Gli elementi di base della misurazione del colore

1. Condizioni standardizzate per la valutazione visiva

Giallo Miele, Rosso Lampone, Blu Zaffiro o Verde Muschio sono nomi di colori molto accattivanti e descrittivi. Ma siete sicuri che ogni persona intenda lo stesso colore? Di solito no. Come si fa a descrivere chiaramente un colore e a garantire lo stesso colore nel tempo?
La nostra percezione dei colori dipende dal nostro "gusto" individuale, che è influenzato dal nostro umore, dal sesso, dall'età, ma anche dalla fonte di luce utilizzata, dall'ambiente di osservazione che è chiaro o scuro, neutro o colorato, nonché dalla nostra incapacità di ricordare e comunicare esattamente un colore specifico. 
Per una valutazione visiva e strumentale controllata, occorre definire la sorgente luminosa, l'ambiente circostante e l'osservatore. I colori possono corrispondere sotto una sorgente (luce diurna), ma non sotto un'altra (luce fluorescente). Questo effetto è noto come metamerismo ed è un requisito di qualità fondamentale per i prodotti multicomposti. Pertanto, la corrispondenza deve essere verificata con la sorgente che probabilmente verrà utilizzata.
 

2. Sorgente luminosa e illuminante

Il colore cambia a seconda della sorgente luminosa. Pertanto, è necessario concordare e utilizzare illuminanti standard. Il prerequisito di una sorgente luminosa per essere utilizzabile per la valutazione del colore è che emetta continuamente energia in tutto lo spettro visibile (da 400 a 700 nm) (Fig. 1).

La CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) ha standardizzato le sorgenti luminose per mezzo dell’energia emessa in ciascuna lunghezza d’onda (= distribuzione spettrale dell’energia SPD).
In pratica, gli illuminanti importanti sono:

Illuminante standard CIE D65 (Fig. 2)
D65 rappresenta la luce diurna media e ha una temperatura di colore correlata di circa 6504 K. D65 corrisponde all'incirca alla luce media di mezzogiorno nell'Europa nord-occidentale, comprendendo sia la luce solare diretta che quella diffusa da un cielo sereno.

Illuminante standard CIE C 
Un'approssimazione della luce diurna media con una temperatura di colore correlata di circa 6670 K; approssima la luce del giorno in una giornata serena a mezzogiorno. 

Illuminante standard CIE A (Fig. 2)
Una lampada a filamento di tungsteno funziona a una temperatura di colore correlata di circa 2856 K. L'illuminante A ha un picco nell'area rossa dello spettro. Di conseguenza, è una luce più rossastra con un'atmosfera calda.

Illuminante standard CIE F2 (Fig. 2)
Lampada fluorescente composta da due emissioni a semi-banda larga.
Precedentemente nota come: CWF (Cool White Fluorescent)

Illuminante standard CIE F11
Lampada fluorescente composta da tre emissioni a banda stretta.
Precedentemente nota come: TL84 (Philips Ultralumen 40)
 

Immagine 1 Luce diurna bianca dispersa nei colori spettrali (arcobaleno)

Immagine 2 Illuminanti standard CIE

3. Osservatore standard

La luce riflessa da un oggetto colorato entra nell'occhio umano attraverso il cristallino e colpisce la retina. La retina è popolata da tre diversi tipi di recettori sensibili alla luce: uno reagisce alla luce rossa, un altro alla luce verde e un terzo alla luce blu.
Insieme stimolano il cervello a produrre l'impressione del colore. Per determinare la sensibilità dei recettori, la CIE ha effettuato test visivi sistematici nel 1931 e nel 1964. Sulla base dei risultati (Fig. 3), sono stati standardizzati gli osservatori di 2° e 10°, che rappresentano rispettivamente un campo visivo piccolo e grande.
L'osservatore per il controllo strumentale del colore è stato standardizzato con due diversi campi visivi (Fig. 4): osservatore standard a 2° e osservatore standard a 10°. L'osservatore standard a 2° dovrebbe essere utilizzato per angoli di visione compresi tra 1° e 4°, mentre l'osservatore standard a 10° dovrebbe essere utilizzato per angoli di visione superiori a 4°. Oggi si utilizzano soprattutto le funzioni dell'osservatore a 10°, poiché l'occhio si integra su un'area più ampia. 
 

Immagine 3 Risposta spettrale corrispondente all’occhio umano

Immagine 4 Osservatore standard CIE 2° 1931 Osservatore standard CIE 10° 1964

4. Ambiente circostante per la misurazione del colore

Gli standard ISO e ASTM definiscono l'ambiente circostante come la porzione di campo visivo che circonda immediatamente i campioni e il campo visivo ambientale, quando l'osservatore distoglie lo sguardo dal campione, come ad esempio le superfici interne della cabina luce. Il colore deve avere la notazione Munsell N5-N7 e un gloss a 60° non superiore a 15 GU. L'osservatore per la valutazione visiva deve avere una visione normale dei colori ed essere addestrato all'osservazione e alla classificazione dei colori. Si raccomanda di eseguire periodicamente test visivi per verificare la visione dei colori dell'osservatore, che può cambiare nel tempo (vedere la guida ASTM E1499).

5. Curve spettrali dei colori

La sorgente luminosa e l'osservatore sono definiti dalla CIE e le loro funzioni spettrali sono memorizzate negli spettrofotometri. Le proprietà ottiche di un oggetto sono le uniche variabili da misurare. I moderni spettrofotometri misurano la quantità di luce riflessa da un campione colorato. Questa misurazione viene effettuata per ogni lunghezza d'onda ottenendo i dati spettrali. Ad esempio, un oggetto nero non riflette alcuna luce nell'intero spettro (0% di riflessione), mentre un campione bianco ideale riflette quasi tutta la luce (100% di riflessione). Tutti gli altri colori riflettono la luce solo in parti selezionate dello spettro. Pertanto, hanno forme di curve specifiche, che sono le loro curve spettrali (Fig. 5).

 
Nei grafici seguenti, sono mostrate le curve spettrali tipiche di un rosso, un blu e un verde.
 

Immagine 5 Curve spettrali

6. Sommario

Per calcolare sistemi colore standardizzati a livello internazionale, come il sistema CIELab ampiamente utilizzato, è necessario combinare i dati di un illuminante standardizzato, di un osservatore standardizzato e di dati di riflessione spettrale. Ora, un colore può essere descritto in termini di luminosità, tonalità e saturazione.  In questo modo, la comunicazione del colore diventa oggettiva, cioè indipendente dalle circostanze esterne e dal giudizio personale.