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 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

“Fenômeno PSICOBIOFÍSICO” 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.   Cromoterapia vermelho- I: insuficiencia cardiaca, impotencia, frigidez depre. CI: fase maniaca da depressao. azul- I: taquicardia, temp. agressivo, ciume, medo. CI: coma verde- I: depressao cronica, prisao de ventre CI: Hipocondria, sadismo, masoquismo amarelo- I: ideias fixas(acumulo de bens) CI: sindrome de down, dislalia infantil. Violeta- I: carencia afetiva CI: dependencia de droga

Pré-História Uso em funerais e em grutas (Altamira e Lascaux) Paleolitico: 2 a 3 M anos

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 Descartes afirma: 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 Luz Branca Prisma 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 E X Y q y x k Luz não polarizada E q y x k Luz polarizada

Ondas eletromagnéticas 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 As ondas eletromagnéticas podem ser classificadas pelos seus comprimentos de onda (l), segundo o esquema ao lado:

Espectro da luz visível O Espectro Visível (escala em nanômetros) 400 500 Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho 600 700

Sensibilidade à luz visível

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 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 400 450 500 550 600 650 700 Comprimento de onda (nm) Reflectância Roxo Azul Amarelo bege Vermelho Verde

Espectro das cores Branco Preto Amarelo Vermelho 400 700 400 700 400

Espectro das cores Azul Verde Castanho Cor Cinza 400 700 400 700 400

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) 400 500 Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho 600 700

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.

O olho humano Funcionamento da Retina 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 cones Saturação dos Máxima acuidade Risco de dano

Daltonismo Critolase Clorolase Rodopsina Cianolase Os indivíduos daltônicos se caracterizam por não possuirem um dos pigmentos sensíveis à luz Critolase Clorolase Rodopsina Cianolase

Daltonismo Critolase Clorolase Cianolase Rodopsina Os daltônicos do tipo “deuteranope” não sintetizam a clorolase Critolase Clorolase Cianolase Rodopsina

Daltonismo Critolase Clorolase Cianolase Rodopsina Os daltônicos do tipo “protanope” não sintetizam a critolase Critolase Clorolase Cianolase Rodopsina

Daltonismo Critolase Clorolase Cianolase Rodopsina 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: 8 15 26 nada Protanope: 3 17 6 45 Deuteranope: 3 17 2 45

Feche o olho direito e olhe para os números 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 8 Feche o olho direito e olhe para os números

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 A ilusão do brilho Etapa Brilho

Ilusões de ótica A ilusão do brilho 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 Z Objetos mais brilhantes tendem a parecer mais próximos