ISO 13655:2009 demistificato

Perché abbiamo M0, M1, M2 e M3?

Lo scopo di questo documento è spiegare sia in teoria che in pratica le modalità di misurazione M0, M1, M2 e M3 definite nella norma ISO 13655:2009.

La norma ISO 13655 definisce le esigenze delle apparecchiature di misurazione spettrale per l'industria delle arti grafiche. Fa riferimento agli standard internazionali ISO 5-2 e ISO 5-4 per le misurazioni della densità e CIE15 per la terminologia generale della colorimetria. Ci sono prerequisiti che devono essere soddisfatti dagli strumenti indipendentemente dalla modalità di misurazione.

Un prerequisito importante è il rispetto della geometria di misurazione. La norma ISO 13655:2009, come detto, fa riferimento alla norma ISO 5-4 che definisce inequivocabilmente che può essere utilizzata solo una delle seguenti quattro geometrie:

anulare di quarantacinque gradi: normale 45°a:0°
quarantacinque gradi circonferenziali: normale 45°c:0° normale: quarantacinque gradi anulari  0°:45°a normale: quarantacinque gradi circonferenziali 0°:45°c

Non sono consigliate altre geometrie.

L'Allegato C della norma ISO 13655:2009 recita:

“Se, tuttavia, il rilevamento e/o l’irradiazione sono limitati a un singolo angolo azimutale, gli effetti direzionali e di consistenza vengono enfatizzati. Queste geometrie sono deprecate nella ISO 5-4 e quindi in questo standard internazionale. Sono conosciuti come “quarantacinque gradi direzionali: normale” e “normale: quarantacinque gradi direzionali”.

In altre parole, quando si utilizzano strumenti con geometria direzionale, i risultati dipenderanno fortemente dall'angolo di misurazione. Quando si ruota lo spettrofotometro di un certo grado, lo stesso campione darà letture diverse. Questo effetto diventa più forte con l'aumentare della consistenza e su carte non patinate si può riscontrare una differenza di colore superiore a dE*ab = 3.

D: Come possono gli utenti verificare se un determinato strumento è conforme ai requisiti geometrici della norma ISO 13655?

R: La scheda tecnica di uno strumento solitamente ne indica la geometria. Se questo non è “45°a:0°” o “45°c:0°” (o viceversa) ma solo 45:0 molto probabilmente i requisiti non sono soddisfatti. Inoltre, dichiarare la conformità alla norma DIN 5033 non significa che lo strumento sia conforme alla norma ISO 13655. La norma DIN 5033 descrive semplicemente tutte le geometrie di misura esistenti.

Avendo soddisfatto i prerequisiti della geometria di misura, uno strumento conforme alla norma ISO 13655:2009 può essere conforme a 4 diverse modalità di misura. Queste modalità sono state sviluppate a causa di diverse esigenze e applicazioni. Si chiamano M0, M1, M2 e M3.

M0: “La modalità legacy”

Da un punto di vista puramente tecnico, M0 è una modalità di misurazione obsoleta. Storicamente gli strumenti utilizzati nel settore delle arti grafiche non utilizzavano una sorgente luminosa con un contenuto UV definito e/o stabile. M0 come standard esprime che la maggior parte degli strumenti utilizza una lampada al tungsteno riempita di gas per illuminare i campioni anziché D50 e pertanto gli utenti accettano una debolezza nota.

Il problema con il contenuto UV instabile e indefinito è che quando si misurano campioni fluorescenti come la carta con sbiancanti ottici, la risposta della misurazione non è correlata all'ambiente di visualizzazione in cui viene utilizzato il prodotto stampato. Sebbene molti utenti abbiano scelto di ignorarlo, anche il contenuto UV di una lampada al tungsteno riempita di gas cambia nel tempo, il che significa che le misurazioni non sono affidabili.

Per ragioni tradizionali e per confrontare le misurazioni con gli strumenti esistenti, gli spettrodensitometri della serie FD di Konica Minolta offrono la scelta della modalità di misurazione M0. Qui la distribuzione della potenza spettrale dell'illuminante CIE A (raccomandato nella norma ISO 13655:2009 per M0) viene utilizzata per illuminare il campione. Grazie al contenuto UV stabile negli strumenti Konica Minolta, gli utenti possono almeno fare affidamento su misurazioni stabili se devono utilizzare M0 per motivi legacy.

Messaggio da portare a casa:
M0 = sorgente luminosa indefinita. Se misurate campioni con sbiancanti ottici dovreste essere consapevoli degli svantaggi.

I paragrafi seguenti spiegheranno M2 e M3 prima dei dettagli riguardanti M1 che richiede ulteriori spiegazioni.

M2: “Taglio UV”

La modalità di misurazione M2 è stata standardizzata per riflettere condizioni di visione prive di contenuto UV, come in un museo. Per questo motivo viene spesso definito “UV-Cut”. In passato venivano utilizzati spettrofotometri dotati di filtro UV-Cut per ignorare l'effetto degli sbiancanti ottici. Si pensava che questo avrebbe reso più semplice il calcolo dei profili ICC poiché il metamerismo introdotto dai raggi UV non aveva alcun effetto sulle misurazioni. L’idea sbagliata che gli sbiancanti ottici disturbino le misurazioni del colore è ancora presente tra gli utenti (e in una certa misura tra i fornitori), infatti molte macchine da stampa digitale vengono ancora fornite con strumenti con filtro UV.


Gli sbiancanti ottici si illuminano di bluastro a seconda del contenuto UV nell'ambiente di visualizzazione (e della sorgente luminosa del dispositivo di misurazione). Se uno strumento con filtro UV porta a risultati più soddisfacenti rispetto a uno strumento con una lampada al tungsteno, il contenuto UV dell'ambiente di visualizzazione è semplicemente più vicino all'UV-Cut che al contenuto UV di una lampada al tungsteno riempita di gas.

Ma molto probabilmente non è privo di raggi UV (a meno che tu non lavori accanto alla Gioconda). Pertanto M2 non è la soluzione appropriata per la maggior parte delle applicazioni ed è standardizzato solo per riflettere condizioni di visione prive di raggi UV.

Gli spettrodensitometri della serie FD Konica Minolta offrono la scelta della modalità di misurazione M2. Qui è soddisfatta la definizione di filtro UV-Cut della norma ISO 13655:2009.

Messaggio da portare a casa:
M2 = Taglio UV. È utile solo per ambienti privi di raggi UV.

M3: “La modalità degli stampatori offset”

M3: “La modalità degli stampatori offset”
La sfida affrontata dagli stampatori offset è che devono controllare i fogli bagnati durante la produzione, ma il cliente paga per il prodotto finale che è asciutto. La più grande differenza tra il foglio bagnato e quello asciutto è la lucentezza. La modalità di misurazione M3 offre la possibilità di prevedere la densità di un foglio essiccato dalla misurazione di un foglio bagnato. Ciò si ottiene utilizzando due filtri di polarizzazione, che riducono al minimo la differenza di brillantezza.

Gli spettrodensitometri della serie FD di Konica Minolta offrono la scelta della modalità di misurazione M3 collegando un filtro di polarizzazione in vetro.

Messaggio da portare a casa:
M3 = Filtro Pol. Necessario per le stampanti offset. Alcuni produttori di inchiostri utilizzano anche M3 per CCM.

M1: “La modalità desiderata da sempre”

M1: “La modalità desiderata da sempre”
Il settore delle arti grafiche utilizza condizioni di visione standardizzate per ridurre al minimo i problemi durante la comunicazione dei colori. Lo standard pertinente è ISO 3664, che specifica l'illuminante CIE D50. Dal 2009 il contenuto UV di D50 deve essere rispettato entro tolleranze più strette rispetto a prima. Per garantire che gli sbiancanti ottici “brillano” in misura simile quando illuminati durante una misurazione del colore come in un ambiente di visualizzazione D50, ISO 13655 introduce la modalità di misurazione M1. La conformità a M1 può essere ottenuta in due modi.


M1: “La modalità desiderata da sempre”
Il settore delle arti grafiche utilizza condizioni di visione standardizzate per ridurre al minimo i problemi durante la comunicazione dei colori. Lo standard pertinente è ISO 3664, che specifica l'illuminante CIE D50. Dal 2009 il contenuto UV di D50 deve essere rispettato entro tolleranze più strette rispetto a prima. Per garantire che gli sbiancanti ottici “brillano” in misura simile quando illuminati durante una misurazione del colore come in un ambiente di visualizzazione D50, ISO 13655 introduce la modalità di misurazione M1. La conformità a M1 può essere ottenuta in due modi.



Metodo 1: corrispondenza dell'illuminante

M1 può essere ottenuto utilizzando una sorgente luminosa che soddisfi i requisiti della norma ISO 3664:2009. Ciò significa semplicemente che se costruisci una luce normale nello spettrometro, è conforme a M1 (ma ricorda i prerequisiti della geometria). Sembra semplice ma non è realizzabile nella pratica.

La scelta ovvia di utilizzare la stessa sorgente luminosa utilizzata nella maggior parte delle cabine di visualizzazione non può essere realizzata poiché si tratta principalmente di lampade fluorescenti che non possono essere integrate in uno spettrofotometro. Inoltre non corrispondono perfettamente all'illuminante CIE D50 (approssimazione entro le tolleranze definite).

Un'altra possibilità per ottenere D50 è utilizzare una combinazione di diversi LED, che producono uno spettro D50. In pratica si verifica un problema quando si cerca di imitare il contenuto UV del D50 poiché gli attuali LED non sono in grado di riprodurre perfettamente il contenuto UV del D50.

L'ultima soluzione tecnica presentata per ottenere la D50 come illuminazione fisica consiste nell'utilizzare sorgenti luminose filtrate per imitare la distribuzione della potenza spettrale della D50. Il vantaggio è che con questa tecnica si può ottenere una corrispondenza molto simile a D50. Ciò dovrebbe anche fornire misurazioni corrette per i campioni che mostrano una fluorescenza attiva nell'area della lunghezza d'onda visibile (pochi inchiostri e toner mostrano questo comportamento in una certa misura). Lo svantaggio è che la sorgente luminosa potrebbe non essere stabile in termini di contenuto UV e quindi l’affidabilità nel tempo deve essere messa in discussione.

Inoltre dobbiamo chiederci se Perfect D50 sia davvero la soluzione migliore da utilizzare in un dispositivo di misura. Normalmente non abbiamo come condizione di visione una D50 perfetta ma solo una simulazione entro la tolleranza. Quindi i vantaggi teorici difficilmente possono essere trasferiti all’uso pratico. Come superare questo problema verrà spiegato più avanti in questo documento.



Metodo 2: calcolo UV

La seconda possibilità per ottenere la conformità alla modalità di misurazione M1 è legata alla natura degli sbiancanti ottici. Gli sbiancanti ottici assorbono l'energia UV ed emettono luce visibile blu. Per misurare l'effetto di un azzurrante ottico è perfettamente sufficiente assicurare una correlazione tra l'eccitazione dello azzurrante durante la misurazione e l'ambiente di visione desiderato. Ciò è descritto mediante il rapporto tra contenuto UV e contenuto visibile nella norma ISO 13655:2009.

In altre parole: assicuratevi che durante la misurazione lo sbiancante si illumini di un colore bluastro come nell'ambiente di visualizzazione desiderato.

Ciò può essere ottenuto in diversi modi. Nella letteratura disponibile vengono descritti alcuni metodi. Due saranno discussi di seguito.

Come discusso, uno sbiancante ottico assorbe l'energia UV ed emette questa energia sotto forma di luce blu. Se vogliamo misurare la quantità di emissione di un determinato illuminante di riferimento, dobbiamo assicurarci che la sorgente luminosa nel dispositivo di misurazione abbia energia sufficiente nell'area della lunghezza d'onda in cui è attivo lo sbiancante ottico.

Se fossi in grado di condurre due misurazioni, una utilizzando solo l'energia UV, per fornire pura fluorescenza, e l'altra senza energia UV per fornire pura riflettanza,  sarebbe   possibile calcolare il fattore di radianza totale risultante (spesso chiamato fattore di riflettanza sebbene sia il combinazione di riflessione e fluorescenza).

Il problema è che il metodo si basa sull’esistenza di una fonte di luce esclusivamente UV. I LED UV oggi disponibili hanno una distribuzione spettrale variabile della potenza ed emettono anche luce visibile. Pertanto non viene misurata solo la fluorescenza ma anche la riflettanza (causata dalla luce visibile emessa dall'UV-LED) e introducono errori nel modello sottostante. Gli strumenti reali che utilizzano questo metodo soffrirebbero di un errore di misurazione variabile.

Standard di fluorescenza virtuale Konica Minolta

Il secondo metodo funziona in modo simile ma non si basa sull’esistenza di una sorgente di luce UV pura. Quando si utilizza lo standard di fluorescenza virtuale Konica Minolta, l'elemento UV di un campione viene attivato da due sorgenti luminose con energia UV molto diversa consecutivamente (entro millisecondi e non visibili all'utente). Se il campione dovesse mostrare fluorescenza, i fattori di radianza risultanti (il “risultato della misurazione”) differiranno. Con questo metodo è facile distinguere la fluorescenza dalla riflettanza. Incorporando il contenuto UV dell'ambiente di visione finale è possibile calcolare il corretto fattore di radianza totale.
Il chiaro vantaggio di questo metodo è che non si basa su fonti di luce poco pratiche o inesistenti (solo UV). La serie Konica Minolta FD misura e stabilizza le sorgenti luminose utilizzate al loro interno e avere una base stabile per il calcolo garantisce misurazioni stabili e ripetibili anche se le sorgenti luminose fisiche tra diversi strumenti differiscono.



Un altro vantaggio della serie Konica Minolta FD riguarda gli ambienti di visualizzazione utilizzati. Anche se vengono utilizzate sorgenti luminose standardizzate, le cabine di visualizzazione disponibili in commercio rispettano la tolleranza ISO 3664:2009 ma non emettono un D50 perfetto. Utilizzando Konica Minolta VFS è facile quantificare le caratteristiche spettrali e utilizzare la cabina di visualizzazione come sorgente luminosa di misurazione. Utilizzando l'FD-7 gli utenti possono determinare oggettivamente i valori di colore che si correlano perfettamente con l'impressione visiva. La funzione User-Illuminant elimina il problema delle variazioni di D50 approssimate generate dalle cabine di visualizzazione. Questo ovviamente non si limita ai simulatori D50 ma è utile anche per ottenere corrispondenze di colori per le condizioni di luce “sul posto” o in occasione di fiere.

Entrambi i metodi partono dal presupposto che la lunghezza d'onda di eccitazione e la lunghezza d'onda di emissione degli sbiancanti ottici utilizzati nella carta non variano. Questa ipotesi è valida, ma solo Konica Minolta ha costruito apparecchiature di misurazione disponibili in commercio per determinare le caratteristiche esatte di questa classe di sbiancanti (CM 3800d).

Poiché la calibrazione UV degli FD non è fissa su D50 (si può ad esempio utilizzare anche D65), i valori misurati con un FD si correlano molto bene con gli strumenti utilizzati nell'industria della carta, sebbene la geometria dello strumento sia diversa.



Conclusione

Lo standard di fluorescenza virtuale Konica Minolta presenta notevoli vantaggi rispetto ad altri metodi descritti in questo documento e implementati nella pratica. In breve questi sono:

  • Misure stabili
  • Possibilità di utilizzare sorgenti luminose reali come illuminante di riferimento
  • Tracciabilità a un dispositivo di misurazione bispettrale (CM3800d)
  • Possibilità di ottenere valori correlati agli strumenti utilizzati nel settore della cart

Nota applicativa

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