   |
||||
|
35)Antonio Cianci I colori, dalla natura al computer parte prima da PCinter@active aprile 1998 |
||||
| La
vista è il più importante dei sensi dell'uomo: ecco come funziona
la percezione delle tinte e come si integra nel mondo digitale del PC e
di alcuni suoi componenti. La Terra è immersa nella luce sprigionata dal Sole. Le radiazioni solari, di cui la luce visibile è solo una delle componenti, mantengono la superficie del nostro pianeta ad una temperatura grazie alla quale è possibile lo sviluppo delle forme di vita. La luce solare infatti crea la vita tutti i giorni: essa è la fonte di energia usata dalle piante per trasformare l'anidride carbonica dell'atmosfera in carboidrati e negli altri componenti dei tessuti vegetali mediante il processo della fotosintesi clorofilliana. Inoltre permette di vedere. Nel corso dei lunghi tempi dell'evoluzione, infatti, gli animali, e l'uomo in particolare, hanno sviluppato i loro sensi per ricevere e individuare la luce utilizzando le radiazioni luminose del Sole come mezzo di percezione e interpretazione dell'ambiente circostante. La luce ha avuto una profonda influenza nello sviluppo della scienza; negli ultimi tre secoli il problema della natura della luce e del significato delle sue proprietà è stato uno dei punti cruciali delle dispute fra scienziati. Le due principali teorie sulla natura della luce furono formulate per la prima volta con accuratezza dai fisici del XVII secolo: l'inglese Isaac Newton, che riteneva che la luce fosse costruita da veloci corpuscoli, e l'olandese Christiaan Huygens, per il quale aveva natura ondulatoria.  Le date della vita di Newton, come quella di tutti i suoi contemporanei,costituiscono un problema in quanto a quel tempo in Europa erano in vigore due calendari, quello giuliano e quello gregoriano. Infatti, per correggere alcuni errori, a partire dalla mezzanotte del 14 ottobre del 1582 fu introdotto il nuovo calendario gregoriano, usato ancora oggi. In Inghilterra, però, non venne adottato fino al 1752. Secondo il vecchio calendario Newton nacque la notte di Natale del 1642, mentre per il calendario la data corretta è il 4 gennaio 1643. Il punto centrale delle dispute era il fatto che la luce viaggia lungo linee rette e determina ombre nette, così come farebbero particelle viaggianti ad alta velocità senza l'influenza dalla forza di gravità. L'esperienza con le onde dell'acqua mostra invece che le onde tendono a superare o ad inclinarsi dinanzi ad un ostacolo. Per circa un secolo e mezzo, forte di queste affermazioni, la natura corpuscolare della luce prevalse. Nel 1801 intervenne però un fatto nuovo; lo scienziato Thomas Young, che avrà anche un ruolo fondamentale nella spiegazione del meccanismo della visione dei colori, dimostrò che la luce possedeva proprietà di interferenza; due raggi luminosi potevano infatti essere proiettati in modo che, cadendo insieme su uno schermo, si venissero a formare aree di oscurità. I corpuscoli non possono spiegare tale fenomeno, mentre le onde sì. Young riuscì inoltre a misurare la lunghezza d'onda della luce, molto piccola, dimostrando così come la teoria ondulatoria poteva spiegare anche il fenomeno della propagazione in linea retta. Infatti più breve è la lunghezza d'onda, minore è la capacità di aggirare gli ostacoli, mentre aumenta la capacità di viaggiare in linea retta e di creare ombre nette. Ad esempio, le onde più corte dei suoni udibili sono dell'ordine di un centimetro circa e mostrano già una notevole capacità di viaggiare in linea retta. Così anche la luce, che ha lunghezze d'onda dell'ordine di un miliardesimo di metro. La luce è molto efficiente quindi come strumento per l'orientamento. Infatti siamo in grado di individuare solo con una certa approssimazione la posizione di un oggetto mediante il rumore, mentre quando lo vediamo siamo assolutamente sicuri di dove si trovi.  La luce bianca è costituita da un insieme di fasci di luce colorata con lunghezze d'onda diverse. Un raggio di luce solare che passa attraverso un prisma di vetro ne emerge scisso nei familiari colori dell'arcobaleno. L'esperimento della scomposizione della luce nei suoi componenti fondamentali, chiamati spettro, fu condotto per la prima volta da Newton nel gennaio del 1666. I colori La scomposizione della luce bianca in un insieme di colori fu fatta da Newton nel gennaio del 1666 nella sua casa natale a Woolsthorpe nel Lincolnshire. In quel periodo a Cambridge, dove aveva appena terminato gli studi, infuriava la peste e così il giovane Newton decise di tornare a casa dove sperava di poter trovare il tempo e la calma per poter giocare con un prisma che aveva acquistato poco prima in un mercato di Londra. II fenomeno da lui descritto, noto come dispersione della luce, è semplice da osservare. Se, in una stanza buia, si fa cadere su un prisma un fascio di luce solare (che, per definizione si chiama luce bianca) ottenuto facendo passare attraverso una stretta fessura la luce del Sole e si pone, dall'altra parte del prisma, uno schermo, si vede su questo non una linea bianca, ma una striscia luminosa nella quale si susseguono con continuità diversi colori. Sebbene non esista una distinzione netta tra un colore e quello successivo, Newton evidenziò i più evidenti: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto. A questa striscia colorata, Newton diede il nome di spettro. Da questo esperimento egli concluse che la luce bianca è una mescolanza dei diversi colori e che il prisma non fa altro che separarli grazie al diverso indice di rifrazione del vetro per ciascun colore. Newton eseguì diverse esperienze su questo fenomeno.  In particolare, per provare che realmente la luce bianca incidente sul prisma è una combinazione dei colori dello spettro egli li ricombinò, ottenendo nuovamente luce bianca. Tra i molti esperimenti uno, noto con il nome di "disco di Newton", è facilmente realizzabile: basta infatti costruire un disco di cartone colorato con i colori dello spettro e farlo girare velocemente. Esso ci apparirà bianco. L'arcobaleno Gli aspetti essenziali dell'arcobaleno trovano spiegazione nei fenomeni della ritrazione, della dispersione e della riflessione della luce all'interno delle singole gocce d'acqua sospese all'interno dell'atmosfera, come fu provato dal monaco tedesco Teodorico di Freiburg più di sei secoli fa, sperimentando con una goccia gigante, cioè una boccia di vetro piena d'acqua.
L'idea ripresa da Cartesio e poi definita scientificamente da Newton è semplice. La luce solare quando entra in una goccia non solo esce scomposta nei colori dell'iride, come nell'esperimento di Newton, ma esce anche in modo che l'osservatore, per vedere i colori, deve trovarsi con il sole alle spalle. Il meccanismo della visione Un poeta del XIX secolo scrisse che i colori sono i sorrisi della natura; ma come può un osservatore distinguere un sorriso da un altro? La risposta è fornita in gran parte da tre classi di cellule a forma di cono sensibili ai colori che si trovano nella retina dell'occhio. Ciascun tipo di cellula risponde in modo diverso alla luce riflessa da un oggetto colorato a seconda che contenga un pigmento sensibile al rosso, al verde o al blu. I pigmenti sono proteine fotosensibili che vengono eccitate particolarmente da luce di lunghezze d'onda elevate (rosso), intermedie (verde) e corte (blu). La quantità di luce assorbita rispettivamente da ciascuna classe di coni è tradotta in segnali elettrici dai nervi della retina che vengono quindi trasmessi al cervello, dove il segnale complessivo genera la sensazione di uno specifico colore. Il percorso per definire una corretta teoria della visione dei colori (non ancora completata) fu lungo e difficile. Dopo aver scoperto che la luce solare si scompone in una serie continua di colori se viene rifratta da un prisma di vetro, Newton osservò che l'occhio umano spesso non è in grado di distinguere i colori originari dopo che sono stati miscelati insieme.
Egli scoprì, per esempio, che combinando radiazioni di lunghezza d'onda prefissata, come il rosso e il verde, si poteva produrre una sensazione di colore indistinguibile da quella prodotta da una terza radiazione pura, in questo caso il giallo, di lunghezza d'onda intermedia. In quel periodo un altro grande del pensiero, Johann Wolfgang Goethe, rese noti i risultati della sua teoria dei colori, entrando subito in feroce polemica con Newton. Senza entrare nei dettagli, ricorderemo solo che Newton e Goethe si occuparono in modo complementare dei colori. Quello che era primario per il poeta - la luce del sole - era composto per l'altro mentre quello che era primario per il fisico - i colori e la loro lunghezza d'onda -era complesso per il poeta, che si occupava del loro legame con le sensazioni che sono in grado di evocare. Si trattava di due visioni che partivano da posizioni differenti. Newton aveva scomposto un tutto dato (la luce) in un tutto pensato (i colori), occupandosi della fisica del fenomeno, Goethe si era occupato degli aspetti percettivi e psicologici del fenomeno. In ogni caso, verso la fine del XVIII secolo, alcuni ricercatori svilupparono le osservazioni di Newton e stabilirono che la visione dei colori è tricromatica. Questo significò che i colori possono essere ottenuti dalla mescolanza di tre componenti primari; quando si mescolano i tre colori primari in parti uguali si produce la sensazione del bianco. Nel 1802 Young propose che la visione a tre colori fosse dovuta ad una particolarità fisiologica umana, avanzando l'ipotesi che i colori siano determinati dal diverso grado di eccitazione di tre tipi di recettori. Egli sottolineò che "essendo quasi impossibile che ciascun punto sensibile della retina contenga un numero infinito di particelle, ciascuna capace di vibrare in perfetta sintonia con ogni possibile lunghezza d'onda è necessario ipotizzare che ne esista un numero limitato, corrispondente, per esempio, ai tre colori primari".  Successivamente, gli studi di Hermann von Helmotz e gli esperimenti condotti da James Clerk Maxwell completarono questa teoria fino a fargli assumere la forma attuale. Gli esperimenti di Maxwell dimostrarono che molti colori possono essere realizzati sovrapponendo tre fasci di luce colorata, chiamati colori primari, in un processo chiamato miscelazione additiva. Per spiegare alcuni fenomeni, come la persistenza dell'immagine sulla retina, che non potevano essere chiariti dalla teoria di Young-Helmotz, il fisico tedesco Ewald Hering propose una soluzione alternativa, formulando la teoria dei colori opponenti. Questa teoria sembra contraddire la teoria di Young-Helmotz, ma studi recenti hanno accettato che entrambe le teorie sono valide e spiegano meccanismi differenti dello stesso processo. Dal tempo dei filosofi della Grecia classica fino all'esperimento di Newton, la teoria correntemente accettata sulla natura dei colori affermava che essi fossero costituiti sui quattro elementi fondamentali (fuoco, aria, acqua e terra) combinati con le proprietà di lucentezza e oscurità. Anche Leonardo da Vinci fu tra i convinti assertori di questa teoria. Come funziona l'occhio Per comprendere bene il meccanismo della visione è necessario esaminare brevemente il funzionamento dell'occhio. Quasi tutta la sua superficie interna è percorsa da uno strato di cellule fotosensibili che compongono la retina, il vero e proprio organo della visione. Il bulbo oculare, che rappresenta da solo una vera e propria opera di ingegneria, è in fin dei conti semplicemente una struttura progettata per ospitare e rendere disponibili immagini nitide del mondo esterno alla retina. La luce entra nell'occhio attraverso la cornea e l'iride, e viene convogliata attraverso un sistema di lenti prima di raggiungere la retina ove si forma una piccola immagine capovolta del mondo circostante. La messa a fuoco dell’immagine viene operata dalla cornea e dalle lenti. Queste ultime cambiano forma per permettere la messa a fuoco, ma poiché si induriscono con l'età possono perdere la precisione necessaria. L'occhio è in grado di adattarsi a differenti livelli di illuminazione poiché l'iride può cambiare forma fornendo un foro di ingresso che può passare dai 2 mm in caso di luce intensa agli 8 mm in caso di luce debole. La retina traduce i segnali luminosi in stimoli nervosi e consiste di tre strati di cellule. Sorprendentemente le celle sensibili alla luce, note come coni e bastoncelli, si trovano nell'ultimo strato della retina, quello più interno. Quindi la luce deve passare attraverso gli altri due strati di cellule per stimolare coni e bastoncelli. Le ragioni di questo disegno inverso non sono ancora completamente note ma una possibilità è che questo sia dovuto alla necessità di proteggere maggiormente questo tipo di cellule. I bastoncelli sono sensibili solo a livelli molto bassi di luce e sono responsabili della visione notturna o in ambienti poco illuminati (visione scotopica). La vista scotopica manca di colori; è completamente monocromatica. La visione dei colori è resa possibile dai coni (visione fotopica), che sono distinti in tre classi ognuna contenente un differente pigmento fotosensibile. I tre pigmenti hanno un massimo dell'assorbimento a 430, 530 e 560 nm e vengono chiamati rosso, verde e blu. I coni non prendono il loro nome dal colore del loro pigmento, ma dal tipo di colore al quale sono sensibili. La terminologia non è molto corretta in quanto queste lunghezze d'onda corrispondono in realtà al violetto, al giallo-verde e al blu-verde, per cui si preferisce solitamente indicarli come recettori Rho, Gamma e Beta. L'esistenza di tre speciali funzioni fornisce una base sperimentale alla teoria della visione dei colori. La luce di ogni lunghezza d'onda può essere infatti percepita mediante un'unica combinazione delle tre lunghezze d'onda fondamentali. I coni permettono quindi di avere la visione a colori, rendendo possibile distinguere un gran numero di lunghezze d'onda differenti. Nell'occhio l'immagine viene visualizzata sulla retina, costituita da un insieme di cellule, i coni e i bastoncelli, che sono i responsabili del meccanismo della visione dei colori. Prima di colpire la retina, la luce attraversa la cornea e viene messa a fuoco dalla lente dell'occhio. La quantità di luce che attraversa la lente viene regolata dall'iride, la parte colorata dell'occhio che può variare il diametro del suo foro centrale da 2 mm (molta luce) a 8 mm (poca luce). Mentre nella fotografia tradizionale (che per differenziarsi da quella digitale, viene chiamata anche fotografia chimica) è possibile cambiare la pellicola per adeguarsi alle diverse situazioni, nella fotografia digitale questo non è possibile, per cui la realizzazione di una immagine dipenderà anche dal tipo di fotocamera o di scanner che si sceglie. L'occhio digitale La tecnologia ha permesso di realizzare dispositivi per catturare le immagini, come macchine fotografiche e cineprese, costituite da un insieme di lenti e otturatori per mezzo dei quali si possono memorizzare le immagini su un supporto chimico o elettronico. Il principio di funzionamento di queste macchine è simile concettualmente a quello dell'occhio. Nella fotografia tradizionale la luce che attraversa l'obiettivo colpisce la pellicola, costituita da una superficie trattata con una sostanza sensibile alla luce, l'argento metallico. Gli alogenuri d'argento, cioè i sali componenti l'argento come il bromuro, lo ioduro e il cloruro, sotto l'azione della luce si trasformano in minuscoli grani di argento metallico. La sensibilità della pellicola dipende dalla dimensione di questi grani: maggiore è il loro diametro minore sarà la quantità di luce necessaria per impressionarli, anche se si otterrà una minore definizione. Viceversa, minore sarà la loro dimensione, maggiore sarà la luce necessaria e maggiore la definizione. Il dispositivo che permette alle macchine fotografiche digitali e agli scanner di acquisire l'immagine si chiama invece CCD, acronimo di Charge Coupled Device, sensore ad accoppiamento di carica. Questo elemento trasforma una immagine in una griglia di quadratini detti pixel (picture element - elemento di immagine) cui viene associato un valore binario. Maggiore è il numero di bit associato ad ogni pixel maggiore è il numero di colori che possono essere resi. In questo modo è possibile acquisire immagini che possono essere direttamente trattate da un elaboratore elettronico. qui links ad articoli sulla fotografia digitale. La macchina fotografica Se ci si trova in una stanza buia in cui la luce penetra attraverso una piccola fessura proveniente, per esempio, da un giardino illuminato, sulla parete di fronte ne verrà visualizzata l'immagine capovolta. È da questo principio, noto da oltre un millennio, che derivano tutte le moderne fotocamere. Già nel XVI secolo, al posto del forellino, venivano usate lenti da occhiali convesse (quelle per i miopi) in grado di proiettare sullo schermo di messa a fuoco una immagine chiara e nitida. Questo sistema veniva usato per tracciare il profilo di paesaggi, edifici e nature morte. La macchina fotografica divenne una possibile realtà soltanto nel secolo scorso con la scoperta di materiali sensibili alla luce, in grado di registrare direttamente l'immagine. L'emulsione fotosensibile, applicata su lastre di vetro, veniva inserita nella fotocamera, esposta il tempo necessario e quindi sviluppata. Per controllare il tempo di esposizione e la quantità di luce che avrebbe colpito la lastra, vennero introdotti successivamente l'otturatore (che limita il tempo di esposizione) e il diaframma (che permette di definire la quantità di luce che colpisce la lastra) mentre, sul finire del secolo scorso, Geoge Eastmann, fondatore della Kodak, introdusse la pellicola a rullo, permettendo di scattare numerose fotografie in successione.(continua) |
||||
 |
||||
|
||||
