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Daniele Marini, Maurizio Rossi
Modelli del colore1 - Fondamenti
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Gli attributi del colore• TintaTinta - se non c’è tinta il colore è acromaticoacromatico• SaturazioneSaturazione - percentuale della componente acromatica di un colore (cresce al calare di questa)
• CromaticitàCromaticità - attributo della percezione del colore composto dagli attributi tinta e saturazione
• LuminositàLuminosità - si applica solo per gli oggetti che sono considerati isolati e la luce raggiunge l’occhio solo dall’oggetto preso in considerazione, scientificamente è meglio espressa da uno dei seguenti attributi:
• ChiarezzaChiarezza - prodotta dalla presenza di un secondo stimolo e comunemente implica una comparazione è tipica delle superfici riflettenti• BrillanzaBrillanza - quantità di livello di grigio o di fluorescenza (livello di grigio negativo) in relazione a ciò che circonda l’oggetto è tipica delle superfici che emettono luce (sorgenti)
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Ruota dei colori
La tintaLa tinta• Nella tavolozza del pittore le tinte pure sono distribuite ad
arco• Una tinta pura è:
– un colore monocromatico dell’arcobaleno ovvero
– una luce monocromatica composta da una sola lunghezza d’onda
– ovvero un colore completamente saturo
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SaturazioneQuantità di tinta pura che deve essere mescolata al bianco per produrre il colore percepito
Non basta la ruota dei colori, occorre una seconda dimensione: il grigio/bianco è al centro
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Lo spazio dei colori
LuminositàIntensità della luceNon basta il cerchio dei colori, occorre una terza dimensione:
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Sistemi di ordinamento del colore
• Atlanti colore:– Munsell– DIN 6164– OSA– NCS
• Campionari colore– Pantone, Ral, commerciali……
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Sistema di Munsell (1904)
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Munsell Book
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Sistema di Munsell
Elegante ed intuitivo
Problema:Ambientare i colori in uno spazio oggettivo (misurabile)con le caratteristiche positive del sistema di Munsell (intuitività)
Soggettivo
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Colore: fisica o psiche?
• Le teorie del colore si contrastano su due posizioni estreme:– Newton: il colore come stimolo di origine fisica– Goethe: il colore come fenomeno psico-
fisiologico
• Edwin Land (Polaroid): tenta la sintesi con la teoria Retinex
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La teoria del TristimoloHermann von Helmholz1867, HeidelbergOttica FisiologicaOttica Fisiologica
Per primo individua conie bastoncelli e formula la
teoria del tristimoloteoria del tristimolo
Verso una definizione Verso una definizione matematica del colore!matematica del colore!
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La percezione: la retinaLa percezione: la retina
• Le cellule che compongono la retina si suddividono in due categorie:
1. I bastoncelli: sono sensibili ai livelli di luminanza
2. I coni: sono di tre tipi:I. I coni sensibili alle lunghe lunghezze d’onda (rosso)
II. I coni sensibili alle medie lunghezze d’onda (giallo verde)
III. I coni sensibili alle corte lunghezze d’onda (blu)
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Sensibilità spettrale dei coni
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Log sensibilità spettrale dei coni
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Altre teorie del colore
Helmholz era consapevole del problema della costanza cromatica
Teoria dei colori opposti di Hering: 6 stimoli cromatici:
rossorosso, , verdeverde, , blublu, e tre coppie antagoniste: biancobianco/nero/nero, giallogiallo//blublu rossorosso//verdeverde :
Impossibile concepire un “rosso verdastrorosso verdastro” o un “giallo giallo bluastrobluastro”
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Tristimolo: Color matchingEsperimenti di Wright (1928) e Guild (1931)
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Risultati di Wright(1928)
Risultati di Guild(1931)
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•I valori negativi delle curve indicano che in alcuni casi occorre spostare un primario nell’area campione, il che corrisponde a sottrarlo dal campo di test
•L’esperimento dimostra che per ottenere un colore bastano tre primari (legge di Grassmann)
•Lo spazio dei colori è uno spazio lineare: un colore può essere espresso come combinazione lineare dei primari.
•I primari sono stati derivati dall’esperimento W-G definendo l’osservatore standard CIE - l’osservatore standard CIE - Commission Internationale de l’Eclairage nel 1931
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Tristimolo: l’osservatore standard CIETristimolo: l’osservatore standard CIE
• Le curve ottenute da Wright e Guild furono trasformate matematicamente per ottenerne altre tre equivalenti in cui:
1. I valori negativi furono eliminati
2. La curva del verde fu imposta uguale a V()
3. Quella del blu fu posta = 0 per un ampio tratto
4. Per tutte e tre le curve fu imposto di avere area sottesa uguale (ovvero pari energia)
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Tristimolo: l’osservatore standard CIETristimolo: l’osservatore standard CIE• Il risultato è un tris di funzioni dette di
sensibilità dell’osservatore standard CIE(color matching function)
)(
)(
)(
zyx
)(
)(
)(
zyx
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I valori di tristimolo CIE XYZI valori di tristimolo CIE XYZ
• Data una luce di radianza spettrale (colore) LLee(()) si ottengono i valori di tristimolo X Y X Y
ZZ dalle formule (dove K(555) = Kmax=683lm/W)
dzLKZ
dyLKY
dxLKX
e
e
e
)()()555(
)()()555(
)()()555(
780
380
780
380
780
380
∫
∫
∫
⋅=
⋅=
⋅=
dzLKZ
dyLKY
dxLKX
e
e
e
)()()555(
)()()555(
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780
380
780
380
780
380
∫
∫
∫
⋅=
⋅=
⋅=
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L’osservatore standard CIEL’osservatore standard CIE
• I valori di tristimolo corrispondono ad una misura numerica di tinta, saturazione e luminosità?
• Risposta:– Y è la luminanza Lv (luminosità)!! Infatti:
– X e Z purtroppo non sono tinta e saturazione
• I ricercatori cercarono di ottenere i valori di tinta e saturazione con un passaggio ulteriore
∫∫ ∫ ====780
380
780
380
780
380
maxmax )()()()()()( veee LdKLdVKLdyLKY λλλλλλλλλ ∫∫ ∫ ====780
380
780
380
780
380
maxmax )()()()()()( veee LdKLdVKLdyLKY λλλλλλλλλ
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Lo spazio del colore CIELo spazio del colore CIE• Nello spazio colore X Y ZX Y Z dei valori di
tristimolo si osserva sperimentalmente che tutti i colori percepibili stanno dentro un cono deforme
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Le coordinate cromatiche CIELe coordinate cromatiche CIE
• X+Y+Z=1 è l’equazione di un piano su cui la luminanza è costante
• Dai valori di tristimolo X Y ZX Y Z si ottennero le coordinate cromatiche x y zx y z tramite la trasformazione:
ZYX
Zz
ZYX
Yy
ZYX
Xx
++=
++=
++= ; ;
ZYX
Zz
ZYX
Yy
ZYX
Xx
++=
++=
++= ; ;
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Il diagramma di cromaticità CIEIl diagramma di cromaticità CIE
• xx e yy sono le coordinate di un sistema cartesiano su cui si rappresenta una sezione del cono dei colori a prescindere dalla luminanza Y: Il diagramma di cromaticità CIE
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Definizione matematica del colore (x y Y)Definizione matematica del colore (x y Y)• x e y non sono purtroppo tinta e saturazione,
tuttavia• Tramite il diagramma di cromaticità da x e y si
ottengono la tinta e la saturazione• Quindi un colore risulta completamente definito
dalla tripletta di valori (x y Y):(x y Y): coordinate cromatiche più luminanza
A partire dalle terna (x, y, Y) è possibile ricavare i valori di tristimolo X, Y e Z attraverso le relazioni:
X = x Y/y , Y = Y, Z = (1- x - y) Y/y
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Proprietà diagramma CIE
• Linearità
• Purezza
• Lunghezza d’onda dominante
• Lunghezza d’onda complementare
• Colori complementari
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Problema: Metamerismo
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∫∫∫
=
=
=
d)()(
d)()(
d)()(
zLZ
yLY
xLX
e
e
e
Non esiste corrispondenza biunivoca tra distribuzione spettrale di radianza e valori di tristimolo
)(eL
Problema: Metamerismo