Colorimetria

A colorimetria é disciplina psicofísica que dá medição objetiva da cor . Relaciona as medições físicas feitas na luz às percepções coloridas.

A luz é a radiação eletromagnética que só pode ser completamente descrita por seu espectro  ; mas três grandezas numéricas derivadas de medições do espectro de luz são suficientes para identificar a cor de forma que comparações de cores válidas podem ser feitas sobre as luzes em questão sem vê-las.

A colorimetria auxilia no exame visual em todos os casos em que um achado objetivo é desejável, como no controle de qualidade de tintas, vernizes e pigmentos; na resolução de litígios entre fornecedores e clientes, ou entre fabricantes por questões de modelos; e também no caso em que é necessária uma precisão maior que a da avaliação visual, como na química ou, mais recentemente, no acompanhamento do amadurecimento dos frutos na árvore.

A colorimetria de base, o estudo da reacção humano a estímulos isolados luz, foi desenvolvido a partir do meio do XIX th  século . Os estudos colorimétricos continuaram com o estudo mais complexo dos desvios de cor, adaptação visual e interação de cores, e caracteres visuais mais complexos, como transparência , brilho , perolado , que são percebidos como inseparáveis ​​do da cor.

Em química , a colorimetria é um método de dosagem de soluções medindo a absorção de uma luz calibrada por meio de um tubo de ensaio.

Princípios

A cor é a percepção visual humana da distribuição espectral da luz . No entanto, a relação entre a análise espectral da radiação de luz e a percepção da cor é complexa. Há um número muito grande de distribuições espectrais possíveis: dividindo os comprimentos de onda em 100 faixas de 3  nm entre os extremos de 400 e 700  nm , e medindo para cada apenas 10 níveis de intensidade de luz , dez bilhões de combinações são possíveis; embora esta quantificação seja um tanto grosseira, mas não parece que a visão humana possa distinguir tantas nuances.

Medir a cor pareceria uma tarefa impossível, se os artistas e tintureiros não tivessem, pelo menos desde o Renascimento , notado que com apenas três tons bem escolhidos, pode-se reproduzir uma grande quantidade de tons. Newton , na XVII th  século , estados que a luz branca é uma mistura de cores. No XVIII th  século , Thomas Young hipótese de que o olho tem três tipos de receptores; um século depois, James Clerk Maxwell notou que, misturando três luzes de cores bem escolhidas em proporções apropriadas, era possível produzir luz da mesma cor que uma gama muito ampla.

Com base nesta observação e no trabalho de Helmoltz , os sistemas de medição de cores foram desenvolvidos gradualmente. O estabelecimento da Comissão Internacional de Iluminação em 1913 permitiu, em 1931, a adoção de padrões para esses sistemas, constantemente aprimorados desde então.

Estímulo Na colorimetria, comparamos misturas de luzes coloridas tão isoladas quanto possível de outras sensações visuais, a fim de superar as complexidades das interações de cores . Essas misturas são estímulos no sentido psicofísico . Aritmética de cores Supõe-se, por postulados conhecidos como Leis de Grassmann e Abney, que as sensações de luz são lineares , o que permite realizar todas as operações aritméticas nas proporções de luzes mistas. Combinação de cores primárias Vemos que todas as cores, qualquer que seja seu espectro físico, são percebidas de forma idêntica (ver cor metamérica ) a uma combinação de adição ou subtração de apenas três luzes escolhidas arbitrariamente, desde que não possamos reconstituir a terceira das outras duas. Os sistemas ópticos podem apenas adicionar luzes, a subtração é uma operação intelectual adicional. Se Luz X + p3 × Primário 3 = p1 × Primário 1 + p2 × Primário 2 , o postulado de linearidade torna possível escrever Luz X = p1 × Primário 1 + p2 × Primário 2 - p3 × Primário 3 . Todas as cores podem, portanto, ser definidas por três valores. Cromaticidade Supõe-se que a cor é uma propriedade independente do brilho e é chamada de cromaticidade .

Nenhum desses métodos e definições correspondem exatamente à visão humana; têm a vantagem de permitir uma aproximação geralmente denominada colorimetria básica , posteriormente refinada com a colorimetria das diferenças de cores, que leva em consideração os desvios da linearidade da visão humana, dando vários espaços de cores .

Ao mesmo tempo, também com base em estudos psicofísicos , cientistas e profissionais estabeleceram sistemas de descrição de cores baseados na comparação com amostras coletadas em catálogos. Albert Henry Munsell , baseando-se no círculo cromático bem conhecido dos pintores , e tentando obter uma lacuna perceptual constante entre suas amostras, criou sua cartela de cores em 1909. Mais recentemente, a empresa Pantone distribuiu uma cartela de cores de 1000 tons, permitindo aos profissionais comunicar dicas de cores. Esses catálogos não são sistemas colorimétricos propriamente ditos: seu uso é baseado na apreciação visual de uma pessoa da proximidade da tonalidade a ser referenciada; mas são de uso comum entre os profissionais de artes gráficas devido à sua adequação às suas necessidades.

Comprimento de onda dominante e pureza colorimétrica

O estabelecimento de um sistema colorimétrico começa com experiências visuais. Definimos uma luz como luz branca. Um monocromador torna possível ter luz em uma faixa muito estreita de comprimentos de onda. O observador compara, seja olhando para eles alternadamente ou lado a lado, a luz a ser identificada e um composto de luz branca e luz monocromática, da qual ele ajusta a cor e a proporção da luz branca até que as duas luzes coincidam. Obtemos, assim, uma medida de luz, composta de três quantidades:

Partindo do princípio de que a cor é o que diferencia duas luzes de igual intensidade, podemos considerar que duas quantidades definem a cor:

Com duas quantidades, podemos estabelecer um diagrama. Mas é mais conveniente resolver o problema das cores do processo de três cores.

Análise de tricrômio

O experimento de Maxwell foi sistematizado, o que mostrou que uma mistura oportuna de três luzes monocromáticas permite a síntese de grande parte das cores.

O observador irá emparelhar a luz desconhecida com uma mistura das três luzes monocromáticas escolhidas. Se possível, obtemos os coeficientes diretamente. Se não tivermos sucesso, adicionamos à luz desconhecida uma proporção de um, ou, se necessário, duas das luzes básicas, e procuramos os coeficientes dessa luz composta. Em seguida, subtrairemos os coeficientes das luzes adicionadas à luz desconhecida. Dessa forma, chegamos a coeficientes negativos.

A luz composta por duas outras luzes é sempre menos saturada do que seus componentes. Todas as luzes monocromáticas, exceto aquelas que servem de base, têm coeficientes negativos.

Esta medição ainda depende da avaliação de uma pessoa e, portanto, depende das variações na sensibilidade da cor entre os assuntos. Para conseguir uma unificação dos resultados, a International Commission on Illumination definiu em 1931, a partir da série de experiências já realizadas, um observador de referência, que permite obter, por cálculo, as características de uma luz. A partir do seu espectro.

Para eliminar a variação na intensidade da luz, dividimos todos os coeficientes pela soma dos três. Assim, obtemos coeficientes de cor cuja soma é sempre 1.

Podemos, assim, criar um diagrama de cromaticidade bidimensional, no qual podemos localizar todas as cores.

Neste diagrama, as cores obtidas por síntese estão necessariamente localizadas no polígono delimitado pelas cores que serviram para constituí-las. Na maioria das vezes, é um triângulo com um vértice no lado vermelho, outro no lado verde e o terceiro no lado azul.

Colorimetria de diferenças de cor

A análise do tricromo tem a desvantagem de refletir apenas de maneira muito imperfeita a visão humana. A luminosidade percebida de um estímulo não é proporcional à sua luminância , todas as outras coisas sendo iguais, e a suavidade da discriminação entre as cores depende de seu domínio e pureza. Como resultado, dois pontos do diagrama de cromaticidade que estão à mesma distância não são vistos com o mesmo desvio de cor, isto é, aproximadamente, o número de cores intermediárias que podem ser diferenciadas entre eles. Para se aproximar dessa propriedade, a CIE oferece os espaços de cores CIELAB para cores de superfície e CIELUV para luzes coloridas.

Esses espaços perceptivamente uniformes são usados ​​para calcular a diferença de cores .

Não linearidades

A colorimetria simplifica o fenômeno da visão para relacionar mais facilmente a radiação de luz com a cor. Ao buscar a precisão ou explicar o funcionamento complexo da percepção humana, consideramos os desvios da linearidade.

O efeito Abney descobre que, quando a luz branca é adicionada à luz colorida, a resultante muda o matiz dominante, sem alterar o comprimento de onda dominante. No diagrama de cromaticidade, as linhas de matiz igual não são retas, mas ligeiramente curvas. O efeito Bezold-Brücke descobre que o matiz dominante muda para o azul à medida que a luminância aumenta.

O fenômeno Helmholtz - Kohlrausch altera as leis de Grassmann . As curvas de eficiência luminosa espectral são compiladas a partir da equalização de luzes quase monocromáticas. Mas a luminosidade percebida aumenta com a pureza.

A lei do contraste simultâneo de cores interrompe todas as avaliações de estímulos: as cores apresentadas estão necessariamente em um fundo, e isso influencia a percepção, como a adaptação cromática geralmente faz , quando esse fundo é claro.

Finalmente, as funções colorimétricas, nas quais se baseia a transição da medida física do espectro para a definição tricromática, variam de acordo com o tamanho aparente do objeto e o nível de iluminação da retina. O primeiro a estabelecer essas funções optou por pedir aos sujeitos que igualassem as cores em um quadrado visto a uma distância de 40 vezes seu lado, dando uma diagonal de 30 miliradianos ou 2 °, correspondendo ao tamanho da mácula , área do olho onde se encontra a maior densidade de receptores de cor. Os resultados forneceram as tabelas da Comissão Internacional de Iluminação de 1931. No entanto, "este sistema fornece previsões aceitáveis ​​de até 4 °" apenas. Novas medidas produziram tabelas para uma abertura de 10 °, com um nível de iluminação superior, que a CIE padronizou em 1964. A não linearidade da resposta visual obrigou a colorimetria a produzir dois sistemas incompatíveis, sem especificar estritamente as condições de uso de um ou outro.

Medição de cor

Colorímetro

O colorímetro é um dispositivo que mede a cor da superfície de um objeto, definindo-a por coordenadas em um espaço de cores. Em geral, ele divide a luz usando três filtros e deriva diretamente as quantidades que podem ser traduzidas em coeficientes colorimétricos.

Na fotografia , são usados ​​dispositivos semelhantes, mas que dão seus resultados, para uma faixa útil mais restrita, em temperatura de cor e correção de cor , de forma a determinar diretamente quais filtros usar.

Espectrômetro

A medição obtida com o colorímetro dá apenas uma indicação útil sobre as cores vistas. Se se planeja, como no caso das tintas, pigmentos e tintas ou para a síntese subtrativa de cores, misturar esses pigmentos para criar uma nova cor, o conhecimento da cor não é suficiente. Você tem que conhecer seu espectro. Para isso, devemos usar um espectrômetro .

O mesmo se aplica se for necessário conhecer a aparência de superfícies coloridas examinadas sob diferentes luzes. O caso do blues preocupou pintores e decoradores por vários séculos: idênticos à luz do dia, os azuis claros tornam-se mais ou menos cinza na luz artificial. No XIX th  século , chamaram os restantes azul para acender velas luz azul  ; esta propriedade fez o sucesso do cæruleum . No restauro de obras de arte, devemos evitar que repinturas, imperceptíveis no laboratório, se tornem visíveis devido ao metamerismo imperfeito da sala expositiva. Para evitar isso, comparamos o espectro de pigmentos.

Formulários

A colorimetria encontra aplicações na área de tintas e vernizes, onde a medição apoiou, desde a década de 1960, o controle visual por comparação com uma amostra. Por exemplo, quando uma empresa automotiva define a gama de cores de seus veículos, ela a define colorimetricamente para estabelecer o controle de qualidade e os contratos de fornecimento em bases objetivas, úteis em caso de litígio. O mesmo se aplica ao tingimento de têxteis.

A colorimetria é central na fabricação de sistemas de imagem, como telas de televisão e computador ou impressão em cores. Você tem que encontrar os corantes ou fósforos que forneçam a gama correta .

O desenvolvimento da especialidade e a difusão de instrumentos eletrônicos ampliam o campo de aplicação da avaliação colorimétrica.

A avaliação colorimétrica do estado de maturação de frutas e cereais, em particular citrinos , cerejas , tomates ou da qualidade do mel é mais precisa do que a estimativa visual, podendo ser automatizada.

Os métodos colorimétricos também podem ser usados ​​em tribunais, em questões de propriedade intelectual e direito de marcas.

Colorimetria em química

Em química , o ensaio colorimétrico é usado para medir a concentração de uma solução. Um feixe de luz monocromática é enviado através de uma célula espessa contendo uma solução colorida e a luz absorvida é medida.

A lei de Beer-Lambert relaciona a densidade óptica de uma solução à sua concentração molar:

Sendo o comprimento uma constante do aparelho, e ε uma característica constante do composto cuja concentração é procurada, pode-se estabelecer uma relação linear entre A (densidade óptica) e c (concentração).

Não confunda o método de análise por indicadores coloridos às vezes é chamado de análise colorimétrica  ; é um abuso de linguagem . a nefelometria é outra técnica baseada na medição da luz que passa por um meio gasoso ou líquido. Ele avalia o conteúdo de partículas suspensas ou turbidez a partir da medição da luz espalhada em ângulos retos até a luz incidente.

Espectroscopia

A colorimetria é derivada da técnica de absorbância . Para uma determinada molécula, um determinado comprimento de onda pode interagir com a molécula e diminuir a porcentagem de luz que sai da fonte de emissão para o sensor. Na colorimetria, é a tonalidade do composto que cria esse efeito. Essa técnica é usada para criar uma curva de absorbância, definida como a porcentagem de luz transmitida em função da concentração, e que pode ser usada como padrão para determinar concentrações desconhecidas.

Veja também

Bibliografia

links externos

Artigos relacionados

Notas e referências

  1. Sap 2009 , p.  1; The Great 1972 , p.  106; Déribéré 2014 , p.  96 (1964).
  2. Definição produzida pelo CIE em 1948, ver Gustave Durup , "  Progresso conjunto das idéias e da linguagem nas ciências da cor  ", L'Année psychologique , vol.  47, n os  47-48-1,1948, p.  213-229 ( ler online ), sp. p.  215, 220, 223 .
  3. Sap 2009 , p.  269.
  4. Sap 2009 , p.  71
  5. Sap 2009 , p.  107-109.
  6. (em) WD Wright , "  Color Standards in Trade and Industry  " , Journal of the Optical Society of America , vol.  49, n o  4,1959( leia online ).
  7. (em) SM Jaeckel , "  Utility of Color-Difference Formulas for Match-Acceptability Decisions  " , Applied Optics , Vol.  12, n o  6,1973( leia online ).
  8. (em) FM Clysdesdale e EM Ahmed , "  Colorimetry - Methodology and Applications  " , Critical Reviews in Food Science and Nutrition , Vol.  10, n o  3,1978( leia online ).
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