Fabio Peron. La visione. L occhio nel dettaglio. L occhio nel dettaglio. Lezioni di illuminotecnica. Occhio, luce e colore

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1 La visione Il dramma della visione ha tre attori: Lezioni di illuminotecnica. Occhio, luce e colore la luce le superfici la mente umana Fabio Peron Università IUAV - Venezia Jan Vermeer, Il Geografo Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 2 L occhio nel dettaglio L occhio nel dettaglio Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 3 Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 4

2 L occhio nel dettaglio L occhio è l organo periferico della visione. Ha una forma sferica di circa 12 mm di diametro con una configurazione a camera. Può essere considerato un sistema diottrico centrato, costituito da una serie di elementi contigui le cui superfici di separazione possono assimilarsi a calotte sferiche aventi centri su una stessa retta: asse ottico del sistema. Coni e bastoncelli Il cristallino di circa 4 mm di spessore, è trasparente e funziona come una lente convergente variabile. Esso proietta verso la fovea l immagine capovolta dell oggetto osservato. L umore acqueo riempie la camera esterna dell occhio esso rifrange e filtra i raggi luminosi. L occhio reagisce con sufficiente facilità ai differenti livelli luminosi attraverso un elemento di regolazione detta iride costituita da una specie di diaframma opaco, posto tra l umore acqueo e il cristallino, che presenta al centro un foro, la pupilla, il cui diametro può variare entro limiti piuttosto estesi (1 mm - 6 mm). L interno del globo oculare è foderato da una membrana che riceve gli stimoli luminosi, la retina. Su di esso sono presenti i recettori luminosi: coni e bastoncelli. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 5 6 Retina Coni e bastoncelli Vi sono circa 6-7 milioni di coni e milioni di bastoncelli distribuiti nell intera superficie della retina, ma la maggior parte di essi è concentrata in una regione chiamata macula lutea di circa 1,5 mm di diametro,la cui zona centrale, di 0,4 mm circa di diametro è chiamata fovea. Allontanandosi dalla fovea, aumenta il numero di bastoncelli. Mentre i bastoncelli sono insensibili al colore, esistono tre tipi di coni, ciascuno dei quali contiene un pigmento che mostra il massimo assorbimento rispettivamente nella regione delle lunghezze d onda corte, medie o lunghe. Queste differenze nelle bande d assorbimento dei tre pigmenti presenti nei coni costituiscono la base della visione dei colori. I coni reagiscono a stimoli di più elevata intensità e quindi sono responsabili della visione diurna, detta anche visione fotopica, mentre i bastoncelli servono per la visione a bassa luminosità, visione notturna o scotopica. 7 8

3 Coni e bastoncelli: mosaico retinico Coni e bastoncelli La visione prodotta dai coni è a colori, quella prodotta dai soli bastoncelli è in bianco e nero Sensibilità dei Coni Sensibilità dei Coni I tre tipi di coni, hanno diverse curve di sensibilità. I tre tipi di coni, hanno diverse curve di sensibilità

4 Sensibilità dell occhio umano Visione fotopica e visione scotopica Con esperimenti effettuati su un gran numero di persone si è individuata la sensibilità spettrale relativa dell occhio umano. Si è definita una funzione che descrive la sensibilità media dell occhio umano a radiazioni con lunghezza d onda diversa, ma eguale energia. Tale funzione è detta fattore di visibilità K(λ) e rappresenta la quantificazione numerica della sensibilità visiva dell occhio umano medio. Nella visione fotopica, la sensibilità è massima alla radiazione centrale dello spettro, colore giallo-verde e lunghezza d onda pari a 555 nm, e decresce fino ad annullarsi man mano che ci si allontana. Per la visione scotopica, la massima sensibilità si sposta a 505 nm verso il verde. La curva di sensibilità complessiva Visione fotopica e visione scotopica Visione fotopica e visione scotopica Nella visione fotopica, la sensibilità è massima alla radiazione centrale dello spettro, colore giallo-verde e lunghezza d onda pari a 555 nm, e decresce fino ad annullarsi man mano che ci si allontana. Per la visione scotopica, la massima sensibilità si sposta a 505 nm verso il verde. Purkinije shift scotopica fotopica 15 16

5 Effetto Purkinje Radiazione solare e assorbimento della clorofilla E la tendenza dell'occhio umano a percepire diversamente i colori in relazione alla quantità di luce presente nell'ambiente. In condizioni di forte luminosità vengono esaltate maggiormente le tonalità di rosso mentre al contrario con scarsa luminosità è il blu che prevale. Questo particolare effetto si manifesta con una variazione di contrasto. Ad esempio, alla luce del sole i fiori del geranio appaiono di un rosso brillante mentre le foglie di un verde profondo, effettuando la stessa osservazione al crepuscolo invece si può notare come la situazione si ribalti, i fiori appariranno stavolta tinti di rosso scuro tendente al nero mentre le foglie prima verde scuro risulteranno più luminose dei fiori. Se ancora effettuiamo la medesima osservazione di notte in condizioni di scarsissima luminosità l'occhio percepirà i fiori grigio scuro e le foglie grigio chiaro. Le tre situazioni corrispondono a visione fotopica, mesopica e scotopica Radiazione solare e sensibilità occhio Ogni lunghezza d onda viene percepita dall occhio in modo quantitativamente diverso: cioè significa che radiazioni della stessa potenza generano sull occhio sensazioni di diversa intensità. Il sistema visivo umano inoltre attribuisce a radiazioni di diversa lunghezza «colori» diversi 19 20

6 La radiazione elettromagnetica non ha «colore» è il nostro occhio che codifica la sua lunghezza d onda associandogli una «sensazione» che chiamiamo colore. Il colore non è una caratteristica della luce ma una nostra sensazione. I colori sono risposte soggettive del sistema visivo umano stimolato da radiazione elettromagnetica nella banda nm. Una miscela di tutte le radiazioni visibili viene percepita come «bianca» Il colore di una superficie è il risultato dei fenomeni di riflessione e assorbimento della radiazione elettromagnetica che la investe. Una superficie che riflette completamente tutte le componenti della luce diurna ci appare bianca. Una superficie che assorbe completamente tutte le componenti della luce diurna ci appare nera. G G r G a Gr r = G Ga a = G Una superficie con un fattore di riflessione costante a tutte le lunghezze d onda ci apparirà grigia. Tanto più scura quanto più vicino a zero il fattore di riflessione. G t t = Gt G L assorbimento e la riflessione differenziale di diverse lunghezze d onda porterà a una colorazione della superficie. a + r + t =

7 Un corpo illuminato da luce bianca appare bianco (a sinistra) se riflette tutti i colori, senza assorbirne nessuno. Appare nero (a destra) se assorbe tutti i colori, senza rifletterne nessuno. il comportamento delle superfici dipende dalle caratteristiche dei materiali e della luce. trasmissione Un corpo illuminato da luce bianca appare rosso (a sinistra) se riflette solo la componente rossa della luce incidente, assorbendo le componenti blu e verde. Lo stesso corpo appare nero (a destra) se viene illuminato da luce che non contiene una componente rossa. riflessione assorbimento in breve La luce riflessa da una superficie arriva all occhio La retina trasforma la radiazione elettromagnetica in tre impulsi elettrici Tramite il nervo ottico tali impulsi sono trasmessi al cervello Il cervello analizza tali stimoli e ci fornisce la percezione del colore La percezione è un evento soggettivo e difficilmente misurabile Senza l occhio umano non esiste il colore Lo studio del colore coinvolge più discipline scientifiche: Fisica Fisiologia psicologia 28

8 Luce: intensità Luce: intensità Le tre proprietà fondamentali della luce sono: intensità, direzione, colore. Intensità: la luna nelle prime fasi con la luce cinerea. Diverse parti hanno intensità diversa. 29 Luna nuova 30 illuminotecnica 1 Luce: intensità Luce: direzione Le tre proprietà fondamentali della luce sono: intensità, direzione, colore. La direzione della luce solare (collimata) genera le fasi lunari. La luna ha un ciclo di 28 giorni (quelli mancanti nell immagine corrispondono allo scuro di luna ) La luce «direzionale» crea le ombre. Luna piena 31

9 Luce: direzione Luce: colore Le tre proprietà fondamentali della luce sono: intensità, direzione, colore. Le tre proprietà fondamentali della luce sono: intensità, direzione, colore. Colore: la luce può essere colorata. La luna ci appare con diverse colorazioni al variare della sua altezza in cielo 34 Luce: colore Luce: colore Le stelle hanno diverse temperature superficiali e diversi colori Le stelle hanno diverse temperature superficiali e diversi colori 35 36

10 illuminotecnica 1 Luce: colore Difetti visivi Le tre proprietà fondamentali della luce sono: intensità, direzione, colore. Stesso oggetto illuminato con luce di colore diverso 37