Colore

Occorre puntualizzare innanzitutto che il termine “colori primari” è usato nel linguaggio comune con significati diversi (e spesso impropri) ed è proprio questa vulgata che genera molte ambiguità sul tema dei colori (1).

La seconda premessa da fare è che il concetto stesso di “colore” è comunemente inteso in maniera ambigua. Infatti da un certo punto di vista – e per semplificare il nostro ragionamento – potremmo dire che non esiste affatto il “colore” ma esiste invece una “percezione del colore”, e quindi in quanto percezione non è un attributo fisico degli oggetti (quindi non è proprio dell'oggetto guardato ma del soggetto guardante) (2).

Ragion per cui l'occhio umano è solo uno dei tanti modi che esistono per registrare/trasmettere un colore o sensazione di colore. Ne esistono molti altri, che registrano anche colori (cioè lunghezze d'onda) che l'occhio umano non percepisce. Siccome però non avrebbe molto senso stampare un libro con le figure che hanno dei colori nell'infrarosso o un monitor che emettere colori nelle frequenze dell'ultravioletto, il discorso si ferma per il momento ai colori che noi riusciamo a percepire.

Un monitor allora, per venire alla questione specifica sollevata dal quesito, non è altro che un “sintetizzatore di colori”, così come lo è una stampante o qualunque altro strumento simile. Vale a dire che non è possibile creare uno strumento che abbia uno specifico emettitore per ogni possibile colore (tanto più che il numero dei colori non è discreto); quindi si sono cercati dei modi per sintetizzare un numero di colori che sia abbastanza alto da trasmetterci la sensazione di omogeneità (per intenderci, un gradiente, le sfumature di verde di un bosco, i dettagli di colore di un volto). Esistono due modi per creare molti colori partendo da un numero relativamente basso di sorgenti, e sono la “mescolanza additiva” e la “mescolanza sottrattiva”.

La mescolanza additiva

La mescolanza additiva di due (e per estensione qualunque numero di) stimoli di colore, nota anche come sintesi additiva o miscela additiva è la mescolanza di stimoli di colore che arrivano all'occhio invariati; entrano nell'occhio simultaneamente o in rapida successione; e incidono sulla stessa area di retina, anche in forma di mosaico.

L'esempio classico è quello di due fasci di luce colorata (per esempio rossa e verde) proiettati sulla parete bianca di una stanza scura in modo che si sovrappongano. I due stimoli luminosi (quello della luce rossa e quello della luce verde) vengono riflessi dalla parete e giungono simultaneamente e immutati all'occhio, dove incidono sulla stessa area di retina. Dal punto di vista fisico non avviene alcuna interferenza tra i due fasci luminosi (quello rosso e quello verde), ma il sistema visivo percepisce il colore risultante dalla mescolanza dei due stimoli come giallo. Il giallo è, in questo caso, un colore prodotto dalla mescolanza additiva del rosso e del verde.

La mescolanza additiva può avvenire anche per media spaziale o temporale.

Nella mescolanza additiva in media spaziale, piccoli punti colorati non distinguibili dall'occhio, vengono mescolati additivamente dall'occhio. Per esempio dei piccoli punti rossi stampati su carta bianca, visti da sufficiente distanza causano la percezione del colore rosa. Il rosa è, in questo caso, un colore prodotto dalla mescolanza additiva in media spaziale del bianco e del rosso. Questo principio viene usato nei monitor e televisori a colori, dove il colore di ogni pixel è formato dalla mescolanza additiva dei colori di tre subpixel molto piccoli e vicini, ma non sovrapposti. Lo stesso principio è utilizzato nella stampa in mezzatinta e, in parte, nella stampa in quadricromia e nella pittura puntinista. Alcuni dei primi tentativi di fotografia a colori e di cinematografia a colori sfruttavano la mescolanza additiva in media spaziale. Alcuni quadri (ad esempio i famosi lavori di Roy Lichtenstein) amplificano le tecniche di disegno dei fumetti, che utilizzano a loro volta la tecnica della mezzatinta.

Nella mescolanza additiva in media temporale diversi stimoli di colore colpiscono l'occhio non contemporaneamente ma in rapida successione. Per esempio se si dipingono i settori di un disco con diversi colori (disco di Maxwell) e il disco viene fatto ruotare velocemente, sulla stessa area della retina cade una rapida successione di lampi luminosi. L'osservatore percepisce un nuovo colore, prodotto dalla mescolanza additiva in media temporale dei colori del cerchio. Alcuni dei primi tentativi di cinematografia a colori sfruttavano la mescolanza additiva in media temporale proiettando in rapida successione fotogrammi di diverso colore.

Una mescolanza additiva può essere fatta con un numero qualunque di colori, a partire da 2, e dunque i primari non sono necessariamente tre, ma possono essere un numero qualunque > 1 (per esempio, in una mescolanza additiva dei due colori giallo e verde, i primari sono appunto giallo e verde. In una mescolanza additiva dei due colori bianco, blu, viole e arancio, i primari sono bianco, blu, viole e arancio).

Quando due stimoli si mescolano additivamente, il colore percepito è determinato dai meccanismi visivi. Si tratta insomma di un fenomeno biologico. Diversamente, il colore percepito di una mescolanza sottrattiva di stimoli ha cause esclusivamente fisiche.

La mescolanza sottrattiva

La mescolanza sottrattiva di due stimoli di colore è dunque la mescolanza di stimoli di colore che giungono modificati all'occhio.

L'esempio classico è quello della sovrapposizione di due inchiostri, per esempio inchiostro giallo sovrapposto ad inchiostro ciano, su un foglio bianco. In questo caso i due strati di inchiostro si comportano come filtri per la luce. L'inchiostro giallo assorbe una parte della luce. La parte rimanente attraversa l'inchiostro ciano che ne assorbe un'altra parte. La parte rimanente viene riflessa dalla carta bianca e costituisce lo stimolo di colore che arriva al nostro occhio.

Altri esempi di mescolanza sottrattiva sono: un fascio di luce che attraversa una soluzione di coloranti, la mescolanza di due pitture. Ogni colorante assorbe una parte di luce e la luce emergente, cioè lo stimolo di colore, è ciò che rimane della luce iniziale. La sintesi sottrattiva è utilizzata nella fotografia tradizionale su pellicola e, in parte, nella stampa retinata.

Quando due stimoli si mescolano sottrattivamente, il colore percepito è allora, come si diceva poco sopra) determinato da cause fisiche (assorbimento della luce da parte dei corpi).

RGB

I monitor dei computer (così come le televisioni) usano dunque come primari additivi il colore rosso, il verde e il blu. Potevano essere scelti degli altri colori, ma semplicemente l'esperienza e gli studi condotti, hanno portato a capire che proprio la sintesi additiva di questi tre colori riesce a produrre, in sintesi additiva, il maggior numero di colori tra quelli percepibili all'occhio umano. RGB è quindi il nome di un modello di colori (o spazio colore) addittivo che si basa sui tre colori primari: rosso (Red), verde (Green) e blu (Blue), da cui appunto il nome RGB.

Un'immagine può infatti essere scomposta, attraverso filtri o altre tecniche, in questi colori base che, miscelati tra loro danno quasi tutto lo spettro dei colori visibili, con l'eccezione delle porpore. Il bianco è ottenuto con un mix di circa lo 0,7/0,2/0,1 dei canali verde (G), rosso (R) e blu (B).

Allo stesso modo, nella stampa tipografica, nella quale i colori si mescolano in maniera sottrattiva, sono stati convenzionalmente scelti i colori ciano, magenta e giallo (più il nero, per questo si parla in tipografia di quadricromia). Anche qui si è arrivati semplicemente alla conclusione che la sintesi sotrattiva di questi colori riusciva a generare la maggior quantità di colori e sfumature tra quelle percepibili all'occhio umano.

Spazio colore

Un discorso a parte merita, per concludere, il concetto dello spazio colore. Uno spazio colore rappresenta l'insieme di tutti i possibili colori che possono essere ottenuto da un dispositivo di output (monitor, proiettore, stampante ecc.). Se provate a descrivere con parole vostre una particolare sfumatura di colore (non semplicemente blu o rosso ma una tinta particolare che sta tra il viola e il rosso) vi accorgerete di quanto sia complicato essere precisi in questo campo. Per questo motivo nel 1931 la Commission Internationale de l'Eclairage (Commissione Internazionale per l'Illuminazione) definì un diagramma di cromaticità standard, un modello colorimetrico che comprendeva tutte le tinte visibili dall'occhio umano, a prescindere dalla luminanza. Infatti qualunque colore all'interno di questo spazio bidimensionale può avere una luminanza che varia dal bianco al nero e se si tiene conto anche di questo fattore (la luminanza) lo spazio così definito diviene tridimensionale e rappresentato mediante coordinate XYZ. Un modello di colore è un modello matematico astratto che descrive un modo per rappresentare i colori come tuple di numeri, tipicamente come tre o quattro valori detti componenti colore. Il modello CIE 1931 si basava, come altre codifiche note, sull'utilizzo di tre colori primari (Red, Green, Blue) che, opportunamente miscelati tra loro in sintesi additiva, permettevano di ottenere tutti i colori che l'occhio umano può percepire. La commissione CIE ha comunque definito diversi modelli matematici di percezione del colore indicati come spazi di colore e rappresentati da sigle come XYZ (è il modello CIE 1931), xyY, Lab, Luv.

A differenza, però, dei metodi RGB o CMY (usati rispettivamente in sintesi additiva e in sottrattiva), il diagramma di cromaticità proposto dalla CIE non dipendeva dal comportamento di questo o quel dispositivo di visualizzazione o stampa in quanto basato sul concetto di Osservatore Standard.

Quest'ultimo è definito a partire dalle proprietà del sistema visivo dell'uomo e si basa su analisi sistematiche effettuate su un vasto campione di osservatori umani. E in base a numerosi studi effettuati nel primo dopoguerra fu notata l'impossibilità di riuscire a riprodurre per sintesi additiva tutti i colori comunque si scegliesse la terna di primari reali da miscelare.

Bibliografia

G. Wyszecki, W.S. Stiles, Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, Wiley 1982 (II ed.)

C. Oleari (a cura di), Misurare il colore, Hoepli 1998

G. A. Agoston, Color Theory and Its Application in Art and Design, Springer 1987 (II ed.)

D. B. Judd, G. Wyszecki, Color in Business, Science, and Industry, Wiley 1975 (III ed.)

CIE, International Lighting Vocabulary, 1970 (III ed.)

Note

1) Diverso, rispetto al discorso sui primari additivi e sotrattivi è il concetto di primari psicologici introdotto dal fisiologo tedesco Ewald Hering (1834-1918). La teoria di Hering sulla visione del colore postula l'esistenza di tre coppie opponenti di colori: bianco e nero, rosso e verde, giallo e blu. Questo sei colori sono detti primari psicologici. In questo caso il termine primari sta ad indicare i sei colori che stanno alla base di questa particolare teoria.

2) Lo stimolo di colore è una radiazione luminosa con distribuzione spettrale di potenza definita, che penetra nell'occhio e produce una sensazione di colore. La distribuzione spettrale dello stimolo è una funzione che specifica l'energia relativa dello stimolo per ogni lunghezza d'onda compresa, solitamente, nell'intervallo da 380 a 780 nm, che sono le lunghezze d'onda della radiazione visibile.

Per i corpi autoluminosi (cioè che emettono luce) la distribuzione spettrale dello stimolo è la distribuzione spettrale relativa di potenza della sorgente. Per i corpi non autoluminosi opachi (cioè che non emottono luce e che sono opachi) la distribuzione spettrale dello stimolo è data dal prodotto del fattore di riflettanza spettrale per la distribuzione spettrale relativa di potenza della sorgente luminosa. Per i corpi non autoluminosi trasparenti (cioè che non emottono luce e che sono trasparenti) la distribuzione spettrale dello stimolo è data dal prodotto del fattore di trasmittanza spettrale per la distribuzione spettrale relativa di potenza della sorgente luminosa.

Più propriamente, a livello della percezione umana del colore, esso è una percezione che si forma quando l'occhio viene investito da una radiazione luminosa. La formazione di tale percezione avviene in tre fasi:

a) Nella prima fase un gruppo di fotoni (stimolo visivo) arriva all'occhio, attraversa cornea, umore acqueo, pupilla, cristallino, umore vitreo e raggiunge i fotorecettori della retina (bastoncelli e coni), dai quali viene assorbito. Come risultato dell'assorbimento i fotorecettori generano (in un processo detto trasduzione) tre segnali nervosi, che sono segnali elettrici in modulazione di ampiezza.

b) La seconda fase avviene ancora a livello retinale e consiste nella elaborazione e compressione dei tre segnali nervosi, e termina con la creazione dei segnali opponenti, segnali elettrici in modulazione di frequenza, e la loro trasmissione al cervello lungo il nervo ottico.

c) La terza fase consiste nell'interpretazione dei segnali opponenti da parte del cervello e nella percezione del colore.

Dunque il colore dipende da tre componenti:

a) una sorgente luminosa (l'energia necessaria per iniziare il processo della visione del colore)

b) eventualmente un oggetto (le cui proprietà chimiche modificano l'energia luminosa)

c) il sistema visivo umano (l'occhio che cattura l'energia e il cervello che produce la percezione del colore)