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Il blog di Mauro Boscarol sulla gestione digitale del colore dal 1998

Nella serie Cause fisiche del colore

Fluorescenza: carta e sbiancanti ottici

Per produrre carta il cui colore venga percepito molto bianco, la cartiera spesso aggiunge pigmenti blu e sbiancanti ottici.

I pigmenti blu o azzurranti servono a evitare un eventuale ingiallimento e la carta appare più bianca perché un bianco azzurrognolo genera un’impressione più chiara di un bianco che tende al giallo, al verde o al rosso.

Gli sbiancanti ottici (optical brighteners) amplificano ulteriormente questo effetto convertendo la componente ultravioletta invisibile della luce del giorno o artificiale in luce visibile blu, facendo in modo che la carta sembri autoilluminarsi e che quindi venga percepita come più bianca.

Vediamo meglio l’effetto degli sbiancanti ottici. Normalmente la radiazione (luce) che arriva su una superficie viene riflessa alla stessa lunghezza d’onda, anche se in quantità diversa e con angolo diverso. Questo è il fenomeno della riflessione.

Esistono però materiali che si comportano diversamente. La luce che arriva su questi materiali non viene riflessa alla stessa lunghezza d’onda ma a lunghezza d’onda maggiore. Questo è il fenomeno della fluorescenza.

Attorno a noi abbiamo qualche esempio di fluorescenza: l’inchiostro degli evidenziatori, certe vernici, certe stoffe. Per esempio di questi lacci i due più a sinistra (giallo e verde) sono fluorescenti, mentre gli altri non lo sono.

Lacci da scarpe

Questo è lo spettro di  riflessione del laccio giallo (tecnicamente si tratta del fattore di luminanza spettrale):

Fluorescenza del laccio verde

In questo spettro si vede molto bene il picco che supera addirittura il 100% di riflessione. Siccome non può essere riflessa più luce di quanta ne arriva sul campione, non si tratta di riflessione ma di fluorescenza. La lunghezza d’onda della luce è stata spostata verso destra, nell’intervallo tra 510 e 540 nm.

L’occhio ne trae un effetto di “luce supplementare” ed infatti nella fluorescenza viene emessa più luce di quella incidente (qui nella zona del verde-giallo).

Gli sbiancanti ottici per la carta (e per altri materiali) sono sostanze che presentano il fenomeno della fluorescenza, cioè catturano la luce ultravioletta (che ha lunghezza minore di 380 nm, e non è visibile), aumentano la sua lunghezza d’onda e la riemettono nel visibile (oltre 380 nm).

Questo è lo spettro di riflessione di una carta senza sbiancanti ottici:

Carta senza sbiancante ottico

La curva è liscia e senza picchi. In teoria dovrebbe essere tutta sul 100%, ma in pratica questo non avviene mai e il bianco ha tipicamente questa curva di riflessione spettrale.

E questo è l’effetto di uno sbiancante ottico aggiunto alla carta: la luce ultravioletta che non è visibile viene portata verso destra rendendola così visibile. E così si presenta un picco nella zona del blu, superiore del 100%:

Carta con sbiancante ottico

Quindi gli sbiancanti ottici convertono la componente ultravioletta invisibile della radiazione (luce del giorno o artificiale) in radiazione (luce) visibile, facendo in modo che la carta sembri più blu e sembri autoilluminarsi e quindi appaia visibilmente più bianca, nascondendo le tonalità di giallo e di marrone, che tuttavia ci sono e rimangono nascoste.

L’aggiunta di sbiancanti presenta numerosi svantaggi. La carta trattata con sbiancanti ottici ingiallisce e invecchia più rapidamente rispetto alla carta non trattata. Inoltre gli sbiancanti sono instabili per cui la stessa carta dopo qualche tempo, oppure la stessa carta ma di lotti diversi, cambia le proprie caratteristiche e il proprio bianco.

Ma la cosa più grave è che la carta con sbiancanti ottici viene vista da uno strumento in modo diverso da come la vede l’occhio umano. Lo strumento di misura è solo in grado di osservare lo spostamento verso l’azzurro causato dagli sbiancanti ottici, mentre l’occhio umano percepisce questo spostamento nello spettro come luminosità supplementare.

Se si utilizzano profili ICC derivati da carta trattata con sbiancanti ottici, è possibile causare involontariamente uno spostamento verso il giallo, che tenta di compensare l’effetto dell’aumento del blu.

Qualche software di profilazione ha metodi per ovviare a questo inconveniente. Per esempio in ProfileMaker si può attivare l’opzione “Correzione sbiancanti ottici”.

L’opzione viene attivata e disattivata automaticamente secondo che l’applicazione rilevi o non rilevi sbiancanti ottici sulla carta utilizzata, ma l’utente può attivarla/disattivarla come vuole.

Se attivata, questa opzione consente di correggere l’effetto simulando e prendendo in considerazione la percezione dell’occhio umano. Il livello di correzione applicato dipende dall’intensità degli sbiancanti ottici rilevata e valutata automaticamente da ProfileMaker.

Un’altra applicazione, Eye-One Match, ha invece questa opzione sempre attivata ma invisibile all’utente.

C’è anche una alternativa hardware, che consiste nel munire lo spettrofotometro di un filtro per la luce ultravioletta. Questo filtro blocca la luce ultravioletta che arriva sul campione e quindi l’effetto di fluorescenza non si presenta o si riduce.

Quando si va a comperare la carta conviene portare con sé una piccola lampadina tascabile che emette luce bianca e ultravioletta. Illuminando la carta, se la luce rimane bianca (qui sotto, a sinistra), la carta non contiene sbiancanti; se la luce appare blu (qui sotto, a destra), la carta contiene sbiancanti. E ne contiene una quantità tanto maggiore, quanto più carica, piena è la luce blu.

Carta senza sbiancanti ottici Carta con sbiancanti ottici

Tra  l’altro una lampadina che emette luce ultravioletta può essere usata per autenticare la carta moneta (che è priva di sbiancanti ottici, quindi se la luce è blu la banconota è contraffatta), identificare i minerali, individuare il sangue, i batteri, autenticare i francobolli da collezione e altre cose simpatiche e interessanti.

Un altro articolo sugli sbiancanti ottici si trova in ColorWiki con un elenco abbastanza dettagliato degli strumenti e del software che consentono la correzione della fluorescenza.

 

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Mauro Boscarol

21/4/2009 alle 20:28

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Un commento

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  1. Grazie ancora per l’articolo molto chiaro e anche per il trucco della lampadina.

    È vero che ProfileMaker possiede un’opzione per la creazione di profili con correzione sbiancanti ottici.

    Il problema è sapere quanto sia precisa questa correzione e se veramente il programma riesce a distinguere tra varie carte con gradazioni diverse di sbiancanti ottici oppure applica una correzione unica.

    Sai se sono state fatte delle verifiche a questo proposito?

    C’è un modulo di ProfileMaker (Optical Brightner Compensation 1.0) associato al lettore i1iSis che si affida in parte ad una valutazione visiva umana in condizioni di illuminazione standart per raggiungere una correzione ottimale.

    Purtroppo questo modulo funziona solo per l’i1iSis e non per l’i1 pro.

    Pensi che questo modulo sia più efficace nella creazione di profili con una correzione più precisa rispetto a quello apparentemente più semplice di ProfileMaker?

    Tarkowsky

    1/5/09 alle 00:59

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