Colorimetria

A Colorimetria é o ramo da Óptica que tem por objectivo o estudo das cores, o estabelecimento dos parâmetros para as definir e o desenvolvimento dos métodos utilizados para as quantificar, medir e analisar.

Como se sabe, a cor é o resultado da percepção visual provocada pela acção de um feixe de luz que é reflectido de um determinado objecto, sobre um determinado tipo de células que existem na nossa retina. Essa percepção é processada pelos nervos ópticos e é transmitida para o sistema nervoso central.

A luz que é visível pelo olho humano abrange apenas uma determinada gama de comprimentos de onda do espectro electromagnético. Varia entre 380 nm, que corresponde ao comprimento de onda da cor violeta e 740 nm, que corresponde ao comprimento de onda da cor vermelha (Figura 8).

Figura 8 – Espectro visível pelo olho humano

(1 nm = 1 nanómetro = 1.10^-9 metros)

A estes comprimentos de onda correspondem as frequências de 790 THz e 405 THz, respectivamente, sendo:

1 THz = 1 Tera Hertz = 10¹² Hertz

 1 Hertz = 1 Ciclo por segundo

Comprimentos de onda inferiores a 200 nm correspondem às radiações não visíveis, como as radiações ultravioletas, raios X, raios γ e raios cósmicos; os comprimentos de onda superiores a 1000 nm correspondem a radiações, igualmente não visíveis, como as radiações infravermelhas, micro-ondas, e ondas de rádio (FM, ondas curtas, médias e compridas).

A percepção da cor de um determinado objecto corresponde, afinal, aos comprimentos de onda (ou frequências), do feixe de luz, que não são absorvidos pelo objecto, isto é, todos os comprimentos de onda são absorvidos, excepto aquele que corresponde à cor do objecto.

Sabemos que um feixe de luz pode decompor-se, num prisma, por exemplo, em todas as cores do espectro visível. A cor branca pode considerar-se como o resultado da sobreposição de todas as cores ditas primárias, e que são o vermelho, o amarelo e o azul. As cores primárias não são decomponíveis noutras cores. A cor preta pode considerar-se como a ausência de todas as cores.

As cores que são percebidas pelo olho humano dividem-se em três tipos, aos quais correspondem, obviamente, três comprimentos de onda. Na nossa retina temos cones sensíveis às cores azul e violeta (cones B – de Blue), cones sensíveis às cores verde e amarela (cones G, de Green), e cones sensíveis às cores vermelha e laranja (cones R, de Red). Qualquer cor, ou seja, qualquer comprimento de onda do espectro visível, pode ser reproduzida através da adição dos resultados obtidos pelo estímulo dos três tipos de cones de forma diferente. A cor percepcionada depende unicamente da relação entre os três estímulos (Teoria dos Três Estímulos).

 

Os Sistemas de Cores

Os sistemas de cores pretendem organizar informações sobre a percepção cromática humana. Existem vários sistemas de cores, que têm evoluído ao longo dos tempos.

O sistema clássico, que foi criado por Newton no princípio do século XVIII, é conhecido como “sistema RYB” e ainda é aplicado em pintura. As letras RYB correspondem às cores primárias: vermelho (Red), amarelo (Yellow) e azul (Blue). Com estas cores primárias é possível – teoricamente e em combinações adequadas – reproduzir qualquer outra cor (cores secundárias e cores terciárias) (Figura 9).

Figura 9 – Sistema de cores RYB

Este é também chamado um sistema subtractivo de cores. É aplicável a pigmentos e não a feixes de luz, e é utilizado principalmente em Pintura. As misturas de pigmentos são tendencialmente menos luminosas e a mistura de todas as cores corresponde à cor preta (Figura 10).

Figura 10 – Sistema subtractivo de cores

Um outro sistema é conhecido actualmente pela sigla CMYK, em que as letras correspondem às seguintes cores: Ciano (Cyan), Magenta (Magenta), Amarelo (Yellow) e preto (BlacK). Este sistema é baseado nas três cores primárias propostas por Goethe, no princípio do século XIX, na sua obra Theory of Colours – cores púrpura, azul celeste e amarelo, posteriormente convertido no sistema CMY (Cyan, Magenta e Yellow) e mais tarde adoptado e modificado pelo Deutsches Institut für Normung (DIN), tendo então sido adicionada a cor preta (CMY + K = CMYK). Este sistema foi muito utilizado na indústria gráfica, até ser criado o sistema Pantone.

Em 1931, a CIE – Comissão Internacional de Iluminação (CIE – Comission Internationale de L’Eclairage), propôs um método para representação de cores, utilizando as cores básicas, vermelho (Red), verde (Green) e azul (Blue), tomando por base a tricromacia da retina humana e adoptou curvas padrão para a determinação de cores. Este método ficou denominado do RGB (iniciais de Red, Green e Blue).

Este é um sistema aditivo de cores. É aplicável a feixes de luz. Se projectarmos três feixes de luz, sendo uma vermelha uma verde e uma azul, obtemos como adição das três cores, a cor branca. Da adição das cores, duas a duas, obtemos as cores secundárias amarela (verde+vermelho), ciano (verde+azul) e magenta (vermelho+azul). As cores obtidas, repare-se, são sempre muito mais luminosas (Figura 11).

Figura 11 – Sistema aditivo de cores

O Sistema RAL foi criado na Alemanha em 1927 (Reichs-Ausschuß für Lieferbedingungen und Gütesicherung – Imperial Commission for Delivery Terms and Quality Assurance). Era um sistema que possuía, inicialmente, 40 cores padrão. Entretanto foram desenvolvidas variantes:

Em borracha é muito utilizado o Sistema RAL clássico, mas tem vindo a ser substituído pelo Sistema de Cores Pantone.

O primeiro Sistema Pantone foi criado em 1963, pela empresa americana com o mesmo nome, sediada em New Jersey. O sistema inicial evoluiu para um sistema com seis cores primárias, chamado de Pantone Hexachrome. As cores são as quatro cores do sistema CMYK, mais a cor verde e a cor laranja. Por esta razão, o sistema Pantone é também conhecido por sistema CMYKOG. O sistema Pantone Hexechrome também muito utilizado na Indústria Gráfica.

Parâmetros que definem uma cor

São três os parâmetros utilizados para definir a cor:

Matiz ou Tonalidade

Corresponde à intensidade espectral, ou seja, ao comprimento de onda dominante. É o atributo da nossa percepção visual, onde uma cor é percebida como vermelha, amarela, verde azul, púrpura, etc. Os brancos, pretos e cinza puros não possuem tonalidade nem saturação.

Luminosidade ou Brilho

É a qualidade da cor, que descrevemos como sendo clara ou escura, pelo facto de parecerem emitir mais ou menos luz. Isto corresponde à intensidade luminosa da cor (cores claras e cores escuras). No limite, uma alta luminosidade corresponde à cor branca e uma baixa luminosidade corresponde à cor preta.

Saturação ou Vivacidade

Corresponde à pureza da cor, isto é, à sua pureza espectral. Uma cor com alta saturação é uma cor bem definida dentro da sua faixa espectral; uma cor com baixa saturação é uma cor indefinida, a que lhe corresponde uma ampla faixa espectral, tendendo, no limite, para a cor branca (abrangendo todo o espectro de luz visível). Para o olho humano, é o atributo da percepção visual que indica o grau de pureza da cor – quanto maior o grau mais saturada ou viva é a cor.

Vejamos na Figura 12 uma ilustração destes três parâmetros.

Figura 12 – Tonalidade, luminosidade e saturação

Na Figura 11 podemos observar, para três níveis de luminosidade I, II e III, sendo que a luminosidade III<II<I, objectos com a tonalidade vermelha, em cinco diferentes níveis de saturação (A, B, C, D e E), sendo que a saturação A<B<C<D<E.

Em língua inglesa, aos parâmetros tonalidade, saturação e luminosidade correspondem as iniciais HSB: Hue – matiz ou tonalidade; Saturation – saturação e Brightness – brilho. Também são utilizadas as iniciais HSV, tendo H e S a mesma simbologia e a letra V corresponde a Value (valor). Estes parâmetros permitem estabelecer o sistema de cores, que definem o Espaço de Cor. 

 

O Diagrama Cromático

Se designarmos por A, B e C as quantidades das três cores básicas vermelho, amarelo e verde, as respectivas proporções serão x, y e z, sendo:

Obviamente:

A representação, num diagrama a duas dimensões de x e y, permite obter a curva em forma de língua mostrada na Figura 13.

Figura 13 – Diagrama cromático

No diagrama estão representadas as cores: verde, vermelho e azul, correspondentes aos seguintes parâmetros x e y:

O valor do parâmetro z é a diferença para a unidade da soma x+y.

Estes três parâmetros definidores da cor são denominados “tristimulus”. Os valores tristimulus de uma determinada cor representam as quantidades necessárias das três cores primárias – azul, vermelho e verde – necessárias para se obter essa cor, neste modelo de cores aditivas. Modelo também designado por “Espaço cor CIE 1931 X, Y, Z”. Neste modelo, as cores mais claras apresentam maior brilho, o que é devido ao efeito combinado de brilho e tonalidade. O efeito combinado de tonalidade e saturação corresponde ao que pode chamar-se intensidade da cor.

Uma outra grandeza é a chamada densidade de cor; esta é uma medida do grau de opacidade do objecto em combinação com a intensidade da cor (tem a ver com o poder de absorção de luz, por parte do objecto).

Na Figura 14 apresenta-se a mesma representação, agora mostrando as regiões aproximadas, correspondentes às diversas cores.

Figura 14 – Regiões aproximadas de cores, no diagrama de cromaticidade CIE

 

Espaços de Cor CIE

Um espaço de cor pode ser descrito como um método para expressar a cor de um objecto. Essa expressão pode traduzir-se de forma numérica. A organização CIE -Commission Internationale de l’Eclairage definiu, para a comunicação e expressão das cores, três espaços de cor:

Destes três espaços de cor, o mais utilizado na Indústria da Borracha é sem dúvida o Espaço CIE L*a*b*, que descreveremos de seguida.

 

O Espaço de Cor CIE L*a*b*

O espaço de cor CIE L*a*b*, também designado como espaço de cor CIELAB, é o mais utilizado para avaliação das cores e uma das razões para o facto será o de correlacionar, de forma consistente, os valores da cor com a percepção visual humana.

Para o ser humano, a interpretação da cor é uma questão muito subjectiva. A percepção do olho humano pode ser muito variável; duas pessoas que olhem para um mesmo objecto darão, seguramente, diferentes interpretações para expressar a mesma cor. E é precisamente para evitar esta situação que a cor precisa ser expressa de forma bem clara através de números.

Como vimos, as cores podem ser expressas em termos de tonalidade, de luminosidade e de saturação. Com a criação de escalas para estes atributos, nós podemos expressar as cores de uma forma bem precisa.

O espaço de cor L*a*b* com base na teoria de cores opostas onde, duas cores não podem ser verdes e vermelhas ao mesmo tempo, ou amarelas e azuis ao mesmo tempo. Vamos designar por L*, a luminosidade e por a* e b* as coordenadas cromáticas.

 Os Espectrofotómetros e os Colorímetros são instrumentos que medem a luz reflectida pelos objectos em cada comprimento de onda ou em faixas específicas de comprimentos de onda. Assim sendo, podem quantificar os dados espectrais e determinar as coordenadas de cor do objecto e apresentar essa informação em termos numéricos.

A Figura 15 mostra o Diagrama do Espaço de Cor CIELAB.

Figura 15 – Diagrama do Espaço de Cor CIELAB

Diferenças de Cores e Tolerâncias (CIELAB 1976)

As diferenças de cor são estabelecidas pela comparação numérica entre as cores de dois objectos ou entre um objecto e um padrão. As diferenças absolutas nas coordenadas de cor entre os objectos ou entre um objecto e um padrão são conhecidas como Deltas (símbolo  Δ). Os valores de Delta para L* (ΔL), a* (Δa*) e b* (Δb*) podem ser negativos ou positivos. O valor da diferença total Delta E (ΔE) é sempre positivo.

Elas são expressas como:

A diferença total de cor entre as três coordenadas é calculada pela seguinte expressão:

O objectivo da produção será sempre a de obter a cor padrão. Mas sabemos que vários factores podem interferir no processo, e a cor obtida pode diferir, em maior ou menor grau, da cor padrão. E essa diferença pode, obviamente, ser aceite ou não pelo Cliente.

Pode, por esta razão, colocar-se a questão de estabelecer tolerâncias para a aceitabilidade dos produtos. Presentemente não existe qualquer norma, nacional ou internacional, que estabeleça estes limites de aceitabilidade. Existem apenas tentativas de regulação destas variações para as indústrias têxtil e gráfica.

No entanto, o valor de ΔE* @ 2,3 é referido como um valor JND (Just Noticeable Difference), ou seja, aquele que indicia uma Diferença Perceptível. É universalmente aceite a seguinte gradação do valor de ΔE* (Quadro 1):

Para se ficar com uma ideia da grandeza desta diferença de perceptibilidade, veja-se a diferença de cores de objectos com as cores púrpura, amarela e laranja, em que foram medidos os valores  DE que são mostrados no Quadro 2:

Note-se que a diferença de cores amarelas parece ser menos perceptível do que as diferenças de cores laranja, mas o valor de DE indica precisamente o contrário.

 

Colorímetros

O colorímetro é um instrumento de uma enorme utilidade, que pode contribuir em grande extensão para um desempenho eficaz dos trabalhos preliminares de coloração dos compostos de borracha e, sobretudo, no controlo da sua uniformidade e manutenção dentro de limites aceitáveis.

Embora os procedimentos possam variar de aparelho para aparelho, o bom funcionamento de um colorímetro implica, em geral, o correcto estabelecimento das condições de medida:

Deve ser tomado em atenção que mudanças nas condições de medida afectarão directamente as medidas anteriores (medidas e outras condições). Recomenda-se, por esta razão, muito CUIDADO antes de efectuar ajustes.

Normalmente é necessário:

Após estas operações, podem então ser efectuadas as medições.