La colorimetria è “la scienza e la tecnologia utilizzate per quantificare e descrivere fisicamente la percezione del colore umano”. È simile alla spettrofotometria, ma si distingue per il suo interesse nel ridurre gli spettri ai correlati fisici della percezione del colore, più spesso i valori del tristimolo dello spazio cromatico CIE 1931 XYZ e le relative quantità.

La colorimetria è la disciplina psicofisica che mira a misurare il colore. Collega le misurazioni fisiche effettuate sulla luce a percezioni colorate.

La luce è una radiazione elettromagnetica che può essere completamente descritta solo dal suo spettro; ma solo tre quantità numeriche derivate dalle misurazioni dello spettro luminoso sono necessarie per identificare il colore in modo che possano essere effettuati confronti di colori validi sulle luci in questione senza vederle.

La colorimetria supporta l’esame visivo in tutti i casi in cui è auspicabile un reperimento obiettivo, come nel controllo di qualità di pitture, vernici e macchie; nella risoluzione di controversie tra fornitori e clienti o tra produttori per problemi di modello; e anche nel caso in cui sia necessaria una precisione superiore a quella della valutazione visiva, come in chimica o, più recentemente, nel follow-up della maturazione dei frutti sull’albero.

La colorimetria di base, studiando la reazione umana a stimoli luminosi isolati, fu sviluppata a partire dalla metà del diciannovesimo secolo. Gli studi colorimetrici sono proseguiti con lo studio più complesso delle differenze di colore, l’adattamento visivo e l’interazione cromatica e i caratteri visivi più complessi come trasparenza, lucentezza e perlescente, la cui percezione è inseparabile da quella del colore.

strumenti
Le apparecchiature colorimetriche sono simili a quelle utilizzate nella spettrofotometria. Alcune apparecchiature correlate sono menzionate anche per completezza.

Un colorimetro tristimolo misura i valori di tristimolo di un colore.
Uno spettroradiometro misura la radiazione spettrale assoluta (intensità) o l’irradiamento di una sorgente di luce.
Uno spettrofotometro misura la riflettanza spettrale, la trasmittanza o l’irradiazione relativa di un campione di colore.
Uno spettrocolorimetro è uno spettrofotometro in grado di calcolare i valori tristimolo.
Un densitometro misura il grado di luce che attraversa o riflette un soggetto.
Un misuratore della temperatura del colore misura la temperatura del colore di un illuminante incidente.

Misurazione del colore

Spettro di LED in rosso, verde, blu e bianco. La valenza del colore corrisponde alla designazione, la luce nello spettro è lo stimolo del colore
Il colore qui è sempre la valenza del colore, la sensazione percepita dall’occhio da uno stimolo di colore. L’obiettivo di misurazione non è lo stimolo di colore (fisico, spettrale) ma la valenza (effettiva) del colore. Meno comune ma più accurato è il termine misurazione della valenza del colore. La misurazione viene eseguita in linea di principio secondo la legge Lambert-Beer, che è soddisfatta solo nella misurazione monocromatica. Quindi (il più stretto possibile) vengono formati e misurati intervalli di lunghezze d’onda.

Finora è possibile solo una rilevazione strumentale dello stimolo del colore; la desiderata rappresentazione numerica della valenza del colore come sistema di colore richiede quindi un apparato matematico o un adeguato filtraggio del materiale. In altre parole, la misurazione è resa strumentalmente in base alla composizione spettrale della luce registrata, la trasformazione (Figura) sull’assorbimento dei tre pin viene eseguita mediante calcolo. Il rilevamento della funzione di mappatura esatta, il design dello spazio colore, è il problema ancora esistente della misurazione della valenza del colore.

Demarcazione
I tre coni umani forniscono inevitabilmente tre valenze cromatiche che devono essere valutate. La misurazione del colore deve essere una misurazione “sensibile al senso” di tre valenze cromatiche. La determinazione di altri numeri di misurazione, come il bianco della carta, il numero di colore dello iodio, i numeri di grado dello sbiancamento o la colorimetria, sono qui in senso stretto non intesi come misurazione del colore. Allo stesso modo, un rilevamento del colore non è la misurazione del colore da assegnare, poiché il risultato di una rilevazione del colore determina un nome di colore o un numero di colore, ma non un Farbmaßzahl.

Metodi di misurazione
Esistono vari metodi per misurare il colore (valenze cromatiche).

Metodo di uguaglianza
In questo metodo, il campione dell’esame viene confrontato con una serie di modelli standard noti da un dispositivo tecnico o visivamente con l’occhio fino a quando l’uguaglianza viene stabilita in modo affidabile. È anche possibile offrire in proporzione i colori di base selezionati (tre). Le implementazioni tecniche sono il giroscopio a colori o la vista Maxwelliana. Nel primo caso, la risoluzione temporale del dispositivo di misurazione (ad esempio, l’occhio) viene ridotta di un rapido cambiamento, nel secondo caso una distribuzione spaziale dei colori primari viene portata a una superficie apparentemente comune mediante uno sfocatura e percepito dall’occhio come un’impressione di colore uniforme. Di solito, questo metodo usa il giudizio di uguaglianza dell’occhio normale, quindi è in realtà soggettivo. Lo sviluppo di costosi dispositivi tecnici è stato corretto mediante una migliore tecnologia di calcolo a favore dei due seguenti metodi, che, tuttavia, richiedono calcoli.

Metodo di luminosità (metodo tristimulus)
Lo stimolo del colore colpisce un tale ricevitore la cui sensibilità spettrale corrisponde ai valori spettrali del colore primario collegando opportuni filtri colorati. L’elemento di misura (fotocellula, oggi fotodiodo) misura quindi una “luminosità” che (idealmente) corrisponde allo stimolo sul perno. Il valore misurato corrisponde quindi alla valenza del colore. I più adatti sono i filtri in base alle curve dei valori spettrali standard. Se i tre filtri di colore (o combinazioni di filtri di colore) definiti in questo modo sono collegati uno dopo l’altro, i tre valori di colore standard risultano direttamente. Il prerequisito è che la condizione di Lutero sia rispettata. L’accuratezza della misurazione dipende da quanto bene viene regolata la composizione spettrale dei filtri colorati. I sensori di colore funzionano secondo questo principio e hanno tre fotodiodi con tre filtri upstream in un alloggiamento.

Spettrale
Ogni valenza di colore è l’integrale di tutte le valenze cromatiche spettrali (monocromatiche). Lo spettro (cioè le intensità associate) del colore della luce o del colore del corpo da esaminare viene misurato sulla gamma di lunghezze d’onda della luce visibile. Per i colori del corpo, anche la luce illuminante deve essere inclusa. Attraverso oltre cento anni di sviluppo del dispositivo (spettrofotometro, spettrometro) con tecnologia di calcolo connessa, i dispositivi potenti rendono questo processo il più utilizzato oggi.

Ulteriori metodi di valutazione

Metodo di coordinate di selezione
In questo metodo la moltiplicazione è omessa dalla rivalutazione degli integrali. Utilizzando una serie di valori standard tabulati, il valore misurato spettrale viene determinato in punti di riferimento adeguati. Qui, vengono selezionati i valori βλ o τλ selezionati e quindi è necessaria solo una aggiunta di questi valori numerici.

Distribuzione delle radiazioni
D’altra parte, la distribuzione della radiazione della sorgente luminosa può anche essere sintetizzata e misurata in questo intervallo spettrale. Di conseguenza, i valori cromatici si ottengono misurando gli stimoli del colore a questi intervalli.

Metri di colore
Dagli anni ’80, i colorimetri sono per lo più spettrofotometri che registrano automaticamente la curva spettrale e quindi eseguono la necessaria integrazione dei valori misurati ottenuti sul chip utilizzato. Ovviamente, l’uscita dei valori misurati può quindi avvenire in diverse coordinate (corrispondenti allo spazio colore desiderato) o anche come curva spettrale. Memorizzando, è possibile generare gli spazi colore tra l’originale a colori e una serie di motivi. Convertendo in diversi tipi di luce (preferibilmente normalizzati), l’indice di metamerismo può anche essere calcolato da un modello all’altro.

Colorimetro tristimolo
Nell’imaging digitale, i colorimetri sono dispositivi tristimulus utilizzati per la calibrazione del colore. Profili di colore accurati garantiscono coerenza nel flusso di lavoro di imaging, dall’acquisizione all’output.

La distribuzione di potenza spettrale assoluta di una sorgente di luce può essere misurata con uno spettroradiometro, che funziona raccogliendo la luce otticamente, quindi passandola attraverso un monocromatore prima di leggerla in bande strette di lunghezza d’onda.

Il colore riflesso può essere misurato usando uno spettrofotometro (detto anche spettroreflessimetro o riflettometro), che prende le misure nella regione visibile (e un po ‘oltre) di un dato campione di colore. Se viene seguita l’abitudine di eseguire letture a incrementi di 10 nanometri, l’intervallo di luce visibile di 400-700 nm produrrà 31 letture. Queste letture vengono in genere utilizzate per tracciare la curva di riflettanza spettrale del campione (quanto riflette, in funzione della lunghezza d’onda) – i dati più precisi che possono essere forniti per quanto riguarda le sue caratteristiche.

Le letture di per sé non sono in genere utili quanto i loro valori di tristimolo, che possono essere convertiti in coordinate cromatiche e manipolati attraverso le trasformazioni dello spazio colore. A tale scopo, può essere utilizzato uno spettrocolorimetro. Uno spettrocolorimetro è semplicemente uno spettrofotometro in grado di stimare i valori di tristimolo mediante integrazione numerica (del prodotto interno delle funzioni di corrispondenza dei colori con la distribuzione spettrale dell’illuminante). Un vantaggio degli spettrocolorimetri rispetto ai colorimetri tristimolo è che non hanno filtri ottici, che sono soggetti a variazioni di produzione e hanno una curva di trasmittanza spettrale fissa, finché invecchiano. D’altra parte, i colorimetri tristimulus sono costruiti appositamente, sono meno costosi e più facili da usare.

La CIE (International Commission on Illumination) raccomanda di utilizzare intervalli di misurazione inferiori a 5 nm, anche per spettri lisci. Le misurazioni più grossolane non riescono a caratterizzare accuratamente gli spettri a emissione spiky, come quella del fosforo rosso di un display CRT, raffigurati a parte.

Misuratore della temperatura del colore
Fotografi e cineasti utilizzano le informazioni fornite da questi contatori per decidere quale bilanciamento del colore dovrebbe essere fatto per far sì che diverse sorgenti luminose abbiano la stessa temperatura di colore. Se l’utente immette la temperatura del colore di riferimento, il misuratore può calcolare la differenza impigliata tra la misurazione e il riferimento, consentendo all’utente di scegliere un gel a colori correttivo o un filtro fotografico con il fattore impiuto più vicino.

Internamente il misuratore è in genere un colorimetro a tristimolo di fotodiodo al silicio. La temperatura di colore correlata può essere calcolata dai valori del tristimolo calcolando innanzitutto le coordinate cromatiche nello spazio cromatico CIE 1960, quindi individuando il punto più vicino sul luogo Planckian.