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Teoria del colore I

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Cosa è il colore?
“Il colore è la percezione visiva generata dai segnali nervosi che i fotorecettori della retina inviano al cervello quando assorbono le radiazioni elettromagnetiche di determinate lunghezze d'onda” 
 
Cerchiamo di capire meglio. 
La Radiazione elettromagnetica permette il trasporto dell’energia all’interno di un campo magnetico. Questa radiazione può assumere varie lunghezze d’onda. Una parte di queste radiazioni elettromagnetiche sono visibili dall’occhio umano, naturalmente con variazioni soggettive da individuo a individuo. 
 
Le radiazioni elettromagnetiche vengono classificate in modo diverso a seconda della loro lunghezza d’onda

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La porzione delle radiazioni elettromagnetiche visibile all’occhio umano si estende tra i 400 e 700 nanometri di lunghezza d’onda.
Tale settore dello spettro è chiamata luce. 
L’occhio umano riesce a percepire, nello spettro del visibile, circa 10.000 colori diversi dati da diverse lunghezze d’onda. 
Il nostro sistema visivo non è sensibile in egual misura a tutti i colori. Come possiamo vedere, nel seguente grafico, siamo molto più sensibili al verde (picco massimo a circa 560nm) che alle altre frequenze come ad esempio quelle agli estremi del visibile.

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La nostra percezione non è lineare, oltre che per i colori, anche in relazione alla luminosità.
La variazioni di luminosità sono percepite maggiormente a luminosità basse. 
Nel grafico successivo è riportata la relazione tra la luminosità della sorgente luminosa (chiamata Luminanza - asse x) e la luminosità percepita (chiamata Chiarezza - asse y)

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E’ evidente che lo stesso incremento di luminosità della sorgente luminosa (Luminanza) corrisponde a differenti incrementi di luminosità percepita (Chiarezza) man mano che la percentuale di luminanza cresce.
Da notare che la media della luminosità percepita corrisponde al 18% della luminosità della sorgente luminosa. 
Ecco perché si dice che un cartoncino grigio al 18%, cioè che ha una luminosità (Luminanza) pari al 18% è da considerarsi come un grigio medio (luminosità percepita 50%). 
In altre parole quello che noi percipiamo come un grigio medio ha una luminosità pari al 18%, cioè riflette il 18% della luce che riceve.



Temperatura colore

Una fonte luminosa che emette una uguale quantità di tutte le frequenze dello spettro del visibile viene considerata “neutra”. Un esempio di luce neutra è quella del sole a mezzogiorno.
A volte la luce è composta da una quantità maggiore di alcune frequenze e quindi di alcuni colori (in questo caso tali colori si dicono “dominanti"). Ad esempio all’alba o al tramonto la luce contiene una dose maggiore di rossi e gialli mentre nel caso di cielo nuvoloso la tonalità dominante è il blu. 
La temperatura colore quantifica, ossia traduce in numeri, la tonalità prevalente della luce, cioè qual'è il suo colore dominante. Come unità di misura della temperatura colore si usano i gradi Kelvin (°K). 
La temperatura colore di una sorgente luminosa corrisponde alla temperatura a cui occorre scaldare un “corpo nero” affinché esso emetta una radiazione luminosa di pari lunghezza d’onda. 
Cercando di semplificare le cose riportiamo un’immagine in cui vengono evidenziati i gradi Kelvin associati alle varie dominanti di colore.

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Come possiamo vedere una luce “calda” identifica una luce con una buona dose di colori tendenti al rosso, di contro, una luce fredda è formata prevalentemente di colori tendenti al blu/viola.
Una temperatura colore di 5250K identifica la luce bianca pura.
Dobbiamo considerare che l’occhio umano è in grado di percepire la presenza di alterazioni rispetto alla luce "neutra", ma il cervello umano, quando può, le compensa, e le interpreta.
Quando in postproduzione andiamo ad effettuare il bilanciamento del bianco non facciamo altro che introdurre una dominante per neutralizzare l’eventuale dominante presente nella foto originale e riportare il tutto ad una luce neutra (5250k).



L’occhio.

Come abbiamo visto i fotorecettori presenti nella retina del nostro occhio sono sensibili soltanto ad un intervallo di frequenze di energia elettromagnetica. Tale energia viene trasformata in stimoli nervosi e questi vengono inviati al cervello il quale, elaborandoli, ci dà la sensazione del colore.
Tali fotorecettori sono di due tipi: i coni e i bastoncelli. Ogni occhio contiene circa 7 milioni di coni e 120 milioni di bastoncelli. 
I coni sono preposti alla percezione cromatica. Ce ne sono di tre tipi, sensibili al verde, al rosso e al blu e si trovano, prevalentemente, al centro della retina. Cioè la parte della retina che riceve la visione centrale e più luminosa del nostro campo visivo. I coni consentono di percepire i dettagli dell'immagine e hanno dei tempi di risposta agli stimoli molto veloci. 
I bastoncelli invece sono posizionati in prevalenza alla periferia della retina e garantiscono la visione in caso di scarsa luminosità ma non riescono a distinguere le cromie. La sensibilità dei bastoncelli è talmente elevata che un numero esiguo di fotoni è sufficiente per eccitarli. 
La struttura del nostro occhio ci fa capire che percepiamo i dettagli e i colori nella parte centrale del campo visivo mentre la parte periferica del campo visivo ci fornisce una visione in bianco e nero ma molto utile nel caso di poca luminosità. 

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Spazio colore Additivo - RGB

Come abbiamo visto la luce generata da una fonte luminosa è composta dalla somma delle varie lunghezze d’onda e quindi da vari colori. Inoltre sappiamo che la struttura nervosa del nostro occhio è formata da ricettori che sono sensibili solamente a tre colori: Rosso, Verde e Blu.
Ogni tinta, quindi, è percepita grazie all’interazione tra queste tre sensazioni elementari.  
Quindi un metodo per “descrivere” qualsiasi colore è quello di rappresentarlo con una combinazione dei colori Red, Green e Blu, chiamati colori fondamentali. 
Tale metodo è chiamato ADDITIVO ed il suo acronimo è RGB
Questo metodo viene usato quando abbiamo a che fare con l’emissione di luce come ad esempio nei televisori, monitor per PC, ecc. 
La presenza, in parti uguali, di tutti e tre i colori dà il bianco, l’assenza di tutti e tre i colori dà il nero.



Spazio colore Sottrattivo - CMYK

C’è anche un altro metodo per rappresentare un colore che si basa sulla luce riflessa.
Qualsiasi cosa venga illuminata assorbirà tutte le radiazioni e ne restituirà soltanto una che è quella che viene percepita dai nostri occhi, cioè il suo colore. Ad esempio una foglia assorbirà tutti i colori e rifletterà soltanto il verde. 
Questo metodo è chiamato, non a caso, SOTTRATTIVO ed il suo acronimo è CMYK
L’acronimo è dato dai tre colori fondamentali: Cyan, Magenta, Yellow e dal nero (il nero è indicato con la lettera K, anziché la lettera B iniziale di blacK per evitare confusioni con l’iniziale del colore Blue) 
Questo metodo viene usato quando abbiamo a che fare con la luce riflessa come ad esempio in pittura, stampe fotografiche, ecc. 
 
In questo metodo l’assenza di tutti i colori dà il bianco, mentre la somma di ciano, magenta e giallo non dà origine al nero, bensì al bistro, una tonalità di marrone. Ecco perché è stato aggiunto il nero. Il nero permette, nei processi di stampa, di ottenere il colore nero pieno e di aumentare il contrasto e la profondità.

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Modalità - HSL

Ci sono anche altri modi per rappresentare un colore. Tra questi la modalità HSL che si basa sul fatto che noi siamo in grado di percepire solo tre attributi del colore.
 
Tonalità (Hue). Permette la classificazione dei colori. Le differenze di tonalità dipendono in particolare dalle variazioni nella lunghezza d’onda della luce che colpisce i nostri occhi. Sono quindi esempi di tonalità il “rosso”, il “giallo”, il “verde”, ecc.

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Saturazione (Saturation). Indica l’intensità di un colore e viene misurata nei termini della differenza di un colore rispetto ad un grigio con lo stesso livello di luminosità. Al diminuire della saturazione il colore tenderà al grigio. La saturazione si riferisce alla vividezza del colore. In questo esempio la saturazione diminuisce da sinistra a destra.

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Luminosità (Luminosity). Una elevata luminosità ci fa percepire il colore più chiaro rispetto al colore della stessa tonalità con luminosità inferiore. In questo esempio i quadrati sono della stessa tonalità ma da sinistra a destra aumenta la luminosità

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Ci sono colori che non hanno gli attributi di tonalità e saturazione e sono: il bianco, il grigio ed il nero.
Questi colori vengono quindi definiti acromatici.

 

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Modalità – LAB

Anche la modalità Lab descrive i colori basandosi su tre componenti o canali.
Il canale L identifica la luminosità, che può assumere i valori da 0 a 100. 
Il canale A identifica la componente cromatica che va dal verde al rosso e può assumere i valori da -128 a +127. 
Il canale B identifica la componente cromatica che va dal giallo al blu e può assumere i valori da -128 a +127. 
 
L’idea del modello LAB è creare un modello di rappresentazione più simile alla percezione umana e indipendente dal dispositivo. Nel metodo RGB a uguali distanze geometriche non corrispondono uguali distanze percettive, cosa che non avviene con il metodo LAB.

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Nel prossimo Post parleremo dell’importanza delle varie rappresentazioni del colore nella postproduzione.
 
Giancarlo De Felici

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