte de los valores colorimétricos. El único inconveniente es que no se sabe casi nada acerca del modelo matemático implementado en el dispositivo para la medida de la textura, por lo que se desconocen las variables implicadas en el proceso de medida. También se empleó el algoritmo desarrollado por el Instituto de Óptica del CSIC para el análisis de esta textura, así de este modo se tendría una alternativa a las valoraciones instrumentales proporcionadas por el BYK-mac con el objetivo de poder estudiar la correlación entre ambos modelos matemáticos, junto con las valoraciones visuales proporcionadas por los observadores. Es muy importante disponer de un método reproducible y fiable para evaluar la apariencia visual de un material que integre color y textura, y que esté correlacionado con datos visuales e instrumentales, con el fin de mejorar el control de calidad de los productos. Por tanto, el objetivo de esta tesis es desarrollar y consolidar una metodología fiable y útil a nivel industrial de evaluación visual del efecto de textura denominado sparkle, y en particular su distancia de detección. Debido a la multitud de variables que afectan en la estimación y detección del efecto de textura sparkle, como puede ser el tipo de pigmento, el tamaño, la forma, la concentración, la orientación, la colorimetría de la muestra, las condiciones ambientales, etc., se ha optado por plantear, por primera vez en ciencia y tecnología de apariencia visual de materiales, diversos experimentos psicofísicos mediante el uso del diseño de experimentos para optimizar las diversas variables implicadas en cada experimento. Para llevar a cabo todos los experimentos planteados se cuenta con un amplio número de muestras de diversos proveedores (SCHLENK, BASF Coatings, MERCK, ECKART), con diversos tipos de pigmentos (AluMotion, Variochrom, Stapa, Iriodin, Xirallic, Luxan, etc.) y con tamaños de pigmentos muy variados comprendidos entre los 5 - 90 μm, cubriendo el máximo rango posible de tamaños. La metodología estadística por excelencia para optimizar la experimentación se conoce como Diseño de Experimentos (DoE). En la mayoría de los diseños de experimentos planteados a lo largo de todo el trabajo, se ha optado por un diseño factorial 2x2, puesto que se tenían dos factores o variables a dos niveles diferentes. En algunos casos se optó por un diseño factorial 2x3 debido al aumento de variables. En todos los diseños experimentales se pueden estudiar los efectos de los factores de forma individual, y en función del diseño escogido se podrán analizar además los efectos de las interacciones de distinto nivel (lineal o no lineal) entre los diferentes factores. Por tanto el objetivo principal del diseño de experimentos es el estudio de la influencia de diferentes variables, ya sean cuantitativas (tamaño, concentración, etc.) como cualitativas (forma, etc.) sobre la media de una respuesta, en nuestro caso la estimación y detección del efecto de textura sparkle. Para el desarrollo de todos los experimentos psicofísicos se contó con un amplio número de observadores con una visión normal (color y agudeza visual). En total, se realizaron más de 35.000 evaluaciones visuales en varias cabinas calibradas de iluminación direccional. Posteriormente y para cada uno de los experimentos se estudió que las valoraciones de todos los observadores fueran consistentes y fiables, para ello se estudió la intra e inter-variabilidad mediante la fórmula de STRESS. Se ha conseguido demostrar la influencia de los parámetros multiescala en la apariencia del sparkle y extraer qué variables afectan en mayor medida a la hora de detectar el efecto de textura sparkle. Esta cuestión era fundamental ya que, hasta la fecha, no existía ningún estudio previo que abordara estas cuestiones, lo que era de vital importancia para la industria analizar cómo se detecta la textura de una muestra en función de diversas condiciones, ya sean estructurales, ambientales, etc. Además se ha implementado una metodología fiable y aplicable a otros tipos de pigmentos goniocromáticos existentes con efectos de textura novedosos. Se ha conseguido implementar el diseño de experimentos como herramienta principal para limitar los experimentos visuales a realizar, realizando el menor número de evaluaciones visuales posible y obteniendo unos resultados óptimos. Gracias a los experimentos psicofísicos, se ha comprobado con éxito la correlación visual e instrumental de detección de sparkle entre el único dispositivo multiángulo existente en el mercado hasta la fecha, y las valoraciones visuales obtenidas de un gran número de observadores. Por lo que, si en un futuro aparecen nuevos instrumentos de medida del sparkle, se puede seguir la misma metodología de esta tesis. A lo largo de la tesis se ha conseguido identificar claramente la influencia e interacción de la mayoría de las variables implicadas en la detección del efecto de textura sparkle. Entre todas ellas unas tienen más relevancia que otras a la hora de detectar el sparkle, como puede ser la influencia del fondo de la muestra o el tamaño de pigmento. Ante estas afirmaciones se pone de manifiesto la dificultad de generar un modelo multidimensional no lineal, tanto con variables cuantitativas y cualitativas que integre todas las variables implicadas en el proceso de detección del sparkle por parte de un observador, ya que existen ciertas variables que un dispositivo a día de hoy nunca podrá medir o tener en cuenta como la influencia de la colorimetría de la muestra o la interacción entre pigmentos. Por consiguiente, esperamos también que este trabajo pueda ser inspirador y útil, por su carácter pionero e innovador, para trabajos posteriores en el ámbito de la apariencia visual de materiales, ya sea con esta textura visual (sparkle), u otras.