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Que voit un instrument de mesure de la couleur?

Que voit un instrument de mesure de la couleur ?

 

Faire le bon choix de la géométrie

Lorsque l’acquisition d’un appareil de mesure des couleurs est décidée après de longues discussions internes, c’est souvent l’embarras du choix. Il faut non seulement se décider pour un fournisseur sur le marché, mais aussi choisir exactement l’appareil qui correspond le mieux aux tâches de mesure prévues. Un premier critère de décision devrait être la classe d’exactitude visée, pour laquelle la résolution spectrale et la reproductibilité des mesures jouent un rôle décisif. Un deuxième point important est la géométrie de mesure. Elle influence sensiblement l’information fournie par les mesures. Une mauvaise décision conduirait plus tard à des problèmes dans l’évaluation des écarts de couleur, puisque des différences de couleur pourraient être interprétées diversement dans la communication avec les fournisseurs et les acheteurs. La géométrie de mesure utilisée doit donc être discutée entre tous les acteurs impliqués et devrait correspondre à la tâche voulue.

 

Vous ne pouvez passer sous silence la géométrie de mesure

La géométrie de mesure est le lien d’une part entre la source lumineuse de l’instrument et l’objet à mesurer, d’autre part entre l’objet et le capteur enregistreur. Un observateur humain n’est souvent pas conscient du fait qu’il est toujours sous l’influence d’une géométrie de mesure: la lumière est diffuse ou dirigée, elle provient d’une certaine direction, l’œil regarde sous un certain angle l’objet à examiner, etc.

Pour les appareils de mesure des couleurs, la manière dont une couleur est perçue dépend aussi de ces conditions opto-géométriques. Ces conditions sont normalisées et régies par les instances nationales et internationales. En principe, il est nécessaire de différencier les géométries de mesures en mode réflexion de celle en mode transmission.

 

Les cinq géométries du mode de mesure en réflexion

La géométrie de mesure 45°:0° travaille avec un éclairage dirigé. Une source lumineuse éclaire l’objet avec un angle de 45° par rapport à la normale de l’objet.

Un éclairage vraiment homogène de l’objet, spécialement sur les surfaces structurées, ne peut être obtenu qu’au moyen d’un éclairage annulaire (géométrie de mesure 45°a:0°) ; un véritable anneau lumineux illumine l’objet. L’éclairage peut aussi être composé d’une multitude de fibres optiques disposées circulairement à 45° (géométrie de mesure 45°c:0°) ; le nombre de fibres (et par conséquence leur écartement) est un critère décisif de la qualité de l’éclairement de l’objet. Pour des applications spéciales, l’objet peut aussi être éclairé à 45° avec un ou deux faisceaux lumineux (géométrie 45°x:0°). L’observation se fait ensuite toujours à 0°.

La configuration 45°a:0° avec un éclairage annulaire pour les mesures dépendant des conditions de surfaces.

 

La géométrie de mesure d:8° possède un dispositif optique qui produit de la lumière diffuse (sphère d’Ulbricht). La lumière d’une lampe flash au xénon est conduite dans une sphère creuse, de façon à ce qu’elle ne puisse pas illuminer directement l’ouverture de mesure de la sphère où est placé l’objet à mesurer. Comme l’intérieur de la sphère est pourvu d’un revêtement blanc extrêmement diffusant (sulfate de baryum, céramique, plastique spécial), la lumière est réfléchie dans toutes les directions. L’objet, placé contre l’ouverture de la sphère, est éclairé de toutes les directions avec une lumière diffuse idéale. Les structures du matériau et les différences de brillance ne peuvent pas influencer la valeur mesurée. Par une ouverture dans la partie supérieure de la sphère, le capteur observe la surface à mesurer avec un angle de 8° par rapport à la normale. Pour supprimer les réflexions de la surface de l’objet, on intègre dans certains appareils une trappe à spéculaire (le plus souvent mécanique et commutable) ; il s’agit d’une autre ouverture dans la sphère disposée à -8° de la normale, avec une cavité noire. Une méthode alternative moderne consiste à utiliser un contrôle numérique de la réflexion spéculaire (sans trappe à réflexion spéculaire) ; une source additionnelle est disposée de manière à éclairer directement et de manière dirigée la surface de la sphère à -8°. Une relation entre la mesure réalisée par la source principale et la source additionnelle permet de calculer la réflexion spéculaire. La géométrie de mesure qui inclut la réflexion spéculaire est notée di:8°, alors que celle qui l’exclut est notée de:8°.

La géométrie de mesure d:0° très répandue dans l’industrie papetière présente une particularité. Le capteur est placé à la normale de l’échantillon (à 0°). Dans cette configuration, la réflexion spéculaire est obligatoirement exclue de la mesure. Cette géométrie délivre des résultats de mesures comparables à ceux obtenus avec la géométrie de:8°.

La configuration d:8°, en mode di:8°, et de:8°.

 

Les matériaux à effets tels que les revêtements métallisés ne peuvent pas être correctement analysés avec une géométrie à sphère (di:8°, de:8°) ou avec une géométrie de type 45 :0° car les effets dépendent des conditions d’éclairage et de détection. Il est nécessaire de les analyser sous plusieurs angles, l’éclairage se faisant sous un angle de 45°. Les angles de détections sont notés par rapport au rayon spéculaire (away specular « as »). Ils sont notés de facto 45°:as25°, 45°:as45°, 45°:as75°. Parfois des angles additionnels sont requis : 45°:as15°, 45°:as110°.

Une remarque concernant toutes ces géométries de mesure : il est possible de permuter la position de la source d’éclairage avec celle du détecteur, sans influence notable sur les résultats. Les géométries d:8° et 8°:d ou 45°:0° et 0°:45° sont équivalentes.

 

Les trois géométries du mode de mesure en transmission

En plus du mode de mesure en réflexion, les instruments de table à sphère d’intégration permettent la mesure de matériaux transparents. Pour réaliser la mesure sur ce type de produit, l’échantillon est positionné dans le compartiment de mesure en transmission de l’appareil ; celui-ci est placé entre l’ouverture de détection de la sphère et le détecteur. L’ouverture de mesure habituellement réservée au mesures en mode réflexion est couverte par une surface blanche – souvent la plaque destinée au calibrage du mode réflexion – et la géométrie de mesure est notée di:180°. La transmission est totale et composée des composantes diffuse et régulière (directe) mesurées. Si la trappe à spéculaire est « ouverte » (tel que le demande le mode réflexion spéculaire exclue), seule la transmission diffuse est analysée et la géométrie est notée de:180°.

Pour des tâches spéciales, la géométrie 0°:180° est parfois utilisée ; seule la transmission régulière est analysée. Les instruments intégrant cette configuration ne disposent pas de la mesure en mode réflexion.

La configuration d:180° pour la mesure d’échantillons transparents liquides ou solides. Le mode di:8° lorsque la transmission totale est désirée, le mode de:8° lorsque la transmission diffuse est demandée.

 

Quelle est la meilleure géométrie de mesure ?

Le type de géométrie de mesure utilisé dépend de l’information que l’on veut obtenir du résultat de mesure. Si la mesure doit correspondre à l’impression visuelle, le résultat de mesure doit dépendre de la surface et de la brillance, car l’œil voit toujours l’effet d’ensemble de la couleur et de la surface. Les géométries de mesure avec exclusion du brillant donnent le résultat voulu, puisqu’en fonction de leur construction optique elles produisent des résultats de mesure dépendant de l’état de surface. La solution technique est la suivante : rayon incident sous un angle de 45°, mesure sous un angle de 0°; utilisation d’une sphère d’Ulbricht avec un éclairage diffus et mesure sous 8° avec trappe à spéculaire en position ouverte.

Mais si l’on veut observer le matériau indépendamment de sa surface et par exemple repérer des changements de concentration de colorant, il faut enregistrer la réflexion totale du matériau. La brillance en tant que partie intégrante de la réflexion de surface représente ici une grandeur constante (pour la peinture et le plastique environ 4% de la réflexion totale). Sa valeur reste la même pour toutes les variations d’état de surface et n’influence pas le résultat de mesure. La solution technique est la suivante : il faut un appareil de mesure avec sphère d’Ulbricht. La trappe à spéculaire doit être en position fermée. On enregistre ainsi la réflexion totale de l’objet, indépendamment du brillant et de la structure. Cette configuration est recommandée lors de l’utilisation des logiciels de formulation et correction des couleurs.

 

Konica Minolta Sensing, un expert en la matière

Reconnu comme un professionnel du domaine, Konica Minolta Sensing fabrique des appareils de mesure de la couleur de type colorimètre et de type spectrocolorimètre. La gamme étoffée des appareils permet de proposer les géométries de mesure décrites précédemment.