L'adattamento cromatico

• l'adattamento alla luce
• l'adattamento al buio
• l'adattamento cromatico

• Nel primo caso l'adattamento è abbastanza rapido (pochi secondi) ed è ottenuto sia da un adattamento della sensibilità degli organi recettori (i coni) sia dal restringimento della pupilla;
• nel secondo caso l'adattamento è un po' più lento ed è ottenuto sempre adattando la sensibilità dei coni  e dei bastoncelli e dall'allargamento della pupilla;
• nel terzo caso è ottenuto modificando selettivamente la sensibilità dei coni: ad esempio in presenza di una luce di tonalità fredda (contenente più blu), l'adattamento cromatico è ottenuto abbassando la sensibilità dei coni "S", più sensibili alle lunghezze d'onda più corte. In circa 1 minuto riusciamo ad avere un adattamento cromatico quasi totale.

L'adattamento cromatico fa sì che percepiamo comunque come bianco un bianco che è magari di tonalità più calda o più fredda. Solo osservandoli contemporaneamente ci rendiamo conto che si tratta di due bianchi differenti. Per questo motivo non si può dire che esista un bianco più bianco degli altri. Lo stesso tristimolo equienergetico E è preso come riferimento (in certi casi), per comodità "matematica".

Siamo portati a considerare bianca la luce solare diurna, ma anche qui, a seconda dell'ora, della stagione, e della condizione meteorologica abbiamo a che fare con luci "bianche" differenti.

La temperatura di colore

Il concetto di temperatura di colore è importante per potere dare un indicazione, utilizzando un solo valore, della tonalità di una sorgente luminosa, e della luce da questa emessa.

Si basa sul fatto che un corpo nero, ossia un corpo che assorbe completamente la radiazione luminosa con cui viene illuminato, se portato ad alta temperatura emette una radiazione che ha lo spettro che dipende dalla temperatura a cui è portato.

La forma di tale spettro del corpo nero, in funzione della sua temperatura assoluta (ossia espressa in gradi kelvin), è regolato dall'equazione di Planck.

Si può pensare di realizzare un corpo nero con una sfera cava, con una minuscola apertura, annerita internamente: una radiazione luminosa che penetrasse all'interno della sfera, colpendo la superficie interna, ne verrebbe quasi interamente assorbita. La parte (piccola) che non venisse assorbita colpirà la superficie e ne verrà nuovamente quasi completamente assorbita. Dopo alcune riflessioni sulla superficie interna la radiazione sarà contemporaneamente assorbita.

Dal punto di vista qualitativo il suo comportamento si può descrivere così:

• portato a una temperatura relativamente bassa, il corpo nero emette una radiazione che ha prevalenza di lunghezze d'onda nel campo dell'infrarosso;
• aumentando la temperatura comincia ad aumentare la presenza di lunghezze d'onda nel campo del rosso, e successivamente  nel giallo;
• attorno ai 5000 K (gradi kelvin, corrispondenti a 5000 - 273 = 4727 °C) il corpo nero emette una radiazione bianca, in quanto emette in tutto lo spettro visibile;
• aumentando ancora la temperatura il corpo nero emetterà sempre meno nel campo del rosso, e la radiazione tenderà a diventare azzurrognola.

Un corpo reale (si pensi a un pezzo di ferro scaldato sulla fiamma), ha un comportamento che, qualitativamente, è analogo (ma la forma dello spettro non è regolata dalla legge di Planck).

• una temperatura di colore di circa 2700 K corrisponde a una luce di tonalità calda (lampadina alogena);
• una temperatura di colore attorno ai 5500 K corrisponde alla luce diurna "media";
• una temperatura di colore di 6500 K corrisponde al bianco del normale monitor;

Chiamiamo calda una luce che contiene rosso e giallo, per affinità mentale con il fuoco, e chiamiamo fredda una luce azzurrognola, per affinità mentale con l'acqua e il ghiaccio.

Ne nasce il paradosso che chiamiamo luce calda una luce con bassa temperatura di colore, e luce fredda una luce con alta temperatura di colore.

Illuminanti standard

La CIE ha stabilito alcuni illuminanti standard che sono utili per le valutazioni colorimetriche.

Uno di questi lo abbiamo già visto: è l'illuminante E, o equienergetico. Ha spettro con radianza spettrale costante in tutto il campo del visibile. La sua cromaticità è data nello spazio CIE 1931 dalle coordinate x= 0,3333 y=0,3333. Non è definibile esattamente la sua temperatura di colore

L'illuminante A è analogo a una lampada a incandescenza con temperatura di colore di 2856 K;

Gli illuminanti B (simile alla luce del giorno a mezzogiorno di circa 4900 K) e C (simile alla luce media del giorno con cielo coperto, circa 6800 K) sono poco usati.

Gli illuminanti D ("D" come daylight) corrispondono (circa) alla radiazione emessa da un corpo nero alla temperatura di colore indicata dalle due cifre moltiplicate 100 che seguono la "D". Così ad esempio D75 significa illuminante D con temperatura emessa da un corpo nero a 7500 K. I più importanti sono:

• D50: è l'illuminante standard per misure colorimetriche nel settore della stampa;
• D55: è l'illuminante standard per misure colorimetriche nel settore della fotografia e cinematografia;
• D65: è  l'illuminante standard per misure colorimetriche nel settore dell'industria tessile e dell'industria ceramica. È assai simile al bianco del monitor.

Nella tabella di seguito sono mostrate le coordinate xy del piano di cromaticità degli illuminanti standard principali

Ovviamente non di tutti gli illuminanti, né, in generale, di tutte le sorgenti luminose, è possibile definire la temperatura di colore, ma solo quelle che hanno una cromaticità comparabile a quella del corpo nero portato a una certa temperatura, ossia quelle la cui cromaticità sta sulla curva delle temperature di colore sopra rappresentata.

I "limiti" di MacAdam e i colori ottimali

Lo spazio CIE 1931 può essere utilizzato per rappresentare indifferentemente i colori autoluminosi o i colori superficiali.

Per i colori autoluminosi i valori di X, Y,  Z non hanno un limite superiore e, poiché la Y rappresenta la luminanza, ossia la misura dell'attributo della brillanza, essa assume un valore molto grande quando la sorgente di colore è molto luminosa.

Quando abbiamo a che fare invece con dei colori superficiali, cioè quelli che per essere osservati hanno bisogno di essere illuminati, l'attributo della brillanza, come abbiamo visto parlando degli attributi percettivi, ha minore importanza, mentre è più importante l'attributo percettivo della chiarezza. In questo caso la Y rappresenta la riflettanza del colore, che quindi è la misura dell'attributo della chiarezza.

Poiché la riflettanza può valere da 0 a 1 (o da 0% a 100% se lo si esprime in percentuale), così la Y vale da 0 a 1 o da 0 a 100.

Di solito si preferisce utilizzare per la Y proprio la scala da 0 a 100.

Osserviamo che la saturazione massima che può avere un colore superficiale dipende dalla sua chiarezza.

Infatti se un colore ha chiarezza massima (quindi Y = 100) esso riflette tutta la luce con cui è illuminato, e quindi non può che essere un bianco, che ha saturazione nulla.

I colori posti sul limite del gamut invece sono i colori monocromatici, ma i colori monocromatici hanno lo spettro costituito da un "picco" in corrispondenza di una sola lunghezza d'onda, e poiché l'area sottesa dal grafico dello spettro rappresenta la quantità di radiazione riflessa, che in questo caso è nulla, ne deriva che i colori monocromatici superficiali hanno per forza Y = 0

Questi sono i due casi limite. I casi intermedi sono rappresentati dai limiti di MacAdam (dal nome del fisico statunitense che nel 1935 li teorizzò e li calcolò: David Lewis MacAdam).

Limiti di MacAdam per l'illuminate E

Il grafico va interpretato così: prendendo la curva contrassegnata, ad esempio, con il valore 30, essa rappresenta il limite di MacAdam per Y=30. Questo sta a significare che tutti i colori che stanno all'esterno di tale curva non possono avere Y superiore a 30. I colori su tale curva che hanno Y = 30 (quindi il valore massimo che potrebbero avere), sono detti colori ottimali per Y = 30.

I limiti di MacAdam dipendono dall'illuminante utilizzato. Ciò significa che la figura, utilizzando un illuminante diverso avrebbe i limiti leggermente differenti.

I "difetti" dello spazio CIE 1931

Lo spazio CIE 1931 ha il vantaggio principale della relativa semplicità matematica, che risulta particolarmente utile quando si ha a che fare con colori autoluminosi.

Si pensi alla sintesi addittiva, propria dei colori autoluminosi. Come abbiamo visto:

• due colori miscelati addittivamente danno un colore che ha coordinate X, Y, Z che sono somma delle rispettive coordinate X, Y, Z dei due colori di partenza;
• due colori miscelati addittivamente rappresentati sul piano di cromaticità xy da due punti A e B danno un colore che è rappresentato da un punto C che è collocato sul segmento di retta congiungente A e B;
• nel piano di cromaticità xy i colori ottenibili per sintesi addittiva da tre primari sono tutti all'interno del triangolo che ha per vertici i punti rappresentanti i tre primari.

Tutto questo fa sì che continui a risultare molto comodo per la rappresentazione dei colori autoluminosi.

Con i colori superficiale invece mostra qualche limitazione.

Si osservi il piano di cromaticità xy: lo spazio occupato dai verdi è molto più grande di quello occupato dai rossi e dai blu. Ciò riflette il comportamento del nostro occhio, che è molto più sensibile al verde che al blu o al rosso, ma si porta dietro il difetto che non si possono fare corrispondere, nel piano xy (ma neanche nello spazio XYZ) lunghezze di segmenti a differenze di colore:

Si ipotizzi che i colori A, B, C, D, F, G rappresentati abbiano tutti la stessa Y.

I colori A e B vengono percepiti come due verdi molto simili, i colori C e D come due blu abbastanza diversi, ed F e G come due rossi abbastanza diversi. Eppure le lunghezze dei  segmenti AB , CD e FG sono uguali. Pertanto non si può nello, spazio CIE 1931, utilizzare la distanza tra due punti come misura della differenza di colore (è stato sempre MacAdam a inquadrare teoricamente il problema).

Infine i colori superficiali risultano avere delle coordinate cromatiche diverse a seconda dell'illuminante con con cui sono osservati (e quindi lo stesso colore è rappresentato da punti differenti a seconda dell'illuminante con cui è osservato), mentre, a causa dell'adattamento cromatico all'illuminante, noi tendiamo a vedere il colore superficiale come sempre lo stesso, anche se cambiamo illuminante.

Ponendosi dunque questi problemi la CIE è giunta a definire altre rappresentazioni dello spazio colorimetrico che tengono conto dell'adattamento all'illuminante, gli spazi CIE 1976 CIELUV e il CIELAB.

Ci limiteremo a studiare lo spazio CIELAB (che deve il suo nome alle coordinate che utilizza L*, a* e b*), e lo faremo nel prossimo capitolo.

Tale spazio risulta il più utilizzato per la rappresentazione e la specificazione dei colori superficiali. Ha per questo grandissima importanza nel settore della stampa.

<< Paragrafo precedente << >>Paragrafo successivo >>