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In base a cosa definiamo un colore “accurato”?

In base a cosa definiamo un colore “accurato”? Come potremmo quantificare un colore in modo “accurato”? Prima di entrare nell’argomento, vediamo più nel dettaglio perché la quantificazione del colore è importante per fotografi, designer, professionisti dell’immagine, lavoratori dell’industria tessere e molti altri.

Quando cerchiamo di descrivere un colore, il modo più comune di farlo è riferendosi a un oggetto che richiami tale colore. Ad esempio, per descrivere il colore “rosso”, di solito si pensa a una “mela”. Ma di che mela stiamo parlando? Stiamo parlando della stessa mela? Guardate l’immagine 1: ci sono almeno sette tonalità di “rosso” fra le diverse varietà di mela. Senza contare l’ultima, che non è nemmeno rossa! Di conseguenza, ci saranno discrepanze se usiamo un oggetto per descrivere i colori. Dobbiamo quindi trovare un modo per ridurre le discrepanze nella comunicazione.

Figura 1: Diverse varietà di mele

Le persone tendono a usare i “numeri” per esprimere misurazioni accurate. Ad esempio, usiamo i numeri per descrivere lunghezze, pesi e via dicendo. Di conseguenza, dobbiamo trovare un modo per esprimere i colori in forma numerica, così da poter dire che il colore A è identico al colore B perché hanno lo stesso valore numerico. Nel 1913 la CIE (Commission Internationale de l’Eclairage, commissione internazionale sull’illuminazione) ha definito i valori tristimolo (valori XYZ) per quantificare i colori che gli esseri umani possono percepire. I valori XYZ vengono creati moltiplicando i seguenti tre attributi: la distribuzione di potenza spettrale della fonte luminosa, la riflettività dell’oggetto e le funzioni dell’osservatore standard per descrivere le caratteristiche del sistema visivo umano. Il risultato è che, se un colore A e un colore B hanno gli stessi valori XYZ, possiamo dire che il colore A e il colore B sono uguali.

Figura 2: La formula per calcolare i valori XYZ

Un altro vantaggio derivante dalla definizione dei colori tramite valori numerici è che possiamo esprimere con facilità i colori tramite un diagramma con un sistema di coordinate. E questo forma uno spazio di colore. La figura 3 mostra il diagramma di cromaticità xy del 1931 della CIE, che rappresenta tutti i colori che gli esseri umani riescono a percepire. Questo diagramma, però, non riflette esattamente la sensibilità del sistema visivo umano. Prendete per esempio il blu e il verde. Gli esseri umani sono molto sensibili al blu e molto meno al verde: un po’ più di rosso e lo vediamo viola, un po’ più di verde e lo vediamo ciano. Questo fenomeno non è riflesso nella figura 3, un diagramma di cromaticità xy della CIE del 1931. Come risultato, nel 1976 è stato proposto il diagramma della cromaticità u’ v’, in grado di riflettere la sensazione del sistema visivo umano.

Figura 3: Diagramma di cromaticità xy CIE del 1931

Figura 4: Diagramma di cromaticità u’v’ CIE del 1976

Adesso abbiamo definito un sistema per descrivere i colori usando i numeri.

La prossima domanda è: come misuriamo i colori?

Potremmo usare un righello per misurare la lunghezza e una scala per l’altezza. Quando misuriamo i colori, dobbiamo prima misurare la luce. Misurare la luce non è semplice come usare un righello o una scala, ma ci sono degli strumenti che ci possono aiutare. Potremmo usare, ad esempio, uno spettroradiometro per misurare la distribuzione di potenza spettrale della luce.

Uno strumento del genere, però, è ingombrante e costoso, e non è semplice da portare in giro. Di conseguenza, è stato sviluppato un dispositivo semplificato chiamato “colorimetro”. Un colorimetro misura la luce tramite una serie di filtri XYZ e, di conseguenza, è più rapido ma meno accurato di uno spettroradiometro.

*Filtri XYZ: Filtri ottici che replicano le caratteristiche ottiche dei valori XYZ (valori tristimolo) in termini di trasmittanza per lunghezza d’onda.

Come detto sopra, quando abbiamo una serie di valori XYZ con gli stessi numeri, possiamo dire che dei colori appaiono uguali. Ma ci sono occasioni nelle quali i valori XYZ non sono uguali ma sembrano molto simili. Ad esempio, quando vediamo una luce brillante in una stanza luminosa o una luce soffusa in una stanza più buia, i valori XYZ misurati non sono gli stessi (a causa di diverse intensità di luce), ma percepiamo comunque lo stesso colore della luce. Questo è dovuto all’adattamento del nostro sistema visivo. Un altro scenario è il paragone dei colori su diversi supporti. Ad esempio, un’immagine a monitor e la stessa immagine stampata su carta. Per questo ci serve un’altra metrica per quantificare questo fenomeno di adattamento. È stato quindi proposto e creato lo spazio di colore L*a*b* (mostrato nella Figura 5) per cercare una “normalizzazione”. Questo spazio di colore dà al livello più intenso della luce in una scena o su un supporto (ad esempio la carta) il valore di 100 e normalizza tutti gli altri colori nella scena o sul supporto in base alla luce più intensa. Come risultato siamo in grado di confrontare la luce con diverse intensità o colori su diversi supporti.

Figura 5: Lo spazio di colore L*a*b*

As stated earlier, when we have a set of XYZ values with the same numbers, we could say these colors look the same. But there are occasions when the XYZ values are not the same, but they still look very similar. For example, when we see a bright light in a bright room versus a dimmer light in a dim room, the measured XYZ values are not the same (due to different light intensities, but we still perceive the same color of light. This is due to the adaptation of our visual system. Another scenario is to compare the colors from different media. For example, one from the monitor and one from the printed paper. Hence, we need another metric to quantify this adaptation phenomenon. L*a*b* color space (shown in Figure 5) was then proposed and built for this ‘normalization’ purpose. It defines the brightest level of light in a scene or a media (e.g. paper) as 100, and normalizes all other colors in the scene or media according to the brightest light. As a result, now we can compare light with different intensities or colors from different media.

Figure 5: L*a*b* Color Space

Quando guardiamo due colori simili ma leggermente differenti, ci chiediamo quanto questi colori siano vicini? Senza usare valori numerici per rappresentare i colori, potremmo dire che sono “vicini”. Ma vicini quanto? E qual è la definizione di “vicini”, visto che la percezione dei colori varia da persona a persona? Grazie agli spazi di colore XYZ o L*a*b* siamo in grado di quantificare le differenze fra i colori. Calcolando la distanza fra due colori in un particolare spazio di colore (normalmente si usa lo spazio di colore L*a*b*) si può ottenere un valore che indica la differenza. Questo valore è chiamato “Differenza di colore”. Solitamente usiamo Delta E* per indicare la “Differenza di colore”.

When we look at two similar, but slightly different colors, we will wonder how close these colors are? Without using numeric values to represent colors, we could say “it’s close”. But how close? And what is the definition of ‘close’ since the perception of colors vary from person to person. With the XYZ color space or L*a*b* color space, we can quantify the difference between colors. By calculating the distance between two colors in a particular color space (L*a*b* color space is usually used), a difference value can be obtained. This difference value is called ‘Color Difference’. We usually use delta E* for designating ‘Color Difference’.

La versione più semplice della formula relativa alla differenza di colore è chiamata Delta E* 76 (delta E*ab).

Nelle industrie tessili e nelle arti grafiche si usa una formula più complessa, annunciata nel 1994 e di conseguenza nota come Delta E* 94.

Nel 2000, i ricercatori hanno sviluppato una nuova versione della formula di definizione del colore per riflettere con più precisione ciò che l’occhio umano percepisce. Il risultato è stato chiamato delta E*2000 (delta E*00). Vista la grande quantità di studi di ricerca per ottenere una correlazione fra i valori calcolati e la percezione umana, il Delta E*00 è diventato uno standard internazionale e ne è consigliato l’uso in tutti i lavori di ricerca scientifica.

Come abbiamo visto in precedenza nelle formule, sono richiesti due serie di valori L*a*b*. Se dobbiamo valutare la fedeltà di un particolare colore, sono richiesti una serie di valori L*a*b* misurati e una serie di valori L*a*b* definiti. Potremmo ottenere i valori misurati tramite gli strumenti menzionati in precedenza, ma come otteniamo i valori “definiti” o “standard”? Tali valori possono essere ottenuti tramite grafici standard (Figura 6). Questi grafici di colore hanno valori L*a*b* definiti per tutti i colori nel grafico, e ogni grafico è creato con grande attenzione per soddisfare la tolleranza. Per questo motivo, visto che i loro valori non cambiano, questi grafici potrebbero essere usati come riferimento.

Per valutare la fedeltà di un colore viene spesso utilizzato il delta E*00. Delta E*00 < 1,00 significa che non c’è differenza percepibile per gli esperti nella comparazione di due colori affiancati. Delta E*00 < 3,00 significa che non c’è differenza significativa per una normale persona. (Degli esperti fanno parte i professionisti della scienza dei colori o esperti fotografi, designer, professionisti delle immagini, ecc.)

Riepilogando, abbiamo imparato come usare i numeri per definire i colori e le regole di base. Abbiamo anche identificato le differenze fra i vari spazi di colore, come XYZ e L*a*b*. E, per finire, abbiamo imparato come misurare i colori e come definire le differenze di colore. Usando i valori del Delta E*00 possiamo dire se un colore è accurato o meno.

Figure 6-1: X-rite Classic ColorChecker Chart

Figure 6-2: X-rite Digital ColorChecker SG Chart

Figura 6-1: Grafico ColorChecker classico X-Rite

Figura 6-2: Grafico ColorChecker SG digitale X-Rite

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