I Retinex

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 :D
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

Nel 1861, il grande fisico James Clerck Maxwell, dopo aver posto le basi della colorimetria col suo cerchio rotante e col triangolo dei primari (che come vedremo nell’ultima puntata, ha influenzato lo sviluppo dell’attuale diagramma CIE), effettuò una dimostrazione che avrebbe ispirato, al contempo, le successive teorie del colore e le prime tecniche della fotografia a colori.

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

Nel 1957, circa novant’anni dopo tale esperimento, lo scienziato americano Edwin Land (inventore tra l’altro, della fotografia Polaroid) diede una dimostrazione analoga, ma ancora più impressionante.

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.
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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.

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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