FUNDAMENTOS DE
COLORIMETRIA
Carlos Otávio Petter
Roberto Gliese
Laboratório de Processamento Mineral
Centro de Tecnologia
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Av. Bento Gonçalves, 9500 - CEP 91501-970
Porto Alegre/RS - Brasil
Fone: +55 51 316.7103 - FAX: +55 51 316.7116
SUMÁRIO
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Introdução e noções históricas
Parâmetros colorimétricos
Fisiologia da cor e subjetividade da visão
Tricromia e aditividade
Espaços colorimétricos
Diferenças de cor
Interação luz-matéria
Meios transparentes (Beer-Lambert)
Meios opacos (Kubelka-Munk)
Medição
Formulação e correção
INTRODUÇÃO E NOÇÕES
HISTÓRICAS
Definição
Uso no quotidiano
Histórico
Experiência de newton
Espectro eletromagnético
Luz Visível
A Cor
Definição:
Sensação recebida por meio de nossos olhos devido à
observação de um objeto colorido.
Envolve aspectos:
•Físicos
•Fisiológicos
•Psicológicos
“Fenômeno PSICOBIOFÍSICO”
Uso da cor no quotidiano
Papel psicológico:
• Cabines telefônicas em
vermelho
• Lugares quentes em azul
• Vestiários coloridos (amarelo
ou vermelho)
Uso da cor no quotidiano
Papel fisiológico (poder de adaptação):
• A luz amarela estimula (favorece) a acuidade visual mas
é extenuante.
• A uma mesma taxa de iluminação, a luz menos cansativa
é a branca.
Uso da cor no quotidiano
Vermelho: é a cor quente por excelência. É a preferida das crianças e
primitivos ( brutal, dinâmica, estimulante).
Laranja: cor quente, intima, acolhedora. É uma cor psicologicamente
ativa, ajudando na digestão.
Amarelo: dignidade, riqueza, dominação.
Verde: o verde vivo é a cor equilibradora por excelência, no plano
nervoso. Vide mesas de jogo, bilhar, ...
Azul: é a cor fria. É a cor indicada para o quarto de dormir. É usada nas
casas de máquina de navios, pela sensação de “frescor".
Violeta: fria quando pura, intermediária com a introdução do vermelho.
Pré-História
Uso em funerais e em grutas (Altamira e Lascaux)
Egito
Na Síria e no Egito
antigos foram largamente
utilizados pigmetos
extraídos de vegetais
Grécia Antiga
Explicações “racionais” para o fenômeno
Aristóteles:
“Da mesma maneira que no
ar existe ou a luz ou a
sombra, nos corpos
encontraremos ou o preto
ou o branco. Da mistura
destes dois obtém-se todas
as outras cores.”
Grécia Antiga
Aristóteles:
“Como os sabores, as
cores são em números de
sete, admitindo-se que o
marrom é uma nuance de
preto e amarelo do branco.
Entre os extremos teremos
o vermelho, o violeta, o
verde e o azul. Toda outra
cor é mistura das
precedentes.”
Grécia Antiga
Platão:
As Cores são um tipo de chama, que
escapa dos corpos e que no encontro com
nossa vista (que é também uma chama)
produzem a sensação. As partes que se
desprendem dos outros corpos e vêm
bater em nosso órgão são todas, em
relação as partes da vista, ou menores, ou
maiores, ou iguais. As partes iguais não
produzem sensação, (as diafanes), as
partes maiores ou menores contraem ou
dilatam o órgão produzindo a sensação do
branco e do preto. O que dilata é o preto, o
que contrai é o branco.
Grécia Antiga
Teofraste:
A luz é a cor do fogo, entretanto os objetos mesmo não
sendo da natureza do fogo, parecem produzir a luz. Pode ser
então que
a cor do fogo seja luz mas a luz não seja a cor do fogo
sozinha; na verdade esta cor não pertenceria somente ao
fogo, o que não invalida que a luz seja a cor do fogo.
Idade Moderna
Idade Moderna:
Se fala pouco da cor até o século XVII, onde começam a surgir os
naturalistas. Extratos dos debates entre Voltaire e Descartes:
Descartes afirma:
“A luz é uma matéria fina que se
espalha por tudo e que atinge
nossos olhos. As cores são
sensações que Deus excita em nós,
segundo os diversos movimentos
que levam esta matéria a nossos
órgãos.”
Idade Moderna
Para Descartes a produção da
cor vem de que os glóbulos
destes elementos são
determinados a ziguezarem
sobre eles mesmos, além do
movimento em linha reta, e
são os diferentes tipos de
zigue-zague que originam as
diferentes cores.”
Idade Moderna
Voltaire juntamente com os adeptos da
experimentação, contra-atacam:
“Se for colocado um ponto verde e um ponto
azul lado a lado em uma muralha, o que nós
veríamos?
Se sua hipótese é certa, no ponto de interseção
entre os dois antes de chegar em nossos olhos,
haveria uma modificação do zigue-zague,
alterando a cor percebida.
Quem sabe me diríeis vos que estes raios
sendo compostos muito mais de poros que de
substância, poderiam se cruzar sem
praticamente se alterar.”
Experiência de Newton
A experiência de Newton com um
prisma, realizada mostra que a luz
pode ser decomposta em sete feixes
principais (purpura, violeta, azul,
verde, amarelo, laranja, vermelho).
Não existindo a noção de
comprimento de onda e índice de
refração a explicação física não foi
completa mas foi fundamental no
redirecionamento da pesquisa
científica neste campo.
Experiência de Newton
O estudo da colorimetria originou-se da experiência que Isaac Newton
fez em 1666, fazendo a luz branca passar por um prisma,
decompondo-se em todas as suas componentes coloridas.
Luz Branca
Prisma
Experiência de Newton
Newton, na verdade, acreditava
que a luz era composta por
partículas, ao contrário de
outros cientistas da época, que
acreditavam que a luz era um
movimento ondulatório de
natureza desconhecida
Ondas Eletromagnéticas (Maxwell)
• No final do século XIX, Maxwell unificou o
eletromagnetismo clássico enunciando as quatro Leis de
Maxwell.
• Com isso comprovou-se que a luz era, na verdade, uma
onda eletromagnética
• Maxwell também conseguiu calcular a velocidade da luz
no vácuo a partir de constantes do eletromagnetismo
Características das Ondas
Eletromagnéticas
Comprimento de onda (l)
Amplitude (A)
Freqüência (f=c/l)
Período (T=1/f)
l
Energia (E=hf)
A
Polarização da luz
Luz polarizada é aquela onde o campo elétrico somente
varia em um único plano
y
Luz não polarizada
E
EY
q
EX
k
0
x
y
q
E
x
k
0
Luz polarizada
Ondas eletromagnéticas
• As ondas eletromagnéticas
podem ser classificadas
pelos seus comprimentos de
onda (l), segundo o
esquema ao lado:
Tipo
l (nm)
TV/Radio
300.000
IV distante
30.000
Infravermelho
3.000
Luz Visível
400-700
Ultravioleta
200
UV distante
100
Raios X
1
Raios Gama
0,01
Raios Cósmicos
0,001
Espectro da luz visível
O Espectro Visível (escala em nanômetros)
Violeta
400
Azul
Verde
500
Amarelo
Laranja
600
Vermelho
700
Sensibilidade à luz visível
Sensibilidade à luz
1.0
Sensibilidade relativa
0.9
diurna
0.8
noturna
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
350
400
450
500
550
600
650
Comprimento de onda (nm)
700
750
800
Sensibilidade espectral
A curva de sensibilidade espectral descreve a capacidade do
observador em perceber diferenças de cor em uma luz monocromática
Espectro da luz visível
l (nm)
Cor Percebida
400-430
Violeta
430-500
Azul
500-570
Verde
570-590
Amarelo
590-610
Laranja
610-700
Vermelho
Espectro das cores
0,9
0,8
0,7
Roxo
Azul
Amarelo
Reflectância
0,6
bege
Vermelho
0,5
Verde
0,4
0,3
0,2
0,1
0
400
450
500
550
Comprimento de onda (nm)
600
650
700
Espectro das cores
Branco
400
Preto
700
400
Amarelo
400
700
Vermelho
700
400
700
Espectro das cores
Azul
400
Verde
700
400
Castanho
400
700
Cor Cinza
700
400
700
PARÂMETROS COLORIMÉTRICOS
Tonalidade
Saturação
Intensidade
Intensidade luminosa
• É o atributo que descreve a luminosidade da cor, ou seja, mais clara
ou mais escura. A claridade da cor está associada à sensação
produzida por uma superfície dessa cor quando iluminada por luz
branca de intensidade constante.
• Cor clara  Sensação intensa  Luminosidade alta
• Cor escura  Sensação fraca  Luminosidade baixa
• A claridade depende, pois, da reflectância (porcentagem da luz
refletida) da cor.
• Grandezas que representam a intensidade luminosa: alvura,
brancura, L*, fator de luminância (Y).
Tonalidade
• É o atributo pelo qual se identifica a cor percebida em
cada faixa de comprimento de onda do espectro visível,
isto é, é o atributo que define se a cor em estudo é o
violeta, azul, verde, amarelo, laranja, vermelho.
O Espectro Visível (escala em nanômetros)
Violeta
400
Azul
Verde
500
Amarelo
Laranja
600
Vermelho
700
Saturação
É o atributo que mede a
intensidade, saturação ou
pureza da cor. Quanto mais
“viva” for a cor, maior a sua
saturação. Quanto mais clara
(tender ao branco, como rosa,
verde claro, azul claro,
amarelo claro, etc), menor é a
saturação.
Fisiologia da cor
O olho humano
Funcionamento da Retina
O olho humano
Sistema ótico: A luz, atravessando a córnea, penetra no nosso
olho, passa pela íris e pelo cristalino e forma uma imagem do
objeto observado sobre a retina.
O olho humano
• Retina: É uma membrana
sensível à luz, situada no fundo
do olho, funcionando como um
anteparo (onde a imagem se
forma). Possui células
fotossensíveis que convertem a
energia luminosa em sinais
elétricos, que são levados ao
cérebro pelo nervo ótico (a retina
tem a mesma função do filme nas
máquinas fotográficas).
Funcionamento da retina
• Bastonetes: São
responsáveis pela visão
noturna, isto é, pela
percepção claro/escuro na
carência de luminosidade.
Não conseguem detectar
cores, só percebem em preto
e branco. O pigmento
responsável por este efeito é
a rodopsina. Os bastonetes
praticamente não funcionam
com níveis de luminosidade
alta.
A retina é formada por inúmeras células
ópticas (fotossensíveis) que são denominadas
de cones e bastonetes:
Funcionamento da retina
• Cones: São responsáveis pela visão
diurna, isto é, pela percepção das cores.
Não funcionam para níveis de
luminosidade baixa, onde só atuam os
bastonetes. Existem 3 tipos de cones
diferentes, sendo que cada um tem a
capacidade de sintetizar um tipo de
pigmento diferente:
a) Os que sintetizam a clorolase,
responsável pela percepção do verde.
b) Os que sintetizam a critolase,
responsável pela percepção do
vermelho.
c) Os que sintetizam a cianolase, responsável pela percepção do azul.
Limites da visão
Limite dos
bastonetes
Limite dos
cones
Saturação dos
bastonetes
Máxima
acuidade
Risco
de dano
Daltonismo
Os indivíduos daltônicos se caracterizam por não possuirem um dos
pigmentos sensíveis à luz
Critolase
Clorolase
Rodopsina
Cianolase
Daltonismo
Os daltônicos do tipo “deuteranope” não sintetizam a clorolase
Critolase
Clorolase
Cianolase
Rodopsina
Daltonismo
Os daltônicos do tipo “protanope” não sintetizam a critolase
Critolase
Clorolase
Cianolase
Rodopsina
Daltonismo
Os daltônicos do tipo “tritanope” não sintetizam a cianolase
Critolase
Clorolase
Cianolase
Rodopsina
Cegueira noturna
Os indivíduos que apresentam a chamada “cegueira
noturna” não sintetizam a rodopsina
Critolase
Clorolase
Rodopsina
Cianolase
Daltonismo
Tricromata:
8 15
26 nada
Protanope:
3 17
6 45
Deuteranope:
3 17
2 45
Ponto Cego
O ponto da retina onde o nervo ótico se conecta ao olho é o
chamado “ponto cego” porque não contém cones nem
bastonetes
1
2
3
4
5
6
7
Feche o olho direito e olhe para os números
8
Subjetividade da visão
Ilusões de ótica
Subjetividade da visão
A percepção de cor é influenciada por parâmetros como:
• Forma
• Contexto (ambiente)
• Tamanho
• Textura
Ilusões de ótica
Brilho
A ilusão do brilho
Etapa
Ilusões de ótica
Brilho
A ilusão do brilho
Centros receptivos
O grupo de neurônios que é excitado por um centro de percepção é
também inibido pelos centros de percepção vizinhos
-
+
-
- + -
Ilusões de ótica
O grid de Hermann
-+-
-+-+- +-- + -- + -+-
Ilusões de ótica
A influência da cor e do brilho na percepcão de
profundidade
ZZ
ZZ
ZZ
ZZ
Objetos mais brilhantes tendem a parecer mais
próximos