Mescolanza additiva

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La mescolanza additiva o sintesi additiva di due o più colori consiste nel far pervenire all'apparato visivo umano (nel seguito chiamato anche brevemente occhio) due o più fasci luminosi che singolarmente producono sensazioni di colore distinte (ad esempio rosso e verde) in modo da produrre la sensazione di un altro colore (ad esempio giallo).

Figura 1. Mescolanza additiva verde e rosso ottenuta per proiezione su uno schermo bianco in una stanza buia. Dove i due fasci luminosi si sovrappongono appare il giallo.
Figura 2. Mescolanza additiva a mosaico. Osservate a distanza, le tessere rosse e verdi si fondono e appare il colore giallo.

La mescolanza dei fasci luminosi si può ottenere in diversi modi; ad esempio:

  1. proiettando su uno schermo, normalmente bianco, due o più fasci colorati in modo che si sovrappongano e pertanto vengano riflessi "sommati" verso l'occhio (v. figura 1);
  2. facendo pervenire all'occhio i fasci colorati non contemporaneamente, ma in rapida successione; la "somma" in questo caso è temporale ed è dovuta alla persistenza delle immagini sulla retina;
  3. creando un mosaico di tessere colorate giustapposte e sufficientemente piccole che, se osservate da un'opportuna distanza, vengono "sommate" nell'occhio, il cui potere risolvente non riesce a separarle (v. figura 2); i colori prodotti da uno schermo televisivo sono ottenuti con questo metodo.


Gli esordi[modifica | modifica wikitesto]

La dimostrazione che nuovi colori possono essere ottenuti come "somma" di altri colori si può far risalire a Isaac Newton, che nel 1666 provò che la luce solare, che appare bianca, è in realtà una mescolanza di tutti i colori dello spettro visibile. Poco più di cinquant'anni dopo, nel 1722, l'ipotesi che però bastasse un numero limitato di colori per produrne moltissimi altri fu messa in pratica da Jacob Christoph Le Blon, inventore di un sistema di stampa a tre colori e, con l'aggiunta del nero, a quattro colori. Nel suo libro Coloritto; or the Harmony of Colouring in Painting/L'Harmonie du coloris dans la peinture del 1725, Le Blon però non parla solo del principio su cui si basa tale sistema, cioè la sintesi sottrattiva, ma anche della sintesi additiva. Scrive infatti: "La pittura può rappresentare tutti gli oggetti visibili con tre colori: giallo, rosso e blu; tutti gli altri colori possono essere formati da questi tre, che chiamo primitivi […] E una miscela di questi tre colori originari produce un nero e anche qualsiasi altro colore. […] Sto parlando solo di colori materiali, o quelli usati dai pittori; una miscela di tutti i colori primitivi impalpabili, cioè che non si possono toccare con mano, non produrrà il nero, ma il suo esatto contrario, il bianco" (v. figura 3).

Figura 3. Una pagina del Coloritto, in cui Le Blon parla della sintesi dei colori.

Nel 1801 Thomas Young, in una lettura tenuta il 12 novembre presso la Royal Society di Londra, pone le basi della teoria tricromatica della visione, che sarà ripresa in seguito da Hermann von Helmholtz, ipotizzando che la retina contenga tre tipi di recettori sensibili a tre bande dello spettro visibile,[1] ciò che permetterà di sviluppare e spiegare i sistemi di riproduzione dei colori a partire da colori primari. Nel 1861 James Clerk Maxwell, durante una lezione al King's College di Londra, proietta la prima fotografia tricromatica a colori (v. figura 4), ottenuta con la collaborazione di Thomas Sutton e basata proprio sulla sintesi additiva. Per produrla furono scattate tre diverse fotografie su lastra usando tre filtri: rosso, verde e blu. Dai negativi vennero ricavate tre lastre positive che furono proiettate a registro con tre proiettori a loro volta muniti degli stessi filtri colorati.

Figura 4. La prima fotografia tricromatica a colori, prodotta da Maxwell nel 1861, ritrae un fiocco colorato.

Le basi[modifica | modifica wikitesto]

La sintesi da parte dell'occhio di una gamma più o meno estesa di colori a partire da due o più colori è sempre basata sulla mescolanza di raggi luminosi. Questo vale sia per la sintesi additiva, qui trattata, sia per quella sottrattiva.

Alla base sta il fatto che ciò che era stato ipotizzato da Young corrisponde al vero, poiché nella retina sono presenti i coni, cioè tre tipi di fotorecettori che contengono tre diversi pigmenti colorati che agiscono da filtri, cioè assorbono tre diverse gamme dello spettro elettromagnetico. Le curve che indicano la sensibilità spettrale (cioè alle varie lunghezze d'onda) dei tre tipi di coni, indicati con le lettere greche ρ, γ, β,[2] sono mostrate nella figura 5.[3] La striscia colorata sotto le tre curve mostra i colori corrispondenti alle varie lunghezze d'onda.

Figura 5. Curve di sensibilità spettrale dei tre tipi di fotorecettori umani responsabili della visione a colori.

Come si può notare le tre curve in buona parte si sovrappongono: ad esempio i coni ρ e i coni γ sono entrambi sensibili alle lunghezze d'onda del giallo (cioè alle lunghezze d'onda che l'occhio percepisce come giallo), ed esistono anche lunghezze d'onda a cui sono sensibili tutti e tre i tipi di coni.

La figura già permette di spiegare a grandi linee il funzionamento della sintesi additiva. Se le frequenze di due o più fasci luminosi stimolano due o tre tipi di coni, il sistema visivo sintetizza il colore che verrebbe prodotto da un'unica lunghezza d'onda che stimolasse nello stesso modo gli stessi due o tre tipi di coni. Ad esempio due raggi luminosi che stimolassero uno prevalentemente i coni ρ e l'altro prevalentemente i coni γ e che quindi singolarmente sarebbero percepiti come rosso e verde, inviati insieme all'occhio, ad esempio con uno dei tre metodi indicati all'inizio, sarebbero percepiti come giallo.

Quanto appena detto può essere ottenuto con due o più stimoli di colore (come sono usualmente chiamati i fasci luminosi che stimolano i coni) qualsiasi. Tuttavia la sintesi additiva, come la si intende attualmente nei procedimenti di riproduzione dei colori, ha un obiettivo molto più ambizioso: riuscire, con un numero limitato di stimoli di colore, possibilmente tre (dal momento che esistono tre tipi di coni sensibili a tre diverse bande di colore), a riprodurre il maggior numero di colori, possibilmente tutti i colori visibili.

La riproduzione dei colori per sintesi additiva tricromatica[modifica | modifica wikitesto]

Figura 6.
Figura 7.

Per potere riprodurre tutta la gamma di colori visibili usando tre stimoli di colore occorrerebbe che ciascuno fosse in grado di stimolare solo uno dei tre tipi di coni, e che ciascuno avesse una lunghezza d'onda (o lunghezze d'onda, se non è monocromatico) a cui i coni fossero apprezzabilmente sensibili. Tuttavia nessuna delle due condizioni può essere soddisfatta. Nella figura 6, ad esempio, sono indicati, con le linee colorate verticali, tre stimoli di colore monocromatici (cioè costituiti da una sola lunghezza d'onda) che permetterebbero la sintesi di buona parte dei colori visibili (anche se non tutti; ad esempio sarebbero esclusi i verdi molto saturi), ma in pratica non utilizzati perché i due stimoli blu e rosso si trovano vicino agli estremi dello spettro visibile dove i coni sono poco sensibili. Gli stimoli in figura 7 sono migliori da questo punto di vista, ma a loro volta non permettono la sintesi di tutti i colori col massimo della saturazione.[4]

Nelle applicazioni pratiche vengono quindi usati stimoli di colore che si discostano da quelli visti e che sono scelti sia in base al tipo di dispositivo con cui vengono prodotti, sia con l'intento di ottenere la massima gamma possibile di colori senza un eccessivo dispendio energetico. Normalmente, a questi scopi, i tre stimoli non sono monocromatici (anche se singolarmente sono percepiti come rossi, verdi e blu) e le loro bande sono più larghe di quelle mostrate nella figura 7. I tre stimoli usati vengono usualmente indicati con le lettere R, G e B e vengono anche chiamati colori primari additivi, o anche colori (primari additivi) RGB, ovviamente con riferimento alla sintesi tricromatica.[5]

Le figure 8, 9 e 10, più precisamente le aree piene colorate, mostrano tre tipiche terne di colori primari RGB usate in pratica, e più precisamente la loro potenza spettrale. Sono anche indicate, per confronto, le curve di sensibilità spettrale dei coni (le stesse della figura 5). Le aree nella figura 8 sono relative alla potenza spettrale trasmessa da lampade di proiezione filtrate con filtri RGB; quelle nella figura 9 sono relative alla potenza di emissione dei fosfori RGB usati nei televisori a colori; quelle nella figura 10 sono relative alla potenza spettrale trasmessa da LCD retroilluminati e filtrati con filtri RGB, usati nei televisori a colori.

Figura 8. Potenza spettrale di lampade di proiezione RGB.
Figura 8. Potenza spettrale di fosfori RGB.
Figura 8. Potenza spettrale di LCD RGB retroilluminati.




Descrizione[modifica | modifica wikitesto]

L'esempio classico è quello di due fasci di luce colorata (per esempio rossa e verde), proiettati sulla parete bianca di una stanza scura in modo che si sovrappongano. I due stimoli luminosi (quello della luce rossa e quello della luce verde) vengono riflessi dalla parete e giungono simultaneamente e immutati all'occhio, dove incidono sulla stessa area di retina. Dal punto di vista fisico non avviene alcuna interferenza tra i due fasci luminosi (quello rosso e quello verde), ma il sistema visivo percepisce il colore risultante dalla mescolanza dei due stimoli come giallo. Il giallo è, in questo caso, un colore prodotto dalla mescolanza additiva del rosso e del verde.

La mescolanza additiva può avvenire anche per media spaziale o temporale.

Nella mescolanza additiva in media spaziale, piccoli punti colorati non distinguibili dall'occhio, vengono mescolati additivamente dall'occhio. Per esempio dei piccoli punti rossi stampati su carta bianca, se visti da sufficiente distanza, causano la percezione del colore rosa. Il rosa è, in questo caso, un colore prodotto dalla mescolanza additiva in media spaziale del bianco e del rosso. Questo principio viene usato nei monitor e televisori a colori, dove il colore di ogni pixel è formato dalla mescolanza additiva dei colori di tre subpixel molto piccoli e vicini, ma non sovrapposti. Lo stesso principio è utilizzato nella stampa in mezzatinta e, in parte, nella stampa in quadricromia e nella pittura puntinista. Alcuni dei primi tentativi di fotografia a colori (Autochrome) e di cinematografia a colori (Biocolor e Technicolor Process 1) sfruttavano la mescolanza additiva in media spaziale.

Alcuni quadri di Roy Lichtenstein amplificano le tecniche di disegno dei fumetti, che utilizzano a loro volta la tecnica della mezzatinta. Per esempio, a distanza sufficiente un viso appare rosa, ma questo colore è prodotto dalla mescolanza additiva del bianco della carta e del rosso dei punti.

Nella mescolanza additiva in media temporale, diversi stimoli di colore colpiscono l'occhio non contemporaneamente, ma in rapida successione. Per esempio, se si dipingono i settori di un disco con diversi colori (disco di Newton) e il disco viene fatto ruotare velocemente, sulla stessa area della retina cade una rapida successione di lampi luminosi. L'osservatore percepisce un nuovo colore, prodotto dalla mescolanza additiva in media temporale dei colori del cerchio. Alcuni dei primi tentativi di cinematografia a colori (Kinemacolor) sfruttavano la mescolanza additiva in media temporale, proiettando in rapida successione fotogrammi di diverso colore.


Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Le parole di Young sono: "Siccome è pressoché impossibile supporre che ogni punto sensibile della retina contenga un numero infinito di particelle capace ciascuna di vibrare in perfetto unisono con ogni possibile onda, diventa necessario supporre che il loro numero sia limitato, ad esempio ai tre colori principali rosso, giallo e blu". La lettura è stata pubblicata, col titolo "The Bakerian Lecture. On the Theory of Light and Colours", in Philosophical Transaction, of the Royal Society of London. For the Year MDCCCII, Royal Society of London, 1802.
  2. ^ I tre tipi di coni sono anche chiamati, in letteratura, R, G e B perché sensibili principalmente alle zone rossa (red), verde (green) e blu (blue) dello spettro, o L, M e S (cioè long, medium e short, con riferimento alle lunghezze d'onda). I simboli qui adottati sono gli stessi proposti da R.W.G. Hunt e da M.R. Pointer nei loro due testi citati in bibliografia.
  3. ^ Esistono diversi metodi per ottenere tali curve e non è stato finora raggiunto un accordo su quale sia il migliore; pertanto ne esistono diverse famiglie, fortunatamente però abbastanza simili. Le differenze riguardano soprattutto le tre lunghezze d'onda cui corrispondono i tre massimi. Nella figura 5 sono state usate per i massimi le lunghezze d'onda riportate in: O. Estévez, On the fundamental data-base of normal and dichromatic color vision, Ph.D. Thesis, University of Amsterdam, Krips Repro Meppel, Amsterdam, 1979. Inoltre le curve sono state normalizzate, cioè i tre massimi sono stati portati tutti al 100%.
  4. ^ Si noti che il termine saturazione fa riferimento a un aspetto percettivo dei colori, cioè alla purezza con cui vengono percepiti, e quindi è soggettivo; a questo aspetto percettivo corrisponde un aspetto oggettivo dello stimolo che li produce, e che è chiamato proprio purezza.
  5. ^ I tre colori primari additivi tricromatici, pur essendo dei verdi, dei rossi e dei blu, in modo da far percepire un'apprezzabile gamma di colori, variano ovviamente a seconda del dispositivo usato per la loro produzione. Naturalmente la sintesi additiva è possibile anche con qualsiasi numero di primari maggiore o uguale a due.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • R.W.G. Hunt, The Reproduction of Colour, sesta edizione, Wiley, 2004.
  • R.W.G. Hunt, M.R. Pointer, Measuring Colour, quarta edizione, Wiley, 2011.
  • M.D. Fairchild, Color Appearance Models, seconda edizione, Wiley, 2005.
  • E.J. Giorgianni, T.E. Madden, Digital color management, seconda edizione, Wiley, 2008.
  • G. Wyszecki, W.S. Stiles, Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, seconda edizione, Wiley, 1982.
  • C. Oleari (a cura di), Misurare il colore, Hoepli, 1998.
  • G.A. Agoston, Color Theory and Its Application in Art and Design, seconda edizione, Springer, 1987.
  • D.B. Judd, G. Wyszecki, Color in Business, Science, and Industry, terza edizione, Wiley, 1975.
  • CIE, International Lighting Vocabulary, terza edizione, 1970.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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