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Spazio colore e percezione cromatica

Guida di Emidio Frattaroli , pubblicato il 23 Aprile 2021 nel canale DISPLAY

“Questa breve guida sulla percezione del colore č fondamentale per comprendere le 'misure' che pubblichiamo su AV Magazine nell'analisi dei display e proiettori con strumentazione ad altissima precisione, particolare che ci distingue nel panorama editoriale, anche a livello internazionale. ”

Metamerismo e stimolazione tricromatica


Le curve di sensibilità specifica delle tre classi di coni (fonte; licenza CC-BY SA)
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Torniamo ora ai nostri occhi e alle tre classi di coni, con curve di sensibilità ben precise e che si sovrappongono tra loro per lunghi tratti. Iniziamo con qualche esempio reale, indispensabile per comprendere il funzionamento della percezione cromatica. Tutti gli esempi che vedrete da qui in avanti sono riassunti in due grafici che vengono pubblicati affiancati: a sinistra ho inserito lo spettro della luce o dei colori misurati, con la sovrapposizione delle curve di sensibilità dei tre coni; sempre in questo grafico (quindi sempre a sinistra), in alto a destra, troverete i tre valori dello stimolo relativo alle tre classi di coni ovvero X (rosso), Y (verde) e Z (blu) che, nella realtà non sono 'assoluti' ma dipendono da vari fattori; ho inserito i tre valori X, Y e Z relativi: il valore più elevato sarà pari ad 1,00; più a destra c'è la 'traduzione' del tri-stimolo X, Y, Z in coordinate cromatiche Y, x, y dove Y è l'intensità luminosa (in LUX oppure in NIT) mentre x e y sono le coordinate sugli assi cartesiani in ascisse e ordinate all'interno dello spazio colore CIE 1931.


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Quando osserviamo la luce generata da una lampadina ad incandescenza, i fotoni emessi dalla corrente che attraversa il filamento (con temperatura compresa tra circa 2.500 e 3.000 gradi kelvin), eccitano tutte e tre le classi di coni in maniera proporzionale, con i coni sensibili al rosso che saranno eccitati sicuramente di più rispetto a quelli sensibili al blu. La vecchia lampadina ad incandescenza emette soprattutto fotoni nello spettro infrarosso che sono invisibili; qui lo spettro infrarosso non lo vediamo perché non ha effetti sulla percezione cromatica. Ecco perché le lampadine ad incadescenza sono così inefficienti: l'energia viene 'sprecata' per produrre calore (spettro infrarosso) piuttosto che luce visibile.


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Osservando con un telescopio la stella Rigel, tra le più luminose del cielo notturno, la situazione è ben differente. La temperatura della superficie di Rigel è quattro volte quella del filamento al tungsteno di una vecchia lampadina ad incandescenza (più di 12.000º K); quindi lo spettro luminoso è molto diverso. In questo caso, i coni sensibili al blu vengono eccitati in proporzione sensibilmente superiore rispetto a quelli sensibili al rosso. Ecco perché il 'bianco' della stella ci apparirà tendente al blu, mentre quello della lampadina da 3.000º K sarà tendente all'arancio.


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Veniamo ora al metamerismo, caratteristica che viene sfruttata da tutte le tecnologie di riproduzione delle immagini. Quello che vedete qui in alto è lo spettro di un classico LED di colore bianco, composto in realtà da un LED blu (la porzione dello spettro luminoso a cavallo dei 450 nm) a cui viene aggiunta una miscela di fosfori gialli (la 'collina' a cavallo dei 580 nm): la sensazione visiva è di una luce bianca tendente più al blu, soprattutto rispetto alla lampadina ad incandescenza.


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In questo caso, invece, lo spettro si riferisce ad un sistema d'illuminamento con LED RGB puri, quindi senza fosfori. Lo spettro del LED blu è praticamente lo stesso del LED 'bianco', mentre al posto dei fosfori 'gialli', ci sono stavolta due insiemi di fotoni distinti per il verde (540 nm) e per il rosso (640 nm), con energia leggermente inferiore rispetto all'insieme dei fotoni di 'colore' blu. Il risultato percettivo sarà identico a quello precedente ottenuto con il LED 'bianco' perchè, che si tratti dei fotoni emessi dai fosfori di colore giallo oppure dai fotoni di colore rosso e verde, i coni sensibili al rosso e al verde saranno eccitati più o meno allo stesso modo e il colore percepito sarà più o meno lo stesso.


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Il 'trucco' è tutto qui: basta eccitare in maniera differente i tre diversi tipi di coni, per avere percezioni cromatiche diverse ma scientificamente prevedibili. Un esempio eclatante riguarda il colore magenta: al contrario dei colori che vanno dal blu-violetto al rosso profondo, passando ovviamente dall'azzurro, dal verde, giallo, dall'arancio e da tutti i colori intermedi, non esiste una lunghezza d'onda che possa essere associata al magenta. In altre parole, dal punto di vista spettrografico il magenta non esiste: il magenta esiste soltanto a livello percettivo, poiché è il risultato dell'unione di due stimoli diversi che eccitano i coni sensibili al rosso e al blu.