Colorimetria. La caratteristica della luce che genera in noi la sensazione del colore è la sua distribuzione energetica spettrale

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1 Colorimetria La caratteristica della luce che genera in noi la sensazione del colore è la sua distribuzione energetica spettrale Bibliografia: Giusti Federico Principi di colorimetria e riproduzione del colore

2 Il colore è definito da Tinta: cromatismo Saturazione: es: cromatismo + bianco Luminosità: es: cromatismo + nero

3 I colori primari additivi (RGB): non possono essere ottenuti come somma di altri colori; la loro composizione fornisce il più ampio ventaglio di tinte possibili; la somma dei loro fasci di uguale intensità dà il bianco. Esiste una terna in grado di soddisfare tutte queste caratteristiche e è quella costituita dalle seguenti tre luci monocromatiche: Rosso (700 nm) R Verde (535 nm) G Blu (400 nm) B

4 I colori primari sottrattivi (CMYK): la più ampia gamma di tinte è ottenibile anche partendo dalla terna costituita dai complementari dei tre primari additivi, ossia: Ciano C Magenta M Giallo Nero K Y sono i colori usati nella stampa in quadricromia con l' aggiunta del I colori primari per addizione possono dare il bianco I colori complementari per sottrazione possono dare il nero

5 Sintesi additiva, sintesi sottrattiva La composizione additiva dei colori (sintesi additiva) si può ottenere sommando fasci di luce di luce con differenti quantità di energia a diverse lunghezze d'onda sintesi additiva sintesi sottrattiva La composizione sottrattiva dei colori (sintesi sottrattiva) si ottiene con un fascio di luce dal quale siano rimosse, cioè assorbite, differenti quantità di energia a diverse lunghezze d'onda. Es: illuminiamo con radiazioni di tutto lo spettro visibile (luce bianca). Mescolando pigmenti blu e gialli accade che quelli blu assorbono soprattutto il rosso, l'arancio e il giallo quelli gialli assorbono soprattutto il blu e il violetto quindi il colore emergente sarà l'unico non sottratto, ossia il verde

6 Nell osservazione di un oggetto in retrodiffusione, la sensazione del colore è generata da 1. le caratteristiche della luce incidente: la sua distribuzione energetica spettrale 2. le caratteristiche del materiale colorato: il suo assorbimento spettrale selettivo

7 Nota Molte delle considerazioni fatte sulla colorimetria trovano applicazione in campo informatico: tutti i programmi in commercio riguardanti la grafica e la rielaborazione delle immagini offrono varie possibilità di scelta dei colori. Tra i metodi (numerici) più usati ci sono quelli RGB e CMYK. In RGB i diversi valori di luminosità delle luci primarie rosso, verde e blu vengono combinati per ottenere i colori sul monitor. Il programma assegna ad ogni pixel un valore che va da 0 (nero) a 255 (bianco) per ciascuna delle componenti RGB. Quando i valori delle tre componenti sono uguali, il risultato è una tonalità di grigio. In particolare se sono tutti e tre uguali a 255 si ottiene il bianco. CMYK si basa invece sul principio della quadricromia ed è quindi utilizzato nella fase di stampa: ad ogni pixel di una immagine viene assegnato un valore percentuale per ciascun inchiostro di stampa. Il bianco si ha quando tutte le componenti hanno valore 0%.

8 Definire un colore assegnando dei numeri Diagramma di cromaticità CIE 1931 Contiene tutte le cromaticità (tinte) possibili: i punti del contorno curvo rappresentano i colori monocromatici puri (saturi), dal violetto al rosso; la base rettilinea inferiore rappresenta dei colori saturi non monocromatici (i porpora e magenta, cioè i colori non spettrali non contenuti nell arcobaleno, che nascono dalla mescolanza di luci blu e rossa). Spingendosi verso l'interno della figura diminuisce la saturazione: i colori si mescolano e sbiadiscono andando verso la zona centrale che rappresenta il bianco. Il diagramma di cromaticità CIE 1931 Il diagramma individua la tinta e la saturazione. Per questo bastano due coordinate (x y) Nel sistema CIE ogni colore viene allora contraddistinto dalle due coordinate x e y + la luminosità Y

9 Es.: rosso cadmio : 0,53; 0,34; (0,208)

10 Le coordinate Yxy nel diagramma di cromaticità CIE 1931 Colorimetria tristimolo Lo stimolo dipende da: l emissione della sorgente; lo spettro di riflessione; le curve di percezione [ x( ), y( ), y( ) ] I tre stimoli sono descritti dalle coordinate normalizzate x, y, z che combinano tinta e saturazione. Essendo normalizzate, ne bastano due, ed esempio x e y, per dare una descrizione dello stimolo complessivo. Sappiamo inoltre che la curva Y è equivalente alla luminosità (Y è lo stimolo nel verde non normalizzato che ben rappresenta la curva di sensibilità dell occhio). Si può quindi definire un colore nello spazio Yxy delle sue coordinate di cromaticità

11 Il BIANCO Il bianco è un colore, ed infatti è possibile definire il colore di una superficie bianca attraverso le sue coordinate. Il bianco è la percezione che si forma quando una superficie produce una saturazione molto bassa e una luminosità elevata IL GRADO DI BIANCO È indice di misura della percentuale di luce riflessa dalla superficie del foglio di carta alla lunghezza d onda pari a 457 nanometri che definisce una dominante cromatica (blu) nella percezione del bianco. Il grado di bianco viene incrementato con pigmenti con sostanze incolori ma anche fluorescenti (cioè che trasformano le radiazioni ultraviolette in radiazioni azzurre) detti sbiancanti ottici. BIANCHEZZA (WHITENESS) Il bianco di una superficie può essere espresso numericamente attraverso la bianchezza, una proprietà colorimetrica ricavata dalle misure tricromatiche della superficie, che fa quindi riferimento all intero spettro visibile e penalizza un eventuale dominante cromatica In pratica converrebbe rappresentare il bianco con un solo numero. Formula CIE per il calcolo della bianchezza con illuminante D 65 (corpo nero a 6500 C): W = Y (x 0 - x) (y 0 - y) W = Whiteness Y = valore tristimolo di luminosità della carta; x, y = coordinate cromatiche dell oggetto nello spazio CIE con illuminante D 65 ; x 0 ; y 0 = coordinate cromatiche dell illuminante D 65 e sono: x 0 = 0,3138, y 0 = 0,3310 La bianchezza W dipende dalla luminosità Y e dalla relazione di colore 800 (x 0 - x) (y 0 - y), che descrive uno scostamento dal bianco che sarà <0 se il campione di carta è giallo-rossastro e >0 se il campione di carta si avvicina alla tonalità verde-bluastra.

12 Le coordinate Lab nello SPAZIO COLORE CIE L*a*b* Oggi lo spazio colorimetrico CIE Lab consiste nel disporre tutti i colori in modo ordinato all interno di uno spazio a tre dimensioni e di definirlo usando le coordinate di questo spazio. La lettera L* indica la luminosità del colore, ovvero quanto il campione misurato tende ad avvicinarsi al nero (L=0) od al bianco (L=100) L asse a* stabilisce quanto un colore tende al rosso od al verde L asse b* invece quanto un colore tende al al giallo od al blu. Possiamo considerare quindi i valori di a*, b* come le due coordinate che ci permettono di identificare una precisa tinta e saturazione. In sintesi: Il colore può essere identificato con tre attributi: luminosità (valore di L lungo l asse verticale): definita dal valore L espresso direttamente dal sistema CIE Lab ed il suo valore è compreso fra 0 e 100; tinta (angolo partendo dal rosso): Sullo spazio CIE Lab tutte le tinte ruotano sulla circonferenza come le lancette di un orologio. Partendo dalla posizione del rosso e ruotando in senso antiorario, noteremo : - da 0 a 90 i colori rossi; - da 90 a 180 i colori verdi; - da 180 a 270 i colori blu; -da 270 a 360 i viola. In questo modo, possiamo associare l angolo in gradi con una ben determinata tinta, e questo valore viene definito Hue angle (angolo di tinta). saturazione (distanza dal centro): Più una tinta si distanza dal centro del piano, maggiore sarà la sua saturazione; Le combinazioni di tinta e saturazione sono definite dai valori a* b*.

13 LA DIFFERENZA DI COLORE ( E): È la differenza cromatica e rappresenta la distanza nello spazio cromatico tra due colori. Per avere una misurazione oggettiva, bisogna affidarsi alla misurazione di uno spettrofotometro. Il sistema CIE Lab posiziona un colore campione di riferimento in un punto ben definito dello spazio, ed il colore da noi prodotto in un altro punto. Sarà sufficiente quindi misurare la distanza geometrica (Pitagora) tra i due punti di colore e, fissata una certa tolleranza ( di solito E ± 3), se i punti coincidono i colori saranno uguali, se i punti non coincidono i colori saranno diversi e la loro diversità sarà quantificata dalla loro distanza δe = δ(l ) 2 +δ(a ) 2 +δ(b ) 2

14 LO SPETTROFOTOMETRO Gli spettrofotometri sono utilizzati per determinare la curva di riflessione spettrale di un oggetto. L'oggetto della misura è solitamente illuminato con una luce artificiale che riproduce la luce diurna. La luce riflessa dall'oggetto è convogliata ad un monocromatore (analizzatore di spettro). Un reticolo di diffrazione all'interno del monocromatore scompone la luce riflessa dal campione nelle sue singole lunghezze d'onda comprese fra 360 e 700 nanometri (nm). L'intensità della luce riflessa alle singole lunghezze d'onda è misurata da una batteria di fotodiodi per determinare il fattore di riflessione spettrale dell'oggetto (R%). Il software elabora questi dati mostrando sul computer i valori di riflessione spettrale con un passo di 5 o 10 nm o in maniera grafica per mezzo delle cosiddette curve di riflettanza.