Il colore: cosa è, come si misura? Guida ai sistemi cromatici

La percezione del colore è un’esperienza oggettiva che tutti abbiamo fatto, ma per poterlo misurare e riprodurre in modo univoco è necessario definirlo in modo sistematico e classificarlo.

I metodi di classificazione del colore vengono detti sistemi cromatici. Esistono diversi sistemi cromatici, come il DIN 5033, il sistema CIE L*a*b e CIE L*C*h e molti altri. In questo articolo proponiamo una breve introduzione a questi sistemi di classificazione, in modo da poter rendere più semplice la comprensione di acronimi come D₆₅ o A/10° e l’interpretazione dei valori cromatici del sistema CIE (Commission Internationale de L’Eclairage).

Cosa è e come si “vede” il colore?

La luce è composta da onde elettromagnetiche, la gamma di lunghezze d’onda percettibili dall’occhio umano è però molto ristretta e viene comunemente definita come “range del visibile”: si estende approssimativamente da 370nm fino a 750nm, (Figura 1), tutte le restanti lunghezze d’onda non possono essere viste dall’occhio umano. Come mostrato nell’immagine la parte dello spettro visibile all’occhio umano è estremamente ridotta.

Il termine “colore” viene comunemente utilizzato per caratterizzare differenti realtà, come le superfici di oggetti, la luce, le sostanze chimiche e molto altro ancora. È necessaria dunque una definizione condivisa per tale proprietà.

Secondo la DIN 5033 (Misura del Colore): “Il colore è la sensazione visiva associata a una parte priva di struttura del campo visivo che appare all’occhio, e che permette a questa parte di essere distinta da un’altra area vicina (sempre priva di struttura) se osservata con un solo occhio immobile”.

Sostanzialmente il colore è quella proprietà che ci permette di distinguere all’interno del nostro campo visivo due parti che sarebbero identiche per struttura (forma, dimensioni, ecc.)

Angolo di visione

Il colore che percepiamo dipende dalla dimensione della superficie colorata, per questo motivo è necessario definire degli angoli di visione. Sono stati definiti gli angoli visivi “standard” a 2° e 10°, sempre riferiti all’angolo percepito dall’osservatore. Quello a 2° (definito dalla CIE nel 1931) attiva principalmente il centro della retina, mentre quello a 10° (definito dalla CIE nel 1964) stimola anche i coni ed è quindi utilizzato per superfici più ampie e monocromatiche.

Effetto della sorgente luminosa sulla percezione del colore

Un altro parametro che influenza la percezione del colore è la natura della luce bianca che utilizziamo per illuminare l’oggetto: in realtà esistono diversi tipi di bianco e di norma questi tipi di luce bianca vengono usualmente descritti con un parametro chiamato “temperatura colore“.

La temperatura colore è definita come il valore della temperatura assoluta di un corpo nero (sorgente radiante) che produce lo stesso colore della sorgente luminosa. Proprio come il colore di una fiamma può dare indicazioni sulla sua temperatura, il colore di sorgente radiante ci può dare informazioni sulla “temperatura di colore“. Ad esempio, se il bianco appare bluastro, la temperatura della sorgente è alta; se il bianco appare tendente al rosso, la temperatura della sorgente è bassa.

La CIE (Commission Internationale de L’Eclairage) ha definito come standard le seguenti sorgenti luminose:

• Luce standard A. La luce emessa da una lampada al tungsteno. È equivalente alla luce di una sorgente radiante (corpo nero) di 2854 Kelvin.
• Luce standard C. La luce emessa da un sorgente a 6740 Kelvin, viene definita anche luce diurna media. È il bianco standard per il sistema NTSC.
• Luce standard D65. Equivale alla luce diurna più la radiazione ultravioletta.

I sistemi di colore standard

La misura del colore può essere effettuata in diversi modi, mediante dei colori standard che definiscono uno spazio colorimetrico (sistema colorimetrico). Dalle numerose teorie relative alla percezione umana del colore si sono infine affermati tre sistemi: il sistema colorimetrico standard, lo spazio colore L*a*b* e il sistema colore CIE L*u*v*.

Il sistema colorimetrico standard (DIN 5033)

Questo sistema utilizza tre coordinate per definire un colore di un oggetto all’interno di uno spazio, definite da tre colori standard X, Y e Z. Gli stessi colori standard possono essere utilizzati anche per calcolare gli altri sistemi CIE L*a*b* e CIE L*C*h*.

Il sistema colorimetrico standard (descritto dalla norma DIN 5033 – Parte 3) utilizza le coordinate cromatiche x e y (la z può essere calcolata per differenza), che possono essere calcolate dai valori cromatici standard X, Y e Z secondo la seguente equazione:

Se si inseriscono in un diagramma le coordinate cromatiche x e y di tutti colori si ottiene una rappresentazione grafica nota come “luogo dello spettro” (Fig. 2).

Tutti questi valori di cromia hanno la stessa luminosità; se vogliamo invece tenere conto anche della luminosità (come della tonalità e della saturazione) di uno specifico colore è necessaria una visualizzazione spaziale (Fig. 3).

La rappresentazione grafica dei colori deve prendere in considerazione l’osservatore standard utilizzato per la misura, poiché il percorso della curva e la posizione del colore della sorgente luminosa differiscono tra l’osservatore standard 2° e 10°.

Sistema CIE L*a*b* (DIN 6174)

Il sistema CIE L*a*b* (DIN 6174) è un sistema cromatico tridimensionale adattato alla percezione soggettiva del colore. Le lettere identificano: L = Luminosità, a = asse rosso-verde, b = asse blu-giallo (Fig. 4).

A differenza di altri spazi colore CIE Lab ha valori negativi. I valori “a” positivi appaiono rossastri e i “b” positivi giallastri, “a” negativi hanno un colore verdastro e “b” negativi hanno un colore bluastro. Per poter rappresentare l’intero spettro dei colori, è necessario un display tridimensionale sotto forma di una sfera o di un cubo. Come nel sistema precedente, tutti i colori con la stessa luminosità appaiono su un piano, mentre la luminosità diminuisce dall’alto verso il basso in modo che il “polo nord” contenga bianco puro e il “polo sud” nero profondo.

Sistema CIE L*a*b*

A differenza dai sistemi precedenti, in questo sistema la posizione del colore nello spazio colore è espressa utilizzando coordinate polari. I valori L*C*h* sono assegnati come segue:

• Valore L*: luminosità

• Valore C*: saturazione

• valore h*: angolo di tonalità

Indice bianco/giallo

Altri parametri comunemente utilizzati sono il grado di bianco e l’indice di giallo (secondo ASTM: E 313-67), calcolabili dalle coordinate CIE X, Y e Z o dallo spettro del campione. L’equazione per il calcolo del grado di bianco e per l’indice di giallo è il seguente:

bianco=4*B-3*Y,

giallo=100*(1-B/Y) con B=0.8475*Z

L’indice di bianco descrive la somiglianza del colore al bianco ideale mentre l’indice di giallo indica l’assenza di una tonalità o di una sfumatura di grigio di un colore (DIN 6167).

Quindi, come si misura il colore?

Il colore può essere misurato, in termini strumentali, attraverso uno spettrofotomero e una sfera d’integrazione. In particolare, il software ASpect UV e lo spettrofotometro SPECORD Plus di Analytik Jena permettono una semplice misura del colore (e quindi di tutti i parametri precedentemente descritti).

La sfera d’integrazione è l’accessorio ideale per misure di trasmittanza e riflettanza di campioni solidi, liquidi e di campioni in polvere. Può quindi essere utilizzato per determinare il colore di un campione.

L’aspetto colorato o la sfumatura di un oggetto opaco possono essere ricondotti alla sua riflessione diffusa, collegata alla lunghezza d’onda. La valutazione dei colori mediante una misura della riflessione viene utilizzata per prodotti solidi e opachi come superfici rivestite, tessuti o anche su imballaggi stampati. In molti contesti industriali vengono utilizzati colorimetri con geometria a 45°/0° o diffusiva/8°. La geometria di misura diffusiva/8° viene utilizzata per le misure con la sfera d’integrazione. Ciò significa che il campione viene irradiato con un angolo di 8° rispetto alla sua normale superficie e la radiazione riflessa nella sfera integratrice cade diffusamente sul ricevitore.

Il colore di prodotti liquidi trasparenti o di materie prime come resine, tensioattivi, oli, acidi grassi, emulsionanti, glicoli e glicerine, viene generalmente valutato in trasmittanza. La sfera d’integrazione garantisce l’illuminazione uniforme della superficie del ricevitore nello spettrometro, indipendentemente da qualsiasi influenza sul raggio da parte del campione. Ciò migliora la precisione dei risultati della misura.