Colorimetria

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
Il colore è definito da
• Tinta: cromatismo
• Saturazione: es: cromatismo + bianco
• Luminosità: es: cromatismo + nero
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)
Verde (535 nm)
Blu
(400 nm)
R
G
B
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
Y sono i colori usati nella stampa in quadricromia con l' aggiunta del
Nero
K
I colori primari per addizione
possono dare il bianco
I colori complementari
per sottrazione possono dare il nero
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
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
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%.
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
Es.: rosso cadmio : 0,53; 0,34; (0,208)
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
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 D65 (corpo nero a 6500°C):
W = Y + 800 (x0 - x) + 1700 (y0 - y)
W = Whiteness
Y = valore tristimolo di luminosità della carta;
x, y = coordinate cromatiche dell’oggetto nello spazio CIE con illuminante D65;
x0; y0= coordinate cromatiche dell’illuminante D65 e sono: x0= 0,3138, y0= 0,3310
La bianchezza W dipende dalla luminosità Y e dalla relazione di colore 800 (x0 - x) + 1700 (y0 - 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.
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* .
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
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.