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 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…. Secondo la psicologia scientifica la percezione visiva è una complessa interpretazione della realtà da parte del cervello attraverso gli occhi.

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 Fin dall’antichità era noto che i colori e 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 rosso + blu + verde = bianco 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 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. E’ una valutazione del colore emesso dalle sorgenti luminose e viene adottata dai costruttori di lampade.

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.

Ordini di grandezza relativi alle sorgenti luminose naturali: 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 HQI-TS/WDL HQL temperatura colore Lampada ad alogenuri metallici HQI-TS/WDL 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. Lampada a vapori di mercurio HQL

Il colore e la luce indice di resa cromatica 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. 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.

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.

Dati relativi ad alcune lampade fluorescenti: Il colore e la luce indice di resa cromatica Dati relativi ad alcune lampade fluorescenti: LUCE BIANCA - CALDA 3000 K (X=0,438 Y=0,401) LUCE BIANCA 4000 K (X=0,372 Y=0,376) LUCE DIURNA 6500 K (X=0,309 Y=0,327) PER CAMPIONATURA COLORI 7500 K (X=0,301 Y=0,319)

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.).