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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. ”

Spazi colore, tinta e saturazione


Spazio colore CIE Y,x,y 1931
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Lo spazio CIE 1931 che vedete qui in alto e che usiamo anche qui in AV Magazine per rappresentare i colori riprodotti da un display o da un proiettore, unisce la rappresentazione spettrale a quella percettiva: sul bordo esterno vengono rappresentati i colori 'puri', alla massima saturazione, quindi con spettrogramma dei fotoni molto 'stretto', ovvero con gruppo di fotoni che hanno più o meno tutti la stessa lunghezza d'onda.


Componente verde con laser puro
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Dal punto di vista percettivo, un fascio di fotoni concentrato su una banda molto stretta, ecciterà quasi esclusivamente una sola classe di coni. Nell'immagine qui in alto, potete osservare che il fascio laser concentrato sulla banda a 523 nanometri, ecciterà i coni sensibili al blu e al rosso di circa il 10% rispetto a quelli sensibili al verde. Le coordinate cromatiche sullo spazio colore CIE xy saranno quindi sul bordo estremo dello spazio colore, con coordinate 0,105x e 0,819y.


Componente verde con tecnologia fosfori
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Se il fascio è composto da fotoni con lunghezza d'onda più eterogenea, quindi da una banda complessiva più ampia, allora verrebbero eccitate sicuramente di più anche le altre classi di coni. Infatti qui in alto potete osservare lo spettro di un colore verde (in questo caso generato da fosfori), che ecciterà i coni sensibili al blu e al rosso di circa il 35% rispetto a quelli sensibili al verde. La  sensazione percettiva sarebbe quella di un colore meno saturo, con coordinate cromatiche pari a 0,210x e 0,589y decisamente più all'interno dello spazio colore.


Verde poco saturo riprodotto da un proiettore laser 3P
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Grazie al metamerismo, la sensazione percettiva di un colore meno saturo, può essere generata dalla modulazione delle tre componenti cromatiche di riferimento RGB. Qui in alto possiamo osservare l'analisi spettrale di un proiettore laser 3P (3 Primari): significa che tutti e tre i colori primari sono generati con tecnologia laser. La tecnologia laser genera fasci di fotoni con spettro molto stretto, quindi i colori primari hanno coordinate cromatiche sul bordo dello spazio colore. In questo caso alla componente verde vengono aggiunte le componenti rossa e blu, quel tanto da eccitare anche i coni sensibili al verde e al blu con la stessa proporzione del verde precedente meno saturo (creato con i fosfori). In altre parole, spettro diverso ma stesso risultato.


Il 'bianco' riprodotto da un proiettore laser 3P
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L'assenza di cromaticità (bianco o scala dei grigi) può essere ottenuta eccitando tutte e tre le classi di coni in maniera ben definita. Questo può succedere in vari modi, utilizzando una luce con uno spettro molto ampio come quello emesso dal Sole, come abbiamo visto nella prima pagina. In alternativa, sfruttando il metamerismo, è possibile miscelare tre componenti primarie (tipicamente rosso, verde e blu) in modo da ottenere la stessa percezione visiva. Vi ricordo che per ottenere la sensazione del 'bianco', in realtà bastano due componenti cromatiche (blu + giallo oppure rosso + ciano), con l'obiettivo di eccitare comunque tutti e tre i tipi di coni con la stessa proporzione.


Relazione tra spettro e coordinate di una sorgente laser
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Generando un fascio di fotoni con spettrogramma molto stretto e variando la lunghezza d'onda di picco, le coordinate cromatiche si sposteranno di conseguenza ma sempre sul bordo dello spazio colore, dal vertice che delimita il confine con l'ultravioletto (380nm) fino a quello che è dalla parte opposta, al confine dell'infrarosso (760nm). Per questo motivo, di solito sul bordo dello spazio colore sono segnate le lunghezze d'onda di riferimento dei colori puri.


Colore 'magenta' riprodotto con un proiettore LED RGB
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Questo non succede sul 'bordo' inferiore che va dal blu al rosso, poiché in questo caso si entra nello 'spazio esclusivamente percettivo': Vi ho già anticipato nella pagina precedente che "il magenta non esiste": tutti i colori dello spazio CIE 1931 compresi tra il rosso e il blu, sono il risultato della stimolazione contemporanea dei coni sensibili al rosso e al blu. Non esiste un singolo fascio di fotoni con banda molto stretta per generare la sensazione del colore 'magenta'. Per generare lo stimolo percettivo del colore magenta, è necessario stimolare sia i coni sensibili al rosso sia quelli sensibili al blu, quindi con due colori distinti.


Spettro e coordinate cromatiche di un fanale posteriore tradizionale
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Per produrre un fascio di fotoni con spettro a banda molto stretta, è possibile utilizzare un laser, ovvero un gruppo di laser tutti con la stessa lunghezza d'onda. In alternativa è possibile usare qualsiasi tipo di tecnologia d'illuminamento, (LED, OLED, Quantum Dots, lampade a scarica, al neon, persino lampade a incandescenza) aggiungendo poi uno o più filtri per selezionare la banda spettrale che ci interessa. Qui in alto potete osservare a sinistra un laser rosso mentre a destra c'è uno 'stop' posteriore di un'autovettura, generato con una lampada a inscandescenza, filtrata poi dalle plastiche rosse del fanale: il risultato percettivo è molto simile ma l'efficienza è drammaticamente diversa.