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Introduzione al colore

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Introduzione

I colori non sono proprieta’ intrinseche deicorpi ma sensazioni attivate nel sistemanervoso dell’osservatore

L’esperienza del colore e’ causata dal fattoche il sistema visivo risponde in modo diversoad una varieta’ di lunghezze d’onda.

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Introduzione

I colori percepiti sono determinati dalla lunghezza d’onda della luce che produce lo stimolo visivo

Gli occhi percepiscono una parte molto limitata delle radiazioni elettromagnetiche, quelle con lunghezze d'onda (lambda) compresa tra 400 nanometri (ultravioletti) e 800 nm (infrarossi)

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Spettro dell’energia elettromagnetica

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Spettro del visibile

Lo spettro del visibile è costituito dalle lunghezze d’onda dell’intervallo 400 - 800 nm (10-9 metri)

Lunghezze d’onda più elevate

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Il colore delle superfici

il colore di una superficie e’ il risultato di unagrande varieta’di meccanismi:

il materiale che costituisce la superficie (e quanto assorbe le lunghezze d’onda)rifrazionediffrazione

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Il colore delle sorgenti naturali

Il sole:solitamente viene modellato come unasorgente lontana e puntiformeil colore della luce del sole varia a secondadell’ora e del periodo dell’anno

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Sistema visivo umano

Nella retina vi sono due tipi di cellule sensibilialla luce:

conibastoncelli

i coni sono sensibili alla lunghezza d’onda-percezione del colorei bastoncelli hanno lo scopo di adattarsi aicambiamenti di intensita’ di luce ad esempioalla luce crepuscolare e notturna

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La percezione umana

La retina è costituita da due tipi di cellule, detti per la loro forma, coni e bastoncelli

Coni

Bastoncelli

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La percezione umana

I coni sono sensibili alla lunghezza d’onda (percezione del colore)

Esistono coni rossi, verdi e blu i cui picchi di attivazione si hanno attorno a 580 nm, 545 nm e 440 nm

Coni

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Sistema visivo umano

I coni sono responsabili della visione deidettagli e dei colori.Studi di genetica della visione supportanol’idea che esistano 3 tipi di coni, differenziatidalla loro sensibilita’ a diverse lunghezzed’onda:

Coni-S (short wavelength sensitive cone)Coni-M (middle wavelength sensitive cone)Coni-L (long wavelength sensitive cone)

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RGB

La teoria del tristimolo, di Young-Helmotz, sulla percezione del colore ipotizza che la retina abbia 3 differenti tipi di sensori (coni), ciascuno dei quali è più sensibile ad uno dei colori R-G-B

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Curva di efficienza

Curva di efficienza: risposta dell’occhio allo stimolo luminoso a luminositàcostante al variare della lunghezza d’ondaL’occhio umano vede meglio scene illuminate da luci giallo-verdi di lunghezza d’onda attorno ai 550 nm: la luce solare

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Teoria del tristimolo

Ogni colore percepito può essererappresentato come un punto in uno spazio3D detto spazio del tristimolo

Esistono diverse rappresentazioni del colorebasate su mapping in punti tridimensionali

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RGB

L’occhio umano percepisce ogni colore come combinazione di 3 colori primari:

Rosso avente lunghezza d’onda 700 nmVerde avente lunghezza d’onda 546.1 nmBlue avente lunghezza d’onda 435.8 nm

Le lunghezza d’onda dei tre colori primari sono state standardizzate dalla commissione CIE (InternationalCommission of illumination)

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Creazione del colore

La misura del colore o delle sensazioni di colore è oggetto di studio della colorimetria.Metodi usati per formare il colore:

sintesi del colore additivasintesi del colore sottrativa

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Sintesi additiva dei colori

Ogni colore può essere ottenuto attraverso la miscelazione di tre emissioni di luce relative ai tre colori primari:

unendo le luci rosso e verde si ottengono luci giallo aranciounendo le luci rosso e blu si ottengono luci porpora...il bianco si ottiene unendo le tre luci primarie

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Sintesi sottrattiva

Si fa passare luce bianca attraverso dei filtri che lasciano passare solo delle radiazioni di una determinata lunghezza d’onda (cioè un dato colore).La parola “sottrattiva” significa che si eliminano dei colori dal bianco per ottenere altri colori.

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Modelli di colore

Un modello di colore specifica un sistema dicoordinate 3D ed un sottoinsieme del sistema in cui tutti i colori sono rappresentati

Modelli orientati a particolari dispositiviRGB monitorCMYK hardcopy

Modello derivato dallo studio della percezioneHSV

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Modello RGB

E’ basato sui 3 colori primari monocromatici:

R rosso - lunghezza d’onda λ=700nmG verde - λ=546.1nmB blu - λ=435.8nm

Tipico dei dispositivi di acquisizione e visualizzazioneSe i colori primari sono sommati producono il bianco

per questo motivo il modello RGB e’ di tipo additivoper produrre il bianco tutte le lunghezze d’ondavisibili sono trasmesse all’occhio

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Modello RGB

I colori primari R-G-B sono additivi. Il colorerisultante si ottiene in modo additivo dallecomponenti R-G-B

Black (0,0,0)White (1,1,1)Red (1,0,0)Green (0,1,0)Blue (0,0,1)

La diagonale principale dal punto (0,0,0) al punto(1,1,1,) rappresenta livelli di grigio. Ciascuno diquesti livelli ha uguale componente di R, di G e di B

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Cubo RGBR G B

Red 1,0,0

Green 0,1,0

Blue 0,0,1

Black 0,0,0

white 1,1,1

La diagonale principale dal punto (0,0,0) al punto (1,1,1) rappresenta livelli di grigio.

Un livello di grigio ha uguale componente di R, G, B

R G B

Red 1,0,0

Green 0,1,0

Blue 0,0,1

Black 0,0,0

white 1,1,1

La diagonale principale dal punto (0,0,0) al punto (1,1,1) rappresenta livelli di grigio.

Un livello di grigio ha uguale componente di R, G, B

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Spazi di colore

lo spazio RGB é rappresentato tramite il cubo RGB

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Caratteristiche del modello RGB

Un colore c è definito come somma pesata di trevalori r, g, b

c = rR + gG + bBdove r, g, b sono i pesi relativi ai 3 colori primari

Il sistema R-G-B è percettivamente non lineare: distanze uguali nello spazio RGB non corrispondono a senzazioni visive uguali

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Modello CMY- Cyan, Magenta, Yellow

C-M-Y sono i colori complementari dei coloriR-G-B

ciano (Cyan) (0,1,1) magenta (1,0,1) giallo (Yellow) (1,1,0)

Il modello CMY rappresenta lo stesso spaziodi colore del modello RGB ma utilizza i coloricomplementari

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RGB -> Cyan, Magenta, Yellow

I colori C-M-Y sono complementari dei coloriR-G-B

−

=

BGR

YMC

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RGB -> C MY

Ciano

Magenta

Yellow

−

=

=

001

111

110

C

−

=

=

010

111

101

M

−

=

=

100

111

111

Y

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Modello Cyan, Magenta, Yellow

I colori CMY sono detti primari sottrattivi. Possonoinfatti essere usati per sottrarre un colore dalla lucebianca

Il modello CMY si basa sulla capacita’ propriadell’inchiostro su carta di assorbire luce

Ad esempio se la luce bianca colpisce una superficiesu cui c’è un inchiostro di colore ciano, nessuna lucerossa – complementare del ciano- viene riflessa, ma viene assorbita

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Modello C MY K

K rappresenta il nero (blacK)il nero puo’ essere derivato direttamente dallacombinazione di C M e Y (ossia assorbendo tutti e trei colori base). Generalmente gli inchiostri di stampa contengonomolte impurita’, quindi questo modello dicombinazione del colore invece di produrre il neroproduce un marrone scuroCMYK e’ lo standard delle stampanti

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Spazio HSV

H = hue, tintaS = saturation, saturazioneV = value, luminosità

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Spazio HSV

Hue – tinta descrive la tinta del colore come coordinata angolare

( dal rosso 00 al rosso 3600)

Saturazione varia da 0 (colore desaturatogrigiastro) a 1 (colore puro) – lungo il raggio

V – luminosità varia lungo l’asse del cono

I livelli di grigio sono lungo l’asse del cono a saturazione 0

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Spazio HSV

Hue: e’ la tinta vera e propria.La qualità per cui distinguiamo unafamiglia di colori da un’altra

Saturazione: la distanza del colore dal grigio piu’ vicino. La qualità per cui distinguiamo un colore forte-puro- da uno debole

Valore o Luminosità: indica la quantita’ di luce o quantita’di bianco di un colore

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Sistema YIQ

E’ il sistema utilizzato nella trasmissione televisiva (Standard NTSC)

Un colore RGB può essere convertito in YIQ:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BI = 0.596R - 0.275G - 0.311BQ = 0.212R - 0.528G + 0.311B

dove Y – luminanza- è la componente di intensità, rappresenta un colore mediante un livello di grigio

I pesi riflettono la sensibilità dell’occhio ai colori primari RGB

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Sistema YIQ

I,Q codificano la cromaticità’

ll sistema YIQ è utile nella trasmissione delle immagini per ottimizzarne la codifica

Infatti il sistema visivo umano è più sensibile alla variazione di luminanza piuttosto che alla variazione di cromaticità: le componenti I,Q possono essere compresse più della componente Y