Come prima reazione si incolpa sempre spesso la stampante, ma stampando la stessa immagine con 10 macchine diverse si scopre che si ottengono 10 versioni a colori differenti. Avrà ragione lo schermo del computer? Anche in questo caso, tuttavia, visualizzando la stessa immagine su 10 monitor diversi si ottengono 10 versioni a colori differenti…

Quando si visualizza un’immagine su monitor diversi, si possono notare delle differenze fra i colori: i medesimi valori RGB producono colori differenti da schermo a schermo.
Lo stesso accade quando si stampa un’immagine. Anche in questo caso, gli stessi valori CMYK generano colori differenti da stampante a stampante.

Ciascuna periferica risponde ai colori, o li produce, in modo diverso. Una genera ad esempio colori più vivi, vale a dire più intensi (con maggiore saturazione), di un’altra.
Il numero di colori che una periferica è in grado di riprodurre è noto come la sua gamma di colori.

Rappresentazione visiva

Per visualizzare la gamma di colori di una periferica si utilizza spesso il diagramma di cromaticità, noto anche come diagramma CIE xy o ‘a ferro di cavallo’. Tale diagramma costituisce una mappa dello spettro di colori visibili per l’occhio umano medio.
La linea a ferro di cavallo (visione umana con lunghezze d’onda espresse in nanometri) inizia a 380 nm (viola/blu) in basso a sinistra, raggiunge il punto più alto (verde) e ritorna a 700 nm (rosso) sulla destra. Gli estremi della curva a ferro di cavallo sono collegati da una linea retta.
Dato che il diagramma viene visualizzato sul monitor, la “gamma completa” dei colori presenti in esso è molto più limitata di quella che l’occhio umano è in grado di percepire.

Il diagramma di cromaticità bidimensionale si basa sullo spazio di colore tridimensionale xyz della CIE (Commission Internationale de l’Eclairage).

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Lo spazio di colore CIE xyz (noto anche come spazio di colore CIE 1931) è uno dei primi spazi di colore definiti in modo matematico (nel 1931) ad opera della Commissione internazionale di illuminazione.
Lo spazio di colore CIE xyz si basa su misurazioni dirette della vista umana, ed è pertanto indipendente dalla periferica. Esso costituisce la base per la definizione di molti altri spazi di colore (come quello CIE Lab).

All’interno del diagramma di cromaticità sono riportati i grafici della gamma di colori di uno scanner (grigio scuro), di un monitor (grigio chiaro), di una stampante (nero) ed sRGB (bianco).
La gamma di colori delle periferiche RGB ha la forma di un triangolo i cui vertici mostrano il valore massimo dei suoi colori primari (Rosso, Verde e Blu). La gamma di colori delle periferiche CMYK ha la forma di un esagono i cui vertici indicano il valore massimo dei colori primari Ciano, Magenta e Giallo e delle loro combinazioni (C+M, C+Y, M+Y).
I colori contenuti all’interno delle varie sagome possono venire riprodotti, quelli all’esterno no: essi sono fuori dalla gamma.

L’ingrandimento del diagramma di cromaticità mostra i punti di ancoraggio al blu delle varie gamme.
Tali punti corrispondono al valore massimo della componente blu dei dati RGB e a quello minimo delle componenti rossa e verde (per un monitor a 24 bit, ciò corrisponde a RGB = 0, 0, 255); anche se i dati sono identici, il colore percepito dall’occhio umano è (leggermente) diverso.
Tale differenza è rilevabile anche negli altri punti di ancoraggio (rosso e verde), ed è per questo che la stessa immagine appare (leggermente) diversa da monitor a monitor.
Lo stesso vale per le stampanti a colori: ai medesimi dati corrispondono colori visivamente diversi.

Conversione degli spazi di colore

Tutte le periferiche utilizzate per l’acquisizione delle immagini a colori, come gli scanner e le fotocamere, funzionano secondo il modello additivo dei colori.
I dati acquisiti da tali periferiche vengono descritti mediante valori di Rosso, Green (verde) e Blu (spazio di colore RGB).
Per creare le immagini sulla carta, viceversa, le stampanti a colori utilizzano toner (o inchiostri) dei colori Ciano, Magenta, Yellow (giallo) e blacK (nero); in altri termini, essi funzionano secondo il modello sottrattivo dei colori.

Quali operazioni è possibile compiere, e dove, per ottenere colori prevedibili nelle transizioni fra le diverse periferiche a colori?
Occorre sempre la massima precisione?

Se i colori vengono utilizzati per scopi di ufficio (documenti di testo), la precisione è in generale meno importante. In tali casi, la qualità di stampa predefinita della stampante è spesso già ‘sufficiente’.
Quando si stampano immagini, viceversa, la precisione dei colori assume un’importanza maggiore. Un colore leggermente diverso può costituire un disturbo (ad esempio quando la tonalità della pelle devia eccessivamente verso il rosso).
La maggior parte dei driver stampante offre funzioni che consentono di regolare (‘per tentativi successivi’) il colore prodotto per ciascuna stampa.

Quando lo sviluppo dei documenti coinvolge più persone, che utilizzano apparecchiature differenti in luoghi diversi, diventa importante anche la prevedibilità dei colori. In questi casi è necessario un flusso di lavorazione con gestione dei colori.
In un flusso di questo genere, la risposta cromatica di ciascuna periferica, di ogni file di immagine e di ciascun file di immagine presente nella memoria attiva dei computer viene caratterizzata mediante un file detto profilo ICC.
Tali profili possono essere utilizzati dal dispositivo a colori del Sistema Operativo, ad esempio Apple ColorSync o Windows ICM, dalle varie applicazioni (ad esempio Photoshop) o dai controller stampante per creare colori prevedibili.

Sistema di gestione dei colori

Un flusso di lavorazione con gestione dei colori del ICC (International Colour Consortium) , noto anche come sistema di gestione dei colori (CMS, Colour Management System), costituito da tre elementi fondamentali:

- Lo spazio di colore di lavoro viene utilizzato dai programmi di editing delle immagini (come Adobe Photoshop), e definisce l’insieme dei colori disponibili durante le operazioni di modifica delle immagini.

- Il modulo di abbinamento dei colori è il cuore della gestione dei colori, in quanto effettua la traduzione fra le periferiche con gamme di colori diverse e file definiti in spazi di colore differenti. Tale processo è noto come mappatura della gamma.

- I profili ICC descrivono la risposta cromatica di ciascuna periferica, di ogni file di immagine e di ciascuna immagine presente nella memoria attiva dei computer.

Spazio di colore di lavoro
Lo spazio di colore di lavoro viene utilizzato dai programmi di editing delle immagini (come Adobe Photoshop), e definisce l’insieme dei colori disponibili durante le operazioni di modifica delle immagini.
Benché ciò non sia strettamente necessario, si consiglia vivamente di convertire in tale spazio di colore di lavoro le immagini in ingresso. Ciò evita sfasamenti inattesi dei colori, rendendo più preciso l’editing delle immagini.
In generale, è opportuno utilizzare uno spazio di colore di lavoro che contenga tutti i colori che la periferica di uscita finale (di solito una stampante) è in grado di riprodurre.
Due fra gli spazi di colore di lavoro di uso più comune sono sRGB (spazio predefinito di Windows) e Adobe RGB.

Profili ICC
Un profilo ICC (International Colour Consortium) è un formato standard per i colori “multipiattaforma” specificato dal Consorzio internazionale per i colori per descrivere la risposta cromatica delle periferiche a colori.
I profili ICC sono costituiti principalmente da tabelle che mettono in relazione determinati dati numerici, ad esempio la terna RGB con i colori espressi in uno spazio di colore indipendente dalla periferica definito dalla CIE, come CIE Lab o CIE xyz.
L’illustrazione mostra la risposta cromatica CIE di due periferiche, una RGB e una CMYK.
Si noti la differenza fra le dimensioni (e la forma) della gamma di colori delle due macchine.

Mappatura della gamma

L’illustrazione mostra la differenza di forma/dimensioni tra la gamma di colori di una periferica RGB (sRGB) e quella di una periferica CMYK.
La periferica RGB riproduce colori che quella CMYK non è in grado di riprodurre (1).
Tali colori, indicati in grigio scuro, si trovano fuori dalla gamma della periferica CMYK.
Anche la periferica CMYK, tuttavia, riproduce colori che quella RGB non è in grado di riprodurre (2).
Tali colori, indicati in grigio chiaro, si trovano fuori dalla gamma della periferica RGB.
In questo esempio, una corrispondenza esatta (con una precisione del 100%) dei colori è impossibile.

Una volta convertiti entrambi gli spazi di colore in uno spazio di colore della CIE, è possibile effettuare la mappatura della gamma.
Tale operazione “restringe” la gamma della periferica RGB in modo da farla rientrare in quella della periferica CMYK.
Questo processo viene eseguito dal CMM (Colour Matching Module, noto anche come metodo di abbinamento dei colori o dispositivo a colori).
Esso riproduce colori identici a quelli oggetto della scansione oppure, se non è possibile una corrispondenza esatta (come in questo esempio), un’approssimazione gradevole dei colori originali.
La mappatura della gamma avviene con uno dei quattro intenti di rendering definiti dalla norma del ICC. L’intento di rendering da selezionare dipende dal tipo di originale.

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Intenti di Rendering

Intento percettivo

L’intento percettivo, detto anche fotografico, di immagine o di mantenimento della gamma completa, viene di solito consigliato per le immagini fotografiche.
Durante le transizioni tra gli spazi di colore, la gamma di colori viene espansa o compressa in modo da mantenere un aspetto complessivo coerente.
Benché tutti i colori si modifichino, le variazioni di quelli a bassa saturazione sono minime. I colori più saturati (vale a dire più vicini ai margini della gamma) possono presentare maggiori differenze.

Intento Colorimetrico relativo e Colorimetrico assoluto

Gli intenti colorimetrico relativo e colorimetrico assoluto, detti anche di bozza, a tinta unita o di mantenimento dei colori identici, sono di solito consigliabili per la grafica (logo con colori monocromatici).
L’intento colorimetrico riproduce in modo esatto i colori che si trovano all’interno della gamma, convertendo invece quelli che si trovano al di fuori di essa nel colore più prossimo riproducibile.
La differenza fra l’intento relativo e quello assoluto risiede nel fatto che il primo riproduce anche con precisione il punto di bianco, importante quando si confrontano le stampe con le immagini a video.

Intento di Saturazione

L’intento di saturazione, detto anche grafico, da presentazione o di mantenimento della saturazione, è di solito consigliato quando si ha a che fare con combinazioni di testo e grafica (ad esempio grafici a torta).
Esso mappa ‘linearmente’ i colori primari sorgente in quelli primari di destinazione.

L’illustrazione mostra la mappatura di una periferica RGB in una CMYK, in cui:

Il 100%R (rosso) viene mappato in un 100% M/Y (magenta/giallo)
Il 100% G (verde) viene mappato in un 100% C/Y (ciano/giallo)
Il 100% B (blu) viene mappato in un 100% C/M (ciano/magenta)

Flusso di lavorazione a colori

Una volta illustrata la teoria della gestione dei colori (spazio di colore di lavoro, Colour Matching Module, profili ICC e intento di rendering) occorre passare alla fase successiva, vale a dire l’attuazione
Occorre creare un flusso di lavorazione con gestione dei colori ‘controllato’, noto anche come CMS (Colour Management System).

La sfida posta dall’attuazione risiede nel fatto che quest’ultima dipende dal sistema operativo utilizzato (Windows, Macintosh, Linux o una loro combinazione), dalle applicazioni (predisposte per ICC), dai linguaggi stampante (RPCS, PCL e PS3) nonché, ultimo fattore in ordine temporale ma non di importanza, dal livello di qualità richiesto dal cliente. Non esiste quindi ‘un’unica soluzione’.

Quale CMS utilizzare?

Sono disponibili sistemi di gestione dei colori a due livelli, vale a dire a livello di sistema e a livello di applicazione.

Livello di sistema
Sia Windows, sia Macintosh, supportano la gestione dei colori a livello del sistema operativo, consentendo ai driver delle applicazioni o delle periferiche (ad esempio delle stampanti) predisposti per ICC di effettuare la gestione dei colori.

Livello di applicazione
Alcune applicazioni sono dotate di un ‘proprio’ CMS per la gestione dei colori.

Il Colore – Dal digitale alla carta è stato pubblicato per la prima volta su .
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Bentornati alla nona puntata di Colorama!
Sommario delle puntate precedenti: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8.

In questa puntata vedremo come il modello RGB viene implementato nei dispositivi di acquisizione d’immagine, come scanner, telecamere, macchine fotografiche digitali, o rilevatori di colore industriali.

A differenza dei monitor, in questi casi si usano alcuni sensori, che invece di proiettare, assorbono la luce dei tre diversi primari, e la convertono in impulsi elettrici successivamente elaborabili.

Sensori CCD e CMOS

Al di la delle singole differenze tecnologiche, entrambi funzionano secondo lo stesso principio: alcuni elementi sensibili (fotodiodi) convertono le radiazioni elettromagnetiche della luce che li colpisce in impulsi elettrici, che verranno successivamente elaborati per ricostruire l’immagine.

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I colori vengono ottenuti filtrando la luce in ingresso, in modo da separare i tre primari RGB.
Anche qui gli elementi sensibili ai diversi colori vengono raggruppati a griglia, secondo gli stessi principi gia visti nei monitor.

Nei sensori a matrice Bayer, tuttavia, si preferisce spesso utilizzare una disposizione quadrata in cui vengono disposti 2 elementi verdi, uno rosso e uno blu.

Come nel caso dei vecchi monitor con basse profondità di colore, si tende a privilegiare il verde, in quanto l’occhio come abbiamo già visto, è più sensibile a questo colore.
Si parla perciò, talvolta, di modello GRGB.

Sopra: schema di funzionamento di un sensore a matrice Bayer (CCD o CMOS) .

La disposizione alternata dei subpixel rende necessari dei calcoli molto onerosi per la ricostruzione dell’immagine.
Se abbiamo ad esempio un primo subpixel rosso molto luminoso, e un terzo rosso, altrettanto luminoso, molto probabilmente anche il secondo subpixel intermedio avra’ una forte componente rossa, ma essendo un subpixel verde, questa componente non viene registrata.

Quello che viene fatto è ricostruire successivamente per interpolazione, i valori nei punti mancanti: la cosiddetta demosaicizzazione.

Tuttavia in alcune situazioni, questo sistema non funziona, ed ecco perchè ad esempio, molte macchine fotografiche digitali non riescono a rendere bene le foglie degli alberi in controluce: la luminosità varia continuamente tra la massima e la minima in modo brusco generando il cosiddetto effetto moirè, e l’interpolazione software non è in grado di cogliere appieno questi sbalzi.

Per contenere il problema si usano complessi filtri anti-aliasing che pero’ incidono sia sulla capacita’ di calcolo della macchina in questione, sia sul rumore generato.

Sensori Foveon

In questi, gli elementi sensibili ai tre colori non sono affiancati secondo una griglia, ma sovrapposti, in modo da eliminare il problema dei diversi angoli di incidenza della luce, ed aumentare la risoluzione.

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Ogni strato sensibile, quindi, assorbe solo la luce della lunghezza d’onda associata, e lascia passare il resto agli strati sottostanti.

Sopra: schema di funzionamento di un sensore Foveon.

Il vantaggio di questo tipo di sensori è che acquisisce per ogni punto, TUTTE E TRE le componenti di colore RGB, risparmiando gli onerosi calcoli di interpolazione e di l’anti-aliasing necessari sui sensori Bayer classici.
Restano comunque da fare i calcoli per miscelare le tre componenti RGB, ma adesso abbiamo tre valori esatti (e non ricavati dal demosaicing) per ogni subpixel.

Il rovescio della medaglia dei sensori Foveon, è che gli strati piu’ profondi del sensore ricevono poca luce, in quanto filtrata dagli elementi soprastanti, non consentendo quindi di raggiungere le stesse sensibilita’ ISO dei sensori Bayer classici.

Sopra: assorbimento della luce nei tre strati di un sensore Foveon

Sensori SuperCCD

Un approcio diverso e’ stato invece quello introdotto dalla Fuji, con i sensori SuperCCD.

In questi, pur mantenendo la classica disposizione GRGB dei sensori bayer, i pixel hanno forma ottagonale, e sono disposti per linee diagonali a 45 gradi.

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Nelle nuove versioni del SuperCCD (chiamate SuperCCD SR) inoltre, viene adottata una struttura con DUE fotodiodi di dimensioni diverse, per ciascun pixel: uno grande normale, e uno piccolo a bassa sensibilita’, usato per catturare dettagli in condizioni di luce molto forte.

Sopra, griglia del SuperCCD a pixel ottagonali. Nell’SR2 i fotodiodi a bassa sensibilita’ vengono posti negli interstizi tra quelli normali.

I due tipi di fotodiodi generano immagini separate unite successivamente, e il risultato finale e’ qualcosa di simile a una foto ottenuta per HDR: un’immagine ad alta luminosita’ che mantiene anche i dettagli della scena catturata a una bassa esposizione.

Sopra, da sinistra a destra: immagine catturata dai fotodiodi normali, immagine catturata dai fotodiodi a bassa sensibilita’, immagine finale generata.

Sensori RGBE e RGBW

E’ il caso della Sony ad esempio, col suo sensore RGBE, dove la E finale sta per emerald.

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In questo caso non vengono usati due subpixel verdi, ma uno verde e uno “emerald” appunto, un colore molto simile al ciano.

L’idea alla base di questo modello sarebbe di avvicinarsi ancora di piu’ al modello tristimolo dell’occhio: come abbiamo visto il verde e’ il colore a cui l’occhio e’ piu’ sensibile, ma in realta’ questa sensibilita’ e suddivisa tra due coni retinici diversi, M e L.

Sostituendo uno dei subpixel verdi con un colore prossimo al ciano, si cerca di cogliere un punto ben preciso sensibile a tutti e tre i coni retinici, compresi i coni S.

Sopra: differenza tra griglia classica RGB e griglia RGBE.

Il rovescio della medaglia in questo caso e’ l’ulteriore complessita’ dei calcoli di demosaicizzazione e di anti-aliasing, visto che stavolta abbiamo QUATTRO valori di colore sfalsati alternatamente, invece di tre.

Anche la Kodak sta sperimentando disposizioni alternative, con i suoi sensori RGBW

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In questo caso la classica struttura 2×2 viene sostituita da una 4×4 in cui sono inseriti alcuni elementi pancromatici, ovvero sensibili a TUTTE le lunghezze d’onda della luce (praticamente dei subpixel senza nessun filtro colorato).

Questi elementi registrano solo la luminosita’ della scena, senza fornire informazioni sul colore. Cio’ aumenta la sensibilita’ alla luce, a discapito pero’ della fedelta’ cromatica e della risoluzione.

Sopra: griglia RGBW con gli elementi pancromatici.

I sensori RGBW quindi, vengono usati generalmente solo sulle fotocamere compatte, dove la fedelta’ del sensore non e’ cosi’ importante.
In questi casi, l’aumento di sensibilita’ rende possibile l’utilizzo di un ISO minore (con riduzione del rumore), e un minor tempo di apertura del diaframma, riducendo l’effetto mosso.

Sensori industriali

Il sensore Omron E3MC, ad esempio, utilizza 3 led dei colori RGB per emettere una luce bianca formata dai tre fasci di luce sovrapposti, ognuno con lunghezza d’onda ben nota (680 nm per il rosso, 525 nm per il verde e 450 nm per il blu).

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Particolari filtri polarizzati a più strati, detti FAO (free angle optics) in grado di riflettere luci di alcune lunghezze d’onda e lasciar passare altre, permettono di sovrapporre i tre fasci luminosi in modo da avere lo stesso angolo di incidenza con l’oggetto da rilevare.

La luce riflessa da tale oggetto, di cui una parte sarà stata assorbita a seconda del suo colore, viene catturata successivamente da un fotodiodo, che la confronta con i valori noti della luce di partenza.

Sopra: schema di funzionamento di un sensore Omron E3MC

Il rilevatore emette quindi 3 segnali analogici in tensione corrispondenti ai diversi valori di R, G, e B rilevati.
In modalità digitale, il rilevatore è anche in grado di distinguere in modo automatico tra 11 colori preimpostati, dal bianco al rosso-viola, corrispondenti a 11 valori del sistema di Munsell, e fornire quindi in uscita un unico valore numerico da 0 a 11.

Potrebbe dunque sembrare , dopo questa panoramica di tecnologie, che ormai ogni varietà cromatica sia acquisibile e riproducibile, ma il modello RGB, come abbiamo accennato nella puntata precedente, ha i suoi limiti: scegliendo i tre primari tra i colori reali, infatti, non è possibile esprimere come loro combinazione tutti i colori visibili.

Non esistono pertanto, monitor in grado di riprodurre tutto il riproducibile, e neppure scanner magici o sensori in grado di rilevare qualsiasi colore.

Approfondiremo questo concetto nell’ultima puntata, dedicata al Diagramma CIE.

A presto !

Fonti
Appuntidigitali
Hyperreview
Omron E3MC datasheet 1 e 2
Allaboutmotion
Broadstudio
Dpreview

L’RGB nei sensori è stato pubblicato per la prima volta su .
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Rieccoci all’ottava puntata di Colorama!
Sommario delle puntate precedenti: 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7.

In questa puntata vedremo come viene implementato l’ RGB, che prende il nome dalle iniziali dei suoi colori primari (red, green, blue).

L’RGB e’ un modello additivo (ovvero che applica i principi della sintesi additiva) ed è molto utilizzato per la codifica dei colori nei dispositivi di acquisizione d’immagine (come scanner e fotocamere digitali), e praticamente in qualsiasi dispositivo dotato di schermo. Vediamoli in dettaglio.

I monitor

Tutti i monitor più recenti ormai supportano almeno una profondità di colore di 24 bit, di cui 8 per ogni colore primario (rosso verde e blu), che portano a una gamma di 256 toni per ogni primario.
Combinati tra loro forniscono 16,7 milioni di possibili colori.

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Nei monitor, i tre primari RGB si compongono fisicamente all’interno di ogni pixel, un punto luminoso colorato sulla superficie del monitor stesso, formato da tre subpixel di colore diverso.

La risoluzione di un monitor indica il numero di questi pixel, e di conseguenza la definizione dell’immagine.

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Il dot pitch invece, indica la distanza, all’interno della griglia, tra subpixel dello stesso colore.
Viene misurato in centesimi di millimetro, e da una misura della distanza tra un pixel e l’altro, ovvero della dispersione dei pixel sulla griglia.

CRT e LCD

Negli schermi a tubo catodico (CRT) classici, ad esempio, ogni pixel è composto da tre fosfori di tre tipi diversi, ognuno capace di emettere, se eccitato da un fascio di elettroni, una luce di uno dei tre colori primari RGB.

Nei più recenti schermi a cristalli liquidi (LCD), ogni pixel è costituito da tre celle contenti un liquido, che se sottoposto a un campo elettrico cambia la sua polarizzazione, fermando o lasciando passare la luce.
Dietro allo strato di queste celle c’è una sorgente luminosa (in genere una lampada alogena o a LED), la cui luce viene fatta passare selettivamente solo dalle celle di volta in volta attivate.

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Nei CRT le triadi di fosfori, disposti lungo una maschera metallica forata, formano l’equivalente di un retino di stampa, una griglia di punti che cambiano colore a seconda del modo in cui vengono eccitati.
La disposizione dei singoli fosfori varia molto da marca a marca, e dalle diverse scelte commerciali, ma in genere quasi tutti adottano una struttura triangolare di fosfori circolari.

Nei display LCD invece, il colore viene generato semplicemente sovrapponendo alle celle dei filtri colorati dei tre primari RGB, e disponendoli a griglia in maniera simile ai monitor CRT.
Le celle LCD però hanno forma rettangolare, quindi in genere i subpixel vengono disposti affiancati invece che a triangolo come nel caso dei fosfori CRT.

A sinistra: griglia di pixel in un monitor CRT, i fosfori sono disposti a triangolo.
A destra: griglia di pixel in un monitor LCD, le celle sono affiancate.

Nel caso dei monitor CRT, il dot pitch accennato poco sopra e’ generalmente la distanza in diagonale tra fosfori uguali su pixel diversi.

Spesso per ragioni di marketing, diverse geometrie della griglia davano luogo a diversi modi di misurare il dot pitch, che a seconda della marca del monitor veniva di volta in volta chiamato con nomi diversi: “line pitch“, “mask pitch“, “stripe pitch“, “phosphor pitch“, eccetera.

Esempi di diverse geometrie della griglia di pixel: geometria classica (shadow mask), a griglia (aperture grill) o a slot (slot mask). Il modo di misurare il dot pitch cambia.

Al di la degli altisonanti nomi voluti dal marketing comunque (che si ripercuotevano poi anche sui nomi commerciali: “Viewtronic“, “Flatronic“, “Trinitron“, etc.), la differenza era spesso minima, e il concetto sempre lo stesso: dare un’idea della distanza tra un pixel e l’altro.

Ancora piu’ confusione si cominicio’ a fare poi quando venne introdotta la differenza tra il “dot pitch diagonale” classico e l’abbastanza inutile “dot pitch orizzontale“, che erano diversi nel caso dei CRT con le triadi di fosfori disposti a triangolo, come si vede nell’immagine.

Il generico dot pitch comunque, e’ sempre la distanza MINIMA tra subpixel uguali.

Nei recenti display LCD in ogni caso, le celle di liquido sono sempre contigue, quindi il dot pitch (in questo caso la distanza tra celle dello stesso colore) diventa direttamente correlato alla risoluzione, perdendo abbastanza di utilita’ pratica.

I display LCD inoltre, possono essere a matrice attiva o a matrice passiva.
Mentre per i monitor si usa ormai quasi esclusivamente il primo tipo, il secondo è ancora molto usato in schermi ridotti come quelli delle calcolatrici, o altri dispositivi economici.

La differenza sta nel modo in cui le singole celle vengono attivate: i sistemi a matrice passiva hanno un solo controller per riga o colonna, e ogni cella deve mantenere lo stato corrente fin quando il controller non potra’ dedicarsi di nuovo a lei.

Nei sistemi a matrice attiva invece, uno strato TFT (thin film transistor) consente di attivare e disattivare ogni singola cella individualmente. Si evitano quindi i ritardi titpici dei sistemi a matrice passiva, ed è possibile ottenere immagini molto piu’ nitide e luminose.

OLED

Un display OLED quindi, non è retroilluminato, non necessita di una sorgente di luce dietro allo strato delle celle, e può essere molto più sottile e addirittura flessibile.

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Normalmente il materiale organico delle celle è un polimero conduttivo in grado di emettere elettroluminescenza se attraversato da una debole corrente.

I tre primari RGB, stavolta, vengono ottenuti trattando chimicamente in tre modi diversi questo polimero.

Sopra: schema di funzionamento di un display OLED.

A differenza di un LCD che assorbe corrente solo per cambiare la polarizzazione delle celle, in un display OLED il consumo è direttamente proporzionale al numero di celle di volta in volta attive. Una cella assorbe corrente solo se illuminata, una cella nera è semplicemente spenta.

Per ridurre i consumi quindi, si usa spesso lo stratagemma di AUMENTARE le dimensioni dei subpixel rossi e blu (non quelli verdi, che come abbiamo visto influiscono maggiormente sui coni retinici), e usare solo DUE subpixel per ogni pixel: uno verde, e uno alternatamente rosso o blu.
In questo modo si riduce la risoluzione nativa, ma anche il numero di celle da alimentare.

Sopra: differenza tra griglia classica LCD (a sinistra) e griglia PenTile (a destra).

Questa configurazione viene spesso chiamata PenTile matrix, ed è adottata nella stragrande maggioranza dei display OLED attuali.

Di recente la Samsung ha iniziato tuttavia ad adottare una configurazione classica come quella degli LCD anche sui display OLED, commercializzandoli col nome di Super AMOLED Plus.
Il nome altisonante nasconde in realta’ un principio molto banale: si rinuncia al risparmio energetico della configurazione PenTile (usata ad esempio nei vecchi Super AMOLED) in favore di una maggiore risoluzione nativa.

A sinistra: griglia classica del Super AMOLED Plus. A destra: griglia PenTile del Super AMOLED.

Nella prossima puntata vedremo come l’RGB viene invece implementato nei dispositivi d’acquisizione d’immagine, come scanner, fotocamere e sensori industriali.

A presto!

Fonti
“Fotografia Digitale“, Rob Sheppard, 2004
Webster’s
Displayblog 1 e 2

UPDATE: aggiunta la parte sul dot pitch, grazie a @yudoit per la segnalazione

L’RGB nei monitor è stato pubblicato per la prima volta su .
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Bentornati alla settima puntata di Colorama!
Sommario delle puntate precedenti: 1, 2, 3, 4, 5 e 6.

In questa puntata, prima di introdurre il modello RGB, esplicheremo brevemente il concetto di sintesi additiva, che come vedremo piu’ avanti è contrapposto a quello della sintesi sottrattiva.

Abbiamo già detto come furono introdotte dapprima da Helmholtz, e formalizzate successivamente da Maxwell, che sui principi di queste, costruì successivamente le sue teorie cromatiche.

La somma delle luci

A differenza della sintesi sottrattiva di una miscela di pigmenti, infatti, una miscela di fasci luminosi si comporta come le luci spettrali del prisma di Newton: dalla somma di tutti i colori è possibile ricomporre la luce bianca.

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I primari della sintesi additiva sono considerati generalmente il rosso, il verde e il blu, dalle cui mescolanze a due a due otteniamo il giallo, il ciano e il magenta.

I colori ai lati opposti dello schema (verde e magenta, giallo e blu, rosso e ciano) sono tra loro complementari, ovvero sommandoli, otteniamo di nuovo il bianco.

Schema dei primari della sintesi additiva (nel caso del modello RGB).

Una piccola precisazione: il concetto di colori primari implica l’esistenza di alcuni colori di base da cui e’ possibile generare, combinandoli, TUTTI gli altri colori.

Nel caso della sintesi additiva, i colori specificati sopra possono essere primari (ad esempio nel modello RGB), ma non sempre lo sono necessariamente.
Il principio della sintesi additiva infatti vale per tutti i colori delle luci, e tutti i colori quindi potrebbero essere considerati primari.

Esempio di sintesi additiva tra colori non primari dell’RGB: sommando marrone e viola otteniamo il rosa

Inoltre, come vedremo nell’ultima puntata dedicata al Diagramma CIE, data una qualsiasi terna (e in generale, un qualsiasi numero finito) di colori reali, e’ matematicamente impossibile ricreare TUTTI i colori esistenti per combinazione.

Quindi nemmeno i primari RGB sono colori primari nel vero significato teorico del termine. Sono solo una buona approssimazione, che permette di ricreare la maggior parte dei colori esistenti, partendo da tre soli elementi di base.

Il fenomeno della sintesi additiva, diversamente da quella sottrattiva, si compie unicamente nell’occhio.

Le luci a diverse lunghezze d’onda (diversi colori) giungono simultaneamente sulla stessa area della retina, senza che avvenga nessuna interferenza tra i due fasci luminosi, dal punto di vista fisico.
E’ l’occhio, secondo i principi delle teorie precedentemente esposte, che percepisce il colore della mescolanza dei due stimoli.

La sintesi additiva, può essere generata da una cosiddetta media spaziale, o da una media temporale. Vediamole piu’ in dettaglio.

La media spaziale

E’ il principio dei monitor, ad esempio, in cui l’immagine è composta da minuscoli pixel colorati, o dei retini di stampa, dove con la tecnica della mezzatinta, si genera una sintesi additiva tra il colore dei punti e quello dello sfondo.

Alcuni quadri del pittore Roy Lichtenstein, portando all’estremo le tecniche di disegno dei fumetti, usano la mezzatinta per generare effetti volutamente sgranati, come possiamo vedere in approfondimento.

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Sopra: “Girl with hair ribbon”, R. Lichtenstein. Il rosa della pelle della ragazza è ottenuto per sintesi additiva in media spaziale, tra il rosso dei punti e il bianco dello sfondo.

La media temporale

L’occhio esegue una specie di interpolazione tra le diverse lunghezze d’onda, allo stesso modo della sintesi in media spaziale.
É il principio del disco di Newton, ad esempio, in cui tingendo i vari settori del cerchio dei colori spettrali e facendolo ruotare velocemente, si otteneva il colore risultante dalla loro sintesi additiva (il bianco).

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Sopra, un esempio di sintesi additiva per media temporale: il disco di Newton

Nel prossimo episodio vedremo come il modello piu’ diffuso basato sulla sintesi additiva, l’RGB, viene implementato sui dispositivi piu’ utilizzati come monitor e sensori di acquisizione d’immagine.

À Bientôt!

Fonti
“Fotografia Digitale“, Rob Sheppard, 2004
Articoli vari su CG, G.B.Saccone
Modelli di rappresentazione del colore, M.Diodati
Mescolanza additiva, Wikipedia

La sintesi additiva è stato pubblicato per la prima volta su .
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Bentornati alla settima sesta puntata di Colorama!
Sommario delle puntate precedenti: 1, 2, 3, 4 e 5.

Possiamo iniziare la seconda parte di questa rubrica chiarendo un concetto fondamentale: uno spazio di colore è una particolare istanza di un modello cromatico.

Mentre quest’ultimo è infatti un modello matematico astratto, che descrive un modo per rappresentare i colori come combinazioni di alcuni numeri, o come funzione di alcuni parametri, uno spazio di colore specifica le regole esatte che permettono di utilizzarlo nella realtà.
Spesso tuttavia, si utilizza nel linguaggio comune il termine “spazio di colore” anche per indicare il modello ad esso collegato.

Tecnicamente parlando quindi, l’RGB, ad esempio, è un modello cromatico, mentre Adobe RGB, sRGB, ISO RGB ed Extended RGB sono spazi di colore (diversi) basati sul modello RGB.

Esistono altri spazi di colore oltre a quelli derivati dall’RGB, come HSB, HSV, HSL, oppure gli spazi per gli standard televisivi quali YUV (utilizzato per lo standard europeo PAL), YiQ (standard americano NTSC), YDbDr (standard francese SECAM). Esistono poi gli spazi puramente pittorici, come quelli di Itten o di Kandinski.

Essendo tuttavia la scelta molto vasta, e le differenze talvolta minime, ci limiteremo in questa puntata a esporre i principi generali degli spazi (modelli) di colore storicamente piu’ importanti, che portarono all’evoluzione dei modelli utilizzati ancora oggi.

Per semplificare, possiamo inoltre considerare i termini spazio/modello interscambiabili, come nel linguaggio comune.

La sfera di Runge

Al di là di qualsiasi considerazione scientifica sulle sintesi additive e sottrattive, Runge costruì un modello esclusivamente pittorico, che si limitava a organizzare in modo ragionato i vari colori visti e dipinti.

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La sfera di Runge, primo modello cromatico tridimensionale, poneva sull’asse verticale le varie graduazioni di chiaro/scuro, introducendo in tal modo il concetto di saturazione del colore.

Sulla fascia centrale della sfera erano riportati i colori alla loro massima saturazione, ovvero i colori più puri, che andavano dal giallo al verde, passando per l’arancio, il rosso, il viola e il blu.

Salendo verso l’alto i colori tendevano sempre più al bianco, così come tendevano al nero allo scendere verso il basso. Leggendo il modello tridimensionalmente, inoltre, ogni settore tende al grigio man mano che si sposta verso il centro della sfera.

Nell’immagine: rappresentazione grafica di una sfera di Runge

Primo tra tutti i modelli cromatici, pur nella sua semplicità e completa inutilità pratica, la sfera di Runge fissò i fondamenti concettuali di tutti i successivi modelli cromatici, scientifici o artistici che fossero.

Il cerchio di Chevreul

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In esso pose 72 sfumature di colore alla loro massima saturazione, disposte sistematicamente in modo tale che ognuna avesse, all’opposto del cerchio, il proprio complementare.

Sopra: cerchio di Chevreul.

Nelle intenzioni di Chevreul, egli voleva soltanto fornire uno strumento in grado di apportare un ausilio pratico a chi per mestiere, si fosse trovato a lavorare coi colori, come i pittori, i tintori di tessuti o i tipografi.

Così facendo, tuttavia, diede inizio a una serie di modelli scientifici sempre più dettagliati, che avrebbero portato un giorno alla creazione della disciplina oggi conosciuta come colorimetria, che si occupa della misurazione oggettiva dei colori.

Il doppio cono di Ostwald

Uno di questi fu il doppio cono proposto dal chimico tedesco Wilhelm Ostwald.

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In questo modello, in maniera praticamente identica alla sfera di Runge, i colori più saturi sono posti sul cerchio alla base dei due coni, e le diverse (8) graduazioni di grigio dal bianco al nero sull’asse verticale.

Il cerchio equatoriale del doppio cono è diviso in 24 settori, 3 per ogni graduazione di un colore primario: giallo arancione, rosso, porpora, blu, celeste, verde-azzurro e verde.

I settori sono disposti in modo da avere ognuno il suo complementare all’opposto del cono, come nel cerchio di Chevreul, e la saturazione è massima al tendere verso l’esterno.

Sopra: esempio di doppio cono di Ostwald

La differenza principale con la sfera di Runge, sta nel fatto che mentre questa era soltanto una rappresentazione puramente concettuale, artistica, il modello di Ostwald era un sistema campionario, uno strumento che permetteva, seppur ancora in maniera approssimativa, di misurare i colori.

L’albero di Munsell

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Nel caso di Munsell, ogni singolo colore viene rappresentato da una combinazione di tre paramentri: H (hue), V (value) e C (chroma).

Il parametro H esprime la tonalità base del colore, scelta tra dieci possibili , con cinque tonalità principali (blu, verde, giallo, rosso e viola) e cinque intermedie (giallo-rosso, giallo-verde, blu-verde, blu-viola e rosso-viola).

Per ogni valore H ci sono 10 possibili valori V, che indicano 10 possibili misure di luminosità di quel colore, disposti lungo l’asse verticale, che spazia dal bianco al nero passando per il grigio man mano che ci si avvicina al centro.

Il parametro C misura la saturazione del colore, che cresce verso l’esterno dell’albero, e il suo valore massimo varia da tonalità a tonalità.

Le dieci tonalità di Munsell, spesso, vengono suddivise ulteriormente per creare alberi più accurati. In tal caso, si utilizza una notazione decimale, per indicare le frazioni di settore originario.

Nell’immagine sopra, e nell’header image: albero di Munsell

Il sistema di Munsell è stato per molto tempo utilizzato come modello cromatico nell’industria tintoria e tutt’oggi, seppur rimpiazzato da modelli più dettagliati, e in grado di offrire una miglior resa cromatica, gode di una buona diffusione.

Chiudiamo qua questa breve panoramica, che voleva solo fungere da introduzione alla grande varieta’ di modelli sviluppati nel corso dei secoli.

Dalla prossima puntata cominceremo a parlare di cose di più diffuso utilizzo pratico, anche nell’informatica, cominciando da un concetto importante: la sintesi additiva.
Hasta pronto xic@s !

Fonti:
“Fotografia Digitale“, Rob Sheppard, 2004
Daicolor
Dispense di LM2, M.A. Alberti, Unimi
Articoli vari su CG, G.B.Saccone

Modelli cromatici e spazi di colore è stato pubblicato per la prima volta su .
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Dopo diversi giorni di assenza, per mancanza di tempo (e di voglia ) rieccoci a Colorama!
Per chi non avesse ancora seguito le puntate precedenti, eccole qua: un, dos, tres y cuatro.

In questa puntata concluderemo (finalmente) la parte “storica” diciamo, della teoria dei colori, per riagganciarci al presente, e per poi (forse) passare nelle prossime puntate a cose un po’ più concrete, probabilmente già note a chi tra voi si occupi di grafica o fotografia, come i modelli cromatici e gli spazi di colore.

Eravamo rimasti alla teoria dei Retinex di Land, che descriveva il colore come un artificio generato dalla mente, in funzione non solo della lunghezza d’onda della luce che colpiva l’occhio, ma anche della luminosità.
Mancava però ancora un riscontro fisiologico di questa teoria, non si sapeva ancora abbastanza del funzionamento del cervello per poterla confermare o confutare.

Gli esperimenti di Zeki

Nel 1973, Semir Zeki, a Londra, ampliando il campo degli esperimenti, riuscì ad individuare una piccola area in ogni emisfero cerebrale, che sembrava specializzata nella risposta al colore.

Queste cellule della cosiddetta area V4, che egli definiva “centri di codifica del colore“, rispondevano al colore ma non alla lunghezza d’onda, e ricevevano impulsi dalle cellule dell’area V1, tramite una struttura intermedia chiamata V2.

Ogni cellula della V4, quindi, sembrava ricevere informazioni su una porzione del campo visivo, pre-elaborate dalla V1.

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Sopra: struttura della corteccia visiva.
Nell’immagine di testa: scansione MRI che evidenzia le aree V1 (in rosa) e V4 (in blu) in funzione.

Era il riscontro pratico tanto atteso da Land: le registrazioni della luminosità relative ad ogni banda di lunghezze d’onda venivano estratte dalle cellule dell’area V1, sensibili alle lunghezze d’onda, e venivano in seguito confrontate e messe in correlazione tra loro nell’area V4, dalle cellule codificatrici del colore, che davano luogo alla percezione cromatica.

Negli anni successivi, altri studi del settore (condotti da Walter Bishop, lol ) dimostrarono perfino la possibilità di generare sperimentalmente il colore mediante una stimolazione magnetica dell’area V4, provocando la visione di anelli e aloni colorati. Una specie di trip da LSD, ma mantenendo intatta la coscienza di se.

Oggi le nuove tecnologie di analisi non invasiva (TAC, risonanza magnetica, PET, ecc..) hanno reso possibile il rilevamento diretto di tali aree del cervello in tempo reale, durante il loro stesso funzionamento.

I casi di acromatopsia

Il paziente, raccontava, descriveva gli oggetti come se “fluttuassero”, esposti a luci diverse.
Egli vedeva un mondo in toni di grigio, ma essi cambiavano in modo radicale nelle diverse condizioni di illuminazione.
Gli oggetti rossi, ad esempio, che a lui sembravano neri, diventavano più chiari quando colpiti dal sole del tardo pomeriggio.

La lesione del paziente infatti, non riguardava l’area V1, ma era ristretta alla zona della codifica del colore, l’area V4: egli vedeva la realtà in funzione delle diverse lunghezze d’onda della luce, ma non riusciva a correlare successivamente queste informazioni in modo da generare la sensazione di colore.

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Esempio di lesione di area V1 della corteccia visiva (la zona in scuro, nella TAC), causa di acromatopsia.

Fonti:
“Il colore dei colori“, Pietro Simondo, 1990
“Un antropologo su Marte“, Oliver Sacks, 1995
Cerebral cortex functions, Ben Best
Mappe della mente, Dario Taraborelli
Color vision, Marjorie A. Murray

La corteccia visiva è stato pubblicato per la prima volta su .
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Salve salvino, bentornati a Colorama!
Le puntate precedenti qui, quo e qua.

Per chi ha paura dei pagliacci, tranquilli, l’articolo non parla di It
Nell’ultimo episodio eravamo rimasti ai dubbi di elmook Helmholtz sulla sua teoria, e ai fenomeni ancora non spiegati, in particolare quello della costanza percettiva.
Avevamo visto come il cervello sembrasse creare un modello percettivo stabile a partire da un flusso sensoriale caotico, in continuo cambiamento.

Vediamo adesso come si cercó di spiegare questo meccanismo con una nuova teoria: la teoria dei retinex.

Gli esperimenti di Maxwell

Maxwell ottenne tre “immagini di separazione del colore”, come egli stesso le chiamava, fotografando tre volte in bianco e nero una stessa immagine, attraverso tre filtri colorati diversi, rosso verde e blu.

Quindi, proiettando su uno schermo le tre immagini sovrapposte, ognuna con la luce del rispettivo filtro utilizzato (l’immagine ottenuta col filtro rosso, veniva cioè attraversata da luce rossa, e così via) riuscì a ricomporre l’immagine a colori originale.

La teoria di Land

Servendosi di due soli filtri, uno rosso (che faceva passare solo la luce di elevata lunghezza d’onda, corrispondente come abbiamo visto ai coni retinici L, long) e uno verde (piccole lunghezze d’onda, coni S), ottenne due diapositive in bianco e nero dello stesso soggetto.
Le due diapositive differivano esclusivamente per una maggiore brillantezza od oscurità dei punti corrispondenti, ma non erano colorate.

Ricompose quindi l’immagine proiettando una luce rossa attraverso la diapositiva ottenuta col filtro rosso, e una normale luce bianca, non filtrata, attraverso la diapositiva ottenuta col filtro verde (vedi immagine sopra).

Con grande sorpresa, sullo schermo non apparve, come ci si poteva aspettare, un’immagine color rosa pallido, ma un’immagine di Itomi a colori simile all’originale.

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Un altro esempio di esperimento di Land: sopra l’immagine originale di partenza, al centro le due immagini parziali in b/n filtrate, sotto l’immagine risultante finale.

Era una delle famose “illusioni cromatiche” tanto ricercate da Goethe, che non si poteva spiegare con la fisica di Newton né con l’attuale teoria di Young-Helmholtz.

Era la prova materiale che i colori, non solo vengono creati dal cervello, ma non sono nemmeno una funzione diretta delle diverse lunghezze d’onda della luce riflessa. Non ci si spiegava infatti, come in assenza dei segnali tristimolo corrispondenti alle diverse lunghezze d’onda, il cervello potesse comunque vedere i colori.

Land costruì quindi un modello teorico basato non più sulla sola sintesi additiva dei tre colori primari, ma su un confronto continuo di ogni parte del campo visivo con le aree circostanti.

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Egli definì innanzitutto il concetto di retinex (retina+cortex), un meccanismo biologico in grado di fornire l’equivalente di una fotografia in bianco e nero attraverso filtri colorati, come nell’esperimento di Maxwell.

Ipotizzò quindi che il colore fosse generato attraverso due confronti successivi.

In una prima fase, un confronto fra la riflettanza di tutte le superfici della scena che si presentava all’occhio, forniva al cervello delle specie di immagini parziali di quella scena.
I segnali forniti da ciascun tipo di fotorecettore (sensibili, come abbiamo visto, rispettivamente alle piccole, alle medie e alle grandi lunghezze d’onda), avrebbero composto una sorta di “registrazione della luminosità” della scena osservata per la fascia di lunghezze d’onda associata a quel tipo di recettore, creando l’equivalente di una foto in bianco e nero attraverso un filtro colorato.

In un secondo luogo, un confronto tra le singole immagini dei tre diversi retinex, correlava le luminosità alle diverse lunghezze d’onda, generando il colore.

Esempio: immagine di partenza e immagini generate dai retinex di ciascun tipo di fotorecettore. Ovviamente non sono immagini processate da retinex reali (sarebbe impossibile ottenerle dal cervello), ma immagini ricavate con algoritmi retinex che ricalcano il funzionamento dei retinex umani, molto usati nei sistemi di visione artificiale per ottenere l’equivalente informatico della costanza percettiva.

Ecco quindi che il colore non dipendeva più direttamente dalla lunghezza d’onda della luce che colpiva i fotorecettori, ma anche dalla sua intensità, tramite il successivo confronto delle tre rilevazioni di luminosità che i fotorecettori fornivano.

La teoria dei retinex di Land complicava notevolmente l’elegante modello di Young-Helmoltz, ma riusciva a spiegare molti degli aspetti che quest’ultimo non copriva, quali la costanza percettiva, le illusioni cromatiche, e il contrasto simultaneo. Essa inoltre era perfettamente compatibile col modello tristimolo, e accettava l’idea della sintesi sottrattiva, pur trasferendola dai fotorecettori all’area del cervello che si occupava del secondo confronto.

Col suo modello, Land aveva trasferito l’onere della generazione dell’immagine dall’occhio al cervello, e dovette faticare non poco per evitare di indicare esplicitamente l’area che si occupava di tale compito.

All’epoca tuttavia, la medicina e la tecnologia non erano sufficientemente evolute per indagini così dettagliate sulle funzioni cerebrali, e si dovette aspettare ancora diversi anni, prima di avere un riscontro fisiologico concreto, come vedremo nella prossima puntata.

Ate logo!

p.s.
C’é un errore volutamente non corretto nell’articolo. Vediamo chi lo trova per primo

Fonti:

“Il colore dei colori“, Pietro Simondo, 1990
Dispense oculistica prof. Battaglini
“Il cervello, la percepcione, il colore“, P. Manzelli
Dispense corso Psychology 3203, K.M. Steele
Lucidi corso Principi e Modelli della Percezione, G. Boccignone

I Retinex è stato pubblicato per la prima volta su .
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Rieccoci alla terza puntata di questa rubrica sui colori!

Previously on Colorama: episode uàn and episode tù.

Nell’ultima puntata eravamo rimasti al giro di boa tra il ’700 e l’800, con le incongruenze che la teoria dei colori di Goethe aveva trovato nell’ottica di Newton, incongruenze rimaste ancora senza una reale spiegazione scientifica.
Nel secolo che stava iniziando, si sarebbe tentato di analizzare e risolvere alcuni di questi misteri.

La teoria tricromatica di Young

Era infatti quasi impossibile, proprio per l’esiguità della superficie della retina, che in ogni punto potessero esistere tante particelle diverse quanti i colori discriminati dall’occhio.

Teorizzò quindi l’esistenza di tre soli tipi di recettori, associati ai tre colori primari pittorici: giallo, magenta, e ciano.
Se i pittori riuscivano, infatti, a partire da una tavolozza molto limitata ricreando quasi ogni colore, anche l’occhio avrebbe potuto fare altrettanto: esattamente come nelle mescolanze di colori dei pittori, i tre tipi di fotorecettori, ognuno sensibile ad un colore primario, rilevavano tre diversi stimoli (da cui il nome di modello tristimolo), che il cervello poi univa generando il colore.

Young fu anche il primo a fornire un’interpretazione corretta del disturbo conosciuto come Daltonismo, e cioè che mancava uno dei tre tipi di fotorecettori per il colore.

Gli sviluppi di Helmholtz

Helmholtz espresse ciò che Young aveva definito genericamente come “colori” in funzione delle lunghezze d’onda della luce riflessa: ognuno dei tre tipi di coni retinici era sensibile solo ad una certa fascia di lunghezze d’onda ed assorbiva solo la componente della luce che in quella fascia era compresa.
In tal modo, una luce con lunghezza d’onda sui 450nm (blu) avrebbe stimolato i coni retinici di tipo S (short) sensibili a quelle lunghezze d’onda, e non quelli di tipo M (medium) o L (long), generando così la sensazione del blu.

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Sensibilità dei tre tipi di coni retinici alle diverse lunghezze d’onda della luce.

Helmholtz introdusse anche le differenze tra luci e pigmenti, e tra sintesi additiva e sintesi sottrattiva (concetti che approfondiremo più avanti), evidenziando come il comportamento dell’occhio non era in realtà uguale al modo in cui si mescolavano i colori dei pittori: i colori primari che Young aveva ipotizzato, non erano quelli della tavolozza, ma il rosso, il verde e il blu, primari della sintesi additiva.

Se si era arrivati ad una spiegazione semplice ed elegante della visione, che conciliava la fisica di Newton con la filosofia dell’immagine costruita nell’occhio di Goethe, restavano tuttavia molti aspetti ancora inspiegati.

I colori non spettrali

La spiegazione più ovvia, alla luce della nuova teoria, era che il cervello, ricevendo contemporaneamente uno stimolo sui soli due recettori del blu e del rosso (ovvero una luce blu, con lunghezza d’onda sui 430 nm, e una rossa, 650 nm), non riuscisse a trovare nessuna lunghezza d’onda dominante tra quelle appartenenti allo spettro, e interpretasse la combinazione generando un nuovo colore, il viola.

Variando poi le proporzioni dei due colori estremi dello spettro visibile, il rosso e il violetto, si otteneva tutta una gamma di colori non spettrali, detti porpore, tra cui anche il magenta.

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Si poteva quindi modificare il modello cromatico di Newton, che come abbiamo già visto si era dimostrato incompleto, aggiungendo questi “nuovi” colori generati dall’occhio stesso.

A sinistra: la ruota dei colori originale di Newton, con i soli colori spettrali. A destra: la ruota dei colori modificata con l’aggiunta dei colori non spettrali, e delle lunghezze d’onda della luce.
 

Se l’idea appariva funzionale ed elegante, tuttavia, mancava ancora qualsiasi riscontro effettivo che ne confermasse la validità.

I fenomeni ancora inspiegati

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Esempio di contrasto simultaneo: i due pallini e i due semicerchi hanno esattamente lo stesso colore (controllate su photoshop, scettici! ). Tuttavia, fissando per alcuni secondi il pallino destro, sembrerà leggermente più rosso di quello sinistro. Allo stesso modo il semicerchio destro risulterà piu scuro del sinistro.
 

Analogamente, Chevreul osservò che se l’occhio fissa per un certo tempo (almeno 15-20 secondi) un’immagine fortemente colorata, guardando successivamente su uno sfondo bianco si ha l’impressione di continuare a vedere la stessa immagine, del colore complementare a quello reale. Questo fenomeno di contrasto successivo per Chevreul, seguiva le stesse leggi del contrasto simultaneo.

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Esempio di contrasto successivo: fissando per 15-20 secondi la croce gialla in campo blu, e spostando poi lo sguardo nella zona bianca centrale, sembrerà di vedere un alone con una croce blu in campo giallo. Analogamente, con l’immagine destra, vedremo una croce verde in campo rosso.

Ma erano fenomeni puramente percettivi, o una reale interazione fisica tra le luci riflesse dai colori?

Restava poi da spiegare il fenomeno della costanza percettiva.
Lo stesso Helmholtz, infatti, era ben consapevole che i colori degli oggetti si mantengono costanti anche nonostante notevoli differenze di lunghezza d’onda della luce incidente. Costanti al punto che possiamo sempre classificarli e sapere cosa stiamo guardando.

Chiunque, infatti, è in grado di distinguere un verde da un rosso, anche in condizioni di scarsa illuminazione, o passando dalla luce solare alla luce artificiale di una lampadina, dove le lunghezze d’onda dei raggi riflessi dall’oggetto che stiamo guardando, cambiano considerevolmente.

L’occhio, sembrava quindi costruire un mondo percettivo stabile, a partire da un flusso sensoriale caotico, che cambiava in continuazione, e ciò non si poteva spiegare con una semplice corrispondenza diretta tra il segnale tristimolo dei fotorecettori e il cervello.

Doveva esserci una ulteriore fase di elaborazione intermedia.

Solo nella seconda metà del ’900 però, si sarebbe giunti a comprendere appieno i meccanismi della percezione visiva, come vedremo nella prossima puntata.

Hasta pronto!

Fonti:

“Il colore dei colori“, Pietro Simondo, 1990
Anatomy of the visual system
Colori e visione
Dispense prof. Battaglini
National Geographic, Edizione italiana, Novembre 2006 (contiene un articolo sulla Evo-Devo che illustra anche l’evoluzione dell’occhio)

La teoria percettiva di Young–Helmholtz è stato pubblicato per la prima volta su .
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Benvenuti alla seconda puntata di Colorama!
Per chi si fosse perso la prima, eccola qua

Eravamo rimasti alla fine del ’600, con l’allora innovativa teoria della percezione di Descartes.
Accendete adesso il flusso canalizzatore della vostra DeLorean, impostate sui circuiti temporali un salto di una ventina d’anni, e preparatevi per un viaggio a tappe nel secolo successivo

L’ottica di Newton

Fino ad allora si credeva che la luce fosse solo ed esclusivamente bianca, e che l’apparizione dei colori, quando essa colpiva certi oggetti, fosse una specie di processo di contaminazione che le cose terrene innescavano nella luce stessa.
Il sole, incarnazione del divino, poteva solo emettere una luce bianca, pura.

Col famoso esperimento del prisma, Newton dimostrò che la luce bianca era composta: poteva essere suddivisa nei diversi colori, e a partire da quelli, ricomposta.

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Facendo passare uno stretto raggio di luce attraverso un prisma, e proiettando la luce che ne fuoriusciva su uno schermo bianco, apparvero nitidamente i colori dell’arcobaleno dal rosso al violetto, lungo una striscia sfumata che egli chiamò spettro della luce.
Il prisma, infatti, rifrangeva la luce in modi diversi a seconda della sua lunghezza d’onda (che Newton definì “abbondanza” della luce).

I cosiddetti colori spettrali potevano quindi essere ricombinati, facendoli convergere attraverso una lente, in modo da riottenere la luce bianca di partenza.
Inoltre, se un singolo fascio di luce colorata fuoriuscente dal primo prisma, opportunamente isolato dagli altri colori, veniva proiettato attraverso un secondo prisma, esso manteneva il colore iniziale.

Schema dell’esperimento del prisma di Newton

Newton giunse così alla conclusione che la luce bianca era una miscela di luci colorate, e che gli stessi colori degli oggetti che ci circondano erano legati al modo di reagire delle diverse superfici alla luce.

Pur riconoscendo i dovuti meriti, tuttavia, la teoria di Newton, non copriva molti aspetti della realtà, quali i cosiddetti colori non spettrali (ovvero che non appartengono allo spettro della luce: il viola e i suoi derivati), il cambiare dei colori al variare della luminosità, il contrasto simultaneo, la costanza percettiva, le ombre colorate, le immagini persistenti colorate, e tutta una serie di effetti ottici all’epoca (e pure su questa rubrica) non ancora scientificamente esaminati.

La teoria dei colori di Goethe

Per Goethe, poeta e romantico, era inconcepibilmente riduttivo trattare in modo esclusivamente fisico qualcosa di vivo e di umano come i colori.
Egli sosteneva, evidenziando proprio alcuni dei punti non coperti dalla teoria di Newton, che una visione così meccanicistica della realtà non era sufficiente, e che bisognava cercarne una spiegazione nella fisiologia, nella psicologia, e nella spiritualità stessa dell’animo dell’osservatore.

Come in precedenza Descartes, egli ritenne che fosse l’occhio stesso il generatore dei colori, che senza di esso non sarebbero di fatto esistiti.
Se l’occhio, infatti, non avrebbe avuto ragione di esistere senza la luce, i colori erano ben più delle singole azioni della luce sugli oggetti.

Partendo da tale presupposto espose una dettagliatissima teoria, nella quale, rifacendosi al modello del suo contemporaneo Runge (che vedremo in una successiva puntata dedicata ai modelli cromatici), assunse innanzitutto anche il bianco e il nero al ruolo di colori, facendosi in tal modo carico anche del rapporto con luce e ombra.

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Goethe classificò quindi i colori in fisiologici, fisici e chimici.

I colori fisiologici erano i colori della luce stessa, che non avevano pertanto bisogno di mezzi per manifestarsi, e che tuttavia seguivano un modello sottrattivo (approfondiremo poi il concetto di sintesi sottrattiva in una puntata dedicata).
Escluse tuttavia dai colori fisiologici le gamme di grigio, e sostenne che le varie tonalità cromatiche si producevano dall’incontro di nero e bianco, in un processo di contaminazione del bianco da parte del nero.

I colori fisici, strettamente connessi ai primi, erano di questi la manifestazione concreta, che compariva quando la luce attraversava mezzi non dotati di un proprio colore, ovvero trasparenti.

I colori chimici, infine, erano proprietà materiali degli oggetti, e in quanto tali determinabili secondo precise procedure e leggi chimiche. Il giallo e l’arancione ad esempio, venivano generati dagli acidi, mentre il nero dalla combustione, e il bianco dalla trasparenza.

Suddivise inoltre i colori in attivi (giallo, arancio, rosso), e passivi (verde, azzurro, violetto): nei primi la luminosità si espandeva verso l’esterno, conferendogli così un’aurea di gioia e di energia, mentre nei secondi prevaleva l’ombra, poiché la luce rimaneva per così dire imprigionata al loro interno.

Ruota dei colori di Goethe

Goethe si occupò anche dei fenomeni delle influenze reciproche dei colori, e delle ombre colorate. Evidenziò come uno stesso identico colore veniva percepito in modo diverso a seconda dello sfondo sul quale era posto (torneremo su questo punto più avanti, quando parleremo di contrasto simultaneo e contrasto successivo), e si rese conto anche di come l’occhio tendesse a vedere le ombre di un oggetto sul quale venisse proiettata una luce fortemente colorata, di una vaga sfumatura di un altro colore.

Utilizzando tutti questi argomenti come prova dell’impossibilità di una spiegazione esclusivamente passiva del colore, egli ritenne di aver confutato definitivamente la teoria di Newton.

Nonostante i suoi sforzi, tuttavia, la sua teoria rimase confinata nel limbo delle pseudoscienze, ma ebbe l’importante merito di mettere in risalto tutta una serie di anomalie e incongruenze, che le successive teorie percettive del colore avrebbero cercato di spiegare, come vedremo nella prossima puntata.
A presto!
 
 
Fonti:
“Il colore dei colori“, Pietro Simondo, 1990
“Dal pendolo al quark“, Ugo amaldi, 1995
Newton’s color spectrum
Scienza dei colori
Ombre di Goethe

Newton VS Goethe è stato pubblicato per la prima volta su .
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Gigiopix">Altri articoli dello stesso autore

Piccola premessa: forse non è il massimo iniziare con un primo post che è solo il primo di una serie di articoli, ma l’argomento mi sembrava troppo complesso per essere approfondito in una volta sola. Così ho preferito buttar giù una serie di articoli brevi sulle teorie del colore e sui modelli cromatici, parlando anche della loro evoluzione nel tempo. Spero che questo primo pilot piaccia abbastanza da giustificare le puntate successive di Colorama.

Possiamo far partire questa storia dagli inizi del ’400, quando l’arte europea conobbe un nuovo impulso col Rinascimento. I primi studi sulla prospettiva di Piero della Francesca, la pittura scientifica di Leonardo e le altri correnti innovative dell’epoca contribuirono in modo notevole alla nascita di una nuova maniera di osservare la natura.

A differenza degli affreschi e delle opere medievali, le opere rinascimentali cercavano di replicare la realtà in modo verosimile, si cercavano nuove tecniche per ingannare l’occhio e per riprodurre la tridimensionalità del reale con i pochi colori della tavolozza. La crescita artistica, combinata con lo sviluppo scientifico scaturito dalla rivoluzione Copernicana, portò ad un’epoca di grandi sconvolgimenti culturali. Ci si iniziava a porre domande anche su fenomeni considerati fino ad allora ovvi, cominciando a comprendere che molte cose non erano affatto scontate come sembravano.

Il primo ad occuparsi scientificamente (nell’accezione dell’epoca della parola) dei colori, fu il gesuita francese Franciscus Aguilonius, nel suo trattato di ottica dal titolo “Opticorum libri sex” (I sei libri dell’ottica). La teoria di Aguilonius, che oggi potrebbe forse apparire banale, fu un primo tentativo di schematizzare qualcosa che, fino ad allora, era relegato al mondo delle impressioni soggettive: i colori. Per Aguilonius, la scala cromatica era formata da cinque colori semplici (bianco, giallo, rosso, celeste e nero), e da tre colori composti (arancione, verde, porpora). Il giallo era il colore più vicino al bianco, in quanto il più luminoso, ed analogamente l’azzurro era il più vicino al nero. L’arancio, il verde ed il porpora erano invece colori composti, formati da mescolanze di due colori semplici.

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Lo schema cromatico di Aguilonius fu applicato dal pittore Paul Rubens ed ispirò molto tempo dopo (come vedremo nella prossima puntata) il celebre scrittore J. W. Goethe, che ne trasse le basi per la sua teoria del colore.

Nel ’500, gli esperimenti di ottica di Ioannes Keplero e di Galileo Galilei produssero i primi studi sul funzionamento delle lenti e dell’occhio, che si scoprì funzionare secondo lo stesso principio della camera oscura: l’immagine del campo visivo, messa a fuoco dal cristallino, si proiettava capovolta sulla retina.

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Fu il filosofo francese Descartes (Cartesio), ai primi del ’600, ad ipotizzare una spiegazione al motivo per cui, nonostante ciò, percepiamo la realtà diritta e non capovolta. Egli fornì un modello approssimativo, nel quale il nervo oculare era collegato direttamente alla retina e dove è il sistema nervoso centrale che reagisce agli stimoli esterni percepiti, costruendo l’immagine della realtà così come la vediamo comunemente.

La teoria sui sensi di Descartes fu alla base della teoria percettiva di Young, che agli inizi dell’800 avrebbe rivoluzionato la scienza dei colori, e che vedremo in una puntata successiva, sempre che questa non vi abbia annoiato troppo

Fonti:
“Il colore dei colori“, Pietro Simondo, 1990
Gestiondescouleurs

Le prime teorie del colore è stato pubblicato per la prima volta su .
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