Modelli Cromatici

Creare un modello cromatico significa attribuire ai colori riferimenti precisi in modo che siano riconoscibili e riproducibili in modo esatto.

Il problema della esatta riproduzione di un colore è molto importante per molti processi industriali, si pensi all'industria delle vernici, dei cosmetici e le problematiche relative alla fotografia, alla televisione ed ai computer, per citare solo alcuni dei casi più evidenti.

Questo problema è stato affrontato fin dall'antichità da pittori e scienziati e risolto con vari metodi basati sulla variazioni di sensazioni rispetto ad alcuni colori predefiniti.

Solo negli ultimi due secoli sono stati introdotti metodi oggettivi basati su misurazioni con strumenti che permettono di assegnare ai vari colori delle coordinate numeriche.

Il Colorimetro

Vediamo lo schema di come può essere concepito uno strumento che permetta di misurare un colore partendo da alcuni colori primari.

Tre proiettori con diaframma regolabile (per esempio da 1 a 100) irradiano luce monocromatica

Se si proietta la loro luce su uno schermo bianco si possono ottenere, mediante regolazione, una grande quantità di colori composti. Sullo stesso schermo si proietta la luce di cui si deve misurare il colore quando le due luci proiettate hanno lo stesso colore si possono prendere i valori di regolazione dei proiettori come coordinate di quel colore

Il confronto in questo tipo di colorimetro, è valutato ad occhio e poiché la percezione dei colori varia da persona a persona, solo se più di un osservatore stabilisce che il confronto è positivi si può accettare la misura. Nei moderni colorimetri per eliminare le incertezze di misura la valutazione è fornita da strumenti che misurano lo spettro (spettrofotometri) .

Un sistema che permette la classificazione dei colori sulla base di variabili numeriche è denominato spazio di colore. Si può considerare il Nero come assenza di colore, cioè proiettori spenti, il Bianco è dato dai tre proiettori al massimo e quando le tre quantità di colore sono uguali abbiamo i vari livelli di grigio (cioè colori a saturazione nulla). Ad ogni composizione di diverse luminosità si ottengono colori diversi nelle varie sfumature come si è visto nella sintesi additiva.

Diagramma cromatico CIE

Per prima cosa occorre tenere presente l’esigenza di definire il colore di una sorgente luminosa in modo indipendente dalla potenza della sorgente illuminante stessa o di una superficie prescindendo dalla quantità di luce riflessa, tenendo presente unicamente la sua composizione.

Se le cose sono concepite in questo modo le coordinate di un colore dipendono dalle tre luci (rossa, verde, blu) del proiettore e dalla loro ‘purezza’. A parte il fatto che non sarebbe facile fare in modo che tutte le sorgenti luminose dei colorimetri, a livello mondiale, siano esattamente uguali, abbiamo visto pure che non tutti i colori sono ottenibili con sintesi additiva partendo da tre colori reali.

A questo punto conviene evitare di addentrarci ulteriormente in tecnicismi e ci accontentiamo di esporre i risultati ottenuti e le convenzioni stabilite nel 1931 a livello internazionale nell’ambito della CIE (Commission Internationale de l’Eclarage), un ente francese che ha dettato regole universalmente accettate nell’ambito dell’illuminazione e del colore.

Per prima cosa sono stati scelti come campioni dei colori teorici di cui non esistono modelli realizzati che vengono chiamati ipersaturi, cioè di una purezza assoluta. In questo modo possono essere riprodotti il maggior numero di colori che esistono in natura.

Secondo tali convenzioni è stato realizzato un diagramma CIE dei colori reali che viene riprodotto di seguito.

Diagramma CIE dei colori reali

Poiché i primari scelti sono colori teorici, vi sono delle coordinate cui corrispondono colori non visibili ed il diagramma ha una forma che assomiglia vagamente ad una campana o a ferro da stiro.

Nel punto (0.33, 0.33) in cui anche la coordinata z ha lo stesso valore si ha un illuminamento uguale per le tre componenti e quindi in questo punto il diagramma presenta una zona bianca.

Il sistema CIE ha anche uno sviluppo tridimensionale Z dal bianco al nero che tiene conto della luminosità.

Si può notare che mancano alcuni colori come ad esempio il marrone o il verde oliva, questo perché si tratta di una sintesi additiva, una somma di luci, e la luce marrone non esiste anche se esistono colori da stampa o vernici marroni. Il marrone può essere considerato come un giallo molto scuro, in effetti nella sintesi additiva il giallo crea problemi, non a caso nel campo dell'alta fedeltà iniziano ad uscire monitor con quattro colori base ed il quarto colore che viene aggiunto è proprio il giallo.

Un diagramma di cromaticità potrebbe essere concepito anche per descrivere la sintesi sottrattiva, mettendo al centro al posto del bianco un grigio scuro o un nero. Un simile diagramma però non è altrettanto significativo perché vengono meno alcune proprietà come la linearità delle mescolanze.

Per rappresentare la luminosità occorre una terza coordinata, il che ci impedisce di fare la rappresentazione sul piano, l’unica visualizzazione comoda che si può stampare o visualizzare su un monitor. Osserviamo solo che la luminosità che si può avere, collegata con la potenza della sorgente luminosa si può ottenere solo con il bianco e non con altri colori, questa diminuisce, in modo non lineare allontanandosi dal punto del bianco posto al centro del grafico.

Importanti caratteristiche del diagramma

Il diagramma CIE dei colori è una vera e propria miniera di informazioni, per il criterio con cui è stato costruito ha innumerevoli proprietà.

Lungo il perimetro curvo del diagramma si trovano tutti i colori dello spettro alla loro massima saturazione, si tratta dei colori separati da Newton con il prisma di vetro partendo da una luce bianca. La loro saturazione decresce man mano che ci si avvicina la punto bianco centrale.

Nella parte alta del diagramma si nota la zona dei verdi, nel vertice a destra quello dei rossi ed in basso a sinistra la zona dei blu ed è possibile indicare, partendo dall’angolo in basso a destra e percorrendo la linea curva, le lunghezze d’onda dei segali luminosi corrispondenti ai vari colori

Il segmento rettilineo che congiunge i vertici inferiori si trovano i colori porpora alla massima saturazione. L’illuminante C corrisponde alla radiazione emessa da una superficie bianca illuminata da una luce media diurna.

Per la generazione di tale luce sono stati definiti alcuni parametri costruttivi per le sorgenti luminose che garantiscono un affidabile punto di riferimento.

Mescolanza additiva

Dati due colori che si trovano rappresentati sul diagramma CIE nei due punti A e B se vengono composti tra loro danno luogo ad una gradazione cromatica costituita da colori intermedi.

Tali colori si trovano rappresentati da punti che si trovano sul segmento AB che prende il nome di linea di mescolanza. Il colore P è formato da un miscuglio dei due colori A e B in parti proporzionali ai segmenti AP e BP.

Quando la linea di mescolanza passa per il punto C unisce due punti che rappresentano due colori la cui somma dà il bianco, quindi in base a quanto si è detto si tratta di due colori complementari.

Nel caso della rappresentazione mostrato sotto A è un blu e B è un giallo che come si è visto sono complementari.

Tale proprietà è vera anche per punti interni e quindi il grafico può essere usato nella ricerca dei colori complementari.

Lunghezza d’onda dominante e saturazione

Dato un colore rappresentato dal punto A se si traccia il segmento CA e lo si prolunga fino ad intersecare il contorno della campana si ottiene il punto P che rappresenta la lunghezza d’onda dominante del colore in esame. Il punto P è a saturazione massima ed C ha saturazione nulla, dato che A si trova sul segmento PC si può definite il rapporto CZ/CA come la saturazione di A.

= Saturazione percentuale di A

Il diagramma CIE è molto importante dal punto di vista teorico ma, dal punto di vista pratico, non è lo strumento più comodo per lavorare con il colore per cui sono stati messi a punto altri spazi di colore che derivano da questo ma più comodi da usare.

Gamut di una periferica

Per riprodurre dei colori in un monitor si devono usare sostanze in grado di emettere una luce colorata mentre nel caso di inchiostri o vernici si usano pigmenti, si tratta quindi di colori reali e non teorici che hanno delle limitazioni.

Supponiamo di avere tre modelli di luce che possono essere rappresentati sul diaframma CIE nei punti R, G, B.

Miscelando i colori R e G otteniamo dei colori che si trovano sul segmento RG e così anche per gli altri due segmenti. Se misceliamo un colore sul segmento RG con uno su BG il colore risultante si trova sul segmento che unisce tali due punti e questa considerazione può essere fatta per tutti i punti che si trovano sui lati del triangolo.

Dati tre colori R, G, B tutte le possibili miscelazioni con essi danno colori che si trovano all’interno del triangolo RGB

I colori che possono essere generati da tale periferica sono quindi all’interno del triangolo che unisce i tre colori primari, tale triangolo viene chiamato Gamut della periferica.

Ogni periferica quindi ha un suo Gamut che è un sottoinsieme del diagramma CIE ed è perfettamente individuabile