Appendice 2 Software per fenomeni della visione a colori e per il calcolo e l analisi colorimetrica 1 (Gabriele Simone)

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1 Appendice 2 Software per fenomeni della visione a colori e per il calcolo e l analisi colorimetrica 1 (Gabriele Simone) A2.1 Introduzione La colorimetria è una disciplina con evidente valore visivo e al tempo stesso ha rapporto stretto con la misurazione e col calcolo. Tutto ciò porta all uso del computer: infatti le misurazioni, i calcoli e la visualizzazione del colore su monitor sono gestiti da un computer. È quindi naturale che un libro sulla misurazione del colore abbia a corredo un software che faccia tutto ciò, a esclusione della misurazione, poiché non si dispone di uno strumento di misura. Questo software intitolato Colour & Colorimetry è sviluppato da Gabriele Simone con la supervisione di Alessandro Rizzi (Università degli Studi di Milano, Dipartimento di tecnologie dell informazione di Crema) e curato dal curatore di questo libro. Per quanto è contenuto nel software si rimanda al libro. In questa appendice si sviluppano col dettaglio necessario solo i punti considerati dal software e non adeguatamente altrove nel libro. Questo software ha lo scopo: di supportare docenti e studenti nella comprensione di fenomeni della visione a colori e dei concetti di base della colorimetria; di fornire al tecnico di laboratorio gli algoritmi standard per il calcolo colorimetrico e le applicazioni fondamentali della colorimetria. Il software è diviso in 27 moduli, che propongono alcuni fenomeni visivi dell apparenza, i più conosciuti atlanti dei colori, la teoria del tristimolo, i calcoli colorimetrici secondo gli standard della Commission Internationale de l Éclairage (CIE), e infine l applicazione della colorimetria nella stampa mediante retinatura e coloranti, e nelle vernici basate su miscele di pigmenti. La riproduzione del colore a monitor è colorimetrica (par. 11.2) e non usa modelli dell apparenza del colore, quindi tutte le volte che il colore non è riproducibile colorimetricamente non viene riprodotto o, se riprodotto, si informa che la riproduzione non è colorimetrica. Per avere una riproduzione colorimetrica del colore 1 Il software Colour & Colorimetry si trova nel CR-ROM allegato al presente volume. Ogni immagine tratta da " Colour & Colorimetry " è usabile purché se ne citi la fonte. 1

2 occorre che il monitor del computer sia colorimetricamente caratterizzato e i primi due moduli del programma servono a questo. A2.2 Installazione del programma Il programma, fornito tramite programma d installazione, richiede una risoluzione video di almeno 1024x768 pixel, è scritto in Visual Basic, è sviluppato per Windows XP, è compatibile con Windows Vista e usa la piattaforma Microsoft.NET 2.0 o superiore. Se non si possiede tale piattaforma, prima di procedere all'installazione di Colour & Colorimetry, è necessario eseguire il file dotnetfx.exe per Windows relativo alla lingua attiva nel sistema operativo, per es. dotnetfxit.exe per Windows XP Italiano, dotnetfxeng.exe se si sta usando Windows XP USA, altrimenti, se si possiede un altra versione di Windows XP, bisogna scaricare la piattaforma appropriata (relativa alla propria lingua) dal sito La installazione del programma Colour & Colorimetry avviene con doppio click sull'icona del file setup.exe. Il separatore numerico decimale è il punto.. Una volta impostato il monitor in uso, la riproduzione del colore fatta dal programma Colour & Colorimetry è colorimetrica. L impostazione del monitor avviene operando con i primi due moduli del programma, Monitor setup e Visual evaluation of the gamma. Il programma opera correttamente per gli osservatori standard CIE 1931, CIE 1964 e per l'osservatore di Vos. Senza la specificazione del monitor, del gamma e dell offset, il programma opera supponendo che il monitor sia del tipo srgb. Nel caso si tratti di un reale monitor srgb la riproduzione dei colori è colorimetrica solo per l osservatore CIE Se il monitor non è un vero srgb, ma si opera come se fosse tale, non si può dire nulla sulla qualità della riproduzione dei colori. In generale la riproduzione dei colori risulta approssimata per tutti gli osservatori. Se il monitor è effettivamente del tipo srgb, per un corretto funzionamento colorimetrico è sempre richiesta la specificazione dei colori primari e del bianco per l osservatore standard CIE 1964 e per l'osservatore di Vos. A2.3 Descrizione del programma Il programma consta di 27 moduli selezionabili da un menù a pulsanti posti su tre diverse schermate. L elenco di questi moduli è proposto in tabella A2.1. Tutti i grafici prodotti dal programma possono essere salvati in formato.png o.wmf e quindi editati con un normale programma per trattamento immagini o inseriti in programmi per l edizione di testi. Tutte le schermate relative al risultato di un calcolo e con la visualizzazione di colori possono essere salvate in formato.cvc e quindi riviste col modulo 26 - Saved file opening. A2.3.1 Impostazione del monitor 2

3 Il paragrafo 11.2 tratta la colorimetria dei monitor tricromatici e definisce il ruolo delle luci primarie RGB. Per la riproduzione colorimetrica del colore su monitor occorre conoscere 1) le cromaticità delle tre luci primarie e del bianco del monitor; 2) le relazione tra i segnali che pilotano le luci primarie e le luminanze emesse (Fig. 11.7). Tab. A2.1 Elenco ordinato dei moduli costituenti il programma Colour & Colorimetry Raggruppamenti Numero Titolo modulo modulo Monitor 1 Monitor setup 2 Visual evaluation of the gamma Colour-Vision test 3 Colour-Vision test Visual contrast phenomena 4 Luminance contrast and crispening 5 Luminance contrast in colour scales 6 Luminance and chromatic contrast Colour atlases 7 Munsell Atlas 8 DIN Atlas 9 OSA Atlas 10 CIELAB-CIELUV Tristimulus and cone activation 11 Tristimulus and cone activation Colorimetry 12 CIE Colour specification 13 CIE systems 14 Chromaticity diagrams 15 Vos observer 16 Dominant wavelength and purity 17 Tristimulus space transformation 18 ΔE 19 Colour rendering index Reference illuminant spectra 20 Black body and daylight spectra Colour synthesis RGB monitor additive synthesis Screen plate printing Two-pigment mixture Four-pigment mixture Tools 25 Spectral data view and download 26 Saved file opening 27 Database look-up Modulo 1: Monitor setup Questo modulo serve per impostare le caratteristiche cromatiche del monitor, costituite dalle cromaticità delle tre luci primarie (x r, y r ), (x g, y g ) e (x b, y b ) e della luce bianca (x n, y n ). Sono memorizzabili i dati di fino a quattro diversi monitor per gli osservatori CIE 1931, CIE 1964 e di Vos, oltre allo standard srgb proprio del sistema operativo (par. 11.2). Modulo 2: Visual evaluation of the gamma Questo modulo del programma permette la valutazione a vista della relazione tra i segnali che pilotano le luci primarie e le luminanze emesse (sottopar ). Il suo uso è ottimale nei monitor a tubo a raggi catodici (CRT), mentre è approssimato nel 3

4 caso di monitor a cristalli liquidi, soprattutto perché la sensazione prodotta cambia sensibilmente dal punto di vista dell osservatore. Per governare correttamente il colore proposto da un monitor CRT occorre conoscere la funzione esistente tra la luminanza emessa e il segnale che la pilota. Tale funzione viene costruita confrontando a vista sul monitor due quadrati contigui di uguale colore primario, Rosso, Verde e Blu, dei quali uno emette luce in tutta la sua superficie e l altro a righe alterne, cioè in metà superficie. Fissata la luminanza e il segnale del quadrato a righe alterne, si varia il segnale del quadrato pieno fino a che a vista i due quadrati appaiono nella media ugualmente luminosi (occorre osservare i quadrati da una distanza tale da non distinguere le righe del quadro rigato). A uguale luminanza media corrisponde alle righe luminose del quadrato rigato una luminanza doppia, essendo la luminanza la densità superficiale dell intensità luminosa. Nasce così una corrispondenza tra segnali (numeri a 8 bit nel software di gestione oppure potenziali [volt] nel monitor) e luminanze. Mediante un programma d interpolazione si determinano i parametri della funzione incognita. Tali parametri sono registrati nel database. Ogni qualvolta si lancia il programma, questi parametri e le cromaticità del monitor selezionato sono letti dal database e di conseguenza i segnali di colore sono modificati al fine di ottenere correttamente le luminanze e i colori voluti. Queste operazioni sono proposte anche per il bianco del monitor a scopo di verifica. A2.3.2 Test per la visione a colori Affinché i test proposti abbiano significato è assolutamente necessario che il monitor sia colorimetricamente caratterizzato. La visione a colori avviene perché esistono tre tipi di cellule fotosensibili (cap 3.3), dette coni. Gli osservatori che posseggono coni con sensibilità spettrali differenti da quelle dell osservatore standard sono detti tricromati anomali; gli osservatori che posseggono due soli tipi di coni diversi sono detti dicromati (o anche daltonici); infine gli osservatori con un solo tipo di coni sono detti monocromati e sono privi di discriminazione cromatica (sottoparr e 6.2.8). Ne segue che i dicromati sono di tre tipi: 1. protanopi, se sono privi del tipo di coni L; 2. deuteranopi, se sono privi del tipo di coni M; 3. tritanopi, se sono privi del tipo di coni S; analogamente gli anomali sono 1. protanomali, se l anomalia riguarda il tipo di coni L; 2. deuteranomali, se l anomalia riguarda il tipo di coni M; 3. tritanomali, se l anomalia riguarda il tipo di coni S. La visione dei dicromati e dei tricromati anomali è tale da permettere una vita normale e sovente solo test particolarmente mirati possono mettere in evidenza la deficienza o l anomalia. 4

5 Poiché i dicromati posseggono due tipi di coni, le loro sensazioni di colore sono rappresentabili in uno spazio a due dimensioni (sottopar ). Questo spazio, in relazione con lo spazio del tristimolo dell osservatore standard, evidenzia che insiemi di colori differenti per un tricromato risultano cromaticamente uguali per un dato tipo di dicromato. I punti che rappresentano le cromaticità di questi colori definiscono linee dette linee di confusione. Ogni tipo di dicromato ha sue tipiche linee di confusione che lo distinguono. I dicromati possono ordinare i colori di un dato insieme secondo scale cromatiche differenti, loro proprie e diverse da quella dei tricromati, sia normali e sia anomali. La luminanza, grandezza fotometrica da porsi in relazione alla sensazione di luminosità, è esprimibile mediante le attivazioni dei coni M e L (pesi di luminosità di Exner, sottopar ). I tricromati con anomalia in uno di questi tipi di coni e i dicromati privi di uno di questi tipi di coni provano sensazioni luminose differenti da quelle dell osservatore standard: i protanopi hanno sensibilità ridotta nella regione del rosso, mentre i deuteranopi non differiscono molto dal normale. Modulo 3: Colour-Vision test Questo modulo serve per evidenziare anomalie o invecchiamento del sistema visivo nella visione a colori dell operatore mediante prove di eguagliamento in luminosità tra stimoli di colore eterocromatici, a cui è dedicato il Luminance-matching test; prove di ordinamento di colori eterocromatici, a cui è dedicato il Farnsworth like test. Alla fine dei test l operatore può risultare: tricromato normale; tricromato anomalo: protanomalo, deuteranomalo o tritanomalo; dicromato: protanope, deuteranope o tritanope. Il test del Luminance-matching propone 15 campioni di colore equiluminosi (Tab. A2.2) per l osservatore standard CIE 1931 su uno sfondo acromatico di uguale luminanza, e richiede l eguagliamento delle luminosità percepite dall operatore dei 15 campioni, variandone la luminosità fino a che la discriminazione dovuta al bordo di separazione tra campione e contorno appare essere la minore {minimally distinct border}. In un diagramma polare (fig. A2.1), in cui alle varie direzioni radiali corrispondono ordinatamente le tinte spettrali proposte all osservazione, si grafica l ampiezza dello stimolo necessario per i vari colori affinché sia attuato l eguagliamento delle luminosità percepite rispetto allo sfondo. La scala grafica è riferita all osservatore standard, il cui grafico è un cerchio che associa l unità all ampiezza dello stimolo di colore che eguaglia lo sfondo in luminanza. Per l osservatore sotto test, il grafico si presenta come una figura circolare la cui distanza dal centro è maggiore o minore del raggio del cerchio dell osservatore standard, a seconda che all osservatore sia richiesto uno stimolo di colore con ampiezza maggiore o minore rispetto a quello richiesto dall osservatore standard. In questo modo 5

6 emergono non solo le anomalie e il dicromatismo, ma anche gli effetti dell invecchiamento, come l ingiallimento del cristallino che richiede stimoli di maggior ampiezza in corrispondenza alle corte lunghezze d onda. Nonostante che il crispening di luminanza esalti le differenze luminose tra campioni di quasi uguale luminanza, il test funziona anche con schede video operanti a 8bit, ma sarebbe meglio una dinamica superiore. Questo test riguarda solo il comportamento dell osservatore alla luminosità dello stimolo e non consente diagnosi. Una volta eguagliati in luminosità i 15 colori del Luminance matching, il Farnsworth like test richiede l ordinamento cromatico di questi colori a partire da un colore dato e scegliendo tra i restanti il colore cromaticamente più vicino fino a esaurimento dei campioni. In questo modo l operatore costruisce una scala cromatica individuale ordinata. Alla fine del test i colori sono proposti sul diagramma (x, y) CIE 1931 e lo schema dell ordinamento raggiunto è rappresentato da una linea spezzata che unisce i campioni secondo l ordine selezionato dall osservatore. Nella figura A2.2 si riporta l esempio di un deuteranope e la diagnosi nasce dal confronto della linea spezzata che unisce i campioni con le linee di confusione dei diversi dicromati. In entrambi i test, la diagnosi emerge dal confronto del comportamento con l osservatore standard. Tab. A2.2 Cromaticità (x, y) e lunghezza d onda dominante λ d dei campioni colore usati nei test (le lunghezze d onda sottolineate si riferiscono a colori di tinta magenta per i quali si dà la lunghezza d onda complementare alla dominante inesistente) x y λ d

7 Fig A2.1 Risultato del test Luminance matching di un osservatore normale. (N.B. i colori dei vari campioni tradotti su scala di grigi risultano uguali perché sono equiluminanti) Figura A2.2 - Esempio di ordinamento dei colori tipico di un osservatore deuteranope. D A2.3.3 Fenomeni dell apparenza Il colore può essere proposto all osservatore in molti modi (sottopar ). La specificazione psicofisica del colore si basa sul modo-apertura: in questo modo la radiazione, prima di entrare nell'occhio, attraversa l apertura di un diaframma e l'occhio mette a fuoco il bordo dell'apertura col fine di non associare quella radiazione a un oggetto o a una sorgente. Così si perdono tutte le informazioni che denotano l'oggetto (o la sorgente) quali la disuniformità, la lucidezza, la tessitura, il tipo di illuminazione (radente, diffusa,...),... e la radiazione che entra nell'occhio consiste di un fascio omogeneo di raggi aventi uguale decomposizione spettrale. Inoltre il colore in esame non è condizionato dalla contiguità di altri colori ed è detto colore non relativo {unrelated colour}. Nella visione di una scena ogni stimolo di colore si trova inserito in un campo prossimale, il quale si trova su uno sfondo e il tutto entro una cornice. In questo modo di presentare uno stimolo di colore, il colore, detto colore percepito, è colore relativo {related colour} e si ha la presenza di più fenomeni, noti come fenomeni dell apparenza del colore {colour-appearance phenomena}, tra i quali i più evidenti sono: il contrasto simultaneo (di brillanza o di luminanza); il contrasto cromatico simultaneo; l'increspatura {crispening} nelle sue diverse forme. Questi fenomeni sono proposti dai seguenti moduli: Modulo 4: Luminance contrast and crispening 7

8 Questo modulo propone due insiemi di rettangoli in uguali scale di luminanze, dal nero al bianco del monitor. La differenza tra i due insiemi di rettangoli è data dal campo prossimale, che nei rettangoli di sinistra è posto inizialmente nero, mentre i rettangoli di destra sono tra loro giustapposti secondo la scala di luminanze. Ciò comporta che i rettangoli di sinistra risultano uniformi al loro interno, i rettangoli di destra mostrano una brillanza degradante dal basso verso l alto. L operatore può isolare un rettangolo della scala di destra mascherando i rettangoli contigui con due cartoncini e può così verificare l uniforme brillanza del rettangolo considerato a conferma dell uniforme luminanza. Emerge anche che i rettangoli di destra sono in luminanza uguali a quelli di sinistra. L operatore può aumentare la luminanza del campo prossimale relativo ai rettangoli di sinistra e, al variare della luminanza, si ha il fenomeno dell increspatura {crispening}, secondo il quale i rettangoli più brillanti del campo prossimale appaiono ancor più brillanti e quelli meno brillanti ancor meno brillanti. L effetto è particolarmente evidente, mentre si modifica la luminanza del campo prossimale dando la sensazione che una velina scorra sopra ai rettangoli modificandone la brillanza. L operatore può intervenire dando tinta ai vari rettangoli e verificare che il fenomeno si ripete indipendentemente dalla tinta. Esempio di contrasto simultaneo di luminanza è proposto anche nella figura A2.3. 8

9 Fig. A2.3 Fenomeno del contrasto simultaneo di luminanza. Si propongono su quattro righe diverse quattro quadrati di uguale luminanza all interno di campi prossimali di luminanza crescente da sinistra a destra e ciò comporta che in ogni riga i quadrati appaiano dotati di brillanza crescente da destra a sinistra, pur avendo uguale luminanza. Modulo 5: Luminance contrast in colour scales Il modulo propone una matrice di campioni di colore in cui la tinta cambia con le righe e all interno di ogni riga la brillanza cresce da destra a sinistra. I vari campioni possono essere proposti in quattro modi differenti e con apparenza differente (Tab. A2.3). L esperimento evidenzia l influenza sulla brillanza dovuta alla diversità di luminanza tra campi contigui. Se l osservatore fissa l attenzione visiva su uno dei campioni di colore, mentre attua il passaggio da una situazione visiva a un altra, si rende conto che il cambiamento di percezione avviene in un tempo finito e che non è istantaneo come l esperienza comune lascerebbe supporre. TAB A2.3 Modi di visione e apparenza proposti dal modulo Luminance contrast in colour scales Modo di visione Apparenza 1 I campioni sono separati da una linea nera sia secondo le righe sia secondo le colonne. I vari campioni appaiono al loro interno uniformi. 2 I campioni sono giustapposti. I vari campioni appaiono al loro interno non uniformi e come incurvati secondo una superficie cilindrica con asse verticale. 3 Le righe sono separate da una linea nera lasciando giustapposti i campioni all interno di una riga. 4 Le colonne sono separate da una linea nera lasciando giustapposti i campioni all interno di una colonna. I vari campioni appaiono al loro interno non uniformi e come incurvati secondo una superficie cilindrica con asse verticale. I vari campioni appaiono al loro interno uniformi. Modulo 6: Luminance and chromatic contrast Il modulo propone una corona circolare aperta a forma di C sovrapposta a un campo suddiviso in due parti di diverso colore, una superiore e una inferiore, con la linea di separazione contenuta nell apertura della C in modo che i due estremi della C appartengano a semicampi diversi. L operatore può variare i tre colori proposti nella scena e può variare con continuità i contenuti di rosso, verde e blu che concorrono additivamente nel colore della C. Il colore della C si presenta diverso nella parte superiore rispetto a quella inferiore passando con continuità dall uno all altro. La differenza può essere duplice, sia di brillanza sia cromatica. Si ha così il contrasto cromatico simultaneo insieme al contrasto simultaneo di luminanza (Tavole in fondo al volume). A2.3.4 Atlanti dei colori 9

10 Si propongono cinque atlanti corrispondenti ad altrettanti sistemi di ordinamento dei colori con lo scopo di creare un confronto visivo e valutarne visivamente le caratteristiche. L uso pratico di questo software non sostituisce l uso degli atlanti fisici, ma ha lo scopo di spiegarne le caratteristiche. In tutti gli atlanti, i quadrati vuoti corrispondono a colori non realizzabili col monitor in uso. Questi atlanti sono proposti dai seguenti moduli: Modulo 7: Munsell atlas L Atlante di Munsell è descritto nel sottoparagrafo Questo modulo propone l intero sistema dei colori di Munsell rinotato da Newhall, Nickerson e Judd sotto l illuminante C e per l osservatore colorimetrico standard CIE I colori sono proposti nel sistema di coordinate del sistema di Munsell, il quale consiste di tavole a tinta definita, con in ascissa la croma C e in ordinata il valore V. Questo sistema, proposto nel 1943, è realizzato con l intento di produrre scale percettive uniformi di campioni fisici. L operatore sceglie la pagina dell atlante e la luminosità dello sfondo, il quale ha la stessa cromaticità dell illuminante C. Modulo 8: DIN atlas L Atlante DIN è descritto nel sottoparagrafo Questo modulo propone l intero sistema dei colori DIN sotto l illuminante C e per l osservatore colorimetrico standard CIE I colori sono proposti nel sistema di coordinate del sistema DIN, cioè in tavole a definita tinta T (Farbton), con in ascissa la saturazione S (Sättigung) e in ordinata la scurezza relativa D (Dunkelstufe). La saturazione S è definita sul diagramma di cromaticità (x, y) CIE 1931 a fissata D secondo scale uniformi. Poiché le scale cromatiche equiluminanti si espandono linearmente col diminuire della scurezza relativa D, la differenza di colore tra colori contigui, a fissate T e S, varia linearmente con la D. Dal confronto tra gli atlanti di Munsell e DIN si coglie visivamente la profonda differenza tra croma e saturazione. L operatore sceglie la pagina dell atlante e la luminosità dello sfondo, il quale ha la stessa cromaticità dell illuminante C. Modulo 9: OSA atlas L Atlante OSA-ucs è descritto nel sottoparagrafo Il modulo rappresenta sezioni piane diverse dello spazio OSA-ucs. I campioni sono proposti sotto l illuminante D65 e per l osservatore CIE Nel caso di piani diversi da quelli a chiarezza costante, i campioni si sovrappongono parzialmente evidenziando contrasto simultaneo, sia cromatico sia di luminanza (Tavole in fondo al volume). L operatore sceglie diversi piani nello spazio OSA-ucs e la luminosità dello sfondo, il quale ha la stessa cromaticità dell illuminante D65. L atlante è concepito per essere visto su uno sfondo acromatico con un fattore di luminanza percentuale uguale a 30. Modulo 10: CIELAB-CIELUV I sistemi CIELAB e CIELUV (sottopar ) sono proposti da uno stesso modulo. Sono considerati gli osservatori CIE 1931 e CIE 1964 e gli illuminanti standard e 10

11 raccomandati. Relativamente al CIELAB i colori sono proposti nel sistema di coordinate cilindriche (L*, C* ab, h ab ) in tavole 1) a definito angolo di tinta h ab, con in ascissa la croma C* ab e in ordinata la chiarezza L*; 2) a definito piano di chiarezza, scandito dalle coordinate a* e b*. Nel primo caso l operatore sceglie l angolo di tinta h ab e appaiono sullo schermo i colori riproducibili a monitor appartenenti alla sezione delle coordinate cilindriche con l angolo di tinta selezionato insieme ai colori con angolo di tinta complementare (h ab ± 180 ). Nel secondo caso l operatore sceglie la chiarezza L* e appaiono tutti i colori riproducibili a monitor con la chiarezza selezionata insieme o in alternativa al limite dei colori ottimali di MacAdam. A scelta dell operatore i campioni di colore contigui sono con o senza separazione. In questo modo nel secondo caso si evidenzia il fenomeno del contrasto simultaneo, cromatico nell ambito delle righe a chiarezza costante e di luminanza tra le colonne. Lo sfondo è bianco con fattore di luminanza percentuale 100 e cromaticità dell illuminante scelto. Quanto detto per il sistema CIELAB si ripete per il CIELUV, sostituendo le coordinate (a*, b*) con le (u*, v*). Si suole mettere in corrispondenza la saturazione s uv = C* uv /L* alla croma psicometrica {chroma} C* uv. A2.3.5 Tristimolo e attivazione dei coni La sensazione di colore dovuta a un corpo illuminato dipende dall attivazione dei tre tipi di coni che a sua volta dipende da tre fattori, di cui due esterni all occhio 1. la distribuzione spettrale di potenza della sorgente di luce, 2. la capacità spettrale di riflettere, o trasmettere la luce del corpo osservato, a seconda che l oggetto sia osservato in riflessione o trasmissione di luce, e uno interno all occhio, dato dalla 3. capacità spettrale dei tre tipi di coni di assorbire luce. Il prodotto di questi tre fattori ha come effetto l attivazione dei coni, dai quali segue la sensazione di colore. Modulo 11: Tristimulus and cone activation Il modulo propone visivamente il colore dovuto a diversi abbinamenti d illuminanti e di campioni di colore col fine di giustificare la sensazione di colore risultante. Nell ordine sono proposti come fattori nel processo dell attivazione dei coni 1. gli spettri degli illuminanti A, C, D75, F2, F7, F11, G1, G2, G3, G6 e G7; 11

12 2. il fattore di riflessione spettrale dei 5 campioni di Munsell (5R/7/8, 5Y/7/8, 5G/7/8, 5B/7/8, 5P/7/8) aventi lo stesso valore 7, la stessa croma 8 e differente tinta; 3. le sensibilità spettrali dei tre tipi di coni dell osservatore standard CIE 31. I colori non realizzabili col monitor in uso sono sostituiti da una loro simulazione. Ciò permette di capire, oltre al ruolo spettrale dei tre fattori sopra elencati, anche il ruolo del monitor. A2.3.6 Colorimetria In questa parte si considerano 1. la specificazione standard del colore riferita ai sistemi XYZ, CIELAB e CIELUV e agli osservatori CIE 31 (sottopar ) e CIE 64 (sottopar ); 2. le trasformazioni di passaggio tra i diversi riferimenti nello spazio del tristimolo (par. A1.5 e sottopar ); 3. la specificazione del colore riferita all osservatore di Vos, usato in ambito fisiologico, e la rappresentazione sul diagramma di MacLeod-Boynton (sottopar ); 4. diversi diagrammi di cromaticità per evidenziare il vano travaglio per raggiungere un diagramma a scale uniformi; 5. la specificazione della cromaticità mediante lunghezza d onda dominante e purezza (sottopar ); 6. il calcolo della differenza di colore specificata secondo le formule CIE 1976 (equazione 6.52), CIE 94, CIEDE2000 e CMC (sottopar ); 7. il calcolo dell indice di resa del colore (par. 10.3). È sempre possibile, oltre alla specificazione numerica, la visualizzazione del colore, la rappresentazione della cromaticità (x, y) sul diagramma CIE e sui piani di uguale chiarezza dei sistemi CIELAB e CIELUV. I grafici e i dati sono memorizzabili e utilizzabili in altri contesti, in particolare il modulo Saved file opening permette di rivedere i file salvati. I moduli sono i seguenti: Modulo 12: Colour specification Questo modulo calcola la specificazione del colore di sorgenti luminose (sottoparr e 6.3.7) selezionando light source. Si distingue il caso in cui si conosca la distribuzione spettrale di potenza della sorgente in esame da quello in cui si conosca la distribuzione spettrale di potenza riflessa da una tavoletta bianca con fattore di riflessione spettrale certificato da un laboratorio metrologico. Questo secondo caso è quello più frequente nella pratica colorimetrica e illuminotecnica. Per esempio questa è la tecnica corretta per misurare l illuminazione di un dipinto ottenuta con più sorgenti: in questo caso si pone la tavoletta bianca sulla regione d interesse del dipinto e con lo spettroradiometro si misura la distribuzione spettrale di potenza P e (λ) riflessa 12

13 dalla tavoletta. Per la specificazione colorimetrica della luce illuminante il programma è predisposto all uso del fattore di riflessione spettrale R s (λ) della tavoletta certificata. La distribuzione spettrale di potenza in entrambi i casi è nota e memorizzata su file ASCII con estensione TXT nel modo seguente: , 0 380, 0 400, 0 405, 0 410, 1E-6.,, 765, E-4 770, E-4 775, E-4 780, E-4 dove il numero nella prima riga è il numero di dati spettrali e le coppie di numeri sulle righe successive sono la lunghezza d onda e il corrispondente valore radiometrico spettrale. Il file relativo al fattore di riflessione spettrale della tavoletta bianca certificata, espresso su scala decimale o %, è memorizzato in uguale formato. Nel primo caso occorre selezionare direct per accedere alla selezione del file. Nel secondo caso occorre selezionare Reflected light from a Standard White tile per accedere alla selezione del file relativo al fattore di riflessione spettrale della tavoletta certificata R s (λ), mentre si seleziona il file relativo alla distribuzione spettrale di potenza della luce riflessa P e (λ) nello stesso menù a cascata usato nel primo caso. Il programma considera che la tavoletta bianca non riflette completamente la luce che la illumina, e calcola la vera distribuzione spettrale di potenza della sorgente di luce in esame facendo il rapporto P e (λ)/r s (λ). Questo modulo, selezionando Non selfluminous colour, calcola anche la specificazione del colore di superfici illuminate (sottoparr e 6.3.7), il cui fattore di riflessione spettrale è noto, espresso su scala decimale o %, e memorizzato su file ASCII con estensione TXT nel modo seguente: , , , , , , , , , , , , , , ,

14 dove il numero nella prima riga è il numero di dati spettrali e le coppie di numeri sulle righe successive sono rispettivamente la lunghezza d onda e il corrispondente fattore di riflessione spettrale. In questo caso è richiesto anche di scegliere un illuminante. Sia per sorgenti di luci e sia per corpi non autoluminosi, il calcolo richiede la scelta di un osservatore, che può essere il CIE 1931, il CIE 1964 o l osservatore di Vos. Modulo 13: CIE Systems Il modulo permette il passaggio tra tutti i sistemi colorimetrici della CIE (X, Y, Z), (Y, x, y), (L*, a*, b*), (L*, h ab,c ab *), (L*, u*, v*), (L*, h uv, C uv *) (sottopar ) e rappresenta a monitor i colori per tutti gli osservatori standard e gli illuminanti standard e raccomandati. Per l osservatore CIE 1931 viene proposta anche la temperatura di colore prossimale T cp. Modulo 14: Chromaticity diagrams Per molto tempo l attenzione della comunità scientifica si è rivolta alle scale dei diagrammi di cromaticità con lo scopo di proporne uno a scale uniformi. Si rappresentano gli 11 diagrammi di cromaticità più significativi relativi all osservatore CIE 1931 con la possibilità di graficare su questi le ellissi di MacAdam, del luogo Planckiano, della regione RGB del monitor in uso e del reticolo xy sovrapposto. Modulo 15: VOS observer L osservatore di Vos è presentato nel sottoparagrafo Esso è ottenuto dall osservatore CIE 1931 con la correzione di un errore sistematico nella regione delle corte lunghezze d onda. Questo osservatore è usato dai fisiologi, e per esso sovente sono usate le coordinate del sistema di riferimento fondamentale (L, M, S). Sono possibili il passaggio tra diversi sistemi di coordinate (X, Y, Z ), (Y,, x, y ), (L, M, S), (Y, l, m), la graficazione di queste coordinate e la visualizzazione del colore. Modulo 16: Dominant wavelength and purity La specificazione della cromaticità mediante lunghezza d onda dominante e purezza è presentata nel sottoparagrafo Queste coordinate sono poste in corrispondenza alle coordinate preimpostate (x,y) CIE 31, o (x 10, y 10 ) CIE 64 o (x, y ) di Vos. Modulo 17: Tristimulus space transformation Scelto un osservatore, CIE 31, CIE64 o Vos, e specificati rispetto al riferimento XYZ tre stimoli indipendenti A, B e C, questo modulo fornisce le matrici di trasformazione tra il primo sistema di riferimento XYZ e quello ABC (par. A1.5 e sottopar ). Oltre alla scelta dei primari deve essere specificato uno stimolo per definire il rapporto tra gli stimoli primari, nominato neutral source, che in generale è lo stimolo (A + B + C). Il modulo visualizza le funzioni colorimetriche nel nuovo riferimento e mette a confronto i diagrammi di cromaticità nei due sistemi di riferimento. Modulo 18: ΔE Questo modulo calcola la differenza di colore secondo le formule CIE 1976 (equazione 6.52), CIE 94, CIEDE2000 e CMC (sottopar ) a partire dalle riflettanze, o dalle trasmittanze, spettrali scritte come i file richiesti dal modulo Colour 14

15 specification. Una volta scelti alcuni file di dati spettrali se ne seleziona una coppia e per questa si calcolano le differenze di colore. Selezionando altre coppie si calcolano le differenze di colore anche di queste. I calcoli sono possibili per tutti gli osservatori e gli illuminanti. Modulo 19: Colour rendering index L indice di resa del colore è presentato nel paragrafo La qualità di una sorgente di luce nella resa dei colori avviene convenzionalmente per confronto con una sorgente di uguale temperatura prossimale di colore e spettro di tipo planckiano per temperatura di colore prossimale inferiore a 5000 K e di tipo daylight per temperatura prossimale uguale o superiore a 5000 K. Si calcola l indice di resa del colore di ogni colore-test R i e l indice di resa del colore complessivo R a. Questi indici hanno come valore massimo 100, corrispondente alla resa del colore della sorgente di confronto. Si calcola anche l indice di resa del colore senza tenere conto dello spostamento colorimetrico prodotto dall adattamento. La distribuzione spettrale di potenza delle sorgenti in esame deve essere memorizzata su file ASCII con estensione TXT, secondo la forma indicata nella descrizione del modulo Colour specification. A2.3.7 Spettri degli illuminanti di riferimento {Reference illuminant spectra} Modulo 20: Black body and daylight spectra L indice di resa del colore (par. 10.3) è definito sul confronto con l illuminante del tipo planckiano per temperatura di colore prossimale inferiore a 5000 K e di tipo daylight per temperatura prossimale uguale o superiore a 5000 K. La distribuzione spettrale di potenza degli illuminanti di riferimento è tabulata solo per alcune temperature (A, D50, D55, D65, D75). Questo modulo genera gli spettri di questi illuminanti per ogni temperatura di colore prossimale T c compresa tra 800 e K. L illuminante del tipo daylight è definito solo per T c > 4000 K. Gli spettri generati sono posti a confronto su grafico ed è possibile memorizzarli su file. A2.3.8 Sintesi dei colori Schematizzando, la sintesi dei colori avviene in due modi: in sintesi additiva e in sintesi sottrattiva. Tali modi sono qui entrambi considerati. Particolare attenzione è posta alla sintesi sottrattiva dovuta a pigmenti. Modulo 21: RGB monitor additive synthesis Questo è un modulo per la visualizzazione a monitor del colore prodotto in sintesi additiva da una terna di segnali E R, E G e E B, operanti sui colori primari del monitor in uso. Modulo 22: Screen plate printing Questo modulo propone i colori realizzabili in accordo con le equazioni di Neugebauer considerando gli inchiostri standard CEI sotto l illuminante D65 e gli inchiostri ideali 15

16 sotto gli illuminanti standard e raccomandati CIE (par 11.4). L osservatore considerato è il CIE I colori sono proposti in tavole con campioni disposti secondo un sistema di coordinate cartesiane. In ascissa e in ordinata sono riportati i ricoprimenti percentuali del pixel (passo 10%) dovuti a due inchiostri. Il ricoprimento percentuale del terzo inchiostro viene scelto con passo percentuale dell 1%. I campioni di colore non proposti sono irrealizzabili col monitor in uso. L operatore procede scegliendo: i due inchiostri, i cui ricoprimenti percentuali del pixel con passo 10% sono riportati in ordinata e in ascissa; il tipo di inchiostri, ideali o standard CEI; l illuminante, nel caso di inchiostri ideali; il ricoprimento percentuale del pixel dovuto al terzo inchiostro con passo 1%; il modo di proporre campioni di colore contigui, con separazione o senza separazione (in questo modo si evidenzia il fenomeno del contrasto simultaneo). Modulo 23: Two-pigment mixture Si propone la sintesi sottrattiva dei colori in cui il fattore di riflessione spettrale di uno strato colorato con pigmenti è ottenuto col modello a due flussi di Kubelka-Munck (parr. 2.3 e 11.3). Si considera così il solo effetto dovuto ai pigmenti all interno dello strato colorato. Lo scopo dell esercizio è di evidenziare come il fattore di riflessione spettrale e il colore cambino al variare del rapporto di miscelazione di due soli pigmenti. Per questo scopo l effetto superficiale di cui tiene conto la correzione di Saunderson può essere ignorato. L operatore deve scegliere una coppia di pigmenti tra i 28 proposti (nella finestra di scelta i pigmenti sono proposti in miscela al 50% col pigmento bianco). L esercizio avviene sotto l illuminante D65 e per l osservatore standard CIE Altre scelte non aggiungerebbero valore all esperienza. Si ottengono 11 campioni di colore corrispondenti alle miscelazioni dei due pigmenti scelti in rapporti percentuali multipli di 10. Se i colori non sono realizzabili col monitor in uso essi sono simulati e messi in evidenza. Sono inoltre proposti i fattori di riflessione spettrale, i log ( S( λ) K( λ) ) e le cromaticità (x,y) sul diagramma CIE Modulo 24: Four-pigment mixture Si propone la sintesi sottrattiva dei colori in cui il fattore di riflessione spettrale di uno strato colorato con pigmenti è ottenuto col modello a due flussi di Kubelka-Munck e correzione di Saunderson (parr. 2.3 e 11.3). L operatore deve scegliere 4 pigmenti (nella finestra di scelta i pigmenti sono proposti in miscela al 50% col pigmento bianco). I colori delle miscele di questi 4 pigmenti sono proposti su un diagramma a coordinate baricentriche per ogni fissata concentrazione del quarto pigmento. La riproduzione del colore dipende: dall osservatore; dall illuminante; 16

17 dall indice di rifrazione del veicolo in cui sono posti i pigmenti; dalla geometria di misurazione del fattore di riflessione, che si suppone misurata con sfera d integrazione, e può essere con componente speculare inclusa o esclusa. L operatore può verificare visivamente l effetto delle variazioni sulla geometria di misurazione, dell illuminante e dell indice di rifrazione del veicolo. A2.3.9 Strumenti {Tools} Il programma ha alcuni moduli che sono strumenti per la visione, la graficazione e la copia di file esistenti nel database del programma, o di altri file di dati in formato TXT dell utente, e la visione di calcoli fatti e memorizzati in formato.cvc. Modulo 25: Spectral data view and download è il modulo che permette la graficazione e la memorizzazione come file di testo di dati spettrali contenuti nel database (tutti questi file sono contenuti nel database con passo di 1nm, ottenuti per interpolazione di Lagrange dai dati ufficiali con passo di 5nm): gli illuminanti standard con nome Ill_nome, le riflettanze utili per il calcolo dell indice di resa del colore con nome RIFLETT_CRI_numero), le funzioni colorimetriche CIE 1931 (CMF_CIE31), CIE 1964 (CMF_CIE64) e di Vos (CMF_VOS); e altri file spettrali propri dell utente, purché file di testo scritti come i file richiesti nel modulo Colour specification. Questo modulo permette la costruzione anche dei pesi ottimizzati {weighted colour-matching functions, weights or adjusted values}, definiti nel sottoparagrafo 6.3.7, per tutti gli osservatori e gli illuminanti considerati da usarsi con dati spettrali (riflettanze o trasmittanze) misurati con passo di 10 nm o di 20 nm. I file hanno in prima riga un numero uguale al numero di righe che seguono, poi consistono di dati su quattro colonne: nella prima colonna da sinistra c è la lunghezza d onda, nella seconda la componente X, nella terza la Y e nella quarta la Z. Modulo 26: Saved file opening Questo modulo permette di rivedere le schermate salvate in formato.cvc relative al risultato di un calcolo e con la visualizzazione dei colori. Modulo 27: Database look-up Questo è il modulo che permette di vedere e copiare tutti i file contenuti nel database, che sono, oltre ai file delle funzioni colorimetriche, degli illuminanti e delle riflettanze per il calcolo dell indice di resa del colore, file relativi ai tre atlanti considerati (Munsell rinotato, DIN e OSA-ucs), spettri di monitor tricromatici (CRT e LCD) e altre riflettanze usate nel programma come esempio. È possibile copiare questi file e usarli come file ASCII o direttamente in EXCEL. Affinché il programma continui a funzionare correttamente si deve evitare: 17

18 di cambiare il nome del database, di cambiare il nome delle tabelle del database, di modificare la struttura, i campi e i valori nelle tabelle del database, di aggiungere tabelle. Le tabelle presenti nel database sono aggiornate al Le tabelle riportate nel testo e quelle estraibili dal database del software allegato sono riprodotte con l autorizzazione della Commission Internationale de l Éclairage (CIE), Central Bureau, Kegelgasse 27, A-1030 Vienna/Austria (ciecb@cie.co.at). Parte delle tabelle pubblicate dalla CIE sono reperibili nel sito web della CIE ( e nella CIE Publication N. 15:2004, Colorimetry, 3rd Edition. Molte di queste e altre tabelle si trovano nel sito Nel CD allegato al libro è presente una cartella con i file originali con passo in lunghezza d onda di 5nm delle funzioni colorimetriche CIE 1931, CIE 1964 e Vos, delle funzioni di efficienza luminosa relativa V(λ), V (λ), V M (λ) e V 10 (λ), e degli illuminanti standard della CIE. 18