Il metamerismo e la sua gestione

Il metamerismo: definizione e cenni storici

Chiunque lavori nel settore del colore, avrà sicuramente avuto modo di scontrarsi con il fenomeno del metamerismo. Parliamo di metamerismo quando due colori producono la stessa sensazione colore sotto una condizione di illuminazione ma non sotto una seconda illuminante (Fig. 1). Questo fenomeno potrebbe causare seri problemi in fase di contestazione di tinte provenienti da un sistema tintometrico. A livello storico, sembra che il termine “metamerismo” sia stato proposto per la prima volta dal chimico tedesco Wilhelm Ostwald dove, in ambito chimico, questo termine è spesso usato per descrivere strutture di isomeri. formula0 Ad esempio, con la formula bruta C2H6O, possono essere descritte sia l’alcol etilico che l’etere dimetilico. Tuttavia, queste due molecole sono chiaramente distinguibili uno dall’altra perché la loro formula razionale è rispettivamente CH3CH2OH e (CH3)2O, e la loro struttura chimica (Fig. 2): Relazionandoci al sistema colore CIE (Commission Internationale de l’Eclairage), la struttura molecolare corrisponde al sistema tricromatico, gli atomi C, H, e O corrispondono ai componenti di tristimolo X, Y e Z; mentre il numero di atomi 2, 6 e 1 corrispondono ai valori di tristimolo. Il termine metamerismo è quindi associato al fenomeno per cui una coppia di colori, che differiscono nella distribuzione spettrale, si eguagliano nel colore sotto certe condizioni. Questa coppia di colori è detta “coppia metamerica”.

Metamerismo e colorimetria

Dal punto di vista colorimetrico, il metamerismo si verifica quando i valori tristimolo XYZ di due oggetti sono identici sotto un illuminante ma diversi sotto un altro. Per un oggetto riflettente, lo stimolo colore è dato da Φ(λ)=R(λ)P(λ), dove P(λ) è la distribuzione spettrale dell’illuminante e R(λ) è la riflettanza spettrale dell’oggetto riflettente.
Quindi, i suoi valori di tristimolo X, Y e Z possono essere espressi come:

formula1

Dove x(λ) y(λ) z(λ) sono le funzioni colorimetriche per l’osservatore nel riferimento CIE 1931 o 1964, mentre κ è definita come

formula2

e viene selezionata in modo tale che il valore di tristimolo Y sia 100 per un oggetto perfettamente riflettente (R(λ) = 1 per tutte le lunghezze d’onda). È chiaro quindi dalle equazioni che due oggetti avranno lo stesso stimolo colore non solo se hanno lo stesso R(λ), ma anche se la riflettanza R’(λ), diversa da R(λ) soddisfa le seguenti equazioni:

formula3

In generale, il color matching non è più valido se una delle condizioni, quali la distribuzione spettrale dell’illuminante che illumina l’oggetto, cambia. Quindi, se la distribuzione dell’illuminante cambia da P(λ) a P’(λ), le equazioni riportate sopra non sono più valide e diventano:

formula4

In questo caso, siamo in presenza del fenomeno del metamerismo.

Tipologie di metamerismo 

Esistono principalmente tre tipologie di metamerismo:

– Metamerismo d’osservatore si verifica quando due osservatori generano due percezioni diverse del colore;
– Metamerismo da campo visivo, quando l’angolo visivo può generare un diverso stimolo cromatico; – Metamerismo dell’illuminante si verifica quando, cambiando la fonte luminosa, si evidenzia una diversa percezione dello stimolo cromatico.
Il metamerismo più comune nel settore pitture e vernici è sicuramente il metamerismo dell’illuminante, dovuto alla non corretta gestione del colore sotto diversi illuminanti.

Determinazione del metamerismo

Per ovviare a questo problema, sono state avanzate due soluzioni. Una prima soluzione è quella di utilizzare apposite cabine con luce normalizzata, come descritto nelle raccomandazioni CIE: fondo grigio opaco e neutro, illuminante di riferimento del settore d’impiego CIE (nel caso delle pitture e vernici, è stata scelta l’illuminante D65, riferita alla luce diurna media del mezzogiorno del cielo del nord) e secondo illuminante di confronto (ad esempio la sorgente standard CIE A, associata ad una lampadina con filamento di tungsteno). Se la differenza riscontrata non supera i limiti stabiliti (decisi in fase di definizione dei progetti o dei lavori), avremo una certa tranquillità nella resa colore per le illuminanti scelte. Questo metodo è tuttavia molto soggettivo e richiede una certa esperienza nel valutare criticamente il colore semplicemente usando l’occhio come rivelatore

formula5

Un metodo più accurato ed oggettivo, è rappresentato dalla misura del colore attraverso uno spettrofotometro abbinato a software dedicato. In questo caso si può numericamente stabilire non solo la differenza colore (6E), ma anche l’indice di metamerismo citando le fonti d’illuminazione utilizzate. In particolare l’indice di metamerismo, MI, viene definito come:

formula6

Dove ΔL1*, Δa1*, Δb1*, sono i valori di delta CIELab delle coordinate colore tra lo standard e il campione per il primo illuminante, ΔL2*, Δa2*, Δb2*, sono i valori di delta CIELab delle coordinate colore tra lo standard e il campione per il secondo illuminante. È importante notare come il valore di MI non sia assoluto, ma dipenda dalla coppia di illuminanti scelte (per maggiori approfondimenti si rimanda alla norma DIN 6172). Dal punto di vista colorimetrico, l’indice di metamerismo indica la probabilità che due colori evidenzino la stessa differenza colore sotto due differenti illuminanti. Se il valore di MI è basso, la differenza colore è la stessa sotto i due illuminanti. Questo significa che i due colori sotto diversi illuminanti producono la stessa sensazione colore. Se il valore di MI è alto, significa che esiste una differenza di colore tra i due campioni illuminati dai due illuminanti. I campioni potrebbero apparire uguali sotto un illuminante, ma non sotto il secondo. Ad esempio, se il campione viene percepito come giallo sotto l’illuminante 1, potrebbe essere percepito blu sotto l’illuminante 2.

Il metamerismo nel settore pitture e vernici

Poiché il metamerismo più comune nel settore pitture e vernici è quello dovuto al cambio di illuminante, riportiamo in questa sede un esempio esplicativo.

metamerismo

Per valutare il metamerismo di un colore standard rispetto al campione, dobbiamo:
1. Determinare i valori di tristimolo sotto un’illuminante di riferimento e rispetto all’osservatore (preferibilmente D65/10°);
2. Determinare i valori di tristimolo sotto l’illuminante da testare o da confrontare e rispetto all’osservatore (ad esempio l’illuminante A/10°).

Ad esempio, consideriamo il colore in Fig. 4, realizzato a partire da uno standard, per il quale vengono rilevati i valori XYZ per l’illuminante D65/10° e A/10°.

formula7

                               formula8

 

Le relative curve spettrali (R%) sono riportate in Fig. 5.

formula9

Il valore di indice di metamerismo per l’illuminante A/10° rispetto all’illuminante D65, MI65/A, è pari a 1.05, evidenziando un certo grado di metamerismo nel cambio di illuminate.
Per superare questo problema, è quindi importante verificare le tinte sotto le stesse condizioni di illuminazioni. In conclusione, abbiamo visto come il metamerismo e le illuminanti giochino un ruolo importante nel controllo e nella valutazione del colore nei processi qualitativi di una pittura o vernice colorata. È quindi consigliabile utilizzare le appropriate illuminati e le migliori condizioni per la valutazione del colore ed eliminare tutte le problematiche provenienti dal metamerismo.

 

Dr. Filippo Busolo, pubblicato su pitture e vernici di Novembre 2015.
Filippo Busolo su LinkedIn


 

 

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