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37)Antonio Cianci I colori, dalla natura al computer parte terza da PCinter@active aprile 1998 |
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| Concludiamo
il viaggio nel mondo delle tinte, iniziato sul numero scorso. Impareremo
a conoscere i modelli teorici di rappresentazione e le tecniche di riproduzione
dei colori. Gli artisti utilizzano come colori fondamentali il rosso, il blu e il giallo che, combinati a coppie, generano il porpora (rosso e blu), l'arancione (rosso e giallo) e il verde (blu e giallo). Nel campo delle applicazioni industriali esistono due modi per creare il colore desiderato: uno si basa sull'uso della luce (tecnica additiva) l'altro su quello degli inchiostri (tecnica sottrattiva). La generazione dei colori è sempre stato uno dei problemi più sentiti dagli artisti. In che modo, ad esempio, miscelare i diversi colori al fine di ottenere una determinata tonalità, quali colori scegliere come fondamentali per ottenere tutti gli altri combinandoli assieme?  In realtà i fondamenti della teoria dei colori sono noti fin dai tempi della scuola, dove viene insegnato che ci sono tre colori primari i quali possono essere miscelati per produrre tre colori secondari che a loro volta possono formare altri colori. Il modello proposto prevede solitamente come colori fondamentali rosso, giallo e blu, che possono produrre il porpora (rosso e blu), l'arancione (rosso e giallo) e il verde (blu e giallo) se combinati in coppie, mentre uniti tutti e tre insieme generano il nero. Questo metodo viene usato soprattutto nell'ambito della pittura, ma nel mondo industriale viene sostituito generalmente da altre due tecniche. La prima, basata sull'utilizzo sulla produzione di luce colorata, viene chiamata sintesi additiva dei colori, l'altra, basata sull' impiego degli inchiostri, viene chiamata sintesi sottrattiva.  La sintesi additiva è quella usata dai monitor e dagli schermi televisivi. I suoi colori principali sono rosso, verde e blu che combinati producono il cyan (blu e verde), il giallo (verde e rosso) e il magenta (rosso e blu). In pratica, emettendo luce rossa, verde e blu in proporzioni ed intensità variabili, si riescono ad ottenere tutti gli altri colori. Se vengono emessi contemporaneamente fasci di luce dei tre colori puri e della stessa intensità si produce luce bianca. Il secondo modo di generare i colori, la sintesi sottrattiva, si applica invece nelle tecniche di stampa. Su una superficie bianca, come la carta, si usano inchiostri o pellicole colorate al fine di sottrarre i colori per ottenere le tinte desiderate secondo un principio diverso da quello usato nella tecnica additiva. Un inchiostro, infatti, assorbe (sottrae) la luce di tutti i colori tranne quella del proprio. 
Perciò se nell'immagine si vuole avere poco rosso, basterà aggiungere molto cyan, mentre per ridurre il verde si aggiungerà magenta e per avere meno blu si aggiungerà del giallo. In questo modo, inoltre, se si posizionano su una pagina tutti i colori primari viene assorbita tutta la luce e la pagina apparirebbe nera. I colori fondamentali di questo metodo sono cyan, magenta e giallo, che combinati insieme formano blu (cyan e magenta), rosso (magenta e giallo) e verde (giallo e cyan). È interessante osservare che i colori fondamentali del sistema additivo sono i secondari di quello sottrattivo e viceversa. I modelli di colore La capacità di definire i colori in modo preciso è essenziale ai fini di una corretta riproduzione. Nel 1931 il CIE (Commission Internationale d'Eclairage - Commissione Internazionale dell'Illuminazione) ha fissato alcuni valori numerici, quantificando le risposte dell'occhio umano medio alle diverse lunghezze d'onda della luce. In base a questi valori è stato creato uno primo spazio dei colori chiamato spazio XYZ. Successivamente è stata introdotta una rappresentazione alternativa, chiamata modello YxyCIE, in cui i colori sono posizionati su un piano la cui forma ricorda quella di un ferro di cavallo. 
Tutte le combinazioni si trovano all'interno dello spazio racchiuso dal ferro di cavallo e dalla linea dritta. Il margine inferiore rappresenta i colori ottenuti mescolando lunghezze d'onda rosse e blu da entrambe le estremità dello spettro. La luminosità è rappresentata dall'asse Y perpendicolare al piano xy. Sebbene in questo modello le distanze tra i colori non corrispondano a differenze tra i colori percepiti, esse consentono di valutare le estensioni cromatiche di monitor RGB e delle serie degli inchiostri di stampa. Nel modello Yxy CIE i colori sono rappresentati su un piano all'interno di una figura che ricorda la forma di un ferro di cavallo. Con questo modello è semplice confrontare le estensioni cromatiche dei diversi dispositivi usati per acquisire e riprodurre i colori. Nel 1976 è stato introdotto un ulteriore miglioramento, chiamato modello L*a*b CIE o anche CIELAB, dove le distanze corrispondono alle differenze tra i colori percepiti. In questa rappresentazione L definisce la luminosità, a° indica il valore compreso tra rosso e verde (valori positivi tenderanno al rosso, mentre quelli negativi al verde) e b° indica un valore tra giallo e blu (valori positivi tenderanno al giallo, negativi al blu).  Inoltre tutti i colori che hanno la stessa luminosità si trovano su un piano che varia verticalmente. Il modello L*a*b della Commissione Internazionale dell'illuminazione è un modello matematico per definire i colori che approssima le capacità percettive dell'occhio umano e che può quindi rappresentare tutti i colori esistenti in natura, rivelandosi quindi più completo rispetto agli altri sistemi in uso nell'industria, come RGB, HSB e CMYK. Usa tre canali: la luminosità (L) più un canale a (che indica la tendenza del colore verso il verde o verso il magenta) e un canale b (che indica la tendenza dell'immagine verso il blu oppure verso il giallo). Viene anche chiamato per brevità Lab. Questo modello viene usato da molti programmi di grafica professionali (è quello nativo di Photoshop, per esempio) in quanto permette di definire il maggior numero di colori. Nell'industria della arti grafiche e delle applicazioni video (filmati, montaggi), viene inoltre usato il modello HSV (Hue, Saturation, Value - Tonalità, Saturazione, Valore). La tonalità è la caratteristica del colore che viene determinata dalle lunghezze d'onda delle luce proveniente da un oggetto. Si tratta della proprietà a cui si fa riferimento quando chiamiamo un colore con il suo nome, ad esempio, giallo, verde o blu. La saturazione, detta anche intensità del colore o purezza, invece rappresenta la chiarezza di un colore, passando da valori di estrema purezza fino a quando non diventa "sporco" o grigiastro. Il valore della luminosità, indica quanto è chiaro o scuro un colore, cioè quanto sia vicino al bianco o al nero; ad esempio definisce la differenza tra un rosa chiaro ed un rosso scuro. La luminosità rappresenta anche la forza che stimola i coni (cioè le cellule che, raccogliendo gli stimoli luminosi, permettono il meccanismo della visione) all'interno della retina dell'occhio. Questa terna di fattori viene indicata spesso con altre sigle come: HSL (Hue, Saturation, Lightness - Tonalità, Saturazione e Lucentezza) e HVC (Hue, Valile, Chrotna -Tonalità, Valore e Saturazione). La rappresentazione dei colori con questo metodo si adatta poco alla definizione della visione tricromatica. Inoltre presenta alcuni problemi in quanto i valori delle tre grandezze non sono omogenee. La tonalità infatti varia da 0 a 360 e rappresenta un colore come se si trovasse su una circonferenza che percorre tutto lo spettro partendo dal rosso e tornandovi dopo aver compiuto un angolo giro (360 gradi). La luminosità deriva invece dal valore della stimolazione totale dei coni e viene di solito calcolata come media dei valori di rosso verde e blu ((R+G+B)/3). Meno definito matematicamente è il concetto di saturazione, chiamato anche intensità o purezza: rappresenta il grado di cromaticità del colore, descrivendo in pratica la "quantità" di colore. Una comoda rappresentazione di questo modello può essere realizzata costruendo un cilindro costituito da diversi dischi sovrapposti. Uno spostamento attorno ad un disco modifica la tonalità, un movimento verso l'alto da un disco all'altro incrementa la luminosità, mentre un movimento radiale dal centro di ciascun disco verso l'esterno modifica la saturazione. CCD Charge Coupled Device (Dispositivo ad accoppiamento di carica ): è un piccolo misuratore di luce (fotometro) che misura la luce esistente e ne fornisce una rappresentazione elettrica nella forma di un segnale di tensione analogico, cioè che varia con continuità al variare della luce. Questo segnale viene quindi analizzato da un convertitore analogicodigitale che lo trasforma in una serie di bit (solitamente 8 per ciascun punto del sensore il quale a sua volta rappresenta uno solo dei tre colori primari presenti nell'immagine (rosso, verde e blu). Il CCD è il dispositivo usato per registrare l'immagine nelle fotocamere e videocamere digitali e nei moderni scanner. Ne esistono di due tipi: CCD ad area e CCD lineari, in entrambi i casi sono costruiti di silicio e riuniscono numerosi piccoli elementi elettronici sensibili alla luce. I CCD delle fotocamere in commercio vanno da un minimo di mezzo milione di pixel, a un milione, un milione e mezzo e due milioni di pixel. I CCD ad area registrano tutta l'immagine in un colpo solo. Usano quattro elementi sensibili alla luce per comporre un singolo pixel finale. Ciascun elemento è infatti rivestito da un filtro: rosso, blu e verde (quest'ultimo è solitamente doppio oppure il quarto pixel viene impiegato per un quarto colore). La combinazione dei tre colori primari, nelle diverse intensità, produce un pixel del colore realmente presente nella scena fotografata. CCD lineare È un tipo di sensore elettronico capace di registrare un'immagine mediante l'impiego di tre file di sensori puntiformi che passano in scansione l'immagine riga per riga fino a registrarla per interno. Ciascuna delle tre file è dedicata a uno dei tre colori primari del modello RGB: rosso, verde e blu e perciò è rivestita da un filtro di tale colore. Si adattano a fotografie in studio di oggetti fermi e in luce continua. La temperatura di colore I significato del termine temperatura di colore, sebbene poco familiare, è semplice. Quando un oggetto, ad esempio un pezzo di metallo, viene scaldato a temperature sempre più alte, emette una luce che va dal rosso cupo all'arancio, al giallo, al bianco fino ad mettere una luce blu a temperature molto elevate. Tutto questo, ovviamente, a meno che non si verifichino dei cambiamenti di stato dell'oggetto, tali per cui diventi prima liquido e poi gassoso. Il colore della luce incandescente emessa da questo oggetto può essere quindi descritto in base alla temperatura, espressa in gradi Kelvin (K).  Si può quindi affermare che la temperatura di colore della luce di una candela è di 2.000 K, mentre la luce del cielo è di 12.000 K. Temperatura delle sorgenti di luce
La luce bianca contiene una combinazione di tutti i colori dello spettro. La temperatura di colore della luce descrive quanto tende al rosso (basse temperature) o la blu (alte temperature) una fonte di luce. La luce della candela ha una temperatura bassa e si trova nella zona della lunghezze d'onda più lunghe. Con la sua è difficile vedere il colore di oggetti blu e violetti. La luce di una normale lampadina ha una temperatura media. L'insieme delle sue lunghezze d'onda non è però distribuito in modo uniforme su tutto lo spettro e gli oggetti appaiono tendenti al giallo. In un flash, invece, la distribuzione delle lunghezze d'onda attraverso lo spettro è quasi omogenea. In questo caso la luce non accentua un colore al posto di un altro e consente una visione più obiettiva.
Gamma dinamica: Indica la massima variazione tra toni chiari e toni scuri, cioè la massima gamma tonale, percepibile o rappersentabile con un determinato dispositivo. L'occhio umano ha la gamma tonale più ampia in assoluto, seguono a scendere le pellicole negative, le fotocamere digitali, le pellicole diapositive, gli scanner con sensore CCD. Lunghezza d'onda: La luce bianca è composta da diversi colori ciascuno con una lunghezza d'onda diversa. Si va dal rosso che ha un'onda lunga 700 milionesimi di millimetro (nanometri) al viola che ha un'onda lunga 400 nanometri.  La riflessione dei colori La maggior parte della luce che raggiunge i nostri occhi parte come luce bianca, proveniente dal sole o da una lampada. Quando colpisce un oggetto, la sua superficie ne assorbe alcune componenti (intervalli di lunghezze d'onda), mentre le altre vengono riflesse: sono queste che ne determinano il colore. La superficie di un oggetto rosso, ad esempio, assorbe tutte le lunghezze d'onda della luce relative agli altri colori e riflette solo quelle che generano il rosso. I colori e il computer Le immagini digitali sono costituite da una matrice di pixel (dall'inglese picture element, elemento di immagine) a ciascuno dei quali viene assegnato un colore. Ogni colore viene quindi rappresentato da un numero. Questo chiarisce la definizione immagine digitale: digit, infatti, in inglese significa numero e a sua volta deriva dal latino digitus, cioè dito, il primo strumento usato dall'uomo per contare. Il termine immagine digitale, vuol dire quindi, immagine rappresentata mediante numeri. La matrice di pixel che forma un'immagine digitale prende il nome di bitmap (mappa dei bit) in quanto il colore di ogni pixel viene rappresentato da un insieme di bit. Ricordiamo che un bit (dall'inglese binary digit) rappresenta un numero binario, chiamato così in quanto può assumere solo due valori ("1" oppure "0"), come un interruttore che può essere solo aperto o chiuso. Un insieme di due bit può assumere quattro valori (00, 01, 10, 11), mentre un gruppo di 8 bit, chiamato byte, è in grado di generare 256 combinazioni. Utilizzando la numerazione binaria nella realizzazione di immagini digitali, se si utilizza un solo bit, ogni pixel può avere solo due tonalità: bianco o nero. Se si usano due bit invece, tra il nero e il bianco si possono inserire due toni di grigio, consentendo un totale di quattro livelli, mentre con 8 bit il numero dei livelli sale a 256. Nella terminologia informatica, il numero di bit necessari per definire il colore di un pixel viene chiamato "profondità di colore". Quindi la frase precedente può essere riformulata scrivendo che "con una profondità di 8 bit si ottengono 256 tonalità di grigio". Per lavorare con i colori, si usano tre diversi canali con profondità di 8 bit, uno per ciascun colore fondamentale, per un totale di 24 bit. In questo modo sono disponibili 256 colori per canale, che permettono di descrivere oltre 16 milioni di colori. I metodi più comuni di descrivere i colori con il computer sono il sistema RGB (dalle iniziali di Red, Green, Blu), usato quando si lavora sul monitor, e il sistema CMY (dalle iniziali di Cyan, Magenta e Yellow), usato per lavorare con le stampanti a colori. La tecnica RGB è molto semplice: la quantità di ogni colore è rappresentata da un numero tra 0 e 255, con 0 che significa che il colore non è presente e 255 che significa che il colore è nella massima quantità possibile. Il rosso puro, ad esempio, viene indicato come (255/0/0), mentre il verde e il blu sono, rispettivamente, (0/255/0) e (0/0/255). Il nero è (0/0/0), il bianco (255/255/255), un grigio al 50% (127/127/127) e così via. Per ottenere le altre tinte, gradazioni e tonalità basta fare la media tra il valore delle componenti dei colori che si vogliono mischiare. Per esempio mischiando rosso (255/0/0) e bianco (255/255/255) il colore che si ottiene è rosa (255/127/127), ottenuto facendo la media ((255 + 255)/2; (255+0/2; (255+0/2) delle componenti RGB dei due colori. I colori neutri sono rappresentati bilanciando l'ammontare di ciascun colore. Il sistema CMY (Cyan, Magenta, Yellow) utilizza invece la tecnica sottrattiva per ottenere i vari colori, e viene usato solitamente con le stampanti. In realtà, nella pratica corrente, si impiega un sistema che prevede l'aggiunta dell'inchiostro nero. Infatti, anche se è possibile ottenere il nero con i tre colori fondamentali, la stampa del nero mediante la sovrapposizione di ciano, magenta e giallo presenta alcuni problemi pratici. Nel caso di una stampante a getto di inchiostro, per esempio, il costo dell'inchiostro colorato è maggiore rispetto a quello del nero, che è costituito essenzialmente da carbonio poco costoso. Inoltre stampare usando tre diversi strati di colore può rendere il foglio troppo umido; sostituendo i tre colori con il solo nero il foglio resta più asciutto. Infine, se il nero è stampato combinando i tre inchiostri è possibile che le tolleranze meccaniche della stampante possano stampare fuori allineamento, producendo ombre colorate ai bordi del tratto. In tipografia, infine, l'aggiunta del nero stabilizza i colori. Infatti se con tre colori si possono produrre un certo numero di combinazioni, aggiungendo un quarto colore, sebbene il numero di combinazioni resti lo stesso, aumenta il numero di modi con cui si possono ottenere le stesse tinte. Inoltre l'aggiunta del nero aumenta la neutralità del colore diminuendo l'effetto di eventuali tinte dominanti. A questo scopo le stampanti a colori più raffinate utilizzano la quadricromia, utilizzando per la stampa del nero una cartuccia separata; in questo caso il sistema si chiama CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK). Sebbene la matematica necessaria per trasformare correttamente la rappresentazione di un colore da RGB a CMY sia molto complessa, esiste una semplice relazione che può essere utile quando non si ha la necessità di eseguire lavori che richiedono una perfetta definizione del colore, come ad esempio nella business graphics. Col sistema CMY i colori sono rapresentati da tre componenti, ciano, magenta e giallo, con valori che vanno da O a 100. La trasformazione per passare da una rappresentazione all'altra è C=(1-R/25S)*100; M=(1-G/255)*100; Y=(1-B/255)*100. Così ad un colore rappresentato in coordinate RGB come (33/158/26) corrisponde la terna (87/38/90) nel sistema CMY. HSB Hue Saturation Bightness (tonalità, saturazione, luminosità): un sistema di rappresentazione matematica che definisce i colori in base alla loro tonalità, alla loro saturazione e alla loro luminosità. 
Lo HUE (tonalità) rappresenta in forma matematica la distribuzione dei colori dell'iride e indica la posizione di un colore all'interno di un cerchio. Si parte dal rosso (0 gradi), si sale all'arancio (30°), al giallo (60°), al verde (110°), all'azzurro (180°), al blu (230°), al magenta (300°) e di nuovo al rosso (dai 350° ai 360°) così da chiudere il cerchio. La gestione del colore Così come la percezione del colore varia da un individuo a un altro, nel processo di riproduzione dell'immagine ogni periferica, usa un metodo differente per elaborare i colori. La tecnologia usata da ciascuna macchina limita la gamma cromatica che ogni macchina è in grado di acquisire o di visualizzare. Questo intervallo di colori viene definito gamut. (Gamut - Gamma: L'insieme di colori che può essere riprodotto mediante un particolare processo di visualizzazione o di stampa (monitor, pellicola, stampa su carta). Quando un colore non può essere riprodotto con quella particolare tecnica, si dice che sia fuori gamma. Per esempio non tutti i colori che possono essere registrati su una pellicola fotografica sono riproducibili su un monitor e non tutti i colori che appaiono su un monitor sono effettivamente riproducibili sulla carta stampata.) Al variare del tipo di periferica, quindi, alcuni colori si troveranno al di fuori del suo spazio cromatico e quindi non potranno essere elaborati. Ad esempio, le stampanti che usano il metodo CMYK non riescono a stampare facilmente i blu e i rossi profondi, in quanto questi si trovano al di fuori del loro spazio cromatico. Analogamente, molte volte i monitor forniscono una visualizzazione insufficiente di alcuni colori, come ad esempio i gialli molto caldi. Le differenze nello spazio cromatico possono rovinare la resa di una immagine durante le diverse fasi di lavorazione. Ad esempio un verde particolare potrebbe trovarsi all'interno dello spazio cromatico del monitor, ma all'esterno di una stampante a colori. Non solo. Anche stampanti che usano la stessa tecnologia possono avere spazi cromatici differenti; un colore, quindi, potrebbe essere stampato bene da un determinato tipo di stampante ma non da un altro. In una situazione ideale dovrebbe esistere una perfetta uniformità e prevedibilità del colore. Dovrebbe essere possibile eseguire la scansione di una foto, visualizzarla sul monitor e non notare alcuna differenza con l'originale. Analogamente, stampando l'immagine, non dovremmo notare alcuna differenza con quanto viene visualizzato sul monitor. Sfortunatamente, questo tipo di uniformità e prevedibilità del colore non esiste spontaneamente, ma viene ottenuta con fatica. In generale sono due gli elementi che rendono rischiosa la previsione del colore: le differenze tra i gamut delle varie periferiche del processo di produzione e le deviazioni dalle prestazioni standard di una periferica in un punto qualsiasi del processo di produzione. Per risolvere questi problemi viene usato generalmente un CMS (Color management System - sistema per la gestione del colore) che gestisce le differenze tra gli spazi cromatici delle periferiche usate nel processo di riproduzione, legge i dati RGB e li trasforma nei corrispondenti CMYK eliminando i colori non riproducibili.(continua) |
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