Dipingere al buio

Dipingere al buio

Il grande mondo dei colori agli occhi dell’uomo e della donna

0 Cesare

Liceo scientifico Galileo Galilei 2011

Giannetti

Indice degli argomenti

Scienze

• Occhio e sistema visivo
• Retina p. 3
• Bastoncelli p. 3
• Coni p. 4
• Fenomeni legati alla percezione visiva
• Modello Retinex p. 4
• Metamerismo p. 6
• Effetto Purkinje p. 16
• Studio e classificazione delle stelle
• Spettrografia p. 8
• Effetto Doppler p. 9
• Diagramma Hertzsprung-Russell p. 10
• Daltonismo
• Protanopia p. 14
• Deuteranopia p. 14
• Tritanopia p. 14

Fisica

• Elettromagnetismo e luce p. 8
• Modelli di colore
• CYMK p. 11
• RGB p. 12
• Spazio colore CIE p. 12
• HSL e HSV p. 13

Storia dell’arte

• Il colore di Vincent Van Gogh p. 18

Storia della filosofia

• L’estetica trascendentale di Immanuel Kant p. 19

2

Il colore e la percezione

Quanti sono i colori? Nessuno può rispondere a questo interrogativo, eppure molti lo hanno fatto nel corso della storia. Nel XVII secolo Isaac Newton ne elencò sette, probabilmente per onorare questo numero fortemente simbolico, ma tra i suoi rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto non trova spazio il marrone, un colore che non si può trascurare. La fisica ha messo a disposizione dei modelli e alcuni sociologi hanno studiato il colore in molte culture. Oggi se ne possono rappresentare più di sedici milioni diversi, ma in pochi possono distinguerli tutti e i più li indicano con soltanto una decina di nomi. Il colore è soggettivo e prende corpo e nome solo grazie alle nostre parole. Non si vuole dunque tentare di contare i colori, impresa vana quanto inutile, ma la questione sarà in parte ripresa alla fine della trattazione.

Si intende invece approfondire cosa sia il colore, sia nelle diverse branche della scienza, sia per l’uomo, che ne è affascinato fin dalla notte dei tempi.

Dipingere al buio: questo è l’emblema delle grandi potenzialità umane in un ambito inaspettato come il riconoscimento dei colori: la memoria di colore ci permette di vedere rosso un papavero nell’oscurità anche quando esso appare quasi completamente nero.

Un pittore che conosce i suoi attrezzi saprebbe infatti dipingere al buio, dove i colori non sono semplicemente “spenti”, come si è portati a credere, ma non esistono proprio. È dunque straordinario pensare di dipingere senza colori, ma trovare all’alba un quadro sgargiante e ricco di tonalità ed emozioni.

Ancora oggi il colore permea quasi ogni aspetto della nostra vita, forse a causa della larga e generosa definizione che se ne dà, ma d’altronde è inevitabile attribuire un colore a qualunque oggetto materiale si osservi. Tuttavia la presenza del colore nella vita dell’uomo non è limitata a caratterizzare ogni corpo illuminato, ma acquista notevole importanza nei più svariati ambiti:

Le copertine di plastica dei quaderni alle elementari servivano a riconoscere la materia trattata, ma anche a stimolare la connessione di diverse aree semantiche del discorso, aprendo la mente dei fanciulli a comprendere l’infinita varietà del mondo. “La lingua italiana non potrebbe essere rossa, ma lo è nella mia fantasia”; inoltre ciò introduce la capacità di catalogazione quando si nota che tutti i quaderni di materie scientifiche sono ricoperti con colori freddi, mentre le materie umanistiche vengono avvolte da colori caldi.

I segnali stradali e ancor più i semafori comunicano l’informazione fondamentale attraverso i colori, poiché essi vengono riconosciuti prima delle forme e soprattutto delle scritte, due altri mezzi di comunicazione non altrettanto immediati a cui si lasciano le informazioni meno rilevanti.

Le correzioni sui compiti in classe vengono fatte in rosso, un colore diverso dal nero o dal blu, per risaltare subito, ma viene impiegato sempre il rosso perché connota qualcosa di negativo, di sbagliato, oppure un divieto, come ancora nel caso del semaforo.

La scelta dei colori è fondamentale nella pubblicità di prodotti di consumo, sia nel momento stesso della pubblicizzazione, con lo scopo di attirare, intrigare e incuriosire il pubblico, sia nell’atto dell’acquisto, dove il riconoscimento più immediato e involontario avviene alla vista dei colori; numerosi marchi investono molte risorse nella scelta accurata dei colori per i propri prodotti.

Nei sopracitati campi di utilizzo e in diversi altri, il colore acquista significato in quanto se stesso e non piuttosto come qualità di qualcos’altro: in questo modo si ha che, per esempio, la lampada del segnale rosso nel semaforo è di un dato materiale o ha un certo rendimento perché deve riprodurre il colore rosso che si è stabilito; viceversa si avrebbe (ma non è così) che la luce del semaforo è di un tale rosso perché la lampada che si è scelta per i suoi materiali convenienti o per il suo alto rendimento produce poi quel colore.

Vista quindi la sua importanza, risulta interessante approfondire la sensazione del colore, partendo dalle caratteristiche e dalle anomalie del processo di visione che la genera e la rende soggettiva, fino al suo uso nell’arte, dove il colore è sempre un simbolo, veicolo di significati a volte evidenti, spesso sottili o misteriosi.

Il colore è una sensazione visiva provocata dalle diverse lunghezze d’onda associate alla luce visibile.

L’etimologia della parola colore è controversa, ma un’ipotesi originale viene dal pittore francese Eugène Delâtre, che fa risalire l’origine del termine al greco χόλος, -ου, ὁ [cholos], che significa “fiele”, poiché secondo Delâtre essa veniva anticamente usata per tingere. L’italiano “colore” proverrebbe direttamente dal latino “color, -is” e precisamente, come quasi sempre accade, dalla forma troncata dell’accusativo singolare “colorem”. Il tema di questa parola, o meglio le sue consonanti tematiche, si ritrovano in molte lingue diverse tra loro, dal francese, in cui il nome è di genere femminile, allo slavo.

Spesso il colore viene impropriamente considerato una caratteristica della luce, ad esempio quando si parla di luce rossa o gialla; più precisamente la caratteristica corrispondente è la sua lunghezza d’onda o la mescolanza di diverse lunghezze d’onda, mentre il nome del colore si limita ad indicare la sensazione che quella luce produce attraverso il complesso meccanismo della visione umana.

La distinzione tra colore e lunghezza d’onda ci è imposta dalla larga influenza di fattori fisiologici nel processo di visione e di fattori culturali nell’interpretazione data.

Percezione del colore

La vista è il senso che ci permette di vedere i colori. La percezione dei colori non è uno strato d’informazione percepito sopra al resto dell’immagine, ma è una componente integrata nell’informazione visiva. Raramente si osservano sorgenti di luce primarie come una lampada o il sole, più frequentemente invece, la luce che perviene ai nostri occhi è stata riflessa dagli oggetti che vediamo e il modo in cui tali oggetti riflettono alcune componenti della luce è proprio quello che chiamiamo colore. Tralasciando l’esposizione della morfologia dell’occhio, ci si vuole concentrare sui coni e sui bastoncelli, i due tipi di recettori che sono presenti sulla retina. Queste cellule ricevono quasi direttamente la luce collimata dal cristallino e reagiscono grazie alla presenza di pigmenti, precisamente due proteine, la rodopsina nei bastoncelli e la iodopsina nei coni, che si decompongono in opsina e in seguito in vitamina A. Il livello di scolorimento determina l’intensità luminosa della luce osservata e costituisce così gran parte dell’informazione visiva, ma produce anche lo stimolo di adattamento alle diverse condizioni di luce.

4

I bastoncelli

I bastoncelli sono i recettori più numerosi e fitti nella retina, data la loro ridotta dimensione; sono anche più “sporgenti” dei coni, che vi sono immersi come un tee, il piedistallo per la pallina da golf, in mezzo al prato. La funzione dei bastoncelli è quella di raccogliere informazioni riguardo alla quantità di luce, al movimento e all’edge detecting, utile nella lettura dei testi, ma anche nel riconoscimento degli oggetti; per questo motivo sono molto veloci a reagire (ma molto meno ad adattarsi a diverse condizioni di luce) e sono distribuiti quasi uniformemente su tutta la retina, infatti movimenti e cambiamenti improvvisi di luce si possono vedere con “la coda dell’occhio”, cioè sfruttando la visione periferica, che si estende fino a 188° sulla sezione orizzontale e 135° su quella verticale.

I bastoncelli hanno un diametro di circa 0.002 mm e sono in media 130 milioni per occhio, ma sono collegati tra di loro in gruppi, prima di comunicare con le cellule bipolari e le cellule del ganglio, quelle responsabili della produzione di segnali in modulazione di frequenza, che saranno poi convertiti in impulsi nervosi; grazie a questo collegamento, i bastoncelli rispondono con un’alta sensibilità alla luce e dunque una bassa risoluzione, poiché lo stimolo proveniente da più bastoncelli è interpolato a formare una sola risposta nervosa, esattamente come quando si aumenta il valore ISO nei dispositivi fotografici.

La soglia di sensibilità si aggira intorno alle 0.034 cd/m² e la sensibilità al contrasto è bassa. La caratteristica che più interessa in questo contesto è che i bastoncelli, che potremmo definire grossolani, non forniscono una risposta diversa in base alla lunghezza d’onda e sono quindi insensibili al colore; l’immagine fornita è acromatica, cioè grigia, ma è l’unica disponibile in condizioni di luce scarsa, quando cioè si parla di visione scotopica, in cui i coni non sono eccitati e i bastoncelli forniscono la sola informazione che si può ottenere.

Ultima caratteristica notevole dei bastoncelli è la loro curva di intensità di sensazione visiva, da cui si evince una totale insensibilità a lunghezze d’onda superiori a 630 nm e un picco di intensità in corrispondenza dei 507 nm, associati al verde.

I coni

I coni sono ricordati principalmente per la loro sensibilità alle diverse lunghezze d’onda che spazia dai 380 nm ai 780 nm, salvo casi di ipersensibilità, riscontrata raramente, in cui la gamma di frequenze si estende specialmente verso il rosso, cioè onde più lunghe; i coni assolvono compiti di più alto livello come appunto la distinzione delle lunghezze d’onda, la produzione di immagini ad alta risoluzione entro piccoli angoli di visione e la percezione di spazi, distanze e prospettive, un’elaborazione che però compete maggiormente alla corteccia cerebrale.

I coni sono in media 7 milioni, ma al contrario dei bastoncelli, essi sono concentrati nella fovea, una cavità nella retina, in prossimità del nervo ottico, prossima al piede dell’asse focale del cristallino, una zona dove la visione è molto accurata, data la concentrazione di 150000 coni per millimetro quadrato; la fovea sottende un angolo solido di circa 0.00096 sr, pari a circa lo 0.015% del campo visivo dell’occhio.

5

Alcuni coni si trovano sporadicamente nella vicina periferia della retina e permettono la discriminazione dei colori entro un angolo di 60° sulla sezione orizzontale e 90° su quella verticale. I coni hanno una bassa sensibilità alla luce, con una soglia vicina alle 3.4 cd/m², ma hanno buona sensibilità al contrasto e sono connessi alle cellule gangliari singolarmente, in modo da rispondere con una risoluzione elevata; inoltre il loro adattamento alle diverse condizioni di luce è rapido rispetto a quello dei bastoncelli.

I coni si dividono in base alla loro maggiore sensibilità rispetto al rosso, al verde o al blu, secondo la teoria del tristimolo introdotta nel secolo scorso, la quale afferma che la sensazione di colore è ottenuta dalla mescolanza di questi tre colori primari, come accade nel modello RGB, di cui parleremo più avanti.

In questo modo non è il singolo recettore a determinare il colore, anche perché la quasi totalità della luce è costituita da una mescolanza di lunghezze d’onda e intensità diverse e occorrerebbe un’analisi spettrale che l’occhio non è in grado di fare; al contrario i tre tipi di recettori sono maggiormente sensibili a tre lunghezze d’onda distanti tra loro e che coprono complessivamente lo spettro visibile. La mescolanza di tre sensazioni, diverse in intensità, genera la sensazione di colore.

Infine l’intensità di sensazione visiva dei coni tocca il massimo in corrispondenza dei 555 nm di lunghezza d’onda e la discrepanza di questo valore da quello proprio dei bastoncelli dà origine all’effetto Purkinje, che sarà trattato più avanti.

Modello Retinex e persistenza del colore

L’aspetto più affascinante della visione umana relativo al colore è descritto dal modello Retinex, proposto nel 1971 da Edwin Herbert Land, scienziato americano cofondatore della Polaroid Corporation.

Questa teoria descrive la persistenza del colore come un processo di medio livello svolto dalla collaborazione di retina e corteccia cerebrale, da cui il nome (retina + cortex). Venne dimostrato infatti che una persona sottoposta a un particolare esperimento riconosceva i colori di alcune tavolette anche quando esse erano illuminate da sorgenti luminose con diverse distribuzioni spettrali.

La teoria si basa sull’ormai consolidata distinzione tra coni rossi, verdi e blu che rispondono maggiormente alle lunghezze d’onda associate a tali colori; date allora tre sorgenti di luce di tali colori, si chiede al soggetto di regolarne l’intensità in modo che una tavoletta indicata appaia bianca; si chiede poi di indicare i nomi dei colori di altre tavolette.

A questo punto si regolano le intensità luminose in modo che ad esempio la tavoletta verde rifletta la stessa luce che prima era riflessa da quella bianca; in una condizione simile, una macchina fotografica che abbia bilanciato il bianco sulla prima tavoletta nella prima condizione di luce, adesso ritrarrebbe con il colore bianco la tavoletta verde, eppure il soggetto continua a vedere la tavoletta del suo originale colore verde, ma non solo, anche tutti gli altri colori, compreso il bianco, daranno origine alle medesime sensazioni di prima.

Si è detto che questo processo è di medio livello perché il soggetto si accorge del cambiamento della distribuzione spettrale della luce, tuttavia il colore gli appare veramente come egli lo descrive e non si tratta semplicemente di una correzione fatta a posteriori che interessi solo chi ha coscienza del fenomeno.

Inoltre dopo un certo lasso di tempo ci si abitua alle nuove condizioni di luce e non ci si accorge più della mutata distribuzione spettrale, esattamente come accade quando si indossano delle maschere da sci con lenti rosse o blu.

6

Ecco come apparirebbe “Vaso con girasoli” di Van Gogh dietro un filtro rosso e uno blu.

La vista umana è in grado di riconoscere i colori originali anche quando essi riflettono una distribuzione spettrale sensibilmente diversa da quella che avrebbero sotto la luce del sole. Un risultato di gran lunga migliore si otterrebbe se il filtro in questione fosse davanti agli occhi dell’osservatore, piuttosto che posato sul quadro o solo simulato, in modo da filtrare l’intero campo visivo e permettere un adattamento fisiologico migliore.

In definitiva il modello Retinex presuppone che in una scena osservata esistano oggetti in grado di riflettere tutta la luce rossa, altri tutta la luce verde e altri ancora tutta la luce blu; in questo modo il sistema retina-corteccia calibra la sensazione di colore in base ai valori di massimo rosso r_max, massimo verde g_max e massimo blu b_max. I valori di tristimolo dei punti dell’immagine osservata mutano quindi da r_i a r_i/r_max e allo stesso modo per gli altri colori.