LUCE, VISIONE E COLORE
LE GRANDEZZE FOTOMETRICHE
Luce,visione e colore
la visione
La visione è quel complesso
fenomeno che ci permette di
acquisire informazioni
sull’ambiente circostante, per
effetto delle radiazioni che riceve
l’occhio.
Circa l’ 80% delle impressioni
sensoriali umane è di natura ottica:
ciò dimostra l’importanza della
luce, naturale ed artificiale, quale
veicolo di informazioni per
svolgere molteplici attività.
L’occhio è l’organo periferico della
visione.
Luce,visione e colore
la visione – l’occhio
L’apertura da dove entra la luce si chiama
pupilla, le sue dimensioni vengono
regolate dall’iride, vero e proprio
diaframma che controlla la quantità di luce
che entra nell’occhio.
La luce poi passa dal cristallino che è una
lente che serve a mettere a fuoco
l’immagine che infine viene proiettata
rimpicciolita e capovolta sulla retina.
Il diametro della PUPILLA, in presenza di
elevati illuminamenti, diminuisce fino ad
arrivare ad un diametro minimo di circa 2,5 mm
mentre, in presenza di bassi illuminamenti,
aumenterà fino a raggiungere un diametro
massimo di circa 7,5 mm.
Luce,visione e colore
la visione – l’occhio
I raggi di luce vengono messi a fuoco
grazie a 127 milioni di fotorecettori
presenti sulla retina di ciascun occhio
e trasformati in segnali elettrici che il
nervo ottico provvede a trasmettere
alle aree celebrali. I fotorecettori sono
di due tipi: coni e bastoncelli.
Luce,visione e colore
la visione – fotopica e scotopica
I coni, disposti al centro della retina, nella fovea,
sono responsabili della visione fotopica o diurna
“a colori”.
Ogni occhio possiede circa 7 milioni di coni
preposti a rilevare i colori.
Ai bastoncelli, disposti nelle zone periferiche
della retina è affidata la visione scotopica o
notturna “in bianco e nero”.
Ogni occhio possiede circa 120 milioni di
bastoncelli preposti a rilevare le forme chiare e
scure, ed anche i movimenti
Luce,visione e colore
la visione - stereoscopica
Ciò che ci permette una visione
tridimensionale e ci aiuta a
percepire esattamente la distanza
di un oggetto, è il fatto che
abbiamo due occhi; uno di essi
infatti, si pone in linea retta con
l’oggetto che si guarda, l’altro
occhio avrà per forza un punto di
vista leggermente spostato.
Le informazioni provenienti dai due
occhi ci danno la visione
“stereoscopica” dell’ambiente
circostante.
Anche se gli occhi sono uguali, ognuno di
noi ne ha uno che il cervello privilegia nel
trasmettere le informazioni: questo viene
chiamato occhio dominante.
Luce,visione e colore
la visione - la percezione
Secondo la psicologia scientifica la percezione visiva è
una complessa interpretazione della realtà da parte del
cervello attraverso gli occhi.
La percezione è il passo
successivo all’acquisizione:
dopo che gli occhi hanno
convertito gli stimoli luminosi
in informazioni neurali il
nostro cervello deve
codificare e riorganizzare
queste informazioni per
ricostruire internamente
l’immagine e fornire
un’interpretazione il più
possibile esatta del mondo
esterno.
Infatti noi non vediamo
“gradazioni di luce” o un
insieme di linee curve o rette,
ma vediamo faccie, persone,
oggetti, paesaggi….
Luce,visione e colore
la visione - la percezione
Le illusioni percettive confermano tale ipotesi … esse infatti, sono percezioni
di oggetti costruiti mentalmente, ma in realtà inesistenti.
… il triangolo di Kanizsa: la
disposizione e la forma delle
tre torte nere crea l’illusione di
un triangolo bianco con
“contorni anomali” cioè illusori.
… i profili di Rubin: consentono
due soluzioni non percepibili
contemporaneamente
… una ragazza di
spalle o una strega
orribile di profilo!
La Luce
definizione fisica della luce
Solo il 10% dei raggi che
arriva al nostro occhio
raggiunge i fotorecettori.
La luce è la sensazione prodotta sull’occhio umano
da onde elettromagnetiche.
Si tratta di campi elettromagnetici alternati che
trasportano energia attraverso lo spazio e si propagano
sotto forma di oscillazioni o vibrazioni.
La Luce
definizione fisica della luce
Queste due grandezze sono
legate alla velocità di
propagazione (V) dalla
relazione:
ν = λ· f.
Come tutti i moti ondulatori, le onde
elettromagnetiche sono caratterizzate da:
● lunghezza d’onda (λ) spazio percorso da
un’onda;
● frequenza (f) numero di periodi al secondo.
La velocità di propagazione delle
onde elettromagnetiche
è di circa 300.000 chilometri al secondo.
La Luce
definizione fisica della luce
La lunghezza d’onda delle onde
elettromagnetiche si misura usualmente in
nanometri (1 nm = un miliardesimo di metro).
La Luce
definizione fisica della luce
Il campo (spettro) delle onde
elettromagnetiche visibili
dall’uomo si estende da 380 a
780 nm.
Le onde più lunghe
corrispondono all’estremo
visibile rosso (confina con il
campo delle radiazioni
infrarosse, non più visibili e
che hanno proprietà
calorifiche).
Le onde più corte
corrispondono all’estremo
visibile violetto (confina con il
campo delle radiazioni
ultraviolette, non visibili ma
che favoriscono le reazioni
fotochimiche).
La Luce
definizione fisica della luce
La sensibilità dell’occhio
umano è massima per il
colore giallo-verde (555
nm) e decade rapidamente
sia verso l’ultravioletto che
verso l’infrarosso.
Tale curva è riferita alla luce
diurna e viene definita
“Curva di visibilità
fotopica”.
Una luce è detta monocromatica se costituita
da onde elettromagnetiche di uguale
lunghezza d’onda che rivelano un solo colore
(per esempio le lampade al sodio a bassa
pressione).
La Luce
definizione fisica della luce
La luce del sole o quella di una lampada
ad incandescenza è invece a spettro
continuo (luce bianca) poiché
comprende tutta la gamma delle
lunghezze d’onda visibili.
Distribuzione spettrale della
luce naturale (D 65)
Distribuzione spettrale delle
lampade ad incandescenza
Il colore
definizione fisica
Un corpo bianco riflette tutte le onde
elettromagnetiche, mentre un corpo nero le
assorbe.
Il colore può essere definito come una
sensazione ottica che dipende dall’insieme
delle lunghezze d’onda che un corpo non
assorbe, cioè riflette.
Un raggio di luce bianca
attraversando un prisma di vetro, si
scompone nei colori fondamentali
(violetto, azzurro, verde, giallo,
arancio, rosso).
La successione dei colori dello
spettro visibile è quella
dell’arcobaleno.
Il colore
definizione fisica
Una parete appare verde o rossa perché riflette
le radiazioni luminose verdi o rosse ed assorbe
tutti gli altri colori dello spettro.
Ciò si verifica se la sorgente luminosa produce
sufficienti radiazioni nella parte verde o rossa
dello spettro visibile.
La buona resa dei colori da parte di una
sorgente artificiale di luce, è condizionata
quindi dal fatto che essa emetta tutti i colori
dello spettro. Se dovesse mancare un colore
qualsiasi, questo non potrebbe essere riflesso.
Il colore
gli aspetti fisiologici e psicologici
La valutazione individuale di un colore
dipende da numerosi fattori fisiologici e
psicologici.
Così, ad esempio, il fascio di luce che
dall’oggetto osservato arriva all’occhio
dipende dalla composizione spettrale
della radiazione, nonché dalla capacità
dell’occhio a percepire talune
radiazioni più di altre.
Il colore
gli aspetti fisiologici e psicologici
In realtà i coni
responsabili della visione
diurna sono di tre tipi,
ognuno contiene un
pigmento differente per
struttura chimica e quindi
per capacità di assorbire
luce di differenti
frequenze.
I pigmenti dei tre tipi di
coni hanno picchi di
assorbimento a circa
447, 540, 577 nm,
rispettivamente
nell’indaco, nel verde e
nel giallo-arancio;
impropriamente i coni
vengono chiamati blu,
verdi e rossi.
Il colore
pigmento cromatico e colore
Parlando di colore è fondamentale
distinguere il “pigmento
cromatico” riferito alle sostanze
colorate e il “colore” inteso come
percezione dell’occhio quando
viene stimolato dalla luce.
Per il pittore, come dimostrò David
Brewster nel 1831, i pigmenti
primari, sono:
rosso, giallo e blu;
le radiazioni primarie spettrali
invece, definite da Thomas Young
nel 1807, sono:
il rosso, blu e verde.
Questi “colori”, assunti come base, sono
considerati assoluti perché non si
possono ottenere attraverso nessuna
mescolanza.
Il colore
pigmento cromatico e colore
La differenza fra i colori primari del “fisico” e
quelli del “pittorico” è stata messa in
evidenza da numerosi esperimenti di
combinazioni di colori-luce e di pigmenti.
La più eclatante si ebbe quando si ottenne la
luce bianca sovrapponendo i tre colori
spettrali e il colore nero mescolando i tre
primari pittorici.
Sintesi additiva
Sintesi sottrattiva
Il colore
aspetti psicologici
Fin dall’antichità era noto che i colori e
la luce influiscono sullo stato d’animo
dell’uomo, con effetti psicosomatici
rilevanti.
Attualmente lo studio dell’influenza
psicologica dei colori è divenuto ormai
scienza applicata in diversi campi, data
l’importanza che essa può assumere
negli ambienti, nella pubblicità, nella
viabilità.
Colori e illuminazione opportuni favoriscono la
percezione visiva, diminuendo l’affaticamento,
accrescono il piacere di vivere e lavorare,
suscitando sensi di benessere e di conforto.
Il colore
misurazione
Poiché la visione dei colori è soggettiva
ne consegue l’esigenza di definire un
sistema di valutazione che non dia luogo ad
equivoci.
La misura strumentale del colore è
necessaria sia nella fase produttiva che in
quella commerciale poiché il colore è
considerato una importante caratteristica
delle materie prime e dei manufatti.
Basandosi sul fatto che qualunque
gradazione di colore può ottenersi
sommando tra loro, in dovute proporzioni, i
tre colori fondamentali (rosso, verde, blu)…
Il colore
misurazione
La CIE (Commissione Internazionale
dell’Illuminazione) ha messo a punto
un metodo attraverso il quale è
possibile calcolare le caratteristiche
spettrali di sorgenti normalizzate,
capaci di riprodurre tutti i colori per
miscela additiva.
Tale metodo è rappresentato dal
triangolo dei colori o diagramma
tricromatico.
Esso è di estrema utilità perché
permette la determinazione delle due
caratteristiche fondamentali del
colore: la lunghezza d’onda e la
purezza (o saturazione).
Il colore
misurazione
Proiettando su uno schermo bianco
la luce ottenuta da tre sorgenti
luminose colorate: rosso, verde,
blu (sintesi additiva) si ottengono
per sovrapposizione tre colori
binari (giallo, violetto, blu-verde)
ed uno ternario (bianco).
rosso + blu + verde = bianco
rosso + blu = violetto
verde + blu = azzurro
rosso + verde = giallo
Il colore
misurazione
Diagramma tricromatico (o triangolo dei
colori). Lungo la curva a forma di
campana sono situati i colori spettrali
indicati mediante la lunghezza d’onda.
Nel punto “w” è collocato il bianco.
Qualsiasi colore può essere
completamente definito quando sono note
le coordinate x e y.
Così, ad esempio, il colore x=0,50 y=0,40, sarà arancione di tonalità chiara
mentre il colore x=0,55 - y=0,35 sarà
anch’esso arancione, ma di tonalità più
viva.
Se le dizioni “tonalità chiara, viva, calda”
possono prestarsi ad interpretazioni
diverse, ciò non avviene con l’uso del
diagramma tricromatico.
Il colore e la luce
temperatura colore
E’ una valutazione del colore emesso dalle sorgenti
luminose e viene adottata dai costruttori di lampade.
Naturalmente la temperatura di
colore non si misura con il
termometro; essa definisce
semplicemente il colore della
luce.
Un legame tra temperatura e
colore comunque esiste.
Un pezzo di ferro, riscaldato,
passa tutta una gamma di colori
che vanno dal rosso cupo
all’arancione incandescente.
Ad ogni aumento di temperatura
corrisponde un aumento
dell’energia raggiante emessa.
Il colore e la luce
temperatura colore
Per stabilire rapporti più precisi tra
temperatura e colore i fisici hanno
“inventato” il “corpo nero”: una scatola
di materiale termoconduttivo (come il
metallo), in grado di assorbire tutta
l’energia raggiante che lo colpisce.
Praticando un piccolo foro sulla
scatola e riscaldandone le pareti
esterne, dal foro uscirà un raggio di
luce il cui colore dipende dalla
temperatura del “corpo nero”.
Rappresentazione schematica del corpo nero
Il colore e la luce
temperatura colore
La temperatura alla quale
deve essere portato il corpo
nero affinché emetta una
luce simile a quella della
sorgente luminosa in esame
si identifica con il termine
“temperatura di colore”.
La temperatura di colore si misura in gradi kelvin (K). Il
rapporto con i gradi centigradi è il seguente: 0 K = - 273°C
N.B.: gradi kelvin si indica semplicemente con il simbolo K. È
errata quindi l’indicazione °K.
Il colore e la luce
temperatura colore
Ordini di grandezza relativi alle sorgenti luminose naturali:
LUNA
4100 K
SOLE A MEZZOGIORNO (ESTATE)
5300 5800 K
CIELO COPERTO
6400 6900 K
CIELO SERENO BLU INTENSO
10000 25000 K
Il colore e la luce
temperatura colore
HQI-TS/WDL
Lampada ad alogenuri metallici
HQL
Lampada a vapori di mercurio
Tra questi valori, puramente indicativi, si
inseriscono le temperature di colore dei
vari tipi di lampade.
Ad esempio, la temperatura di colore di
una lampada ad incandescenza da 40W
è di 2800 K, mentre una da 500W è di
2960 K.
Il colore e la luce
indice di resa cromatica
Le proprietà di una lampada, agli effetti della resa dei colori, vengono
valutate attraverso l’indice di resa cromatica (IRC), indicato
internazionalmente con la sigla Ra.
A tale scopo vengono usati otto colori, di caratteristiche ben definite.
Osservandoli (o misurandone le radiazioni) prima con la sorgente
campione e poi con quella in prova si determina il grado di
scostamento di colore.
Questo fattore viene
determinato
confrontando la luce
emessa dalla
lampada in esame
con la luce di una
sorgente campione
(ad esempio la luce
diurna o luce emessa
da una lampada ad
incandescenza)
avente la stessa
temperatura di
colore.
Il colore e la luce
indice di resa cromatica
L’indice di resa cromatica è quindi
un valore numerico che raffronta la
resa cromatica di una lampada con
quella della luce presa come
campione e con indice 100.
In base a questo criterio si
classificano le sorgenti artificiali di
luce:
• ottima resa cromatica se IRC è compreso tra 85 e 100;
• buona resa cromatica se IRC è compreso tra 70 e 85;
• discreta resa cromatica se IRC è compreso tra 50 e 70.
Il colore e la luce
indice di resa cromatica
Dati relativi ad alcune lampade fluorescenti:
LUCE BIANCA - CALDA
(X=0,438 Y=0,401)
3000 K
LUCE BIANCA
(X=0,372 Y=0,376)
4000 K
LUCE DIURNA
(X=0,309 Y=0,327)
6500 K
PER CAMPIONATURA COLORI
(X=0,301 Y=0,319)
7500 K
Le grandezze fotometriche
flusso luminoso
Definizione: quantità di luce emessa da
una sorgente luminosa nell’unità di tempo
(secondo).
Simbolo:
Unità di misura: lumen (abbreviazione lm)
Paragone idraulico: quantità di acqua che
esce da un rubinetto o da una doccia in un
secondo.
Le grandezze fotometriche
intensità luminosa
Definizione: parte del flusso luminoso
emesso in una determinata direzione da una
sorgente luminosa per l’angolo solido che la
contiene.
Simbolo: I
Unità di misura: candela (abbreviazione cd)
Paragone idraulico: intensità di un getto
d’acqua in una determinata direzione
Le grandezze fotometriche
illuminamento
Definizione: flusso emesso () per
unità di superficie (S).
Simbolo: E
Unità di misura: lux
(lx=lumen/m²).
Paragone idraulico: quantità di
acqua per unità di superficie.
Le grandezze fotometriche
luminanza
Definizione: intensità luminosa emessa in una
determinata direzione da una superficie luminosa o
illuminata (sorgente secondaria di luce). In altri
termini esprime l’effetto di luminosità che una
superficie produce sull’occhio umano, sia essa
sorgente primaria (lampada o apparecchio
d’illuminazione) o secondaria (piano di un tavolo
che riflette la luce).
Simbolo: L
Unità di misura: candela al metro
quadrato (cd/ m²).
Paragone idraulico: schizzi d’acqua che
rimbalzano da una superficie. L’entità di acqua che
rimbalza dipende dalla capacità di assorbimento
della superficie.
Le grandezze fotometriche
efficienza luminosa
= / P
Definizione: rapporto tra il flusso emesso (),
espresso in lumen, e la potenza elettrica assorbita
(P) espressa in watt. Esprime il rendimento di una
lampada o di un apparecchio di illuminazione.
Quindi, tanto maggiore è l’efficienza luminosa
tanto più economico è l’esercizio della sorgente
luminosa.
Simbolo: (leggi eta)
Unità di misura: lumen per watt (lm/W).
Paragone idraulico: rapporto tra la quantità di
acqua che esce da una pompa con una
determinata prevalenza e la potenza elettrica
necessaria per farla funzionare.
Le grandezze fotometriche
legge dell’illuminamento
Se la sorgente è puntiforme,
l’illuminamento assume valori
inversamente proporzionali al
quadrato della distanza. Non è
applicabile con estese sorgenti
luminose (soffitti luminosi, ecc.).
