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Misura e riproduzione del colore

Definire con precisione dei concetti comuni può risultare a volte difficile. Il colore di ciò che ci sta intorno e che incide  profondamente nella vita di tutti i giorni (pensiamo alle sensazioni stimolate da un quadro impressionista oppure al diverso umore provocato da una bella giornata di sole e da una grigia giornata autunnale) è un concetto apparentemente semplice ma di difficile comprensione e definizione scientifica.

Possiamo pensare al colore come a una sensazione soggettiva ancora non completamente conosciuta nei dettagli (quando parliamo di colore, in realtà spesso intendiamo parlare di differenze di colore tra oggetti diversi); la sua misura ha posto, e pone tuttora, diversi problemi legati soprattutto a questo aspetto di soggettività.

Il colore di un oggetto è definito da 3 elementi base:

  1. L’illuminante (o sorgente, anche se i due termini non indicano esattamente la stessa cosa)
  2. L’oggetto
  3. L’osservatore

1. L’ILLUMINANTE

Un oggetto può essere sorgente di luce propria (il sole, una lampadina, etc.) o essere illuminato. In ogni caso il nostro rivelatore principale (l’occhio umano) viene colpito da radiazione elettromagnetica ed elabora, insieme al nostro cervello, la sensazione di colore.

Come già accennato, il termine illuminante non è sinonimo di sorgente. Con sorgente intendiamo qualsiasi emettitore di radiazione elettromagnetica nel visibile, mentre il termine illuminante si riferisce esclusivamente a sorgenti con distribuzione spettrale di potenza numericamente nota e definita.

In particolare dobbiamo conoscere, per ogni lunghezza d’onda nel visibile, esattamente quanti fotoni per unità di area e di tempo vengono emessi.
Di seguito riportiamo la distribuzione spettrale di potenza di alcuni illuminanti standard.

misurazione colore

Dal punto di vista numerico e strumentale, il primo elemento della terna illuminante-oggetto-osservatore è completamente definito dalla sua distribuzione spettrale di potenza:

SORGENTE  --->  S(λ)

2. L’OGGETTO

La radiazione elettromagnetica visibile proveniente dalla sorgente colpisce l’oggetto che a sua volta può:

  • rifletterla
  • assorbirla
  • trasmetterla
  • diffonderla
  • riemetterla

A volte sono importanti tutti questi meccanismi, a volte uno di questi è predominante e si possono trascurare gli altri.

L’origine del colore risiede nei meccanismi di interazione  tra la radiazione elettromagnetica e la materia, argomento decisamente complesso che deve coinvolgere concetti di elettrodinamica quantistica. Ci accontentiamo qui di ricordare che, una volta fissato l’illuminante, il colore di un oggetto può essere differente a seconda che si osservi in riflessione o in trasmissione, e dipende dall’angolo di osservazione e di incidenza della luce; tutti questi parametri devono quindi essere specificati e conosciuti quando si confrontano colori tra loro.

Di seguito uno schema di come si divide la radiazione incidente che colpisce un oggetto:

misurazione colore2

In questo caso la radiazione incidente I colpisce uno strato dx di materiale; una parte viene riflessa (specularmente e diffusamente), una parte assorbita e la restante trasmessa. S e K sono rispettivamente i coefficienti di scattering e di assorbimento del materiale. K e S dipendono fortemente dalla lunghezza d’onda. Se effettuata con gli spettrofotometri, la lettura del colore di un oggetto fornisce i fattori di riflettanza (stesso discorso vale per la trasmittanza con qualche complicazione dovuta allo spessore dell’oggetto).

Il secondo elemento della terna illuminante-oggetto-osservatore è quindi completamente caratterizzato dai fattori di riflettanza R(l):

RIFLETTANZA  --->  R(λ)

Naturalmente i fattori di riflettanza sono misurati a determinati valori di lunghezza d’onda discreti. Di solito si misurano 16 o 31 valori da 400 nm a 700 nm a intervalli regolari di 20 o 10 nm.

3. L’OSSERVATORE

È l’ultimo elemento della terna e forse il più complesso, ancora non conosciuto nei dettagli. Ancora oggi la definizione di osservatore è oggetto di continui miglioramenti.

A livello numerico, si tratta di simulare nella maniera più fedele possibile la risposta del nostro occhio agli stimoli luminosi. Senza entrare nel dettaglio, ricordiamo che la luce che entra nell’occhio viene focalizzata sulla retina, dove si trovano i recettori fondamentali che ci consentono di vedere. Tali recettori sono di 2 tipi: i coni e i bastoncelli. I bastoncelli sono più sensibili ma non distinguono i colori, i coni invece sono attivi in condizioni di luminosità alta (tipicamente di giorno) e sono di 3 tipi diversi: possiamo pensare di avere 3 tipi di recettori di colore (coni) diversi, sensibili rispettivamente al blu, al rosso ed al verde.

misurazione colore3

La descrizione delle risposte cromatiche dell’occhio individua quindi 3 funzioni di sensibilità spettrale x, y e z. Le formule più utilizzate sono quelle raccomandate dalla CIE (CIE 1964 a 10°).

L’occhio risulta quindi numericamente definito da queste 3 funzioni.

OSSERVATORE --->misurazione colore7

A questo punto, note le funzioni che descrivono rispettivamente la sorgente, l’oggetto e l’osservatore, possiamo descrivere un colore con 3 numeri, chiamati valori di tristimolo, X, Y e Z, semplicemente moltiplicando tra loro le funzioni e sommando poi su tutte le lunghezze d’onda.

misurazione colore4   misurazione colore5  misurazione colore6

IL COLORE E’ QUINDI DESCRITTO COMPLETAMENTE DAI VALORI DI TRISTIMOLO X, Y e Z.

Poiché tuttavia tali valori numerici non rappresentano se non parzialmente delle sensazioni che usiamo correntemente per descrivere un colore (come ad esempio tinta, saturazione, luminosità, etc.), da questi numeri ne vengono ricavati altri che sono più vicini alla descrizione comune di un colore. Uno dei sistemi più usati è il CIELAB (o CIE 1976), che introduce le variabili L*,a* e b* ricavate da X,Y,Z. L* è indice di luminosità, a* e b* coordinate che assumono valori da negativi a positivi ed indicano rispettivamente componenti che vanno dal verde al rosso e dal blu al giallo.

misurazione colore8

 Dr. Maurizio Veronelli - RDLab137 srl - Milano

Ultima revisione: 02/01/2017