Wednesday, June 9, 2010

la misura del colore

Ora che abbiamo imposto una struttura all'insime dei colori, ordinandoli e introducendo relazioni tipo l'opponenza, la complementarità, l'armonia, ecc. dobbiamo trovare un modo per misurare il colore. Questo ci permette di communicare specifiche di colore senza dover spedire campioni, e ci permette di verificare che certe tolleranze siano mantenute.

Dato che abbiamo una struttura, dobbiamo solo introdurre un sistema di coordinate. Per uno spazio dove i campioni dei colori sono su di un reticolato, come è il caso per il sistema OSA, queste sono le coordinate cartesiane. Se l'atlante invece è fatto a spicchi, si usano le coordinate cilindriche. Per esempio, nel sistema Coloroid

la prima coordinata (angolo A) è la pagina (in questo caso 20), la seconda è l'ascissa T, e la terza l'ordinata V. Quindi, se le voglio communicare un colore, posso usare l'atlante per trovare il campione più vicino (cosa facile e veloce, dato che è ordinato) e le mando tre numeri, per esempio (A, T, V) = (20, 25, 60). Lei prende la sua copia dell'atlante e può vedere il campione di questo colore.

In modo simile, se sono un conciatore di pelle e devo assicuare che le parti di una borsetta abbiano lo stesso colore, se il colore di referenza è (A, T, V) = (20, 25, 60), devo solo assicurare che ogni parte sia più simile al campione di questo colore che non agli altri 26 campioni che gli sono adiacenti nell'atlante (8 sulla stessa pagina e 9 sulla pagina precedente e quella seguente).

Questo metodo, pur essendo economico, non è utile quando si devono caratterizare tanti colori o quando le tolleranze sono molto strette. Per esempio, nell'industria tessile il colore di una matassa deve essere completamente uniforme, quindi la tintoria deve misurare in continuazione la stoffa uscente dalla tintura. Voremmo dunque poter fare una misura fisica invece di fare una comparazione visuale.

Purtroppo questo è più difficile di quel che sembra, perché il colore non è un fenomeno fisico ma una illusione ottica che avviene nel sistema visivo. Il meglio che possiamo fare è di trovare un'esperimento fisico che abbia una buona correlazione con quello che percepiamo.

Il trucco che usiamo si chiama uguagliamento di colori. Partiamo dall'aggeggio visto in pianta nella figura qui sotto:

Si tratta di una scatola nera con davanti un'apertura per guardare dentro. Sulla parete opposta c'è uno schermo bianco, separato a metà da una partizione verso l'apertura. A sinistra, il bulbo violaceo rappresenta una sorgente luminosa colorata il cui colore vogliamo specificare. A destra ci sono tre sorgenti luminose che chiamiamo primarie.

Il colore delle sorgenti primarie non è importante, basta che i tre colori siano independenti, perché come abbiamo visto ieri nella puntata precedente, ci servono tre numeri per specificare un colore. Il metodo consiste nell'aggiustare la potenza delle tre sorgenti primarie fino a che le due parti dello schermo sono uguagliate. La figura qui sotto mostra l'esperimento.

L'osservatore guarda lo schermo attraverso l'apertura e vede due semicerchi come indicato nell'inserto in basso. L'osservatore ha tre manopole come mostrato a destra. Ogni manopola controlla la potenza di una delle sorgenti primarie. Attorno ad ogni manopola c'è una scala lineare, i cui valori sono arbitrari.

L'osservatore gira le manopole fino a quando i colori dei due semicerchi sono uguagliati. A questo punto i tre numeri sulle tre scale sono le coordinate che specificano il colore di sinistra.

La formazione del colore nella scatola è lineare, ed il sistema visivo è più o meno lineare. Per questo i valori sulle scale non sono importanti: basta fare una trasformazione lineare per passare da una scala ad un'altra.

Questo è anche il motivo per il quale i tre colori primari non sono importanti. Se voglio cambiarli, basta ripetere l'esperimento con ognuna delle tre sorgenti primarie precedenti consecutivamente nella parte sinistra della scatola e le sorgenti nuove nella parte di destra. I tre tripli di coodinate sono le colonne di una matrice che converte le coordinate dal sistema vecchio a quello nuovo.

Se il colore di sinistra è così vivace che non si riesce a fare l'uguagliamento, il trucco è di desaturare questo colore spostando dalla parte destra a quella sinistra la sorgente con il colore opposto. Sulla scala della sua manopola si cambia il segno da positivo in negativo.

L'ultimo dettaglio è la luce ambiente. Attorno all'apertura della scatola nera c'è un secondo schermo, illuminato da una sorgente neutrale indicata con il bulbo celeste in alto nella figura.

Ora viene la fisica.

Newton avava scoperto che il colore di una sorgente luminosa cambia in sintonia con il cambiare dello spettro di questa sorgente, dove la distribuzione spettrale è definita come la potenza in Watt al metro della radiazione ad ogni lunghezza d'onda nella gamma di luce visibile.

Se nella parte sinistra della scatola usiamo una sorgente monocromatica, per esempio una lampadina bianca con un prisma (Newton) o con un reticolo di diffrazione (Grimaldi), troviamo la risposta del sistema visivo ad ogni lunghezza d'onda. Naturalmente, data la variazione del sistema visivo da persona a persona, dobbiamo ripetere l'esperimento con molti osservatori e fare le dovute medie.

I valori sulle manopole danno quindi le funzioni colorimetriche:

funzioni colorimetriche

Le parti negative sono dovute semplicemente all'aver dovuto portare una sorgente primaria dalla destra alla sinistra nella scatola per desaturare la luce a questa lunghezza d'onda.

I colori possono quindi venire specificati con un esperimento fisico come segue:

  1. misura con uno spettroradiometro la distribuzione spettrale dell'oggetto
  2. calcola l'integrale dello spettro usando consecutivamente le tre funzioni colorimetriche per ottenere le tre componenti tricromatiche

L'aspetto chiave da capire a questo punto è che si calcola un'integrale, quindi la forma dello spettro non è importante, solo l'area sotto la curva. Questa proprietà e fondamentale per poter riprodurre il colore: non occorre riprodurre gli spettri, basta riprodurre le componenti tricromatiche. Il termine tecnico è metamerismo.

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