Percezione visiva ed illuminazione

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1 Percezione visiva ed illuminazione Alessandro Farini CNR-Istituto Nazionale di Ottica Applicata Blog:

2 Cosa è la luce

3 Il visibile Va dai 380 ai 780 nm

4 Cosa è la visione?...sapere cosa è ciò dove si sta guardando. In altre parole visione è il processo di scoprire dalle immagini cosa è presente nel mondo e dove sia D.Marr Vision (MIT Press, Boston, 1980)

5 Darwin To suppose that the eye with all its inimitable contrivances for adjusting the focus to different distances, for admitting different amounts of light, and for the correction of spherical and chromatic aberration, could have been formed by natural selection, seems, I confess, absurd in the highest degree. Charles Darwin, The Origin of Species, John Murray, London, 1859

6 Stessa immagine, diversa percezione

7 Contate i pallini neri

8 Le linee sono parallele?

9 Da cosa dipende il colore di un oggetto? L oggetto stesso Il meccanismo visuale dell osservatore Le qualità spettrali della sorgente luminosa Le dimensioni dell oggetto Lo sfondo Applicazione java combined color mixing

10 L oggetto stesso! La mela è rossa: il colore maggiormente riflesso è il rosso Ma noi non vediamo mai questo spettro!

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12 Coni e bastoncelli

13 Sensibilità dei coni

14 Eseguire applicazione java three cells

15 Non solo coni e bastoncelli Berson et al. hanno scoperto recettori retinici che non collaborano alla visione come i coni e bastoncelli, ma che agiscono sul ciclo circadiano e la concentrazione degli ormoni. La loro risposta è diversa da V(λ). Hanno una risposta più lenta rispetto ai coni e non vale una semplice legge additiva

16 Stessa percezione, diverso spettro La sensazione di bianco può essere dovuta a uno spettro continuo, ma anche addirittura a due radiazioni colorate Non è vero che il bianco è la somma di tutti i colori E vero che la somma di tutti i colori è bianco Ma il bianco di uno spettro continuo è come l altro bianco?

17 Ottenere il bianco con i LED

18 Distribuzione dei coni L 50.6% M 44.2% S 5.2% L 75.8% M 20.0% S 4.2% L:M=1.15 L:M=3.79 Roorda e Williams Nature 397, 520 (1999)

19 Effetto Purkinje

20 Colori complementari

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22 Un altra post-immagine

23 Il metamerismo Applicazione java metamers Due colori che sembrano gli stessi ma che hanno differenti energie in funzione della lunghezza d onda si chiamano metamerici

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25 L importanza degli sfondi

26 Effetto Bezold

27 La costanza del colore

28 La costanza del colore

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31 Si tratta di un evidente verde

32 Difficile credere sia un azzurro così intenso

33 La costanza del colore Questa zona appare rossa Per il nostro occhio una tale differenza non è mai avvertibile Questa zona appare bianca

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38 Non esistono i veri colori primari Dato che non possono esistere 3 colori che per semplice somma forniscono tutti i colori esistenti, la fisica ne ha creati 3 immaginari, X,Y,Z

39 Il diagramma CIE1931

40 Lunghezza d onda dominante e saturazione

41 Il corpo nero

42 Temperatura di colore Quando una sorgente ha un emissione luminosa simile a un corpo nero di temperatura T, si dice che ha temperatura di colore T Tutte le radiazioni di corpo nero stanno sulla curva del corpo nero nel diagramma Cie Se il punto di colore non giace sulla curva, ma è vicino si parla di temperatura prossimale di colore

43 Temperatura correlata di colore Corpo nero Fluorescente

44 Alcuni esempi

45 Alcune domande Un filtro rosso quali radiazioni lascia passare? Un oggetto rosso quali radiazioni riflette?

46 Sintesi additiva

47 Luce bianca Rosso Giallo=Rosso +Verde Magenta= Rosso+Blu

48 Rosso, verde, blu Le terne primarie sono tantissime: rosso, verde e blu è quella che permette di ottenere il maggior numero di colori solo per via additiva

49 Sintesi sottrattiva

50 Colore e luce Viene visto magenta Luce bianca Luce gialla Viene visto rosso

51 Indice di resa del colore Si valutano le differenze tra i colori che certi oggetti standard presentano sotto la sorgente in esame e sotto la sorgente di riferimento La sorgente di riferimento deve avere temperatura di colore prossima alla lampada da testare

52 I colori test 8 colori dell atlante di Munsell (saturazione media) 4 colori di Munsell saturi Il colore della pelle umana e del fogliame verde

53 8 colori test di saturazione media

54 Gli altri 6 colori

55 I limiti dell indice di resa del colore L indice di resa del colore Ra è un valore medio Sorgenti luminose aventi lo stesso Ra e uguale temperatura di colore non riproducono necessariamente i colori allo stesso modo Alcune lampade con un buon Ra non riproducono bene uno dei campioni Dato che la lampada test varia con la temperatura di colore, due lampade con lo stesso Ra=100 riproducono diversamente i colori

56 Indice di resa cromatica e efficienza

57 Resa del colore e efficienza

58 La diffusione Con diffusione o scattering si intende il fenomeno per cui la radiazione viene riemessa in direzioni diverse da quella di incidenza Minore è la lunghezza d onda e maggiore è la diffusione: il blu diffonde più del rosso, anche all interno dell occhio

59 La diffusione e il cielo Perché il cielo è blu

60 Non tutto è misurabile Le grandezze misurabili, pur di decisiva importanza, non dicono tutto quello che serve sul rapporto illuminazione e visione: 100 Lux possono significare cose diversissime in ambienti diversi

61 La curva di Kruithof Qui i colori tendono ad apparire innaturali Qui freddi o tenui

62 Ma per alcuni è troppo restrittiva Boyce e Cuttle (Light.Res.Tech, 1990) hanno visto che la curva è troppo restrittiva ed influenzata da molti fattori esterni (ad esempio la presenza di colori naturali, come fiori o frutta)

63 L importanza della qualità della luce Lampade con indice di resa del colore di 70, 85, 100 richiedono il 10%, 25%, 40% di illuminamento in meno rispetto a una sorgente con indice di resa del colore 60 Kanaya, S., Hashimoto, K., and Kichize, E. (1979) Subjective balance between general color rendering index, color temperature, and illuminance of interior lighting. Proc. CIE 19th Session (Kyoto) Lampade con una scarsa resa del colore forniscono colori poco saturi Boyce Investigation of the subjective balance between illuminance and lamp color properties Light.Res. And Tech. 9, 11 (1977)

64 Quantità o qualità della luce? la fotometria non è sempre sufficiente a farci capire la risposta umana alla luce. Esperimenti mostrano che lampade con un alta qualità di colore richiedono meno illuminamento rispetto a lampade con una bassa qualità di colore. E stato visto che le persone preferiscono lavorare sotto lampade opportunamente filtrate, nonostante la perdita di luminanza Fotios et Levermore: Perception of electric light sources of different colour Light.Res.and Tech.29(3), 161 (1997)

65 Sensibilità della pupilla La pupilla ha un picco di sensibilità su lunghezze d onda più corte rispetto alla sensibilità fotopica Tagliare le lunghezze d onda corte equivale a lasciare la pupilla più dilatata Questo spiega in parte una sensazione di maggiore luminosità non legata solo alla fotometria

66 Impressioni generate dalla luce Una serie di esperimenti condotti da Flynn ha evidenziato che la luce influenza la percezione di spaziosità, di rilassamento, di privacy. In particolare sono la quantità, la distribuzione, il colore della luce che hanno questo effetto.

67 Un esempio delle teorie di Flynn rilassamento Illuminamento non uniforme Poca luce sulle pareti Toni caldi Relativamente bassi livelli di illuminamento alta attività Illuminamento uniforme Luce sulle pareti Toni freddi Alti livelli di illuminamento

68 Tipiche applicazioni

69 Luce e attenzione Uno dei più ovvi effetti comportamentali dell illuminazione è la sua influenza sull attenzione delle persone.

70 Esperimento in un caffè Le persone tendono a occupare per primi i posti maggiormente illuminati. Cambiando l illuminazione cambiava la selezione dei posti Flynn et al. Interim study of procedures for investigating the effect of light on impression and behavior Journal of Illum.Eng.Soc. 87 (1973) Anche per i tavoli in ufficio vale la stessa cosa Le vetrine arrivano a livelli di illuminamento molto alto

71 A scuola L utilizzazione di un illuminazione di accento sulle parole di un esercizio di spelling favoriva un apprendimento più rapido La Guisa e Perney Journal of Ill.Eng.Soc. 249 (Aprile 1974) Lo studio dell atrio di una scuola con due diverse condizioni di illuminamento evidenziò un minor rumore nel caso di illuminamento minore Sanders, Gustanski e Lawton Journal of Appl.Psych. 59, 527 (1974)

72 Girare attorno a un tavolo 33% Uguale illuminazione 0% Illuminazione 100 volte maggiore a destra Illuminazione 100 volte maggiore a sinistra 75% 67% 100% 25%

73 Qualità della luce per il cibo La natura ci ha insegnato a connettere il colore di certi cibi con le sensazioni di sapore e l uomo sembra avere una risposta correlata tra apparenza e sapore Hutchings John B. (1994) Food colour and appearance (Glasgow, Blackie Academic & Professional).

74 L importanza del colore della luce In un negozio,il 37% degli acquisti di carne da un banco self service è non pianificato e fatto d istinto, principalmente sulla base di un colore attraente. Nelson P.(1964) Set-up seen in five years on central meat cutting Supermarket News, 13, 48. Un aumento del colore rosso aumenta la percezione della dolcezza del 5-10%, mentre aggiungere il blu alle ciliege o alle fragole provoca una diminuzione della sensazione disapore del frutto di circa il 20%. Kostyla A.S. e Clydesdale Fergus M. (1978) The psychophysical relationship between color and Flavor. CRC Crit. Rev. Food Sci. and Nut. 10,

75 Luce e carne Colour shift of beef and bacon from artificial daylight to test illuminants. Shift are expressed as a percentage of difference within reference pair: + more red or pink,; - more brown (MacDougall 1981). Test Illumina nt Colour Renderi ng Index Brown Beef Red Beef Brown Bacon Pink Bacon Tungsten Warm White White De Luxe Natural Natural Colour

76 Stabilità del prodotto Colori troppo pallidi suggeriscono che i pacchi siano stati troppo a lungo sullo scaffale, provocando l inizio del decoloramento Judd Deane B., Wyszecki G. (1975) Color in business, Science and Industry, 3rd edn (New York, Wiley). E importante evitare lo spettro ultravioletto (Ma non solo lo spettro ultravioletto)

77 Illuminazione e criminalità Tipo di crimine Casi verificatisi con ve c chia illuminazione (sodio bassa pressione, 4.5 Lux) Casi verificatisi con nuova illuminazione (sodio alta pressione, 26 Lux) Rapine 2 0 Stupri 1 0 Aggressioni 2 1 Minacce 4 0 Auto rubate 4 1 Moto rubate 4 0 Biciclette rubate 1 0 Automobili danneggiate 2 1 Moto danneggiate 2 0 Totale 22 3 Precedente illuminazione: 4.5 Lux Sodio bassa pressione Nuova illuminazione: 26 Lux Sodio alta pressione

78 Light and crime