Sorgenti di luce Colori Riflettanza

Le Schede Didattiche di Profilocolore
IL COLORE
Sorgenti di luce
Colori
Riflettanza
Marcello Melis
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La luce:
natura e caratteristiche
La luce è una radiazione elettromagnetica
esattamente come lo sono:
le onde radio
i raggi X
i raggi gamma
Etc.
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La luce:
natura e caratteristiche
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La luce:
porzione di spettro EM visibile
Noi vediamo solo onde elettromagnetiche
con lunghezze d'onda comprese
tra i 400 nanometri (blu)
ed i 700 nanometri (rosso)
400 nm
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700 nm
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Oltre il visibile
Al di fuori di questa porzione di spettro
elettromagnetico
i nostri occhi non sono più sensibili
e anche in presenza di sorgenti di energia
a noi appare tutto buio
Spettro visibile
UV
Blue
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Green
Red
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IR1
IR2
IR3
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Sorgenti di luce
In generale una sorgente di luce emette
contemporaneamente molte radiazioni
di diverse lunghezze d'onda ed ampiezze
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Corpo nero e
temperatura di colore in Kelvin
Un corpo portato a
temperatura sufficientemente alta
(ad esempio un pezzo di ferro del fabbro)
emette uno spettro di radiazioni nel campo visibile
che ci appare di un certo colore.
Esiste una relazione fisica tra la
Temperatura del corpo (in gradi kelvin)
ed il Colore assunto
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Corpo nero e
temperatura di colore in Kelvin
1000 K
2500 K
5000 K
10000 K
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Il Sole
Le radiazioni emesse dal Sole sono (per fortuna...)
in parte assorbite dall'atmosfera
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Luce bianca
Noi chiamiamo luce BIANCA una
miscela di ampiezze e lunghezze d'onda
che somigli alla radiazione del Sole
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Luce colorata
Quindi consideriamo bianche la luce del Sole e tutte
le sorgenti che mettono una luce con una
composizione spettrale simile a quella del Sole.
Ogni volta che l'occhio viene raggiunto da una
radiazione con una composizione spettrale
abbastanza diversa da quella del Sole, allora
diciamo che stiamo vedendo un colore.
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Luce colorata
La luce può essere
colorata sin dalla sorgente
o diventare colorata
per riflessione su una superficie
o per trasmissione attraverso un vetro colorato
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Esempio: luce ad incandescenza
Le lampade ad incandescenza (ormai fuori
mercato per la scarsa efficienza) emettono una
radiazione pari a circa 2500 K.
Le lampade alogene (incandescenza ad alta
temperatura) emettono radiazioni equivalenti a
3200 K.
Per entrambi i tipi la maggior parte di energia
assorbita viene emessa nella zona degli
infrarossi, quindi non utile ai fini della visione
normale
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Esempio: luce ad incandescenza
La colorazione appare giallognola
(luce “calda”)
Non c'è grande differenza tra le due.
Grande emissione di IR!!
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Esempio: lampade a scarica di gas
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Esempio: luci LED
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Spettro di emissione
riflettanza e spettro riflesso
Il colore che noi percepiamo di una superficie o di
un oggetto è il risultato di come si combinano la
luce che illumina il nostro soggetto (illuminante)
con la natura della sulla superficie stessa che
potrebbe riflettere in modo diverso le varie
lunghezze d'onda contenute nella luce che lo
illumina.
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Spettro di emissione
riflettanza e spettro riflesso
Illuminante
(luce incandescenza)
Superficie - soggetto
X
=
Radianza spettrale:
Natura della luce che
raggiunge i nostri occhi
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Spettro di emissione
riflettanza e spettro riflesso
Il vero colore di una superficie è descritto da una curva, la
riflettanza spettrale, che indica per ogni lunghezza d'onda la
quantità di luce che viene riflessa.
La riflettanza non dipende dalla luce utilizzata.
Una superficie rossa non rifletterà lunghezze d'onda
corrispondenti al blu ed al verde, ma solo quelle nel rosso.
Una superficie rosso brillante rifletterà molto le lunghezze d'onda
del rosso, una superficie rosso scuro rifletterà le componenti del
rosso in misura minore
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Spettro di emissione
riflettanza e spettro riflesso
Radianza spettrale
Illuminante
/
Riflettanza spettrale
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=
Superficie - soggetto
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Spettro di emissione
riflettanza e spettro riflesso
Radianza spettrale
dipende
anche da:
Riflettanza spettrale
Illuminante
Superficie - soggetto
dipende
solo da:
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Importante!
Affinché una superficie appaia illuminata,
ovvero sia visibile, è necessario che lo
spettro della sorgente di luce e la
riflettanza spettrale della superficie
abbiano una
porzione di spettro in comune
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Esempi
Se illumino una superficie rossa, ad esempio,
con una luce blu
la superficie apparirà nera
Se illumino una superficie gialla con una luce verde
la superficie apparirà verde
perché una superficie gialla assorbe il blu, e riflette
sia il rosso che il verde
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Neutri, colori e riflettanza
Una superficie ha colore neutro (dal bianco al nero)
quando riflette in ugual misure tutte le lunghezze d'onda
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Neutri, colori e riflettanza
Una superficie ci appare colorata quando riflette
in modo diverso le diverse lunghezze d'onda
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Neutri, colori e riflettanza
La tacca rossa, ad esempio, non riflette quasi nulla tra i 400 ed i 600 nanometri,
poi dai 600 ai 700 mostra una forte riflettanza.
Se invece la riflettanza elevata si estende dai 500 ai 700nm,
allora siamo in presenza di un colore giallo
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Misura della riflettanza
Per i fisici il colore è un insieme di valori, è un grafico che rappresenta
la quantità di energia riflessa da una superficie al variare della lunghezza d'onda.
La riflettanza si misura utilizzando uno strumento: lo spettroradiometro.
Ma l'occhio umano non è in
grado di registrare così tante
informazioni per ogni singolo
colore.
Quello che fa l'occhio è una
misura sommaria delle
componenti intorno al blu, al
verde ed al rosso, secondo le
curve di sensibilità dei coni
della retina.
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Sensibilità dell'occhio e
Colorimetria
Curve di sensibilità dell'occhio
Color Matching Functions (CMF)
Curve di sensibilità standard
della colorimetria CIE '31,
derivate per trasmormazioni
matematiche da quelle dell'occhio
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Colorimetria
Nella colorimetria qualsiasi spettro nel visibile
viene pesato (valutato, misurato) attraverso tre
curve di sensibilità dette
Color Matching Functions.
Questa pesatura fornisce tre valori
(medie pesate: X, Y, Z) detti
coordinate colorimetriche dello spettro.
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Colorimetria e
coordinate colorimetriche
Superfici colorate
Coordinate colorimetriche
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
Riflettanze
Z
Y
X
medie
pesate
con le
CMF
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Curve di sensibilità
della fotocamera
Sono diverse da quelle dell'occhio
Sono diverse dalle CMF
Ma sono ottimizzate per discriminare al massimo i colori
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Fotocamera e
valori RGB
Superfici colorate
Componenti RGB della fotocamera
RGB RGB RGB RGB RGB RGB
Riflettanze
medie
pesate
con la
fotocamera
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B
G
R
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Dalla fotocamera (RGB)
alla colorimetria (X Y Z)
Superfici colorate
Bilanciamento del bianco
RGB RGB RGB RGB RGB RGB
Profilo di colore della fotocamera (file.ICC)
(conversione RGB → XYZ)
XYZ
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XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
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XYZ
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Diagramma di cromaticità
X Y Z:
coordinate colorimetriche assolute
x y z:
coordinate colorimetriche relative
(perdita misura luminosità)
x y:
coordinate cromatiche
diagramma di cromaticità
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Dalla scena fisica alle misure
Spettrofotometro/
spettroradiometro
Colorimetro
XYZ
XYZ
Termocolorimetro
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XYZ
XYZ
XYZ
KKKKKK
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XYZ
Dalla scena fisica alle misure
Bilanciamento del bianco
RGB RGB RGB RGB RGB RGB
Profilo di colore
della fotocamera (file.ICC)
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
Coordinate colorimetriche PER OGNI PIXEL della scena
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