CHE COS È IL COLORE? Colore - X 10 Y 8 Z 35

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1 CHE COS È IL COLORE? Il colore nasce dalla luce. La luce che colpisce un oggetto viene parzialmente assorbita a seconda del colore. La parte non assorbita viene riflessa e trasmessa ai recettori cromatici all interno dell occhio umano. Questi ultimi trasformano la luce assorbita in impulsi che percorrono le vie nervose fino a raggiungere il cervello, dove vengono interpretati: nasce così un impressione cromatica. Dal punto di vista prettamente biologico il colore si genera pertanto nell occhio dell osservatore e costituisce un impressione sensoriale. A proposito di impressione sensoriale: ciascun individuo "percepisce" il colore in modo differente. Tale fenomeno non è riconducibile solamente al fatto che non esistono mai due occhi uguali tra loro. Anche l interpretazione del colore varia infatti da individuo ad individuo. Perfino la stessa persona può percepire differentemente il colore in momenti diversi ed in base allo stato d animo. Il colore stesso può pertanto generare sensazioni differenti. Alcuni individui percepiscono i colori a prescindere dalla luce. È questo ad esempio il caso di una particolare forma di sinestesia, la percezione uditiva dei colori, che consente di abbinare suoni, armonie o musica a determinati colori: solitamente i suoni più alti a tonalità chiare, quelli bassi a tonalità scure. Colore - X 10 Y 8 Z 35 Luce Occhio Cervello 1

2 COME SI DEFINISCE UN COLORE? Per definire un colore si ricorre a tre parametri: il tono cromatico, anche detto tinta, la saturazione (o croma) e la luminosità. Tali valori consentono di caratterizzare ciascun colore in considerazione del tipo di luce. Punto di partenza è la colorimetria. Diversi toni cromatici vengono disposti in senso orario all interno di una ruota dei colori o ruota cromatica partendo dal giallo e passando per l arancione, il rosso, il viola, il blu, l indaco ed il verde e ritornando infine al giallo. La luminosità consente di distinguere tra toni cromatici più scuri e più chiari. Quando la saturazione di un tono cromatico diminuisce, quest ultimo è meno brillante. Se invece la saturazione corrisponde al valore zero si parla di colore acromatico. A seconda della luminosità il nero, il bianco e tutti i toni di grigio tra essi compresi sono pertanto colori acromatici. Colore - X 12 Y 19 Z 20 Luminosità Chroma Tono 2

3 COME SI FA A STANDARDIZZARE LA DESCRIZIONE DEL COLORE? Senza luce non esiste il colore. La luce percepibile dall occhio umano è costituita da radiazioni elettromagnetiche caratterizzate da lunghezze d onda comprese circa tra 400nm (violetto) e 700nm (rosso). Quando la radiazione luminosa colpisce un oggetto colorato la luce incidente viene parzialmente assorbita, mentre la restante parte viene riflessa. Nel caso di un oggetto rosso, ad esempio, è principalmente la parte rossa dello spettro visibile ad essere riflessa; il resto viene assorbito e trasformato in calore. La colorimetria utilizza la percentuale della luce incidente che è stata riflessa (%R) compresa nell'intervallo del visibile ( nm) per descrivere il colore dell'oggetto. Applicazioni particolari quali la misurazione della fluorescenza, del bianco ed i colori mimetici prendono in considerazione anche le radiazioni UV ( nm) e NIR ( nm). Ciascun oggetto colorato viene pertanto definito da una curva di riflettanza, similmente alle impronte digitali nell uomo. Quando le funzioni dell'osservatore standard sono combinate con la funzione di distribuzione spettrale SPD dell'illuminante e la curva di riflessione spettrale dell'oggetto, si ottiene un set di tre valori (i valori di Tristimolo) che rappresentano il colore percepito dell'oggetto. Colore - X 25 Y 31 Z 68 Illuminanti standard Oggetto Colorato Valori Tristimolo Osservatori Standard 3

4 A COSA SERVONO GLI SPAZI COLORE? Immaginatevi di voler acquistare una partita di magliette in una particolare gradazione di verde e di dover descrivere per telefono al fornitore l esatto colore che deve produrre. Pensate davvero che le magliette saranno del colore giusto? Molto probabilmente no. Abbiamo quindi bisogno di utilizzare dei modelli chiamati appunto spazi colore - che consentano di descrivere e classificare in modo inequivocabile ciascun colore. Per anni si è tentato di trovare uno spazio cromatico facilmente interpretabile ed equidistante in tutti i settori cromatici, con la conseguente comparsa di svariati sistemi. Qui di seguito vengono citati i principali sistemi di cui si serve la colorimetria moderna. Per caratterizzare i colori si è fatto ricorso in principio ai valori di tristimolo CIE X, Y, Z. Si è soliti descrivere la grandezza X come lo stimolo a cui è sottoposto l'osservatore nella regione rossa del visibile, Y quella verde e Z quella blu. Il valore di tristimolo Y rispecchia inoltre con altrettanta efficacia l impressione di luminosità. E' utile visualizzare i valori di croma e di tinta (Chroma e Tono) in un diagramma a luminosità costante. Per realizzare tale tipo di grafico le coordinate di cromaticità CIE x e y, calcolate a partire dai valori di tristimolo, sono riportate su un diagramma cartesiano con assi x e y. Il sistema cromatico CIE L*a*b* costituisce un miglioramento dello spazio CIE X,Y,Z. In tale spazio colore vengono derivate, a partire dai valori di tristimolo CIE, tre coordinate identificate dalle lettere L* (luminosità), a* (asse verde-rosso), b* (asse giallo-blu). In alternativa è possibile descrivere il colore per mezzo delle coordinate equivalenti L* (luminosità), C* (croma/saturazione) e h (tonalità/tono cromatico). Il valore della luminosità L* può essere compreso tra 0 = nero e 100 = bianco. Valori +a* positivi rappresentano toni cromatici rossi, valori -a* negativi rappresentano invece toni verdi. Valori +b* positivi rappresentano toni cromatici gialli, valori -b* negativi rappresentano invece toni blu. Il valore della saturazione (C*) è prossimo a 0 per i toni pressoché acromatici ed aumenta con l'aumentare della brillantezza. Il valore di h compie una circonferenza in senso antiorario partendo dal rosso e formando un angolo di 0 con il semiasse positivo di a*, passando per il giallo a 90, attraverso il verde a 180 ed il blu a 270 e quindi tornando al rosso per una rotazione completa. Per esempio un arancione chiaro e brillante potrebbe pertanto essere espresso dai valori L*= 70; C* = 56,6; h=45 o L*= 70; +a*= 40; +b*= 40. Di seguito sono riportate le immagini illustrative 4

5 Colore - X 11 Y 18 Z 17 CIE 1931 Schema Cromatico Spazio CIELAB Coordinate CIELAB 5

6 CHE COS È IL METAMERISMO? Ciascuno di noi conosce il fenomeno per cui un oggetto colorato osservato sotto una determinata sorgente di luce come la luce diurna, presenta un colore diverso da quello visto sotto un altra sorgente come ad esempio la luce di una lampadina ad incandescenza. Tale mutamento cromatico, caratteristico di quasi tutti gli oggetti colorati, viene spesso erroneamente definito metamerismo. Ma che cos è in realtà il metamerismo? Il metamerismo può essere spiegato in termini di variazioni dei valori di tristimolo (X,Y e Z), che quantificano la percezione del colore. Due campioni sono uguali sotto una determinata sorgente di luce quando i relativi valori XYZ sono identici per quel particolare illuminante. Tale condizione è sempre soddisfatta sotto tutti gli illuminanti nel caso di campioni identici caratterizzati da curve di riflettanza uguali. I campioni metamerici presentano invece curve di riflettanza diverse. Ne consegue che tali campioni possono avere valori di tristimolo XYZ uguali sotto un certo illuminante ed apparire uguali, ma al mutare dell' illuminante, valori XYZ diversi ed apparire dunque diversi fra loro. Colore - X 63 Y 62 Z 14 Diurna Luce Artificiale 6

7 CHE COSA SONO LE DIFFERENZE CROMATICHE? Numerose industrie che eseguono processi di tintura devono consegnare prodotti dello stesso colore ed aspetto, riducendo al minimo eventuali differenze rispetto all originale o allo standard. Nella pratica è impossibile riprodurre il colore di un prodotto con una precisione assoluta. All'interno del medesimo campione si possono avere differenze cromatiche minime spesso non percepibili ad occhio nudo. E' dunque auspicabile un metodo di quantificazione numerica di tali differenze. Colore - X 28 Y 42 Z 15 Referenza Campione Differenza Colore = DE* 7

8 CHE COSA SONO LE TOLLERANZE CROMATICHE? Sebbene nessuna coppia di campioni presenti valori cromatici identici al 100%, i fornitori sono tenuti a consegnare prodotti caratterizzati da una precisione cromatica in grado di soddisfare le esigenze di qualità dell acquirente. È inoltre noto che la percezione umana del colore è estremamente soggettiva. Per tale motivo è importante che fornitori ed acquirenti concordino con l ausilio della colorimetria tolleranze cromatiche, ovvero differenze di colore massime nel cui range i prodotti vengano comunque accettati. È possibile stabilire tolleranze di colore all interno di tutti i sistemi cromatici, p.es. nel sistema CIE xyy o nel più diffuso sistema CIE L*a*b*. Lo svantaggio dei sistemi tradizionali consiste tuttavia nel fatto che questi ultimi non sono equidistanti sul piano visivo. Che cosa vuol dire? Nell ambito del sistema CIE L*a*b* si potrebbe per esempio stabilire che per tutti i colori venga accettata una differenza cromatica massima di DE*=1. Confrontando diverse coppie di campioni colorati contraddistinte da una differenza di colore misurata pari a DE*=1 si constaterà tuttavia che de*=1 rappresenta una differenza cromatica decisamente accettabile per toni di giallo o verde brillanti, mentre corrisponde ad un altro colore inaccettabile- nel caso di colori acromatici o grigi. La medesima differenza matematica pari a 1 non rispecchia pertanto la nostra sensazione visiva. Per evitare di dover stabilire tolleranze cromatiche per ciascun colore all interno del sistema CIE L*a*b* sono state elaborate numerose nuove formule di tolleranza che consentono di correggere il deficit di equidistanza del sistema stesso. Attualmente, le formule di tolleranza maggiormente diffuse e pubblicate sono la formula CMC e la CIE 94, sebbene vengano sempre più spesso sostituite da trasformazioni più recenti, come p.es. la DIN99 o la CIE La necessità di correggere il sistema CIE L*a*b* ha ad esempio indotto la catena di negozi Marks & Spencer a mettere a punto una formula di tolleranza propria (M&S89) ed ad imporne l applicazione ai fornitori. Colore - X 46 Y 45 Z 7 Tolleranze Rettangolari Tolleranze Cilindriche Tolleranze di Accettabilità 8

9 CHE COS È UNO 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. Colore - X 43 Y 36 Z 7 Sorgente di luce Monocromatore Risultato di una misura colorimetrica 9

10 CHE COS È LA MESCOLANZA CROMATICA? Si distinguono due principali tipi di mescolanza cromatica: la mescolanza cromatica additiva e quella sottrattiva. La legge di Mescolanza Cromatica Additiva fu usata per la prima volta nel 1860 da Maxwell. Il termine additivo intende sottolineare come sia possibile produrre qualsiasi colore mescolando in proporzioni diverse luci di colore rosso, verde e blu (R, G, B: Red, Green, Blue). Se infatti si mescolano in misura uguale le tre luci rossa, verde e blu si otterrà luce bianca. La mescolanza cromatica additiva trova impiego soprattutto nei settori dell elaborazione elettronica di mmagini e della tecnologia televisiva dove fosfori luminosi rossi, verdi e blu sono disposti sullo schermo. I minuscoli punti luminosi variamente colorati non sono distinguibili singolarmente e l'osservatore percepisce un colore dovuto ad una una mescolanza cromatica additiva. Coloranti e pigmenti sono generalmente usati per colorare i materiali. Se si mescolano in misura uguale sostanze coloranti dei tre colori primari ciano, magenta e giallo (C, M, Y: Cyan, Magenta, Yellow) si otterrà il colore nero. Si parla in questo caso di mescolanza cromatica sottrattiva perché coloranti e pigmenti assorbono parte della luce incidente e dunque la sottraggono dalla luce riflessa. Aggiungendo del colorante il materiale diviene più scuro. La mescolanza cromatica sottrattiva viene impiegata per la riproduzione del colore nei settori della fotografia e della stampa, nonché per colorare materiali quali stoffe, plastica, carta o vetro. Colore - X 59 Y 55 Z 10 Miscela additiva Miscela sottrattiva 10

11 CHE COS È IL BIANCO? Anche il bianco è a tutti gli effetti un colore. Anche se acromatico il bianco può essere misurato colorimetricamente. Il bianco ideale dovrebbe riflettere nello spettro compreso tra 400 e 700 nm la totalità della luce incidente. Un "bianco ideale" siffatto è tuttavia un'entità puramente teorica. Il solfato di bario, in passato uno standard di bianco ampiamente diffuso, è contraddistinto da una riflettanza media pari "appena" al 98% nello spettro visibile. La "bianchezza", ovvero il grado di bianco di un materiale, rappresenta un criterio di qualità per numerosi materiali tipicamente bianchi, quali la carta o i tessuti. La bianchezza di un materiale può avvicinarsi molto ad un bianco ideale per mezzo di un candeggio che permetta la distruzione dei pigmenti colorati che assorbono la luce. Tuttavia per ottenere un bianco "splendente" si ricorre a sbiancanti ottici. Questi ultimi, presenti anche in prodotti comunemente utilizzati nella vita di tutti i giorni, come ad esempio detersivi o dentifrici, hanno la proprietà di assorbire la radiazione luminosa nello spettro UV (< 400 nm) non percebile ad occhio nudo e di restituirla quindi come luce supplementare nel range spettrale visibile dall occhio umano (compreso fra 400 e 700 nm). I materiali sottoposti a trattamento con sbiancanti ottici sono pertanto in grado di raggiungere valori di riflettanza >100% e risultano dunque di un bianco "splendente". In colorimetria si ricorre solitamente ad un unico valore per quantificare il grado di bianco di un campione. Sebbene a tale scopo vengano utilizzate diverse formule, come il grado di bianco CIE, Berger o Ganz-Griesser, tutte le valutazioni del bianco condotte su materiali sottoposti a trattamento con sbiancanti ottici dipendono direttamente dall energia UV della sorgente luminosa dello strumento di misura. Fluorescenza Colore - X 22 Y 17 Z 9 "Bianco" curve di R% effetto alla riflettanza 11

12 CHE COS È LA GEOMETRIA DI MISURAZIONE? Il colore percepito di un campione dipende anche dall angolo di incidenza della luce e da quello di osservazione. Tali aspetti vanno considerati e definiti anche nell ambito della tecnica di misurazione e degli spettrofotometri impiegati. Si parla pertanto della geometria di misurazione applicata nello spettrofotometro. In spettrofotometria si distingue principalmente in illuminazione diffusa (d) prodotta da una lampada flash e da una sfera di integrazione e illuminazione diretta ad un preciso angolo di incidenza (ad esempio 0 oppure 45 ). La riflettanza viene sempre misurata con un determinato angolo di osservazione- 0, 8 o 45. Diverse geometrie di misurazione sono state sviluppate per le diverse applicazioni. L industria della carta ricorre solitamente ad una geometria di misurazione d/0 mentre il settore tessile e plastico a quella d/8. L industria grafica preferisce l'uso di una geometria 0/45 o 45/0. 0/45 and the 45 /0 Diffuse/8 e diffuse/0 Colore - X 40 Y 26 Z 21 Geometrie Geometrie 12

13 QUALI FATTORI INFLUENZANO LA MISURAZIONE DEL COLORE? I moderni spettrofotometri sono strumenti di misurazione ad alta precisione, in grado di fornire risultati estremamente affidabili e sempre riproducibili. Uno strumento di misura non si lascia trarre in inganno, diversamente da quanto spesso accade all occhio umano. Osservate la figura sopra per rendervi conto dell'effetto dello sfondo su due rettangoli grigi di identico colore. Nonostante l elevata precisione degli spettrofotometri la misura del colore può essere influenzata negativamente da fattori quali temperatura, umidità e preparazione dei campioni. Temperatura e umidità dei campioni devono essere dunque controllate ed è necessario mettere a punto una procedura di preparazione dei campioni riproducibile per evitare errori di misura. Ciò implica quindi un condizionamento dei campioni prima della misura alla temperatura e grado di umidità costante. La figura a destra mostra come una differenza di temperatura di 10 C possa far variare il colore di un campione significativamente. Colore - X 13 Y 10 Z 22 Influenza del contorno 13