I metodi di misura del colore

Nel passato sono stati concepiti diversi metodi, spesso utilizzando formule complicate, per quantificare il colore allo scopo di renderne possibile a tutti una comunicazione più semplice e accurata. Questi metodi cercavano di individuare degli strumenti per esprimere i colori numericamente, in modo molto simile a quelli impiegati per le lunghezze e i pesi. Per esempio, nel 1905 l’artista americano A. H. Munsell ha sviluppato un metodo che utilizzava un grande numero di dischi di carta colorata classificati secondo la tinta, la luminosità (valore) e la saturazione (croma) per un confronto visivo con una tinta campione (si veda il post “Colorimetria: che cos’è? A cosa serve?”). Negli anni, questa tecnica è stata migliorata e aggiornata, dando vita al sistema di notazione di Munsell attualmente in uso. In questo sistema qualsiasi colore dato viene espresso come combinazione di lettera/numero (H/V/C) in termini di tinta (H), valore (V) e croma (C), così come vengono valutati visivamente usando le tavole di Munsell.

Altri metodi per esprimere numericamente il colore sono stati sviluppati da un’organizzazione internazionale che studia la luce e il colore, la “Commission Internationale de l’Eclairage” (CIE). I due modelli più conosciuti sono lo spazio di colore Yxy, ideato nel 1931 in base ai valori tristimolo XYZ definiti dalla CIE, e lo spazio di colore L*a*b*, ideato nel 1976 per uniformare maggiormente le differenze di colore in relazione alla percezione visiva. Oggi, spazi di colore (lo spazio di colore è un metodo per esprimere il colore di un oggetto o una sorgente luminosa usando una certa notazione, per esempio numerica, ndr) come questi vengono utilizzati in tutto il mondo.

Lo spazio di colore L*a*b*

Lo spazio di colore L*a*b* (noto anche come CIELAB) è attualmente uno dei più diffusi ed è ampiamente utilizzato in tutti i campi. È uno degli spazi colorimetrici uniformi definiti nel 1976 dalla CIE (Commission Internationale de l’Eclairage o Commissione Internazionale per l’Illuminazione, ndr) al fine di ridurre uno dei principali problemi dell’originale spazio di colori Yxy: le distanze uguali sul diagramma di cromaticità xy non corrispondevano alle differenze di colore percepite come uguali. In questo spazio di colore, L* indica la luminosità, mentre a* e b* si riferiscono alle coordinate di cromaticità.

1 Sezione orizzontale del solido dei colori per lo spazio L*a*b* (figura 2) con il valore L* costante

La figura 1 indica il diagramma di cromaticità a*, b*. In questo diagramma, a* e b* indicano le direzioni del colore: +a*è la direzione del rosso, -a* è la direzione del verde, +b* è la direzione del giallo e -b* è la direzione del blu. Il centro è acromatico; quando i valori a* e b* aumentano e il punto si sposta dal centro, la saturazione del colore aumenta.

2 Solido dei colori per lo spazio L*a*b*

La figura 2 rappresenta il solido dei colori per lo spazio L*a*b*; la figura 1 visualizza lo stesso solido in sezione orizzontale con il valore L* costante.

Se si misura il colore di una mela con questo metodo si ottengono i seguenti valori: L*=43,31, a*=+47,63, b*=+14,12. Per vedere quale colore rappresentino tali valori, occorre innanzitutto riportare i valori a* e b* (a*=+47,63, b*=+14,12) sul diagramma a*, b* della figura 2 per ottenere il punto A, che indica la cromaticità dell’oggetto considerato. Ora, se si taglia in sezione verticale il solido dei colori della figura 2 attraverso il punto A e il centro, si ottiene una visione della cromaticità rispetto alla luminosità, parte della quale appare nella figura 3.

3 Se si taglia in sezione verticale il solido dei colori della figura 2 attraverso il punto A e il centro, si ottiene una visione della cromaticità rispetto alla luminosità

Lo spazio di colore L*C*h

Lo spazio di colore L*C*h sfrutta lo stesso diagramma dello spazio di colore L*a*b*, ma le sue coordinate sono cilindriche anziché rettangolari. In questo spazio di colore, L* indica la luminosità (è la stessa L* dello spazio di colore L*a*b*), C* è il croma e h l’angolo della tinta. Il valore di croma C* è pari a 0 al centro e aumenta con la distanza dal centro. L’angolo della tinta h, per definizione, parte sull’asse +a* ed è espresso in gradi; 0° corrisponde a +a* (rosso), 90° a +b* (giallo), 180° a -a* (verde) e 270° a -b* (blu).

Rappresentando in un diagramma i risultati ottenuti dalla misura della tinta della mela considerata in precedenza utilizzando lo spazio di colore L*C*h (L*=43,31, C*= 49,68, h=16,5) si ottiene il punto A (figura 4).

4 Misura del colore con il metodo L*C*h

Lo spazio di colore Hunter Lab

Lo spazio di colore Hunter Lab è stato sviluppato da R. S. Hunter. Visivamente più uniforme rispetto allo spazio CIE 1931 Yxy, è simile allo spazio di colore CIE L*a*b* e viene utilizzato in diversi campi applicativi, incluso il settore delle vernici. Misurando il colore della mela con questo metodo si ottengono i seguenti valori: HL=36,56, a+=42,18, b+=8,84.

Lo spazio di colore Yxy

I valori tristimolo XYZ e lo spazio di colore Yxy a essi associato costituiscono le fondamenta dell’attuale spazio di colori CIE. Il concetto per i valori tristimolo XYZ è basato sulla teoria dei tre componenti della visione del colore secondo la quale l’occhio possiede dei ricettori per i tre colori primari (rosso, verde e blu) e tutti gli altri sono visti come combinazione di questi tre colori primari. I valori tristimolo XYZ sono calcolati utilizzando le funzioni colorimetriche dell’Osservatore standard. Se la mela viene misurata con lo spazio di colore Yxy, si ottengono x=0,4832 e y=0,3045 come coordinate di cromaticità, che corrispondono al punto A del diagramma illustrato nella figura 5; il valore Y=13,37 indica che la mela ha una riflettanza del 13,37%.

5 Misurando la tinta di una mela mediante lo spazio di colori Yxy, si ottengono i valori x = 0,4832, y = 0,3045 come coordinate di cromaticità che corrispondono al punto (A); il valore Y di 13,37 indica che la mela ha una riflettanza del 13,37%

La misura con il colorimetro

Diversamente dalla comunicazione verbale, i colorimetri esprimono le tinte numericamente secondo degli standard internazionali. In questo modo si è sicuri che la loro comprensione sarà universale. I colorimetri hanno sensibilità corrispondenti a quelle dell’occhio umano, ma poiché effettuano le misure utilizzando sempre la medesima sorgente luminosa e il medesimo sistema di illuminazione, le condizioni di misura sono sempre le stesse, indipendentemente dal fatto che sia giorno o notte, o che ci si trovi in spazi interni o all’esterno. Tutto questo facilita le misure accurate.

Le differenze di colore

Le piccole differenze di colore sono uno dei problemi più critici nella colorimetria, ma con un colorimetro, è possibile esprimere numericamente, e quindi comprendere facilmente, anche quelle più lievi. A titolo di esempio, utilizziamo gli spazi di colore L*a*b* e L*C*h per valutare le differenze cromatiche tra due mele che all’occhio umano sembrano uguali. Fissando il colore della “mela A” (L*=43,31, a*=+47,63, b*=+14,12) come standard e misurandone la differenza rispetto alla “mela B” (L*=47,34, a*=+44,58, b*=+15,16) mediante lo spazio di colore L*a*b*, otteniamo la misura A (L=+4,03, a=-3,05, b=+1,04). Tale differenza è illustrata nella figura 6.

6 Differenza cromatica tra la mela A e la mela B misurata nello spazio di colore L*a*b*

Il diagramma della figura 7 contribuisce a facilitare la comprensione delle differenze cromatiche dello spazio di colore L*a*b*.

7 Misura delle differenze cromatiche nello spazio di colore L*a*b*
A colore target
B colore del campione
C colore target alla stessa luminosità del colore campione

Nello spazio di colore L*a*b*, è possibile esprimere la differenza cromatica come singolo valore numerico ΔE*ab, che indica la dimensione della differenza, ma non la modalità. ΔE*ab è definito dalla seguente equazione:

1 ΔE*ab=[(L*)2 + (a*)2 + (b*)2]1/2.

Inserendo nell’equazione 1 i valori della misura A si ottiene ΔE*ab=5,16, che è lo stesso valore determinato dal colorimetro.

Se si misura la differenza di colore tra le due mele utilizzando lo spazio di colore L*C*h si ottiene la misura B (L=+4,03, C=-2,59, h=+1,92). Confrontando le misure A e B emerge che il valore di L* è lo stesso misurato nello spazio di colore L*a*b*, mentre C*=-2,59 indica la minore saturazione del colore della mela B.

La differenza di colore tra le due mele H*, definita dall’equazione 2:

2 ΔH*=[(E*ab)2 – (L*)2 – (C*)2]1/2

risulta +1,92 che, se si considera la figura 6, indica una maggiore vicinanza del colore della mela B all’asse +b*, e quindi un maggiore colore giallo.

8 Anche le parole possono essere utilizzate per descrivere le differenze di luminosità e di croma; i termini riportati nella figura mostrano la direzione della differenza cromatica

Sebbene le parole non siano esatte quanto i numeri, è possibile utilizzarle per descrivere le differenze cromatiche. La figura 8 indica alcuni termini usati per descrivere le differenze di luminosità e di croma. I termini riportati nell’immagine mostrano la direzione della differenza cromatica, ma – salvo il caso in cui venga utilizzato un ulteriore modificatore (leggermente, molto…) – non indicano il grado di differenza cromatica. Se si considerano i valori tracciati nel diagramma delle due mele, si dovrebbe dire che il colore della mela B è “più pallido” di quello della mela A; poiché la differenza di croma non è molto evidente, è anche possibile aggiungere un modificatore, affermando che la mela B è “leggermente più pallida” per esprimere il grado di differenza.

Anche se due colori sembrano uguali all’occhio umano, l’esempio delle mele sopra descritto dimostra che quando vengono misurati con i colorimetri si riscontrano delle lievi differenze, che il colorimetro esprime in modo esatto e in forma numerica. Da qui emerge che è indispensabile effettuare una misura quantitativa – quindi con colorimetri – del colore di ogni manufatto colorato per evitare contestazioni con i clienti.

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