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AAEE BBDDPPKK Printed in Japan9242-4830-92©1998 K ONIC A MINOLT A S E NS ING , INC . 16 3-91, Dais ennis himac hi, S akai.Os aka 590-8551, J apan K onic a Minolta P hoto Imaging U.S .A., Inc . 725 Darlington Avenue Mahwah, NJ 07430 P hone: 888-473-2656 (in US A), 201-529-6060 (outs ide US A) FAX: 201-529-6070 K onic a Minolta P hoto Imaging C anada, Inc . 1329 Meyers ide Drive,Miss issauga, Ontario L5T 1C 9 P hone: 905-670-7722 FAX: 905-795-8234 K onic a Minolta P hoto Imaging E urope G mbH Minoltaring11, 30855 Langenhagen, G ermany P hone: 0511-740440 FAX: 0511-741050 Minolta Franc e S .A. 365-367, R oute de S aint-G ermain, 78424 C arrieres-S ur-S eine, France P hone: 01-30866161 FAX: 01-30866280 K onic a Minolta P hoto Imaging UK L td. P recedent Drive, R ooksely P ark, Milton K eynes United K ingdom P hone: 01-908200400 FAX: 01-908618662 K onic a Minolta P hoto Imaging Aus tria G mbH Amalienstrasse 59-61, 1131 Vienna, Austria P hone: 01-87882-430 FAX: 01-87882-431 K onic a Minolta P hoto Imaging B enelux B .V. P ostbus6000, 3600 HA Maarssen, The Netherlands P hone: 030-2470860 FAX: 030-2470861 K onic a Minolta P hoto Imaging (S c hweiz)AG R iedstrasse 6, 8953 Dietikon, S witzerland P hone: 01-7403727 FAX: 01-7422350 K onic a Minolta B us ines s S olutions Italia S .p.A. Via S tephenson 37, 20157, Milano, Italy P hone: 02-39011-1 FAX: 02-39011-219 K onic a Minolta P hoto Imaging S vens ka AB S olnastrandvägen 3, P .O.B ox 9058 S -17109, S olna, S weden P hone: 08-627-7650 FAX: 08-627-7685 K onic a Minolta P hoto Imaging (HK )L td. R oom 1818, S un Hung K ai C entre, 30 Harbour R oad, Wanchai, Hong K ong P hone: 852-34137508 FAX: 852-34137509 S hanghai Offic e R m 1211, R uijin B uilding No.205 Maoming R oad (S ) S hanghai 20020, C hina P hone: 021-64720496 FAX: 021-64720214 K onic a Minolta P hoto Imaging As ia HQ P te L td. 10, Teban G ardens C rescent S ingapore 608923 P hone: +65 6563-5533 FAX: +65 6560-9721 K ONIC A MINOLTA S E NS ING, INC . S eoul Offic e 801, C hung-J in B ldg., 475-22, B angB ae-Dong, S eocho-ku, S eoul, K orea P hone: 02-523-9726 FAX: 02-523-9729 1 Conhecendo as cores. As cores chamam a atenção e são importantes em todos os ambientes Um número infinito de cores nos envolve todos os dias de nossas vidas. Normalmente nós não damos às cores o seu devido valor, porém elas são importantes em nosso dia a dia, influenciando nossa alimentação, os produtos que compramos, e até nos informando sobre o estado de saúde de uma pessoa. Mesmo nos influenciando tanto, e apesar de sua importância continuar a crescer diariamente, nosso conhecimento da cor e seu controle normal- mente é insuficiente, gerando uma variedade de problemas, como por exemplo em transações comerciais envolvendo cores ou mesmo na escolha da cor de um produto. Uma vez que as avaliações de cores são frequentemente feitas de acordo com as impressões ou experiências pessoais, é impossível para uma pessoa controlar de forma precisa a avaliação da cor utilizando métodos comuns. Existe uma forma com a qual nos possamos expressar a cor de forma precisa; com a qual possamos descrever essa cor para outra pessoa a fim de que ela seja reproduzida da forma como nós a vemos? Como a comunicação de cores, entre os mais diversos campos da indústria pode ser feito de forma correta? * Quando falarmos sobre a cor estaremos nos referindo à cor de um objeto. 2 Qual é a cor desta maçã ? 4 Normalmente dez pessoas diferentes irão descrever uma única cor de dez maneiras diferentes. 5 Mesmo sendo a mesma cor ela parece diferente. Por que? 6 Dois balões vermelhos. Como podemos descrever para uma pessoa, a diferença de cores entre eles? 8 Tonalidade. Luminosidade, Saturação O Mundo da cor é uma mistura desses três atributos. 10 Tonalidade, luminosidade, saturação. Criando um sólido de cor. 12 Com a criação de escalas de tonalidade, luminosidade e saturação, nós podemos determinar uma cor numericamente. 14 Os colorímetros simplificam a identificação das cores. 15 Observando alguns espaços de cores. 16 Medindo várias cores com um colorímetro! 21 Os colorímetros podem determinar diferenças de cores muito pequenas! 22 Medições com um colorímetro podem apontar pequenas diferenças, mesmo entre cores que parecem iguais ao olho humano. 24 Um exemplo de controle de qualidade utilizando-se um colorímetro. 25 Recursos dos colorímetros. 26 Conteúdo PARTE I Porque a maça parece vermelha? 28 Para podermos perceber uma cor são necessários três elementos: a luz, a visão, e um objeto. 29 Os seres humanos percebem as cores em alguns comprimentos de onda específicos. 30 Diferenças entre a sensação de cor através da luz que entra em nossos olhos e o processo de medição de um colorímetro. 32 Os componentes da luz e cor. Usando um espectrofotômetro. 34 Medindo varias cores com um espectrofotômetro. 36 Diferenças entre o método tristímulus e o método espectrofotométrico. 38 Como a aparência da cor muda com a mudança da fonte de luz? 40 Um espectrofotômetro pode inclusive avaliar um problema complexo como a metameria. 42 Recursos dos Espectrofotômetros. 44 PARTE II Comparando colorímetros e espectrofotômetros. 46 Cor e brilho. (Métodos SCE e SCI) 48 Medindo cores especiais. 50 Notas sobre a medição de diversos materiais e diversas condições. 52 PARTE III Termos de cor utilizados. 53 PARTE IV .............................................................................................................................................. ..... .............................................................................. .............................................................................................................. ................................................................................... ................................................................. .............................................................. ...................................................................................... ...................................................................................................................... ............................................................................................................................................................ ........................................................................... ......................................................... ............................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................ ......................... ...................................................................................................... ................................................................................................................................... ............................................................................................. .................................................. ................................................................ ............... ............................................................................................................................. ................................................................................................ ................................................................................................................................ ............................................................................................................................................... .............................................................. ................................................................................................................................................. 3 PARTE I O estudo da cor. Ao observarmos o nosso ambiente, percebemos uma grande variedade de cores surgirem diante de nossos olhos. Em nosso dia a dia estamos cercados de uma infinita variedade de cores e diferentemente do comprimento e do peso, não há uma escala física para medir a cor, o que faz com que as pessoas respondam de formas diferentes quanto question- adas a respeito de uma determinada cor. Por exem- plo, se dissermos “azul da cor do céu” ou “azul da cor do mar” para as pessoas, cada indivíduo irá imaginar um azul diferente do outro. Isso acontece porque suas experiências passadas e suas sensibilidades para a cor são diferentes. Esse é o problema da cor. Portando vamos estudar um pouco o assunto e determinar quais informações sobre a cor nos seriam úteis. � Qual é a cor desta maçã? Vermelho Intenso! Vermelho! Vermelho quente. Vermelho Vivo. 5 Normalmente dez pessoas diferentes irão descrever uma única cor de dez maneiras diferentes. "Dar um nome" à uma cor é uma tarefa difícil. Se você mostrar uma mesma maçã para quatro pessoas diferentes, provavelmente receberá quatro respostas diferentes. A cor depende da percepção e de uma interpretação subjetiva. Mesmo que as pessoas olhem para um mesmo objeto (nesse caso, a maçã), elas irão expressar exatamente a mesma cor com palavras diferentes. Porque existe uma grande variedade de maneiras de se expressar uma cor, descrever uma cor em particular para uma pessoa é uma tarefa extremamente difícil. Se nós descrevermos a cor de uma maça para uma pessoa como sendo vermelho vivo, podemos esperar que essa pessoa seja capaz de reproduzir correta- mente essa cor? A expressão verbal das cores é muito complicada e difícil. Todavia se existisse um método pelo qual as cores pudessem ser entendidas e expressadas precisamente a comunicação seria muito mais simples e exata. Tal comunicação exata eliminaria os problemas relacionados à cor. Até onde as palavras podem expressar uma cor? Nomes comuns de cores e nomes sistemáticos de cores. As palavras para expressar as cores têm mudado com o tempo. Se nós considerarmos o vermelho de nosso exemplo teríamos: vermelho, cereja, escarlate, morango, para mencionar algumas. Estes são chamados de nomes comuns de cores. Analisando as condições da cor nós ainda poderíamos adicionar adjetivos como brilhante, fosco, e forte para descrever a cor de maneira um pouco mais precisa. Termos como o “vermelho vivo” usado pelo nosso personagem, são chamados de nomes sistemáticos das cores. Mesmo com uma grande variedade de formas de expressão da cor, as pessoais ainda interpretarão de maneiras diferentes nomes como “vermelho vivo” ou “vermelho forte”. Portanto, a expressão verbal não é um método suficientemente preciso para a determinação de uma cor. Assim como na medição do peso, existe alguma forma para a medição da cor? Usamos uma régua para medir o comprimento e uma balança para medir o peso. Existe algo similar para medir a cor? Mesmo sendo a mesma cor, ela parece diferente. Por que? 7 Condições que afetam a aparência da cor. .Diferenças na Fonte de Luz. Diferenças no Observador Diferenças no Tamanho Diferenças de Fundo Diferenças Direcionais Uma maça que parece deliciosa na loja sob a luz do sol, de alguma forma não parece tão boa debaixo da luz fluorescente de casa. Provavelmente muitas pessoas já tiveram essa experiência. Luz do sol, luz fluorescente, luz de tungstênio e etc – cada tipo de iluminação fará com que uma mesma maçã tenha aparências diferentes. Se uma maçã for colocada na frente de um fundo claro, ela parecerá mais escura do que quando colocada à frente de um fundo escuro. Nos referimos a isso como sendo efeito de contraste. Certos pontos de um carro podem parecer mais claros ou escuros apenas com uma pequena mudança no ângulo de visualização. Isso se dá em função das características direcionais de algumas pinturas automotivas. Certos materiais, particularmente as tintas metálicas e perolizadas, possuem características direcionais extremamente elevadas. O ângulo pelo qual o objeto é observado e também o ângulo pelo qual o objeto é iluminado deve ser constante para uma comunicação de cor precisa. A sensibilidade do olho de cada indivíduo varia de forma sutil; mesmo aquelas pessoas consideradas como tendo visão de cor “normal” sofrem de desvios na direção do vermelho e do azul. A precisão visual também muda com a idade. Esses fatores fazem com que as cores sejam diferentes para observadores diferentes. Após escolherem uma determinada cor através de um pequeno mostruário de papel de parede ou de tinta, as pessoas acham que a cor ficou muito clara quando aplicada à parede. Cores que cobrem grandes áreas tendem a parecer mais claras e mais vivas do que quando cobrem uma área pequena. Nos referimos a isso como efeito de área. A seleção de objetos que possuem uma área grande, baseada em amostras que possuem uma área pequena pode gerar erros. É importante manter as condições constantes quando visualizamos as cores. 8 clara escura viva suja Dois balões vermelhos. Como descrever as suas diferenças de cor para uma pessoa? Quão clara ela é? Qual é sua tonalidade? Quão limpa ela é? 9 Para melhor entendermos a descrição exata de uma cor, precisamos analisar o mundo da cor. Existem muitas cores “vermelhas”. Os dois balões vermelhos são parecidos porém não são iguais. Quais são as diferenças? À primeira vista, os dois balões parecem iguais. Porém examinando-os um pouco mais de perto, percebemos que eles são diferentes em diversos aspectos. A cor dos dois é vermelha, porém a cor do balão superior é algo mais clara, e a cor do balão inferior é portando mais escura. O balão superior também parece mais vivo ou limpo. Apesar de ambos serem vermelhos, as cores dos dois balões são diferentes. Quando as cores são classificadas, elas podem ser expressas em termos de sua tonalidade (cor), luminosidade (clara/escura), e saturação (pureza) Blanco profundoprofundoclaroclaro pálidopálido Figura 1: Roda das cores. sujo sujo Tonalidade, luminosidade, saturação. O mundo da cor é uma mistura desses três atributos. Am areloAmarelo-Verde Verde Az ul- Ve rde A zu l A zul-Violeta Violeta Vermelho-Violeta Ve rm elh o La ra nj a Figura 2: Mudanças em luminosidade e saturação, do vermelho-violeta ao verde. Figura 3: Adjetivos relacionados às cores (para Luminosidade e Saturação) Alta Alta Alta Lu m in os id ad e Baixa Baixa Saturação Saturação vivo/intenso vivo/intensocinza/fraco cinza/fraco escuro escuropreto brilhante brilhante A B (A) (B) A B 10 11 Tonalidade, luminosidade, saturação: Este é o mundo da cor. Tonalidade Luminosidade Saturação Vermelho, amarelo, verde, azul.. As cores da roda de cor. Cores claras, cores escuras A luminosidade das cores muda verticalmente Cores vivas, cores sujas. A saturação muda a partir do centro. Maças são vermelhas (ou verdes), limões são verdes, o céu é azul: essa é a forma pela qual nós pensamos na cor em nossa linguagem diária. A tonalidade é o termo usado no mundo da cor para a classificação dos vermelhos, amarelos, azuis e etc. Apesar do vermelho e amarelo serem duas cores completamente diferentes, a mistura das duas resulta em laranja, às vezes chamado de amarelo avermelhado; com a mistura de amarelo e verde teríamos o amarelo esverdeado e assim por diante. A continuidade dessas tonalidades resulta na roda de cores mostrada na figura 1. As cores podem ser classificadas em claras e escuras quando comparamos sua luminosidade. Por exemplo, quando comparamos o amarelo de um limão com o amarelo de uma laranja, o amarelo do limão é mais claro. Quando comparamos o amarelo de um limão com o vermelho de um morango ainda assim o amarelo do limão é mais claro, correto? Isso mostra que a luminosidade pode ser medida independentemente da tonalidade. Observe a figura 2. Esta figura representa uma seção transversal da figura 1, cortada em linha reta entre o A (verde) e o B (vermelho-púrpura). Como mostra a figura, a luminosidade aumenta em direção ao topo e diminui em direção ao fundo. Retornando ao amarelo. Como podemos comparar o amarelo de um limão com o amarelo de uma pêra? Pode-se dizer que o amarelo do limão é mais vivo, enquanto que o amarelo de uma pêra é mais sujo. Novamente temos uma grande diferença, mas desta vez em termos de saturação. Esse atributo e totalmente independente da tonalidade e da luminosidade. Se observarmos novamente a figura 2, veremos que a saturação muda para o vermelho-púrpura e para o verde, conforme a cor se distancia horizontalmente do centro. As cores são mais sujas, ou menos saturadas no centro e se tornam mais limpas e vivas à medida que se distanciam deste. A figura 3 mostra alguns adjetivos usados para descrever a luminosidade e a saturação das cores. Para entender o seu significado observe novamente a figura 2. 12 Tonalidade, luminosidade, saturação. Criação de um sólido de cores. Blanco Preto Saturaçãoz Analisando a roda de cores em luminosidade, saturação... Tonalidade, luminosidade e saturação. Esses são os três atributos da cor e podem ser dispostos em conjunto para criar um sólido tridimensional, mostrado na Figura 4. As tonalidades formam o aro externo do sólido, com a luminosidade como eixo central e a saturação avançando horizontalmente nos raios. Se todas as cores existentes fossem distribuídas na figura 4, formariam o sólido indicado na figura 5. A forma do sólido de cores seria muito complicada em função dos intervalos de saturação serem diferentes para cada tonalidade e luminosidade, porém o sólido de cores nos ajuda a melhor visualizar as relações entre a tonalidade, luminosidade e saturação. Figura 4: Sólido em três dimensões (Tonalidade, luminosidade e saturação) Tonalidade Lu m in os id ad e 13 Figura 5: Sólido de Cor. Se procurarmos pela cor da maçã no sólido de cores, podemos ver que sua tonalidade, luminosidade e satura- ção se encontram na área vermelha! 14 História da expressão numérica das cores Com a criação de escalas para a tonalidade, luminosidade e saturação, nós podemos medir as cores numericamente. No passado, várias pessoas desenvolveram métodos; normalmente usando fórmulas complexas,'para quantificar as cores e expressá-las numericamente, com o objetivo de tornar a comunicação de cores mais fácil e precisa. Esses métodos visavam proporcionar uma forma numérica de expressar as cores; da mesma forma como nos expressa- mos em termos de comprimentos e pesos. Em 1905, o artista americano A.H. Munsell desenvolveu um método para a expressão de cores no qual utilizou um grande número de pastilhas de papel colorido, classificadas de acordo com a sua tonalidade (Muensell Hue), Luminosidade (Munsell Value) e saturação (Munsell Chroma), para a comparação visual com uma amostra de cor. Algum tempo depois, após uma variedade de experimentos, esse sistema foi atualizado para a criação do Sistema de Notação Munsell, o qual é utilizado até os dias de hoje. Nesse sistema, qualquer cor é expressa com a combinação de letras e números (H V/C), onde o (H) é a tonalidade, o (V) a luminosidade e o (C) a saturação, através de avaliação visual comparativa, que utilizada os livros de cor Munsell. Outros métodos para a expressão numérica das cores foram desenvolvidos por uma organização internacio- nal dedicada à luz e a cor, a Commission Internationale de L’Eclairage, (CIE). Os dois métodos mais conhecidos são o espaço de cores Yxy, desenvolvido em 1931, baseado nos valores tristímulus XYZ definidos pela CIE, e o espaço de cores L*a*b*, desenvolvido em 1976 para proporcionar maior uniformidade nas diferenças de cores em relação às avalia- ções visuais *Espaço de cor: Método para a expressão de cores de um objeto ou fonte de luz, utilizando um mesmo tipo de notação ou critério. A expressão numérica das cores é muito importante! 15 Os colorímetros simplificam a identificação das cores. Com a utilização de um colorímetro, podemos obter resultados instantâneos em cada um dos espaços de cores. Espaço de cor L*C*h* Espaço de cor Hunter Lab Espaço de cor XYZ X= 21.21 Y= 13.37 Z= 9.32 L*= 43.31 a*= 47.63 b*= 14.12 L= 43.31 C= 49.68 h= 16.5 L= 36.56 a= 42.18 b= 8.84 Y= 13.37 x= 0.4832 y= 0.3045 Valores Tristímulos XYZ Espaço de cor L*a*b* Se medirmos a cor da maçã, obteremos os seguintes resultados: 16 Análise de alguns espaços de cores. Valores tristímulus XYZ e Espaço de cor YXY Comprimento de onda (nm) 2.0 1.5 1.0 0.5 400 500 600 700 y x x (λ) (λ) (λ) z (λ) Os valores tristímulus XYZ e o espaço de cores Yxy, formam a base do atual espaço de cores CIE. O conceito dos valores tristímulus está baseado nos três componentes teóricos da visão de cores, os quais estabelecem que o olho possui três receptores primários de cores (vermelho, verde e azul) e que todas as cores são misturas dessas três cores primárias. Em 1931, a CIE definiu o Observador Padrão como tendo as funções de relação de cor x(l) ,y(l), e z(l) conforme a Figura 6 abaixo. Os valores tristímulus XYZ são calculados utilizando-se as funções de relação de cor desses Observadores Padrão. Os valores tristímulus XYZ, são úteis na definição de uma cor, porém os resultados não podem ser facilmente interpretados. Em função disso, a CIE também definiu um espaço de cores em 1931 para desenhar um gráfico bidimensional, independente da luminosidade; este é o espaço de cores Yxy, no qual o Y é a luminosidade (com valor idêntico ao valor tristímulu Y) e x e y são as coordenadas de cromaticidade calculadas com os valores tristímu- lus XYZ (detalhes napág. 47). O diagrama de cromaticidade CIE x,y é mostrado na Figura 7. Neste diagrama, as cores acromáticas estão no centro do diagrama, e a cromaticidade aumenta na direção das bordas. Se nós medirmos a maçã, usando o espaço de cores Yxy, obteremos os valores x=0.4832, y=0.3045 como coordenadas de cromaticid- ade, que correspondem ao ponto A no diagrama da figura 7; O valor Y, 13,47 indica que a maçã possui uma reflexão de 13,37% (comparada com um refletor difuso ideal, com reflectância de 100%) Y= 13.37 x= 0.4832 y= 0.3045 Figura 6: Resposta espectral correspondente ao olho humano. (Funções de relação cor do Observador Padrão 1931) 17 y x 700~780 380~410 620 16 0 06 0 095 085 570 065 055 045015 005 094 084 4 07 064 035 025 Figura 7: Diagrama de cromaticidade x,y de 1931 Tonalidade Saturação 18 90 80 70 60 40 30 20 10 0 100 0 10 20 30 40 50 60 50 10-10-20-30-40-50-60 20 30 40 50 60 60 50 40 30 20 10 -10 -20 -30 -40 -50 -60 intenso escuro muito escuro vivo sujo cinzento luz pálido muito pálido L*= 43.31 a*= 47.63 b*= 14.12 Espaço de cor L*a*b* Figura 8: Diagrama de cromaticidade a*, b* (Amarelo) +b∗ +a∗ (Vermelho) Tonalidade (Verde) (Azul) Figura 9: Cromaticidade e luminosidade Cromaticidade Luminosidade (L∗) Tonalidade O espaço de cores L*a*b* (também conhecido como CIE LAB) é atualmente um dos espaços de cores mais popula- res para a medição de cores e é amplamente utilizado em praticamente todos os campos de aplicação. Ele é um dos espaços uniformes de cor definido pela CIE em 1976 com o objetivo de reduzir os problemas do espaço de cor original Yxy no qual as distâncias do diagrama de cromaticidade, não representavam as diferenças visuais das cores. No espaço de cores L*a*b*, o L* indica a luminosidade, enquanto que o a* e o b*, representam as coordenadas cromáticas. A Figura 8 mostra o diagrama de cromaticidade a*, b*. Nesse diagrama o a* e o b* b indicam as direções das cores: sendo +a* a direção do vermelho, -a* a direção do verde, +b* a direção do amarelo e –b* a direção do azul. O centro é acromático. Com o aumento dos valores de a* e b*, o ponto se distancia do centro e a saturação da cor aumenta. A Figura 10 é a representação de um sólido de cores do Espaço de Cor L* a*b*. A Figura 8 mostra um corte horizontal deste sólido em um valor constante de L*. Podemos ver a cor resultante; o ponto A; inserindo os valores medidos da maçã (a*=+47, 63, b* +14,12) no diagrama a*, b* da Figura 8. Se cortarmos verticalmente o sólido de cor da figura 10, através do ponto A e do centro, obteremos uma visão da cromaticidade pela luminosidade, em parte mostrada na figura 9. 19 Figura 10: Representação de um sólido de cor no Espaço de Cor L*a*b*. Blanco +L∗ Amarelo +b∗ +a∗ Vermelho Azul Preto Verde 20 10 20 40 50 60 05 04 03 02 01 06 50 40 30 20 10 60 30 h 90 80 70 60 40 30 20 10 0 01 0 50 0 10 20 30 Croma ( C ∗) Luminosidade (L∗) 40 50 60 L= 36.56 a= 42.18 b= 8.84 Espaço de cor L*C*h Espaço de Cor Hunter Lab Figura 11: Parte do diagrama de cromaticidade a*, b* da figura 8. (Amarelo) +b∗ +a∗(Vermelho) Crom a C* A Ângu lo de tonalidad e Hab Tonalidade L= 43.31 C= 49.68 h= 16.5 Croma C ∗= (a ∗)2+(b∗)2 Ângulo de tonalidade ab= tan -1{- }a∗b∗ Tonalidade Figura 12: Croma e luminosidade O espaço de cores L*C*h*, utiliza o mesmo diagrama que o espaço de cores L*a*b*, porém utiliza coorde- nadas cilíndricas ao invés de coordenadas retangula- res. Nesse espaço de cores, o L* indica luminosidade, e é o mesmo L* do espaço de cores L*a*b*, o C* indica o “croma” e o h é um ângulo de tonalidade. O valor de croma C* é 0 no centro e aumenta conforme a distância deste. O ângulo de tonalidade h inicia-se no eixo +a* e é dado em graus; 0 seria +a* (vermelho), 90 seria +b* (amarelo), 180 seria –a* (verde) e 270 seria –b* (azul). Se medirmos a maçã utilizando o espaço de cores L*C*h* , obteremos os resultados mostrados abaixo. Ao plotarmos esses valores na figura 11, obteremos o ponto A. O Espaço de Cor Hunter Lab foi desenvolvido por R.S. Hunter, e possui maior uniformidade visual que o espaço de cores CIE 1931 Yxy. Similar ao espaço de cores CIE L*a*b*, ele permanece em uso em diversos campos de aplicação, incluindo a indústria de tintas dos Estados Unidos. 21 H= 8.4R V= 3.4 C= 14.1 L*= 37.47 a*= 7.07 b*= -47.77 L*= 74.72 a*= 15.32 b*= 10.21 L*= 34.27 a*= 44.53 b*= -21.92 L= 76.47 C= 37.34 h= 359.7 Y= 16.02 x= 0.1693 y= 0.1999 indicates the measurement point. Medindo várias cores com um colorímetro. Cerâmica Espaço de Cor L*C*h* Borracha Espaço de Cor Hunter Lab Plástico Impressão Têxteis Tinta Ao contrário do olho humano, um colorímetro pode medir uma cor de forma precisa e simples. Como visto anteriormente, diferentemente das expressões subjetivas comummente utilizadas pelas pessoas para descrever as cores verbalmente, os colorímetros expressam as cores numericamente em função de padrões internacionais. Dessa forma, é possível para qualquer pessoa entender que cor está sendo expressa. Além disso, a percepção pessoal de uma determinada cor pode variar dependendo do fundo ou da fonte de iluminação utilizada. Os colorímetros correspondem às funções do olho humano; mas como eles sempre fazem suas medições utilizando a mesma fonte de luz e o mesmo método de iluminação, as condições de medição serão sempre as mesmas, de dia, de noite, no interior ou exterior de ambientes. Isso faz com que medições sejam extremamente simples e precisas. Abaixo vemos os valores medidos de diversos objetos. Espaço de Cor XYZ(Yxy) Espaço de Cor L*a*b* Espaço de Cor L*a*b* Espaço de Cor L*a*b* 22 L*= +4.03 a*= -3.05 b*= +1.04 E*= 5.16 L*= +4.03 C*= -2.59 H*= +1.92 E*= 5.16 ∆E ∗ab= (∆L∗)2+ (∆a∗)2+ (∆b∗)2 1 2 Os colorímetros podem determinar diferenças de cores muito pequenas! Mostrando as diferenças com valores numéricos. A: Padrão B: Amostra A': Padrão de cor com a mesma luminosidade da amostra de cor A: Diferen a de cor L*a*b* B: Diferen a de cor L*C*h* * "∆" (delta) significa diferença. Maçã Maçã Blanco Amarelo Vermelho Azul Verde Preto Quando falamos de cores, a determinação de diferenças pode ser um grande problema. Porém, com um colorímetro, qualquer diferença de cor pode ser facilmente entendida quando expressa numericamente. Utilizando os espaços de cor L*a*b* e L*C*h*, observamos a diferença de cor entre duas maçãs. Usando a cor da maçã 1 (L*=43.31, a*=+47.63, b*=+14.12) como padrão e comparando-a com a maçã 2 (L*=47.34, a*=+44.58, b*=+15.16), obtemos os resultados mostrados no quadro A abaixo. As diferenças também são mostradas no gráfico da Figura 14. O diagrama da figura 13 mostra como é fácil entender as diferenças de cores no espaço de cores L*a*b*. No espaço de cores L*a*b*, a diferença de cor pode ser expressa com um único valor, o ∆E*ab, o qual indica o tamanho da diferença de cor, mas não mostra de que forma as cores são diferentes. O ∆E*ab é definido pela seguinte equação: Ao substituirmos nesta forma, os valores mostrados no visor A, ∆ L*=+4.03, ∆a*=-3.05, e ∆b*=+1.04, teremos o ∆E*ab=5,16, que é o último valor mostrado no visor. Se medirmos as diferenças de cores entre as duas maçãs utilizando o Espaço de Cor L*C*h*, obteremos os resultados mostrados acima no visor B. O valor de ∆ L* é o mesmo apresentado no Espaço de Cores L*a*b*, o ∆ C*=-2,59, indicando que a cor da maçã 2 é menos saturada. A diferençade tonalidade entre as duas maçãs, ∆H*, definida pela equação ∆H∗= (∆E∗)2-(∆L∗)2-(∆C∗)2 é de +1,92. Se observarmos a figura 14, a diferença de tonalidade mostra que a maçã 2 está mais próxima do eixo +b*, ou seja, mais amarela. Figura 13: Diferen a de cor no Espa o de Cor L*a*b* 23 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 10 02 03 04 05 06 01 ∆C∗ 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0 L∗ C∗−∆ +∆ +∆ −∆ L∗ C∗ +b∗ +a∗ 2 1 2 1 Claro Diferença de croma Vivo IntensoEscuro Pálido Sujo Figura 14: Parte do diagrama de cromaticidade a*,b* Amarelo Vermelho Tonalidade Difer ença de to nalid ade D ife re nç a de L um in os id ad e Figura 15: Termos para descrever as diferenças em croma e luminosidade. Apesar das palavras não serem exatas como os números, nós podemos utilizar as palavras para descrever as diferenças de cores. A figura 15 mostra alguns dos termos utilizados para descrever as diferenças de cores em termos de luminosidade e croma; Os termos mostrados nessa figura indicam a direção das diferenças de cores, mas sem a utilização de um adjetivo (levemente, muito etc) não podem indicar o grau da diferença de cor. Se observarmos os valores das duas maçãs plotados diríamos que a cor da maçã 2 é mais “pálida” que a cor da maçã 1; uma vez que a diferença de croma não é muito grande, poderíamos acrescentar um adjetivo, dizendo que a maçã 2 é “levemente” mais pálida, para indicar o grau de diferença. L*= -0.32 a*= -0.01 b*= +0.70 E*= 0.77 L*= +0.11 a*= -0.06 b*= +0.13 E*= 0.18 L*= -0.08 a*= -0.02 b*= +0.13 E*= 0.15 Medições efetuadas com um colorímetro podem apontar diferenças sutis, mesmo em cores que sejam iguais para o olho humano. Controle de cor de material impresso Controle de cor de têxteis Controle de cor de plásticos Indica o local onde foi efetuada a medição. Um colorímetro pode mostrar diferenças mesmo em cores que pareçam iguais ao olho humano. Além disso, um colorímetro pode expressar quaisquer diferenças de forma numérica. Se por alguma razão a cor de um produto estiver errada e o produto for embarcado sem que o problema tenha sido observado, com certeza haverá uma reclamação por parte do cliente. Essa reclamação afetará não apenas a produção ou o departamento comercial, mas a reputação da empresa como um todo. O controle de qualidade da cor tem um papel importante na prevenção de problemas similares ao descrito acima. 24 25 Um exemplo de controle de qualidade utilizando um colorímetro. Observando o quanto um colorímetro pode ser útil no controle da cor. A empresa A fabrica componentes plásticos exteriores para a empresa B. A empresa B também compra partes similares de outras empresas. Na empresa A, existe uma equipe em tempo integral, encarregada de controlar a cor na linha de produção que avalia visualmente os produtos em comparação com os padrões. A inspeção visual depende da perícia visual dos inspetores para determinar se um produto está ou não dentro da faixa de tolerância definida pelo cliente. Este trabalho não pode ser efetuado por nenhuma outra pessoa; ele requer anos de experiência para desenvolver a habilidade para a inspeção visual. Em função disso, o número de pessoas que podem executar esse trabalho é limitado. Além disso, o processo só pode ser executado durante um período limitado de tempo do dia, ou da semana, e a avaliação irá se modificando de acordo com a idade ou condição física do inspetor. Algumas vezes a empresa B reclama que a cor das peças enviadas pela empresa A não combina com as peças enviadas por outros fornecedores e então a empresa B retorna o material para a empresa A. A empresa A decide então utilizar colorímetros para o controle de qualidade da cor de seus produtos na linha de produção. Os colorímetros se tornam muito populares, pois são portáteis e podem ser utilizados inclusive na linha de produção, são facilmente manuseados por qualquer pessoa e as medições são muito rápidas, fazendo com que sejam utilizados a qualquer momento. Além disso, os dados medidos pelo colorímetro são anexados aos produtos no momento da entrega, comprovando o controle de qualidade da empresa. 26 Recursos dos colorímetros Os colorímetros oferecem uma grande variedade de recursos. Fonte de luz própria. Memória de dados. Comunicação de dados. Visor de dados Ângulos de observação e iluminação constantes. “Observador” Constante. Eliminação dos efeitos de área e contraste. Medição da diferença de cor. As fotos mostram um colorímetro Konica Minolta CR400 Uma fonte de luz própria e um sistema de retorno de feixe duplo, garantem uma iluminação uniforme do objeto em todas as medições, sendo que os dados podem ser calculados para os Iluminantes Padrão CIE C ou D65. Os dados de medição são automaticamente arquivados no momento da medição e também podem ser impressos. Uma saída padrão RS-232-C pode ser utilizada para comunicação ou para o controle do colorímetro. Os resultados das medições são mostrados de forma numérica e precisa em uma grande variedade de espaços de cores, permitindo uma comunicação precisa com outras pessoas. As diferenças de cor podem ser medidas e verificadas instantaneamente em formato numérico. Uma vez que o colorímetro mede apenas a amostra (o tamanho da amostra deve ter um tamanho específico), as diferenças em função do tamanho das amostras e dos fundos são eliminadas. O “observador” do colorímetro é um conjunto de fotocélulas filtradas para se igualarem ao Observador Padrão CIE 1931. A iluminação e a geometria de visualização são fixas, garantindo uniformidade nas condições das medições. 27 Estudando as cores de forma mais detalhada. PARTE II Nas páginas anteriores, falamos sobre as cores e como devemos expressá-las. Na próxima seção iremos discutir os fundamentos da cor, tais como, o que faz uma maçã ser vermelha e porque uma mesma cor parece diferente em diferentes condições. Muitas pessoas se interessam por essa matéria, mas é surpreendente como tão poucas pessoas realmente conhecem o assunto. Para o controle de qualidade na produção ou nos laboratórios científicos, quanto maior for a demanda por qualidade, maior deverá ser o conhecimento a respeito da natureza da cor. Por que a maçã é vermelha? 28 29 Sem luz, não há cor. A luz, a visão e um objeto, são os três elementos necessários para que possamos perceber a cor de um objeto. Na escuridão total, nós não podemos enxergar as cores. Se fecharmos nossos olhos, nós não poderemos ver a cor de um objeto. E se não houver um objeto, a cor simplesmente não existe. Luz, visão e objeto. Se os três elementos não estiverem presentes, nós não podemos perceber a cor. Mas como podemos dizer a diferença entre o vermelho da maçã o amarelo do limão? 2 –2 –4 –6 –8 –10 –12 –14 1 10 10 10 10 10 10 10 10 Os seres humanos percebem as cores em alguns comprimentos de onda específicos. Indigo Comprimento de Onda Transmissão Ondas curtas FM Televisão Radar Infravermelho Luz Visível Ultravioleta Raios-X Raios-γ Raios cósmicos • O espectro eletromagnético Comprimento de onda (nm) Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Lu z vi sí ve l 30 780 700 600 500 400 380 31 Wavelength 1nm=10 -9m=10-6mm=10-3µm 1µm=10-6m=10-3mm=1000nm Se separarmos a luz em seus diversos comprimentos de onda, podemos criar um espectro. Nós podemos criar cores diferentespela mistura e variação da intensidade dos diferentes comprimentos de onda da luz. Muitas pessoas sabem que se passarmos a luz do sol por um prisma podemos criar uma distribuição de cor como em um arco íris. Esse fenômeno foi descoberto por Isaac Newton, que também descobriu a gravidade. Essa distribuição de cores é chamada de espectro, sendo que a separação da luz em um espectro é chamada de dispersão espectral. A razão pela qual o ser humano pode ver o esse espectro é porque esses comprimentos de onda específicos estimulam a retina do olho humano. O espectro está disposto em uma ordem; vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta, de acordo com os diferentes comprimentos de onda *1 da luz. A região da luz com os comprimentos de onda mais longos é vista como vermelha, e a região da luz com os comprimentos de onda mais curtos é vista como violeta. A região da luz que o olho humano pode ver é chamada de região de luz visível. Se nos movermos além da região de luz visível, através de comprimentos de onda mais longos, entramos na região do infravermelho; se nos movermos através dos comprimentos de onda mais curtos, entramos na região ultravioleta. Essas duas regiões não podem ser vistas pelo olho humano. A luz é apenas uma entre as diversas ondas eletromagnéticas que estão no espaço. O espectro eletromagnético cobre uma faixa extremamente larga, que vai das ondas de rádio e elétricas, com comprimentos de onda de vários quilômetros até os raios gama (g) com comprimentos de onda de 10-3, e inferiores. A região de luz visível é apenas uma pequena porção desse espectro: de aproximadamente 380 a 780 nm *2. A luz refletida de um objeto, a qual reconhecemos como sendo uma cor é (com exceção da luz monocromática feita pelo homem) a mistura de luz em diversos comprimentos de onda dentro da região visível. *1Comprimento de onda: A luz possui características de uma onda; o comprimento de onda é distância entre o picos de duas ondas adjacentes. *2nm (nanômetro): A unidade de medida normalmente utilizada quando os comprimentos de onda de luz são discutidos; m (micrometro) é também utilizado algumas vezes. • O arco íris é criado pela passagem de luz através de finas gotas de água no ar, que atuam como prismas. 32 3332 33 0 400 500 600 700 50 100 Vamos analisar as diferenças entre o processo no qual a luz atua no olho humano, dando a sensação de cor, e o processo de medição de um colorímetro. Figura 16: Métodos de percepção da cor. Ser humano Objeto (maçã) Objeto (maçã) Objeto (maçã) Olho (a retina recebe a luz do objeto e transmite a informação ao cérebro) Cérebro (identifica a cor, baseado na informação vinda do olho) Colorímetro (Método tristímulus) Sensor - Um conjunto de três sensores; (calibrados para terem a mesma sensibilidade do olho humano); recebem a luz do objeto e transmitem a informação à um microcomputador. Microcomputador (Determina os valores numéricos, baseado nas informações fornecidas pelos sensores.) *Fotos e detalhes do colorímetro Konica Minolta CR 400 Espectrofotômetro (Método espectrofotométrico) Sensor espectral (um sensor, composto de uma seqüência múltiplos sensores,recebe a luz vinda do objeto e transmite a informação ao microcomputador) Microcomputador (Determina os valores de reflectância espectral baseado na informação do sensor. Os resultados podem ser expressos em números ou em um gráfico espectral.) *Fotos e detalhes do espectrofotômetro Konica Minolta CM 2600d L*= 43.31 a*= 47.63 b*= 14.12 O olho humano pode ver a luz na região visível do espectro eletromagnético, todavia, "luz" não é o mesmo que "cor". A luz é definida como a "radiação que estimula a retina do olho e torna possível a visão". A estimulação do olho é trasmitida ao cérebro, e é aqui que o conceito de "cor" ocorre pela primeira vez como sendo a resposta do cérebro à informação recebida do olho. A figura 16 mostra a comparação básica entre os princípios pelos quais o olho humano e o colorímetro percebem as cores. O método utilizado pelo colorímetro, discutido na Parte I, é chamado de método tristímulos. Colorímetros que utilizam este método são desenhados para medir a luz de forma semelhante ao olho humano. Outro método para a medição da cor, que será explicado mais adiante, é o método espectrofotométrico. Os instrumentos para a medição de cor que utilizam este método, medem as características espectrais da luz e depois calculam os valores tristímulus baseados em equações que utilizam as funções dos Observadores Padrão CIE. Além dos dados numéricos em vários espaços de cor, os instrumentos que utilizam o método espectrofotométrico podem apresentar imediatamente os dados espectrais da cor, fornecendo informações mais detalhadas do objeto medido. Ver na página 38 as informações mais detalhadas sobre ambos os tipos de medição de cor! Vermelho Dados numéricos da cor Dados numéricos da cor Gráfico de reflectância espectral Além de fornecer os dados numéricos da cor, o espectrofotômetro também pode fornecer um gráfico da reflectância espectral da cor. Como explicado na página 31, as cores são criadas pela mistura de vários comprimentos de conta de luz em determinadas proporções. Um espectrofotômetro mede a luz refletida de um objeto em cada comprimento de onda; ou em determinados intervalos de comprimento de onda; estes dados podem então ser apresentados em um gráfico proporcionando informações mais detalhadas a respeito da natureza da cor. & R ef le ct ân ci a( % ) Comprimento de onda(nm) Os componentes da luz e cor. Usando um espectrofotômetro. Um objeto absorve parte da luz de uma fonte de iluminação e reflete o restante da luz. A luz refletida entra no olho humano, e o resultado da sua estimulação sobre a retina é reconhecida pelo cérebro como a cor do objeto. Cada objeto absorve e reflete a luz do espectro em porções e quantidades diferentes. 34 35 100 0 400 500 600 700 50 100 0 400 500 600 700 50 Maçã Figura 17b: Limão Figura 18b Reflectância Absorção Reflectância Absorção Se medirmos uma maçã, obteremos o gráfico espectral mostrado na Figura 17a. Observando esse gráfico vemos que a reflectância (quantidade de luz refletida) na região dos comprimentos de onda vermelhos é alta, mas nos outros comprimentos de onda a reflectância é baixa. A Figura 17b mostra que a maçã reflete luz nas regiões de comprimento de onda laranja e vermelho e absorve luz nas regiões com comprimento de onda verde, azul, indigo e violeta. Dessa forma efetuando-se a medição com um espectrofotômetro e dispondo os resultados em um gráfico espectral, podemos analisar a natureza da cor da maçã. Se medirmos um limão, obteremos o gráfico espectral mostrado na Figura 18a. Se observarmos esse gráfico, veremos que a reflectância (quantidade de luz refletida) é alta nas regiões de comprimentos de onda vermelho e amarelo, mas a reflectância é baixa nas regiões de comprimentos de onda indigo e violeta. A Figura 18b mostra que o limão reflete luz nas regiões de comprimentos de onda verde, amarelo e vermelho e absorve luz nas regiões de comprimento de onda indigo e violeta. Tal precisão não é possível de ser obtida com o olho humano e nem mesmo com um colorímetro, sendo possível somente com o uso de um espectrofotômetro. Figura 17a: Gráfico de reflectância espectral de uma maçã. Re fle ct ân ci a (% ) Comprimento de onda (nm) Re fle ct ân ci a (% ) Comprimento de onda (nm) Figura 18a: Gráfico de reflectância espectral de um limão. Violeta Indigo Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho Violeta Indigo Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho 36 A: Cerâmica D: Impressão B: Borracha E: Têxteis C: Plástico F: Tinta Indicao local onde a medição foi efetuada. Medindo várias cores com um espectrofotômetro. Quando medimos os objetos com um colorímetro tristímulus (p.21), Parte I , podemos obter apenas os valores numéricos da cor em vários espaços de cor. Se usarmos um espectrofotômetro para as medições, obteremos, não somente os mesmos valores numéricos, como também o gráfico de reflectância espectral da cor. Além disso, com seu sensor de alta precisão e a inclusão de dados de diversos iluminantes, o espectrofotômetro pode fornecer dados com maior precisão que os fornecidos por um colorímetro tristímulus. Observando o gráfico de reflectância espectral de uma cerâmica rosa podemos ver que a cerâmica reflete luz em todos os comprimentos de onda e que a reflectância espectral nas regiões de comprimentos de onda acima de 600nm (regiões do laranja e vermelho) é maior que nas outras regiões de comprimentos de onda. A reflectância espectral do logotipo é quase a mesma encontrada na amostra B, porém se observarmos atentamente veremos que a reflectância espectral nos comprimentos de onda maiores que 600nm é ainda menor. Sendo um azul ligeiramente mais escuro. Este é um azul vivo. A reflectância espectral nas regiões de 400 - 500 nm (regiões do azul e indigo) é alta e a reflectância espectral em comprimentos de onda maiores que 500 nm é pequena, com a maioria da luz sendo absorvida nessa região. A reflectância espectral do tecido rosa é alta em toda a região de comprimentos de onda. Por outro lado a reflectância é menor em torno de 550nm, indicando que a luz verde e a luz amarela foram absorvidas. Medindo-se um plástico vermelho-violeta, nota-se que as regiões entre 400nm e 700nm possuem uma alta reflectância espectral e que os comprimentos de onda nas regiões entre 500 e 600nm possui baixa reflectância espectral. Podemos ver isso pela luz que é absorvida. Esta tinta vermelha possui reflectância alta apenas nas regiões de comprimento de onda entre 600 e 700nm (regiões do laranja e vermelho), sendo que grande parte da luz nos comprimentos de onda abaixo de 600nm foi absorvida. 37 100 50 0 400 500 600 700 100 50 0 400 500 600 700 A C B E F D Re fle ct ân ci a (% ) Re fle ct ân ci a (% ) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) 83 93 12.12= 73.31= 23.9 = X Y Z 0.2 5.1 0.1 5.0 007006005004 y x x )λ( )λ( )λ( z )λ( 007006005004 007006005004 007006005004 5.0 0.1 5.1 0.2 z )λ( y )λ( x )λ( x )λ( y )λ( x )λ( z )λ( x )λ( 1- 2- 3- 007006005004 007006005004 y )λ( Z z 007006005004 )λ( x )λ( X Y C =A xB A A C C A A A C (x λ rosnes) (y λ rosnes) (z λ rosnes) Diferenças entre o método tristímulus e o método espectrofotométrico. Na pag. 31, vimos as cores do espectro (laranja, amarelo, verde...). Dessas cores, o vermelho, o verde e o azul, são consideradas as três cores primárias da luz. Isso porque o olho humano possui três tipos de cones (sensores de cor) os quais são sensíveis à essas três cores primárias e nos possibilitam perceber as cores. A Figura 19: mostra as curvas de sensibilidade espectral do olho humano, de acordo com a definição da CIE para o Observador Padrão 1931. São conhecidas como as funções de relação de cor; o x (λ) possui alta sensibilidade na região de comprimentos de onda vermelhos, o y(λ) possui alta sensibilidade na região de comprimentos de onda verde e o z(λ) alta sensibilidade na região de comprimentos de onda azul. As cores que vemos são o resultado de proporções (estímulos) diferentes de x(λ), y(λ) e z(λ) recebidos de um objeto. Como mostrado na Figura 21b, o método tristímulus mede a luz refletida de um objeto utilizando três sensores calibrados para ter a mesma sensibilidade x(λ), y(λ) e z(λ) do olho humano, proporcionando a medição direta dos valores tristímulus X,Y e Z. Por outro lado, o método espectrofotométrico mostrado na figura 21c utiliza múltiplos sensores (40 no modelo CM2600d) para medir a reflectância espectral de um objeto em cada comprimento de onda ou em determinados intervalos estreitos de comprimentos de onda. Através de uma integral, o microcomputador do instrumento calcula os valores tristímulus dos dados da reflectância espectral. No exemplo da maçã, os valores tristímulus são X=21.21, Y=13.37, e Z=9.32 - esses valores tristímulus podem ser calculados em qualquer espaço de cor como Yxy ou L*a*b*. A Figura 20 mostra como os valores tristímulus, X,Y,Z, são determinados. A luz com distribuição espectral A, refletida de uma amostra, incide sobre sensores com sensibilidade espectral B, cujos filtros dividem a luz em regiões de comprimentos de onda correspondentes às três cores primárias e fornecem os valores tristímulus (X,Y e Z) C. Portanto C= A x B. Os resultados nas três regiões de comprimentos de onda de C também são mostrados C-1: x(λ), C-2: y(λ), e C-3: z(λ). Os valores tristímulus são iguais à integração da área sombreada nos três gráficos. Figura 19: Sensibilidade espectral correspondente ao olho humano (funções de relação de cor do Observador Padrão CIE 1931) Comprimento de onda (nm) Figura 21: Os métodos do olho humano e dos instrumentos de medição Figura 20: Determinação dos valores tristímulus em medições de cor. 21a: Olho humano Iluminação Iluminação Iluminação Iluminação Amostra (maçã) Os três tipos de cones na retina. Olho Cérebro O "vermelho"é percebido. Essa é a forma pela qual eu vejo a cor da maçã. O olho humano possui grande habilidade para a comparação de cores, mas existem problemas em relação às diferenças individuais e as características de memória. 21b: Método Tristímulus Amostra (maçã) Amostra (maçã) Seção do receptor Seção do receptor Três sensores correspondendo aos cones do olho humano. Microcomputador Microcomputador Valores numéricos Valores numéricos Os valores tristímulus X,Y e Z são calculados pelo microcomputador e podem ser convertidos em outros espaços de cor. Essa é a forma pela qual eu meço a cor. É basicamente a mesma forma do olho humano. Instrumentos tristímulus tem a vantagem de ser portáteis. São utilizados principalmente para a medição de diferenças de cor na produção ou em áreas de inspeção. 21c: Método espectrofotométrico Sensor espectral (múltiplos sensores, cada um com sensibilidade à um comprimento de onda específico. Os valores tristímulus X,Y e Z, são calculados pelomicrocomputador e podem ser convertidos para outros espaços de cor, além de serem utilizados por várias outras funções do instrumento. Gráfico espectral Com os meus múltiplos sensores eu proporciono medições mais precisas. Instrumentos espectrofotométri- cos proporcionam alta precisão e a capacidade de medir cores de forma absoluta. São utilizados principalmente em áreas de pesquisa. Vermelho Verde Azul Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Distribuição espectral A da luz refletida da amostra (maçã) Sensor com sensibilidade espectral B correspondente ao olho humano. Valores tristímulus Eu tenho dentro de mim, sensores com sensibilidade B espectral. Eu tenho guardados os dados de sensibilidade espectral B na minha memória. 40 80 400 500 600 700 70 60 50 40 30 20 10 0 200 400 500 600 700 150 100 50 0 80 400 500 600 700 70 60 50 40 30 20 10 0 300 1 Iluminante padrão D65: Médiada luz do dia (incluindo a região de comprimentos de onda ultra violeta) com temperatura de cor de 6504K; deve ser utilizado para a medição de amostras que serão iluminadas pela luz do dia, incluindo a radiação ultra violeta. 2 Iluminante padrão C; Média da luz do dia (não incluindo a região de comprimentos de onda ultra violeta) com temperatura de cor de 6774K, deve ser utilizado para a medição de cores que serão iluminadas pela luz do dia com comprimentos de onda de luz visíveis, mas não incluindo a radiação ultra violeta. 3 Iluminante padrão A:Luz incandescente com temperatura de cor de 2856K; deve ser utilizado para a medição de amostras que serão iluminadas por lâmpadas incandescentes. 4 F2: Branco Frio 5 F7: Luz do dia 6 F11: Branco frio com três bandas estreitas 1 2 7 F6: Branco Frio 8 F8: Luz do dia 9 F10: Branco frio com três bandas estreitas Como a aparência da cor muda com a mudança da fonte de luz? Como visto na página 7, fontes de iluminação diferentes fazem as cores parecerem diferentes. Para a medição de cor, a CIE definiu as caracter- ísticas espectrais de vários iluminantes. A Figura 22 mostra a distribuição de energia espectral de alguns desses iluminantes. Normalmente os instrumentos possuem uma fonte de ilumina- ção própria. Essa fonte de luz pode,ou não, se relacionar com os iluminantes CIE; por isso, o instrumento determina os dados das medições através de cálculos baseados nas medições com a fonte de iluminação do instrumento e dos dados de distribuição espectral dos iluminantes arquivados na memória do instrumento. Figura 22: Distribuição espectral dos Iluminantes CIE Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) 22a: Iluminantes Padrão 22b: Iluminantes fluorescentes (recomendados pela CIE) 22c: Iluminantes fluorescentes (recomendados pela JIS) Figura 22a: Iluminantes Padrão Figura 22b: Iluminantes fluorescentes (recomendados pela CIE) Figura 22c: Iluminantes fluorescentes (recomendados pela JIS) Só possuo os dados de e Eu tenho os dados de todos eles; do 1 ao 9 41 200 400 500 600 700 100 50 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 100 50 (%) (%) 150 100 50 0 200 150 100 50 0 0 0 y x(λ) (λ) z (λ) is the ’, (XYZ) Exemplo 1 Exemplo 2 A B C A x B A B C A ’ x B Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Comprimento de onda (nm) Observemos o que acontece quando medimos uma amostra (maçã) usando um espectrofotômetro com o Iluminante padrão D65 (exemplo 1) e com o Iluminante padrão C (exemplo 2). No exemplo 1, A é o gráfico de distribuição espectral de energia do Iluminante D65, B é o gráfico de reflectância espectral da maçã. C é o gráfico de distribuição espectral da luz refletida da amostra (maçã), obtido pelo produto de A e B. No exemplo 2, A' é a distribuição espectral de energia do Iluminante padrão A e B é a reflectância espectral da amostra (maçã), que é a mesma do exemplo 1. C' é a distribuição espectral de luz refletida da amostra (maçã), obtida pelo produto de A' e B. Se compararmos C e C', notamos que a luz na região vermelha é muito mais forte em C', significando que a maçã parece muito mais vermelha quando observada sob o Iluminante padrão A. Isso mostra que a cor de um objeto muda de acordo com a iluminação utilizada para observá-lo. Um espectrofotômetro mede na verdade, a reflectância espectral da amostra; o instrumento pode então calcular os valores numéricos da cor em vários espaços de cor, utilizando os valores de distribuição espectral de energia do iluminante selecionado e os valores da função de relação de cor do Observador padrão. 65Imulinante padrão D Iluminante padrão A Distribuição espectral de energia do iluminante Reflectância espectral da amostra Funções da relação de cor Valores tristímulus Valores numéricos em diversos espaços de cor. Esses valores mudarão com a mudança do iluminante. 65 Distribuição espectral de energia do Iluminante D Reflectância espectral da amostra (maçã) A distribuição espectral de energia da luz refletida da amostra (maçã) é igual a Distribuição espectral de energia do Iluminante padrão A. Reflectância espectral da amostra (maçã) A distribuição espectral de energia da luz refletida da amostra (maçã) é igual a 42 65 65 65 65 Huh? Agora as cores são diferentes. Nossas pastas tem a mesma cor! Um espectrofotômetro pode inclusive avaliar um problema complexo como a metameria. Na seção anterior nós discutimos como a cor de um objeto depende da fonte de luz com a qual ele é observado. Relacionado a isso temos,por exemplo, o problema de dois objetos que parecem ter a mesma cor sob a luz do sol e cores diferentes sob a luz de um ambiente fechado. Esse fenômeno, no qual duas cores são iguais sob uma fonte de luz e diferentes sob outra é chamado de metamerismo. Os objetos são metaméricos quando as características de suas curvas de reflectância espectral são diferentes, mas seus valores tristímulus são iguais sob uma determinada fonte de luz e diferentes em outra. Esse problema ocorre frequentemente pelo uso de corantes ou materiais diferentes nas amostras medidas. Observando a Figura 23, podemos notar imediatamente que as curvas de reflectância espectral das duas amostras são diferentes. Apesar, dos valores de L*a*b* sob o Iluminante padrão D serem iguais nas duas amostras; os valores das medições sob o Iluminante padrão A são diferentes. Isso mostra que mesmo que as duas amostras tenham características espectrais diferentes elas podem parecer iguais sob a luz do dia (Iluminante padrão D ). Então qual a forma de se trabalhar com o metamerismo? Para podermos avaliar o metamerismo é necessário a medição das amostras sob dois ou mais iluminantes, com distribuição espectral de energia muito diferentes, assim como o Iluminante padrão D e o Iluminante padrão A. Apesar de ambos, colorímetros e espectrofotômetros, utilizarem uma única fonte de luz, eles podem calcular os resultados das medições baseados em dados de iluminantes armazenados em memória, fornecendo os dados de medição sob vários iluminantes. Colorímetros tristímulus fazem medições apenas sob os Iluminantes padrão D e C, sendo estes iluminantes muito simulares em suas distribuições espectrais de energia; em função disso, colorímetros tristímulus não podem ser utilizados para a medição do metamerismo. Os espectrofotômetros por outro lado, são equipados com curvas de distribuição espectral de energia de um grande número de iluminantes, podendo assim determinar o metamerismo. Além disso, com a capacidade de mostrar os gráficos de distribuição espectral, pode-se ver exatamente as diferenças na reflectância espectral de duas amostras. Eu não posso ver o metamerismo. Além de ver o metamerismo eu posso ver imediatamente sua origem, através dos gráficos de reflectância espectral. 43 400 500 600 700 200 150 100 50 0 400 500 600 700 200 150 100 50 0 400 0 50 100 500 600 700 •As cores apresentadas podem não ser exatas em função das limitações do processo de impressão. L∗=50.93 a∗=4.54 b∗=-5.12 L∗=50.93 a∗=4.54 b∗=-5.12 L∗=50.94 a∗=3.42 b∗=-5.60 L∗=53.95 a∗=10.80 b∗=-2.00 ∆E ∗ab=8.71 ∆E ∗ab=0 Amostra A Amostra A Gráfico de reflectância espectral Iluminante Padrão D 65 Standard Illuminant A Amostra B Amostra B Amostra A Amostra B Figura 23: Metamerismo Comprimento de onda(nm) Comprimento de onda(nm) Comprimento de onda(nm) Re fle ct ân ci a (% ) Recursos dos espectrofotômetros•As fotos mostram o espectrofotômetro Konica Minolta modelo CM 2600d. Os espectrofotômetros oferecem uma grande quantidade de recursos e maior precisão. Iluminantes Os dados de uma grande variedade de Iluminantes Padrão CIE estão armazenadas na memória, permitindo que o resultado da medição seja calculado sob várias condições de iluminação. Memória Os dados são automaticamente arquivados no momento da medição. Comunicação Utiliza porta de comunicação padrão RS-232-C para o controle do espectrofotômetro ou para a comunicaçao de dados. Visor com gráfico espectral O gráfico de reflectância espectral pode ser mostrado no visor. Ângulos de iluminação/visualização fixos A iluminação e a visualização são fixas, garantindo uniformidade nas condições de medição. Sensor espectral O sensor espectral é composto de vários segmentos, garantindo alta precisão na medição da luz em cada comprimento de onda. Espaços de Cor As medições podem ser feitas e apresentadas em uma grande variedade de espaçoes de cores, incluindo Yxy, L*a*b*, Hunter Lab, etc. Medição da diferença de cor. As diferenças de cor em relação ao padrão podem ser medidas e imediatamente visualizadas ou ainda dispostas em gráficos de reflectância espectral. 45 PARTE III Informações básicas para a escolha de um espectrofotômetro. O básico da ciência da cor foi explicado na Parte I e na Parte II. É necessário entendermos que as cores podem ser analisadas de diversos ângulos pelos espectrofotômetros. Vamos estudar um pouco mais sobre cores especiais e as condições que influenciam na escolha dos espectrofotômetros. 64 74 .1 2= 12. 31 = 73. 9 = 23 XYZ er h T e ne s ro c sr os re no ps d gn i t t o he oc en s of eh t h na mu ye e. (x λ) es ro sn y(λ os ne s) r (z λ)s ro sn e r o tp ec e R i=45±2 i=45±2 0 =r ± 01 0 =r ± 01 0 =r ± 01 0 =r ± 01 0 =r ± 01 C o m p aran d o co lo rím etro s e esp ectro fo tô m etro s. Com o descrito na parte II, os colorím etros possuem alguns recursos com o o baixo preço, o tam anho com pacto, a m obilidade e a operação sim ples. O s colorím etros tam bém podem determ inar os valores tristím ulus de form a m uito fácil. Porém os colorím etros não são apropriados para análises de cor com plexas com o o m etam erism o e a força colorística de um corante. U m espectrofotôm etro possui alta precisão e um a incrível versatilidade. Ele é m ais indicado para análises de cor m ais com plexas por determ inar a reflectância espectral em cada com prim ento de onda. Todavia, os espectrofotôm etros podem ser m ais caros que os colorím etros. Sem pre considere a precisão com a qual um a cor deve ser m edida antes de selecionar um tipo de instrum ento a ser usado em um a aplicação específica. Eu n o posso ver o m etam erism o. A l m de ver o m etam erism o eu posso ver im ediatam ente sua origem , atrav s dos gr ficos de reflect ncia espectral. O s colorím etros são u tilizad os p rin cip alm ente n as lin h as d e p rod u ção e em ap licações d e in sp eção p ara a m ed ição d e d iferen ças d e cor. O s esp ectrofotôm etros são u tilizad os p ara an álises d e alta p recisão, g eren ciam ento d a cor e p rin cip alm ente em lab oratórios d e p esq u isa e d esenvolvim ento. 21a:O lho H um ano A m ostra (m açã) A m ostra (m açã) A m ostra (m açã) Ilum ina oIlum ina oIlum ina o O lho C rebro O s três tipo de cones da retina Verm elho Verde A zul O "verm elho" é percebido Essa a form a pela qual eu vejo a cor da m a . O olho hum ano possui grande habilidade para a com paração de cores, m as existem problem as em relação às diferenças individuais e as características de m em ória. 21b: M étodo tristím ulus Se o do receptor Se o do receptor M icrocom putador M icrocom putador Valores num ricos O s valores tristím ulus X,Y e Z são calculados pelo m icrocom putador e podem ser convertidos em outros espaços de cor. Essa a form a pela qual eu m e o a cor. basicam ente a m esm a form a do olho hum ano. Instrum entos tristím ulus tem a vantagem de ser portáteis. São utilizados principalm ente para a m edição de diferenças de cor na produção ou em áreas de inspeção. Valores num ricos O s valores tristím ulus X,Y e Z, são calculados pelo m icrocom putador e podem ser convertidos para outros espaços de cor, além de serem utilizados por várias outras funções do instrum ento. G r fico espectral Com os m eus m ltiplos sensores eu proporciono m edi es m ais precisas. Instrum entos espectrofotom étricos proporcionam alta precisão e a capacidade de m edir cores de form a absoluta. São utilizados principalm ente em áreas de pesquisa. 21c: M étodo esp ectrofotom étrico Sensor espectral (m ltiplos sensores, cada um com sensibilidade um com prim ento de onda espec fico.) S possuo os dados de 1 e 2. Eu tenho os dados de todos eles; do 1 ao 9. Tipos de sistem as opticos Explicam os na página 7 que a cor do objeto varia conform e as condições de visualização, ângulo de observação e ângulo de m edição. Q uando m edim os um a am ostra, o ângulo no qual o feixe de luz ilum ina a am ostra e o ângulo no qual a luz é recebida pelo sensor é cham ado de geom etria de m edição. Figura 24 Sistem a de Ilum inação U nidirecional Esse m étodo ilum ina a am ostra de um a única direção. Com a geom etria de 45/0, a superfície da am ostra é ilum inada de um ângulo de 45 ± 2 graus da direção norm al e é recebida pelo sensor na direção norm al à (0 ± 2 graus). N a geom etria 0/45, a superfície da am ostra é ilum inada pela direção norm al (0 ± 10 graus) e recebida pelo sensor em um ângulo de 45 ± 2 graus. Condição I 45/0 Condição III d/0 S C E Condição IV 0/d SC E Condição V d/0 S C I Condição V I 0/d S C I Condição II 0/45 Ilum ina o Luz Ilum ina o Luz Ilum ina o Luz Ilum ina o Luz Ilum ina o Luz Ilum ina o Luz Receptor Receptor Receptor Receptor Receptor A m ostra A m ostra A m ostra A m ostra A m ostra A m ostra Esfera de Integra o Esfera de Integra o Esfera de Integra o Esfera de Integra o Sistem a de ilum ina o difusa, esfera de integra o Esse sistem a utiliza um a espera de integração para um a ilum inação uniform e da am ostra de todas as direções. U m a esfera de integração é um dispositivo esférico com sua superfície interna coberta com um m aterial branco com o o Sulfato de Bário, perm itindo um a ilum inação difusa e uniform e. U m instrum ento com geom etria optica d/0 ilum ina a am ostra difusam ente e detecta a luz na direção norm al (0 graus).U m instrum ento com geom etria 0/d ilum ina a am ostra em um ângulo norm al (0 graus) e coleta a luz refletida em todasas direções. A luz refletida em ± 5 graus do ângulo especular pode ser incluída ou excluída usando-se a função SCE/SCI. A rm adilha da Luz A rm adilha da Luz Cor e Brilho (Métodos SCE e SCI) Podemos observar variações de cor devido à diferenças superficiais mesmo em objetos compos- tos dos mesmos materiais. Por que vemos um azul mais apagado quando aplicamos uma lixa sobre uma amostra azul com alto brilho? Ao arremessamos uma bola contra uma parede ela tende a retornar com o mesmo ângulo com o qual foi arremessada. Da mesma forma, a luz que é refletida no mesmo ângulo, porém em direção oposta é chamada de luz especular refletida. A soma de reflectância especular mais a reflectância difusa é chamada de reflectância total. Nos objetos com superfície brilhante, a luz especular refletida é relativamente mais forte que a luz difusa. Em superfícies rugosas, com pouco brilho, o componente especular é fraco e a luz difusa é mais forte. Quando uma pessoa vê um plástico azul com superfície brilhante de um ângulo especular, o objeto não parece ser tão azul. Isso se deve à soma da reflexão especular da luz à cor do objeto. Normalmente as pessoas olham para a cor dos objetos e procuram ignorar a reflexão especular da fonte de luz. Para medirmos a cor de uma amostra, da mesma forma como ela é vista pelas pessoas, devemos excluir a reflectância especular e utilizar apenas a reflectância difusa. A cor de um objeto pode parecer diferente pelas diferenças de nível de reflectância especular. A cor mudou! Bola Parede Luz Luz especular Luz difusa Medi;cão de um objeto 48 49 a’ b’ c’ d’ e’abcde As figuras indicam que: a+b+c+d+e=a’+b’+c’+d’+e’. Vimos que a cor é modificada se alterarmos a superfície do objeto, pois as pessoas procuram ver apenas a luz difusa. Porém as cores não deveriam se modificar uma vez que utilizam os mesmos materiais. Como podemos reconhecer a cor do material em si? A quantidade de reflectância difusa e reflectância especular varia de acordo com a superfície do objeto; porém a quantidade total de luz refletida é sempre a mesma se os materiais e suas cores forem os mesmos. Por isso, se um plástico brilhante azul for lixado, a reflectância especular será reduzida e a reflectância difusa aumen- tada. Esse é o motivo pelo qual a reflexão total (especular mais difusa) deve ser medida. A posição da armadilha de luz nas condições III (SCE) e IV (SCE), apresentada na Figura 24, página 47, mostra como a reflectância especular é excluída da medição de cor da amostra. Se a armadilha for recolocada, como nas Condições V(SCI) e VI (SCI), a reflectância especular será incluída na medição da cor. O método de medição da cor, que exclui a reflectância especular é chamado de SCE (Specular Component Excluded - Componente especular excluso). O método de medição da cor, que inclui a reflectância especular é chamado de SCI (Specular component Included - Componente especular incluso). No modo SCE, a reflectância especular é excluída da medição, e apenas a reflectância difusa é medida. Esse método produz uma avaliação de cor que se relaciona com a forma pela qual o observador vê a cor de um objeto. Usando o modo SCI, a reflectância especular é incluída no processo de medição juntamente com a reflectância difusa. Esse tipo de avaliação de cor mede a aparência total, independentemente das condições superficiais da amostra. Esse critério deve ser levado em consideração durante a aquisição de um instrumento. Alguns instrumentos podem medir simultaneamente os métodos SCI e SCE. O método SCE é ideal para a comparação de cores em salas de inspeção ou em linhas de produção. Esse método utiliza uma armadilha de luz para que a reflectância especular não seja medida. O método SCI é utilizado nas áreas de pesquisa e desenvolvimento de cores. A medição é feita sem a armadilha de luz, incluindo a luz especular. Medindo cores especiais Cores fluorescentes Cores metálicas Quando vemos uma cor fluorescente, parece que ela tem luz própria, apesar de não ser uma fonte de luz. Quando a luz é aplicada sobre um material fluorescente, os raios ultra violeta são absorvidos e emitidos em outras regiões do espectro, normalmente em comprimentos de onda mais longos. Como explicado na página 31, a luz visível é uma radiação eletromagnética entre 380nm e 780nm. Nesse caso, a radiação a 360nm é absorvida e emitida a 420 nm, sendo que o valor medido em 420nm excederá 100%. Uma vez que uma quantidade de luz maior que a normal é vista, a cor parecerá ter luz própria aos olhos humanos. Na medição de amostras não fluorescentes, o elemento de dispersão (como uma grade de difração) pode ser colocado entre a fonte de iluminação e a amostra ou entre a amostra e o receptor. Porém na medição de amostras fluorescentes, o elemento de dispersão deve ser colocado entre a amostra e o detector, sendo a amostra iluminada por todo o espectro da fonte de iluminação. Quando uma cor fluorescente é medida com um espectrofotômetro, devemos controlar a distribuição de energia espectral da fonte de luz, incluindo as regiões ultravioleta. Muitas revestimentos, especialmente os utilizados em aplicações automotivas, usam uma combinação de pigmentos e flocos metálicos para obter uma coloração com efeitos. Em uma tinta metálica por exemplo, a luz é refletida em ângulos diferentes devido à orientação dos flocos de metal da tinta; mesmo estando os flocos alinhados na mesma direção. A Figura 25 ilustra a interação entre a reflectância especular e a reflectância difusa em uma amostra metálica. Uma vez que a cor refletida dos flocos varia em função do ângulo, a aparência, ao olho humano, também sofrerá variação. Em ângulos próximos à reflexão especular, veremos uma cor clara pela influência dos flocos metálicos. Em ângulos não influenciados pelos flocos metálicos, uma cor mais escura será vista. Geralmente devemos medir cores metálicas com espectrofotômetros, pois estes podem medir a cor em vários ângulos. Iluminação Luz Reflexão Luz Amostra fluorecente Luz especular da superfície dos flocos. Figura 25 Flocos Ângulo de incidência Componente de luz especular da superfície do filme aplicado. Componente de luz especular da superfície do floco Componente de luz difusa 360nm 420nm 50 Luz negra e material fluorescente Você já deve ter estado em um local aparentemente escuro ou iluminado com uma luz violeta, onde as camisas brancas e certos objetos pareciam ter luz própria. Esse tipo de local é iluminado com uma fonte de iluminação chamada de luz negra. A luz negra é uma iluminação que utiliza comprimentos de onda normalmente fora da região visível do espectro. Ela é vendida por exemplo, para a iluminação de minerais fluorescentes. Na verdade, a luz negra emite energia na região ultravioleta e se utilizam materiais fluorescentes, que absorvem essa energia e a emitem como luz na região visível, para se obter esse efeito. Esses materiais parecem brilhar quando iluminados pela luz negra. Um objeto parece branco quando reflete quase 100% de luz em todos os comprimentos de onda visíveis. Se houver menos reflectância nos comprimentos de onda azuis, os objetos parecerão amarelados. Em muitos casos, um material fluorescente (também chamado de alvejante óptico) é adicionado ao produto. Esse material fluorescente proporciona um aumento de reflectância nos comprimen- tos de onda azuis, fazendo o objeto parecer mais branco. Como resultado, uma camisa branca parece brilhar quando iluminada por uma luz negra e parece mais branca quando vista na luz do dia. Quando as roupas brancas são lavadas repetidamente ficam amareladas. Isso não ocorre porque elas são manchadas por uma cor amarela, e sim porque
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