Concetti generali sul colore

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1 1. Fotoni, occhio e cervello (cioè radiazioni, luce e colore) 2. Dai fotoni ai segnali tricromatici e ai valori di tristimolo 3. Dallo spazio del tristimolo allo spazio Lab (differenze di colore) 4. Attributi percettivi del colore (tinta, brillanza, chiarezza, pienezza, saturazione, croma) 5. Strumenti di misurazione (colorimetri e spettrofotometri)

2 LA PERCEZIONE DEL COLORE DIPENDE DALLA LUCE! LA LUCE È UNA FORMA DI RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA... Kilometri Millimetri Micron Nanometri Onde radio lunghe Onde radio corte Onde TV Infrarossi 700 nm 627 nm 577 nm 540 nm 480 nm 430 nm 380 nm Ultravioletti (UV) Raggi X...MISURABILE IN DISTRIBUZIONE SPETTRALE.

3 LA DUPLICE NATURA DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA: ONDULATORIA... LE ONDE ELETTROMAGNETICHE SONO CLASSIFICABILI IN BASE ALLA LORO LUNGHEZZA D ONDA MISURATA IN NM (NANOMETRO = 10-9 ) E, DATA LA LINEARITA DELLE EQUAZIONI DI MAXWELL CHE NE DESCRIVONO IL COMPORTAMENTO, VALE PER ESSE IL PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI. QUESTO ASPETTO E FONDAMENTALE IN COLORIMETRIA PERCHE PERMETTE DI TRATTARE QUALSIASI FASCIO LUMINOSO, FLUSSO DI ENERGIA RADIANTE, COME SOMMA DI FASCI MONOCROMATICI ELEMENTARI.... E CORPUSCOLARE, I QUANTI DI ENERGIA: I FOTONI λ I FOTONI SONO CARATTERIZZATI DALLA LORO ENERGIA CHE È PROPORZIONALE ALLA LORO FREQUENZA

4 ESISTONO ALCUNI ILLUMINANTI STANDARD LA CUI DISTRIBUZIONE SPETTRALE E NOTA QUESTO E IL PRIMO PUNTO DI RIFERIMENTO PER LA DESCRIZIONE DEL COLORE

5 VISIONE UMANA: PRIMA FASE VISIONE TRICROMATICA TEORIA DI YOUNG E HELMOTZ - OGNI STIMOLO DI COLORE E DEFINIBILE CON SOLE TRE VARIABILI, LA LUMINANZA TOTALE, LA LUNGHEZZA D ONDA DOMINANTE E LA PUREZZA DI COLORE. QUESTA TEORIA SI BASA SUL FATTO SPERIMENTALE CHE OGNI RADIAZIONE PUO ESSERE UGUAGLIATA DALL OPPORTUNA MESCOLANZA DI TRE SOLE RADIAZIONI PRIMARIE (O COLORI PRIMARI) SCELTE ARBITRARIAMENTE PURCHE NESSUNA DI ESSE SIA UGUAGLIABILE DALLA SOMMA DELLE ALTRE DUE, NE DUE DI ESSE SIANO TRA LORO COMPLEMENTARI. OPPURE LA RADIAZIONE DATA SOM- MATA AD UNA DELLE RADIAZIONI PRIMARIE PUO ESSERE UGUAGLIATA DALLE ALTRE DUE. IL FENOMENO DEL METAMERISMO CIO PORTA A STABILIRE CHE IL NOSTRO OCCHIO SIA DOTATO DI SOLO TRE TIPI DI RECETTORI SENSIBILI A DIVERSE REGIONI DELLO SPETTTRO VISIBILE. QUESTI TRE RECETTORI, CHIAMATI CONI, SI ATTIVANO CON LA CATTURA DEI FOTONI: PRINCIPIO DELL UNIVARIANZA DI RUSHTON VISIONE UMANA: SECONDA FASE I SINGOLI CONI - CHIAMATI L, M E S - NON HANNO UNA CONNESSIONE DIRETTA CON IL CERVELLO MA I LORO SEGNALI VENGONO TRASMESSI A DELLE CELLULE LE QUALI, ATTRAVERSO IL NERVO OTTICO, INVIANO GIL IMPULSI FINALI AL CERVELLO. LE INFORMAZIONI DEI CONI SUBISCONO UNA TRASCODIFICA E SI TRASFORMANO AFFINCHE OGNI CELLULA IN- VII UN UNICO SEGNALE CHE APPARTIENE AL CAMPO VISIVO DI SUA COMPETENZA (FORMATO DA PIU CONI), SCOMPOSTO IN QUESTO MODO: BIANCO/NERO - ROSSO/VERDE - GIALLO/BLU LA DIVERSA DISTRIBUZIONE DEI CONI SULLA FOVEA E IL DIVERSO FUNZIONAMENTO DELLE CELLULE FA SI CHE IL SEGNALE BIANCO/NERO SIA INFLUENZATO SOLO DAI CONI L+M, IL SEGNALE ROSSO/VERDE DAI CONI L-M E IL SEGNALE GIALLO/BLU DAI CONI L+M-S

6 LE LEGGI DI GRASSMAN SIMMETRICA: SE A=B ALLORA B=A A B B A ALLORA TRANSITIVA: SE A=B E B=C ALLORA A=C A B E C D ALLORA A D PROPORZIONALE: ADDITTIVA: SE A=B ALLORA aa=ab per ogni a 0 SE A=B E C=D ALLORA (A+C)=(B+D) A B AX2 BX2 ALLORA A B A+C B+D E C D ALLORA IL FATTORE BRILLANZA LA SENSIBILITA SPETTRALE DELLA NOSTRA VISIO- NE VARIA IN FUNZIONE DELLA LUNGHEZZA D ONDA DELLE RADIAZIONI MONOCROMATICHE. UNA RADIAZIONE A 555 nm APPARE PIU BRIL- LANTE DI UNA DELLA STESSA POTENZA A 400 nm O A 700 nm PER LE RADIAZIONI ETEROCROMATICHE VALGONO LE STESSE PROPRIETA DESCRITTE: LA LUMINANZA DI UNO STIMOLO, SOMMA DI PIU STIMOLI, E UGUALE ALLA SOMMA DELLE CORRISPONDENTI LUMINANZE!

7 COLORIMETRIA E CIE LO STUDIO PER ATTUARE UN SISTEMA DI DESCRIZIONE NUMERICA DEL COLORE, COSI DA POTERLO ESPRIMERE IN TERMINI ASSOLUTI, E COM- PITO DELLA COLORIMETRIA. LA C.I.E. ( Commission internationale de l eclairage) HA STABILITO MOLTI STANDARD TRA CUI UN OSSER- VATORE CHE SIA RAPPRESENTATIVO DELLA VISIONE UMANA MEDIA. L OSSERVATORE STANDARD CIE 1931 PER CAMPO VISIVO DI 2 L OSSERVATORE STANDARD VIENE RAPPRESENTATO DAL- LE FUNZIONI COLORIMETRICHE (RIFERIMENTO RGB E XYZ). QUESTE FUNZIONI INDICANO LA SENSIBILITA SPETTRALE RELATIVA DEI SINGOLI FOTORECETTORI. QUESTO E IL SECONDO PUNTO DI RIFERIMENTO PER LA DESCRIZIONE DEL COLORE...

8 ... ALLORA FOTONI + SEGNALI TRICROMATICI = SPAZIO DEL TRISTIMOLO STABILITA LA QUANTITA DI LUCE IN FUNZIONE DELLA LUN- GHEZZA D ONDA NELLO SPETTRO VISIBILE, EVENTUALMEN- TE CORRETTA DA UNA CURVA DI RIFLESSIONE PER I COLO- RI OGGETTO, SI TROVA LO STIMOLO FISICO CHE ATTIVA I FOTORECETTORI DELL OSSERVATORE. STABILITA LA SENSIBILITA SPETTRALE DELL OSSERVATO- RE, PER OGNUNO DEI TRE TIPI DI FOTORECETTORI DI CUI DISPONE, SI PUO COSTRUIRE UNO SPAZIO VETTORIALE LINEARE ALL INTERNO DEL QUALE POTER ESPRIMERE CON TERNE NUMERICHE OGNI SENSAZIONE DI COLORE. QUESTO SPAZIO E UNA TRASFORMAZIONE LINEARE DEL RIFERIMENTO FONDAMENTALE (L,M,S) NEL QUALE IL VET- TORE Y CORRISPONDE ALLA LUMINANZA E I PIANI X E Z GIACCIONO DI CONSEGUENZA SUL PIANO A LUMINANZA NULLA.

9 DALLO SPAZIO DEL TRISTIMOLO AL DIAGRAMMA DI COMATICITA Y DATA LA CARATTERISTICA DELLO SPAZIO XYZ SI PAS- SA FACILMENTE AD UN DIAGRAMMA BIDIMENSIONA- LE DOVE x E y (MINUSCOLE) DANNO SOLO LA CRO- MATICITA DELLO STIMOLO, CIOE LUNGHEZZA D ONDA DOMINANTE E PUREZZA E X

10 SPAZIO XYZ E PROBLEMI DI UNIFORMITA FASE DI COLOUR MATCHING > SISTEMA PSICOFISICO > SPAZIO XYZ LO SPAZIO DI COLORE XYZ E STATO CREATO PER TROVARE I VALORI DEL TRISTIMOLO ADATTI AD EGUAGLIARE UNA DATA SENSAZIONE DI COLORE CON TRE SOLE SORGENTI PRIMARIE, SCELTE ARBITRARIAMENTE, E PER SINTESI ADDITIVA. PROPRIO GRAZIE ALLA SUA LINEARITA BEN SI PRESTA ALLA DE- SCRIZIONE DI QUESTA MA E TOTALMENTE INADATTO ALLA ESPRESSIONE DELLE DIVERSITA DI COLORE. IN PRATICA LA NOSTRA VISIONE NON E LINEARE, COME TUTTE LE SENSAZIONI, E IN QUESTO SPAZIO NON C E UNA RELAZIONE UNIFORME TRA LE DISTANZE DE I PUNTI DELLO SPAZIO STESSO E LE PERCEZIONI DI COLORE CHE NE POSSONO DERIVARE. IN ALTRI TERMINI, PRESI DUE COPPIE DI PUNTI ALL INTERNO DI QUESTO SPAZIO LE LORO DISTANZE POSSONO NON ESSERE PROPORZIONALI ALLE LORO DIFFERENZE DI COLORE PERCEPITO. FASE DI COLOUR DIFFERENCE > SISTEMA PSICOMETRICO > SPAZIO XYZ SI DICE ALLORA CHE QUESTO SPAZIO NON E PERCETTIVAMENTE UNIFORME - O NON HA SCALE UNIFORMI - E OCCORRE FARE UNA TRASFORMAZIONE NON LINEARE PER PORTARLO AD ESSERE PIU ADATTO A RAPPRESENTARE IL NOSTRO MODO DI VEDERE MA, SOPRATTUTTO, AD ESPRIMERE IL CONCET- TO, FONDAMENTALE NELLA PRATICA, DI DIFFERENZA DI COLORE. DALLO SPAZIO XYZ CIE 1931 E STATO PROPOSTO, TRA GLI ALTRI, LO SPAZIO CIELAB NEL 1976 (PIU SPESSO INDICATO COME Lab)

11 CARATTERISTICHE DELLO SPAZIO CIELAB LO SPAZIO LAB, RISULTATO DALLA TRASFORMAZIONE DELLO SPAZIO XYZ, E COMPOSTO DA UNA TERNA DI VALORI E IL FATTO CHE LA TRASFORMAZIONE NON SIA LINEARE CI FA INTENDERE CHE QUESTO SPAZIO NON E STATO SOLO ALLARGATO, INGRANDITO O RUOTATO MA HA SUBITO UNA TRASFORMAZIONE INTERNA. ESSO MANTIENE COMUNQUE UNA RELAZIONE DIRETTA CON XYZ E xyy, DATO UN COLORE IN UNO DI QUESTI TRE SPAZI POSSIAMO RICAVARE LA TERNA CHE LO RAPPRESENTA ANCHE NEGLI ALTRI DUE. IN Lab IL VALORE L INDICA LA LUMINOSITA (da 0 a 100 dove 100 sta per l illuminante scelto di riferimento). I VALORI a / b INDICANO LA CROMATICITA DAL VERDE/ROSSO AL GIALLO/BLU. IL E (DELTA E) RAPPRESENTA L UNITA DI MISURA DI QUESTO SPAZIO CHE INDICA LA MINIMA PERCEZIONE DI DIFFERENZA DI COLORE, QUESTO DATO E DI FONDAMENTALE IMPORTANZA NELLA PRATICA COLORIMETRICA.

12 GLI ATTRIBUTI PERCETTIVI DEL COLORE GLI ATTRIBUTI DEL COLORE SONO CLASSIFICABILI IN DUE CLASSI: GLI ATTRIBUTI DI BASE E GLI ATTRIBUTI RELATIVI. SOLITAMENTE GLI ATTRIBUTI DI BASE SI RIFERISCONO A COLORI AUTOLUMINOSI. MENTRE GLI ATTRIBUTI RELATIVI SI RIFERISCONO AI COLORI OGGETTO, CIOE NON AUTOLUMINOSI. QUESTO PERCHE LA SENSAZIONE DI COLORE PUO ESSERE ASSOCIATA AD ENTRAMBE LE SITUAZIONI PERCETTIVE MA I TERMINI NON POSSONO CORRISPONDERE IN QUANTO, PER ESEMPIO, NON ESISTONO LUCI GRIGIE MA SOLO LUCI PIU O MENO INTENSE. dal sito

13 BRILLANZA {BRIGHTNESS} E CHIAREZZA {LIGHTNESS} ATTRIBUTO DELLA SENSAZIONE VISIVA SECONDO CUI UN AREA OSSERVATA APPARE INVIARE ALL OSSERVATORE PIU O MENO LUCE. CORRELATO FENOMENICO DELLA LUMINANZA. PER I CO- LORI DI SUPERFICIE, CORRISPONDE ALL INTENSITA DI LUCE CHE L OSSERVATORE STIMA PROVENIRE DA UNA DATA ZONA dal Glossario di Misurare il colore a cura di Claudio Oleari Il primo attributo è la brillanza (ingl. brightness), cioè la quantità totale di luce che il colore appare emettere (è definibile sia per luci che per gli oggetti, isolati o non isolati)... La brillanza ha un ordinamento lineare, da un minimo ad un massimo (oltre questi limiti l apparato visivo non risponde). dal sito di Mauro Boscarol ATTRIBUTO della percezione dei colori secondo cui si giudica la brillanza di un area in relazione alla brillanza di un area similmente illuminata che appare bianca. la chiarezza e definita come grandezza psicometrica nei sistemi cieluv e cielab, indicata con l*, e nel sistema osa-ucs. dal Glossario di Misurare il colore a cura di Claudio Oleari Solo per oggetti non isolati (cioè inseriti in un contesto) si può considerare il concetto di brillanza relativa che è così importante che ha un nome, chiarezza (ingl. lightness); è la brillanza di un oggetto giudicata relativamente ad un altra area similmente illuminata che appare bianca... Per giudicare la chiarezza il sistema visivo scarta l illuminazione dalla brillanza, dunque gli oggetti appaiono mantenere la loro chiarezza anche in condizioni diverse di illuminazione. dal sito di Mauro Boscarol

14 LA tinta {HUE} NEL DIAGRAMMA DI CROMATICITA ATTRIBUTO DELLA SENSAZIONE VISIVA SECONDO il quale un area osservata appare simile a uno (tinta unica) o a una combinazione secondo opportune proporzioni di due (tinta binaria) dei seguenti colori percepiti: rosso, giallo, verde e blu dal Glossario di Misurare il colore a cura di Claudio Oleari Il principale attributo percettivo del colore è la tinta (ingl. hue), cioè quella caratteristica del colore che si indica con i nomi rosso, giallo, verde, blu, viola, arancio e così via (quello che talvolta nel linguaggio comune si chiama semplicemente colore )... Una tinta non è un colore, ma una famiglia di colori... Non tutti i colori hanno una tinta: bianco, nero e varie gradazioni di grigio sono colori senza una tinta, colori acromatici. I colori cromatici sono quelli che hanno una tinta (eventualmente mescolata con bianco, nero e grigio) q ILLUMINANTE λ DOMINANTE dal sito di Mauro Boscarol

15 CROMA {chroma} E SATURAZIONE {saturation} ATTRIBUTO Di un colore indicante la sua distanza dal colore grigio di uguale chiarezza. di essa esistono le definizioni psicometriche nei sistemi cieluv (c* uv ) e cielab (C* ab ), e la definizione data nel sistema dei colori di munsell dal Glossario di Misurare il colore a cura di Claudio Oleari La croma (ingl. chroma) è la pienezza di un area in proporzione alla brillanza di un oggetto similmente illuminato che appare bianco (o molto trasmittente, nel caso di oggetti trasparenti). Ha senso parlare di croma solo per gli oggetti. dal sito di Mauro Boscarol pienezza di colore di un area giudicata in relazione alla sua brillanza (cfr con croma). di essa esiste la definizione psicometrica relativa al sistema cieluv s* uv e la definizione data nel sistema dei colori din ( Sättigung ) dal Glossario di Misurare il colore a cura di Claudio Oleari Più importante della pienezza è la saturazione (ingl. saturation) che descrive la pienezza di un area in proporzione alla brillanza del colore dell area stessa (prodotta dalla parte cromatica e dalla parte acromatica). Ha senso parlare di saturazione sia per gli oggetti che per le luci. Pare che l apparato visivo umano possa discriminare tra circa 100 livelli di saturazione in un ordinamento lineare, da un minimo ad un massimo. dal sito di Mauro Boscarol

16 LA PIENEZZA DI COLORE {COLOURFULLNESS} NEL DIAGRAMMA DI CROMATICITA ATTRIBUTO DELLA SENsazione visiva secondo il quale un area appare essere piu o meno ricca della sua tinta dal Glossario di Misurare il colore a cura di Claudio Oleari Nel linguaggio comune si usano gli aggettivi vivo, pieno, carico, e in senso opposto pallido, pastello, smorto, per indicare un certo attributo di colore che in realtà richiede tre termini diversi per esser descritto in maniera completa: pienezza, croma e saturazione. Prima che ci si rendesse conto di ciò, tutti e tre questi attributi venivano spesso chiamati semplicemente saturazione. Nell osservare un colore cromatico, (cioè una luce non bianca oppure un oggetto né bianco, né nero, né grigio) la brillanza viene percepita come generata da una parte cromatica e da una parte acromatica (cioè bianco nel caso di luce o grigio nel caso di oggetti). La pienezza (ingl. colorfulness) descrive la quantità assoluta della parte cromatica percepita. Si riferisce sia alle luci che agli oggetti. A λ DOMINANTE q B ILLUMINANTE dal sito di Mauro Boscarol

17 gli strumenti di misurazione del colore SPETTROFOTOMETRO colorimetro strumento in grado di misurare l ammontare relativo di un flusso radiante in funzione della lunghezza d onda dello spettro. le sue componenti principali sono: 1- la sorgente luminosa 2- il monocromatore 3- il fotorilevatore strumento in grado di misurare le funzioni colorimetriche di un osservatore standard cie. In pratica i dati spettrofotometrici necessitano di integrazione per determinare i valori di tristimolo. il colorimetro lo fa otticamente le sue componenti principali sono: 1- i filtri rgb che riproducono le funzioni colorimetriche standard cie xyz 2- il fotorilevatore 3- una sorgente luminosa nel caso il colorimetro sia predisposto per misurazioni in riflessione

18 CARATTERISTICHE DEGLI SPETTROFOTOMETRI lo spettrofotometro puo eseguire misurazioni di riflettanza e di trasmittanza e deve soddisfare delle condizioni geometriche di irradiamento e di osservazione stabilite dalla cie che vanno specificate. le piu comuni sono: 0/45 e d/0 alcuni spettrofotometri sono dotati di sfera integrante per due motivi: diffondere uniformemente e isotropicamente l illuminazione in modo che sia emisferica sulla superficie del campione oppure raccogliere tutta la luce emergente dalla superficie del campione. la sfera integrante puo includere (SPINC) o escludere (SPEX) la componente speculare.

19 CARATTERISTICHE DEI COLORIMETRI I COLORIMETRI PIU USATI SONO QUELLI A FILTRI RGB, I QUALI TRASMETTONO RISPETTIVAMENTE LA LUCE A LUNGHE, MEDIE E CORTE LUNGHEZZE D ON- DA. IN QUESTO MODO LE RISPOSTE DEI FOTORIVELATORI, COMBINATE CON LE TRASMITTANZE DEI TRE FILTRI RIPRODUCANO LE FUNZIONI COLORIMETRI- CHE E, DI CONSEGUENZA, I VALORI DI TRISTIMOLO

20 perche non si parla di densitometria? 1- LA MISURA DENSITOMETRICA COMPRENDE SOLO LA DENSITA (LOG 10 DEL FATTORE DI TRASMISSIONE O RIFLESSIONE, CIOE IL RAPPORTO TRA I FLUSSI RADIANTI, TRASMESSI O RIFLESSI, DAL CAMPIONE IN ESAME E DAL TRASMETTITORE O DIFFUSORE IDEALE). NULLA CI DICE SULL ASPETTO CRO- MATICO DEL CAMPIONE! 2- LE MISURE DI DENSITA SONO AMBIGUE. ESSE DERIVANO DALLA TIPOLOGIA DI FILTRI IN USO, ALCUNE DI QUESTE TIPOLOGIE (STATUS A, STATUS T, STATUS E ECC.) DANNO LETTURE DENSITOMETRICHE DIVERSE 3- LE MISURE DENSITOMETRICHE SONO IMPRECISE SUI GRIGI, STESSO GRIGIO SU CARTE E STAMPANTI DVERSE PUO DARE LETTURE DENSITOMETRICHE DIVERSE AL MEDESIMO STATUS. 4- NON CONTEMPLANDO L ILLUMINANTE FORNISCE RISPOSTE IMPRECISE E AMBIGUE, SOPRATTUTTO SE LA CARTA HA UN EFFETTO DI FLUORESCENZA, DOVUTA MAGARI A SBIANCANTI OTTICI IN PRATICA LE LETTURE COLORIMETRICHE SONO PIU COMPLETE E, ANALIZZANDO UNA MAGGIORE QUANTITA E QUALITA DI DATI, FORNISCONO MISURAZIONI PIU PRECISE ED AFFIDABILI DALLE QUALI E SEMPRE RICAVABILE IL VAORE DI DENSITA MENTRE NON E POSSIBILE IL CONTRARIO