Appendice C

Le traduzioni che potrete trovare su questo sito sono unicamente destinate ad uso interno per il corso di Psicologia della Percezione dell'Università degli studi di Trieste. Nascono con l'intento di fornire un ausilio a quegli studenti che non hanno molta dimestichezza con la lingua inglese. Le traduzioni sono opera degli stessi studenti del corso di Psicologia della Percezione 1999 - 2000. Nell'utilizzo di questo materiale va tenuto conto che la correttezza dello stesso va verificata confrontando le traduzioni con il testo originale. Per ulteriori domande, clicca qui.

Traduzione a cura di:
Isabella Denalazzo
Ester Bradamante

LA TECNOLOGIA DEL COLORE

La natura mostra una gran varietà di colori, dall'azzurro del cielo pulito al rosso profondo dei petali di rosa. La tecnologia moderna fornisce una "tavolozza" quasi altrettanto estesa per i manufatti umani; basta pensare, infatti, alla vasta serie di colori creati dall'uomo che vediamo quotidianamente sui nostri vestiti, giornali, fotografie. Dietro a tutto ciò vi sono sofisticate tecniche di ingegneria cromatica. Considereremo alcuni fattori di base delle tecnologie del colore e cercheremo di scoprire come sono in relazione con la percezione umana del colore.
Gli albori della tecnologia del colore risalgono alla preistoria, quando gli uomini primitivi usavano semplici pigmenti per disegnare gli eventi e gli oggetti più importanti sulle pareti delle caverne. Solo molto recentemente sono state usate tecniche radicalmente diverse come la stampa a colori, la fotografia, la cinematografia. Queste tecnologie hanno notevolmente incrementato la nostra abilità di creare e ricreare immagini e oggetti colorati.
Lo scopo principale della tecnologia del colore è la riproduzione accurata dei colori di oggetti esistenti, cioè la creazione di qualcosa che venga percepito con lo stesso colore dell'oggetto rappresentato (un metamero del colore naturale) o con una buona approssimazione dello stesso.
Fortunatamente non è necessario riprodurre l'esatto spettro della luce riflessa da una data superficie per creare nell'osservatore la percezione di quel colore. La ragione di ciò è che le persone hanno tre tipi di recettori dei colori; ogni luce colorata può essere ottenuta dalla miscela di tre luci scelte appropriatamente. Questo è valido in teoria ma non in pratica, perché i colori molto saturi possono essere ottenuti solo usando l'artificio dei "colori negativi" (Sezione 3.2.1). Questo artificio non può essere usato nella tecnologia del colore perché il colore dell'oggetto bersaglio è fisso e immodificabile. Escludendo i colori saturi, una riproduzione accettabile può essere ottenuta con la scelta appropriata dei colori primari (rosso, giallo, blu). Cosa siano questi colori primari e come possano essere combinati per formare diversi colori dipende dal fatto che il processo di miscela sia additivo o sottrattivo.

C.1 Miscele additive vs. miscele sottrattive

Tutte le tecniche di riproduzione del colore si basano sulla creazione di un'ampia gamma cromatica dalla combinazione di un piccolo insieme di colori base. Come si combinino questi colori dipende dai fenomeni fisici interessati. Le due forme base di miscela di colore sono chiamate additiva e sottrattiva perché la principale differenza è legata al fatto che, combinando due colori, il secondo aggiunge o sottrae lunghezze d'onda al primo colore. I risultati, come vedremo, possono essere molto diversi.
Il modo più facile per mostrare la differenza fra miscela additiva e sottrattiva è di considerare le due situazioni illustrate nel Color Plate C.1.

In C.1.A due proiettori identici sono diretti su uno schermo in modo che i loro raggi si sovrappongano (assumeremo per semplicità che entrambe le luci prodotte contengano lo stesso numero di fotoni a tutte le lunghezze d'onda visibili). Prima di colpire lo schermo un raggio (A) attraversa un gel (o filtro) blu, che lascia passare la luce principalmente in lunghezze d'onda brevi e medie, assorbendo luce in quelle lunghe dello spettro. L'altro raggio (B) attraversa un gel giallo che lascia passare luce nelle lunghezze d'onda medio-lunghe, assorbendo luce, invece, in quelle corte dello spettro. Se c'è solo il raggio A, la macchia sullo schermo sarà blu, se c'è solo il raggio B vedremo il giallo. Nella zona di sovrapposizione delle luci proiettate, i fotoni che passano attraverso il filtro blu si sommano ai fotoni che passano attraverso il gel giallo; così la loro combinazione contiene quantità di luce quasi uguale a tutte le lunghezze d'onda. Come risultato la zona di sovrapposizione sullo schermo sembra bianca (fig. C.1.A.). "Luce Blu + Luce Gialla= Zona Bianca" è un esempio di miscela additiva.
Combinando invece i gel in una maniera solo leggermente differente, la situazione cambia. Invece che sovrapporre le luci dopo che sono passate attraverso i filtri colorati (fig. A), si sovrappongano i due gel sulla traiettoria di raggi di luce (fig. B). Il gel blu lascia passare la luce soprattutto nelle lunghezze medio-corte; di questo spettro ridotto il gel giallo assorbe buona parte delle lunghezze d'onda brevi, lasciando passare la luce in lunghezze medie. Quindi la luce trasmessa attraverso i due filtri sta principalmente nella regione delle lunghezze d'onda medie e, perciò, sembra verde (l'ordine dei filtri non cambia il risultato).
Si osservi che è stata usata la stessa apparecchiatura (due luci e due tipi di filtri) per produrre:
· miscela additiva, se ciò che viene miscelato è la luce (i fotoni a diverse lunghezze d'onda);
· miscela sottrattiva. se ciò che viene miscelato sono i filtri (ovvero i pigmenti).

Questa distinzione basilare vale per tutte le forme di tecnologia del colore, sebbene i dettagli differiscano da caso a caso e raramente siano semplici come in questo esempio.

SPIEGAZIONE: Dal proiettore C esce luce che viene filtrata dal gel blu e poi dal giallo, ottenendo un fascio uguale a quello che si ottiene dal proiettore D, filtrando prima con il gel giallo e poi con il blu. ATTENZIONE: la figura B a sinistra illustra la sovrapposizione di filtri gel e non ciò che si vede sullo schermo (come invece si faceva in A)

Filtro Blu + Filtro Giallo=Verde esempio di miscela sottrattiva.

C.1.1 Sommare vs. moltiplicare gli spettri

Per capire più precisamente i fenomeni della miscela additiva e sottrattiva si consideri il relativo spettro fisico. Le linee continue in fig. A indicano lo spettro per la luce blu (bianca che attraversa solo il filtro blu) e per quella gialla (bianca che attraversa solo il filtro giallo). Quando queste luci, composte da fotoni, sono sovrapposte sullo schermo, la loro combinazione è letteralmente additiva: è la semplice somma di fotoni di entrambi i raggi.
Si osservi che la combinazione additiva (curva tratteggiata) è più luminosa degli altri due componenti presi singolarmente e la sua forma spettrale è tale che la somma è quasi uniforme per tutte le lunghezze d'onda. Nelle lunghezze d'onda medie il valore più alto differisce di meno del 20% rispetto al valore più basso. Questo è il motivo per cui la miscela additiva di quel particolare blu e giallo appare bianca, ovvero di tinta (hue) neutrale sulla scala cromatica.
Nella Figura C.1.1.B le linee continue mostrano gli spettri di trasmissione del gel blu e del giallo presi singolarmente. Gli spettri di trasmissione sono i diagrammi della quantità di fotoni che attraversano un filtro ottico per ciascuna lunghezza d'onda (questi spettri hanno la stessa forma di quelli in fig.C.1.1. A perché si assume che la luce proiettata sia perfettamente uniforme su tutto lo spettro). Quando i gel sono combinati per sovrapposizione, le luci devono attraversare entrambi i filtri, così ci sarà meno luce che passa (rispetto ai filtri presi singolarmente). La formula matematica per determinare la combinazione dei due filtri colorati, quando sono espressi come frazioni o probabilità, è sempre una moltiplicazione. Per capire perché ciò accade, si può considerare cosa succede se metà dei fotoni (a una data lunghezza d'onda) passano attraverso il gel blu e l'altra metà (a quella lunghezza) passa attraverso il gel giallo. Quando i due gel vengono sovrapposti, solo 1/4 del numero iniziale dei fotoni passerà attraverso entrambi i filtri (0,5x0,5=0,25). Al contrario, quando il filtro blu e il filtro giallo vengono sovrapposti, lo spettro di trasmissione dei filtri combinati lascia passare il doppio di fotoni nelle lunghezze d'onda medie che in quelle corte e lunghe. La luce bianca che passa attraverso entrambi i filtri appare perciò verde.

C.1.2 Il triangolo di Maxwell

I fatti basilari riguardo alla miscela additiva furono scoperti da Maxwell nella metà dell'800 (1855), attraverso esperimenti sistematici. Maxwell riuscì a ottenere un numero elevato di tinte miscelando solo tre luci "primarie": un rosso aranciato (700 nm, limite superiore dello spettro), un blu violetto (436 nm, limite inferiore dello spettro) e un verde intermedio (546 nm). I risultati dei suoi esperimenti sono riassunti nel "Triangolo di Maxwell" (fig. C.1.2). I vertici rappresentano i tre colori primari da lui usati e ciascun punto interno al triangolo rappresenta un colore che si può creare dalla miscela dei tre primari. I colori sono indicati con le coordinate triangolari (del punto che li rappresenta) rispetto ai vertici: la porzione di luce relativa a ciascun primario nella miscela, corrisponde alla vicinanza del punto considerato rispetto a ciascun vertice del triangolo. Per esempio il bianco è situato al centro perché contiene uguali quantità di rosso-aranciato, verde e blu-violetto. I complementari dei primari: ciano (verde bluastro), rosso magenta (porpora) e giallo sono opposti fra loro, lungo la linea retta che passa attraverso il bianco e il corrispondente primario. Come si vedrà in seguito, sia i primari ai vertici che i loro complementari sono rilevanti per la tecnologia del colore.
L'aspetto più interessante del triangolo di Maxwell come rappresentazione del colore è che la miscela di ogni coppia di colori sul suo perimetro (o dentro a esso) è sita lungo la linea retta che connette la corrispondente coppia di punti (come si diceva nella sezione 3.2.1). Questa proprietà non è valida negli altri modelli spaziali di colore, a eccezione dello spazio colore C.I.E., molto simile a quello di Maxwell.

C.1.3 Lo spazio dei colori C.I.E.

Il triangolo di Maxwell fornisce una rappresentazione elegante di come i colori si combinino additivamente ma ha certi limiti di carattere pratico, specialmente come standard facilmente utilizzabile nella miscela di colori. In primo luogo non può rappresentare tutti i colori conosciuti; infatti i colori altamente saturi sono fuori dal triangolo (cfr. sezione 3.2.1). La maggior parte delle luci monocromatiche (come negli arcobaleni) non può essere formata dalla miscela dei primari di Maxwell, a meno che non si usi l'artificio dei colori negativi (cfr. sezione 3.2.1). In secondo luogo, le coordinate triangolari sono molto più difficili da usare delle coordinate cartesiane (x, y).
Tentando di risolvere questi e altri problemi la Commission de l'Eclairage (o C.I.E.) ha definito un sistema standardizzato per rappresentare il colore e la miscela di luci che è molto usato nella ricerca e tecnologia del colore. La fig. C.1.3 mostra il diagramma di cromaticità C.I.E. Il primo problema del triangolo di Maxwell è risolto idealizzando dei colori primari al di fuori della reale esperienza sensoriale. Ciò permette di rappresentare i colori reali come somma di queste immaginarie luci primarie, che sono chiamate Rosso ideale (Ri), Verde ideale (Gi) e Blu ideale (Bi). Il secondo problema è risolto rappresentando le luci colorate come parti (di questi primari ideali) relative all'ammontare totale di luce. Per convenzione l'asse delle x rappresenta la porzione di Rosso ideale, cioè: r= Ri / (Ri + Gi + Bi). L'asse delle y rappresenta la porzione del Verde ideale, cioè: g = Gi / (Ri + Gi + Bi). Dato che le coordinate C.I.E. sono parti dei primari (tutte le luci nel sistema sono composte solo da questi tre colori), la somma delle tre porzioni deve dare 1. Ciò significa che conoscendo la parte di Rosso ideale (r) e quella di Verde ideale (g), la porzione di Blu ideale è semplicemente (b) = 1-(r+g). La luce bianca ha, per esempio, coordinate (0.33, 0.33), visto che è una miscela equa dei tre primari. Tutti i colori reali sono compresi entro la linea continua della fig. C.1.3, al di fuori di questa vi sono i colori "immaginari", compresi i tre primari.
Si osservi che il diagramma C.I.E. è solamente bidimensionale, il che è conveniente per rappresentazioni su una pagina piana ma ovviamente non permette di rappresentare alcuni aspetti dell'esperienza umana del colore. Infatti il diagramma C.I.E. rappresenta le dimensioni della tinta (hue) e della saturazione, ma non la chiarezza (brightness). Questo avviene perché le coordinate C.I.E. sono definite come proporzioni e non come quantità assolute. Infatti il bianco e tutte le sfumature del grigio sono nello stesso punto neutrale sul diagramma C.I.E.: (0.33, 0.33). Dato che i marroni sono versioni scure del giallo e dell'arancione, si trovano negli stessi punti del giallo e dell'arancione. Se al diagramma C.I.E. venisse aggiunta la chiarezza, questa dimensione uscirebbe dal piano della pagina. Lo spazio C.I.E. è quindi simile a una versione appiattita del solido di colore visto nella Sezione 3.1.2., in cui la dimensione della chiarezza è schiacciata e tutti i colori sono proiettati su una superficie.
E' interessante chiedersi perché la curva cromatica C.I.E. non è circolare, come il cerchio dei colori (Color Plate 3.3). La sua forma particolare dipende del vincolo per cui ogni miscela di due luci deve trovarsi sulla retta che le unisce. Ha un lato piatto perché i porpora più saturi possono essere creati solo mischiando le lunghezze d'onda più corte (violetto) con quelle più lunghe (rosso arancione) visibili all'occhio e tutte le miscele di due luci stanno sulla retta congiungente. Questi porpora non-spettrali definiscono, quindi, il limite della curva C.I.E.

C.1.4 Esiste uno spazio dei colori per le miscele sottrattive?

Sfortunatamente non esiste un corrispondente del triangolo di Maxwell o dello spazio C.I.E. per le miscele sottrattive del colore, per ragioni facilmente spiegabili. Uno dei fattori chiave per cui è possibile formulare una legge per le miscele additive in termini di spazio psicologico del colore è che non dobbiamo occuparci delle differenze fisiche fra metameri.
Se due luci La e Lb possiedono diversi spettri fisici ma sembrano identiche (cioè sono dei metameri), allora aggiungendo una terza luce Lc a entrambe si produrrà lo stesso colore (cioè due altri metameri). Se C(La) = C(Lb), allora C(La + Lb) = C(Lb + Lc), dove C(L) rappresenta il colore della luce L e il simbolo = rappresenta una percezione equivalente. Questa proprietà di invarianza metamerica significa che gli effetti di addizione di due luci possono essere predetti interamente all'interno dello spazio psicologico del colore, senza fare riferimento al loro spettro fisico.
Ciò non vale per le miscele sottrattive; si supponga di prendere tre filtri e di condurre lo stesso esperimento, sovrapponendoli nello stesso raggio di luce (fig. C.1.4). I filtri Fa e Fb consentono di produrre un confronto metamerico nel senso che la luce bianca (pieno spettro) sembra la stessa dopo che è passata attraverso ciascuno di essi (da solo), sebbene lo spettro di queste luci sia differente perché lo spettro di trasmissione è diverso. Come si vede nella fig. C.1.4., il filtro Fa lascia passare circa la stessa quantità di luce nelle regioni spettrali corrispondenti al giallo e al blu. La luce che passa attraverso questi filtri apparirà bianca (incolore) perché somma di uguali quantità di luci di colore complementare (come blu e giallo). Analogamente avviene per Fb, con i colori rosso e verde. Quindi, sebbene Fa e Fb abbiano effetti fisici completamente diversi sulla luce bianca che passa attraverso ad essi, il risultato visibile è lo stesso.
Si osservi che l'equivalenza percettiva di questi due filtri non vale per tutte le luci illuminanti, perché la luce che passa attraverso il filtro dipende dall'interazione tra le lunghezze d'onda presenti nelle luci illuminanti e quelle che passano attraverso il filtro. Per esempio una luce il cui spettro abbia un marcato picco nelle lunghezze medie (verde) o lunghe (rosso) non passerà attraverso Fa (che filtra l'energia in quelle regioni dello spettro) ma passerà attraverso Fb (che le trasmette). Ecco perché i due filtri non possono essere considerati metamerici, ad eccezione di specifiche condizioni di illuminazione.
Facciamo ora un esperimento per determinare se la sovrapposizione dei filtri dipende dal loro spettro fisico o solo dai risultati percettivi legati a una certa illuminazione. Si sovrapponga a ciascun filtro un terzo (Fc) che lascia passare solo la luce nella regione del verde (spettro in fig. C.1.4.) Quando Fa e Fc sono sovrapposti, virtualmente non viene trasmessa nessuna luce attraverso la coppia (Fa impedisce la trasmissione di tutta la regione del verde, che Fc trasmetterebbe). Si ricordi che sovrapponendo i filtri, lo spettro risultante è il prodotto dei valori dei loro spettri di trasmissione. Sovrapponendo Fb e Fc, la luce verde passa attraverso entrambi quasi intatta, così la loro miscela appare come un verde moderatamente chiaro. Quindi, aggiungendo un terzo filtro a due filtri "metamerici", si ottengono risultati molto diversi. La combinazione non può essere predetta solo a partire dallo spazio psicologico del colore; si devono conoscere con precisione le caratteristiche spettrale.
Conoscendo alcune delle differenze fra le miscele additive e sottrattive possiamo considerare diverse forme di tecnologia del colore. Alcune, come il colore in TV sono fondamentalmente additive, altre, come la fotografia, sono sottrattive e altre ancora (stampa e pittura) possono sfruttare entrambe le miscele.

C.2 Televisione a colori

La TV produce le immagini tramite scansione del raggio elettronico attraverso la superficie dello schermo. La posizione del raggio è controllata da un campo magnetico che dirige le traiettorie delle particelle cariche negativamente quando queste passano attraverso il campo. Cambiando rapidamente la forza del campo in modo opportuno, il raggio scorre sull'intero schermo 30 volte al secondo. Parte in alto a sinistra, scorre verso destra lungo la riga e quindi (mentre il raggio è annullato) si sposta in basso a sinistra alla riga successiva (fig. C.2.1.). Dopo aver raggiunto l'angolo in basso a destra, ritorna in alto a sinistra e continua ancora. Le onde si muovono a zigzag così rapidamente che vengono percepite come un'immagine continua e istantanea (Sezione 10.1.3).
Il raggio produce l'immagine sullo schermo perché collide con particelle di fosforo, che emettono, una volta eccitate, energia elettromagnetica nello spettro visibile, attraverso l'assorbimento di un elettrone dal raggio. L'ammontare di luce che il fosforo emette dipende dall'intensità dell'onda; maggiore è il numero di elettroni per secondo, più brillante sarà la luce emessa dal fosforo. Il colore della luce che il fosforo emette dipende dalla sua natura fisica. Per produrre un'immagine in bianco e nero, usando questa tecnica, l'intensità di una singola onda è modulata molto rapidamente per creare differenti livelli di grigio in ciascun punto; allo stesso tempo la forza del campo magnetico è modulata per cambiare la posizione del raggio sullo schermo da un punto a quello successivo. Se queste due fasi sono ben coordinate, il risultato è un'immagine composta da circa 480 linee orizzontali la cui luminosità varia sullo schermo grossolanamente come la scena rappresentata.
In uno schermo in bianco e nero i fotoni vengono emessi da una miscela di due tipi diversi di fosforo: blu e giallo. Comunque c'è un solo cannone elettronico il cui raggio colpisce entrambi i tipi di fosforo. Il risultato è un'addizione delle due luci, un bianco leggermente azzurrato (Color Plate C.2). Le sfumature più scure del grigio e del nero sono prodotte da un decremento dell'intensità del raggio e viceversa per le tonalità più chiare.
La TV a colori produce luce cromatica usando tre cannoni, ciascuno dei quali controlla un fascio di elettroni che colpisce un diverso tipo di fosforo con diversa intensità. Le particelle di fosforo emettono luce che noi vediamo come gradazioni di rosso-arancio, verde e blu-violetto. Le varie combinazioni additive comprendono l'interno del triangolo definito dai colori primari nel diagramma C.I.E. (fig. C.2.2). Questi colori primari sono in realtà abbastanza simili a quelli del triangolo di Maxwell (basta fare il paragone tra la fig. C.2.2 e la fig. C.1.3). I tre cannoni sono spesso chiamati Rosso, Verde, Blu (o semplicemente RGB), ma le onde che emettono non sono in realtà per niente colorate. Producono un diverso colore solo in virtù del tipo di fosforo che colpiscono sullo schermo. Questo significa che per ottenere l'effetto desiderato, il cannone rosso deve colpire solo il fosforo rosso, e così anche il verde e il blu. Questo si ottiene con una griglia che allinea in modo preciso i raggi con le regioni dello schermo che contengono il fosforo appropriato (fig. C.2.3.A). Molte delle TV più nuove usano righe sottili verticali di fosforo (fig. C.2.3.B). Per fare in modo che ciascuna proiezione colpisca solo la giusta regione dello schermo, si deve mantenere un giusto allineamento fra i tre cannoni, i buchi sulla griglia e il mosaico di particelle di fosforo sullo schermo.
Questa descrizione della situazione fisica non corrisponde molto bene alla nostra percezione delle immagini televisive, perché in condizioni normali noi non percepiamo piccoli frammenti di rosso, verde e blu. La ragione (Sezione. 3.2.1) è che i puntini sono troppo piccoli e troppo vicini per essere visti dall'occhio umano. Andando molto vicino a un'immagine televisiva stabile o usando una lente d'ingrandimento, è possibile vedere piccoli puntini o strisce. Quando il sistema visivo non può analizzare i puntini di luce, avviene lo stesso effetto di una miscela additiva delle tre luci corrispondenti. L'apparente varietà infinita di colori che si percepisce nelle immagini televisive è, perciò, il risultato della miscela additiva del colore discussa nel capitolo 3.2.1.

FIGURA C.2.3. Allineamento dei fosfori nella TV a colori e nel videoregistratore. I tre elettroni che sprano (R, G, e B) producono fasci di elettroni che eccitano i corrispettivi fosfori rosso, verde, blu sullo schermo. La maschera d'ombra è usata per assicurare che ciascun fascio colpisca solo il fosforo corrispondente. Le parti A e B mostrano differenti sistemazioni spaziali del fosforo e dei fasci.

C.3 COLORI E SOSTANZE COLORANTI

Le vernici riflettono e assorbono differenti quantità di luce a differenti lunghezza d'onda grazie alla presenza di milioni di piccolissime particelle colorate chiamate pigmenti, che sono sospese nel loro liquido. Può essere usata una varietà di differenti liquidi (acqua, olio, lattice etc...) e i pigmenti vengono da una larga varietà di sorgenti. I primi pigmenti venivano preparati macinando minerali colorati e altre sostanze naturali, fino a ottenere polveri fini, e mescolandoli in un liquido, per esempio gesso per il bianco, carbone per il nero, ferro ossidato per il rosso, rame carbonato per il verde. I pigmenti moderni sono largamente sintetici e producono una larga gamma di colori.
Indipendentemente dalla natura specifica dell'uno o dell'altro pigmento o mezzo, il processo del colorare fondamentalmente è lo stesso. Una superficie è coperta con un sottile strato di liquido pigmentato, che poi provoca, imbevendosi, una buccia/pelle opaca. I pigmenti in questa buccia inoltre determinano quale lunghezza d'onda della luce è riflessa e assorbita, poiché la superficie sottostante è coperta. Le tinture coloranti lavorano più o meno nello stesso modo, eccetto che i pigmenti in esse contenuti sono molto piccoli (di solito sono molecole pienamente disciolte nel liquido). Le tinture funzionano "macchiando", proprio come il succo di mirtilli o il vino rosso macchia il tessuto al contatto. Poiché le tinture coloranti sono assorbite dal materiale stesso e sono solo in parte opache, il colore naturale e la tessitura superficiale dell'oggetto rimangno più visibili di quanto non accade nel caso di oggetti verniciati.

C.3.1 COMBINAZIONE SOTTRATTIVA DELLE VERNICI

Il metodo abituale per combinare delle vernici consiste nel mescolarli fisicamente producendo un liquido uniforme. Questo produce fondamentalmente una miscela sottrattiva perché è una combinazione di pigmenti piuttosto che di luci. Quando due colori sono mescolati insieme, entrambi i pigmenti assorbono luce, come quando i gel colorati sono sovrapposti (Color Plate C.1.B). Ci sono due importanti differenze, comunque. Una è che i colori opachi riflettono i fotoni non assorbiti, invece di trasmetterli come fa un gel traslucido. L'altra è che quando i gel sono sovrapposti, la quantità totale di luce che viene attraverso due filtri è sempre minore di quando ce n'è uno solo, poiché quando i colori sono mescolati, la quantità di luce riflessa dalla combinazione è intermedia tra le componenti. Una miscela bianca e nera, per esempio, risulta in un grigio, piuttosto che in un nero più scuro.
Questo processo può essere capito in termini di miscela fisica di particelle di pigmenti sospesi in liquidi, come illustrato nella figura C.3.1. Quello che determina la riflessione del colore è principalmente la densità delle particelle dei pigmenti in un dato volume. Immaginiamo di miscelare un bianco e un nero ideali, ciascuno dei quali contiene un tipo di pigmento. Supponiamo che il colore bianco contenga 100 particelle di pigmenti bianchi per unita' di volume (chiamata "microgoccia") e che rifletta completamente luce di tutte le lunghezza d'onda, e che il colore nero contenga 100 particelle di pigmenti neri per microgoccia, che non riflettono affatto la luce (tali pigmenti "perfetti" certamente non esistono; ma questi sono colori ipotetici). Se noi mischiamo questi due colori equamente, due microgocce conterranno 100 particelle bianche e 100 particelle nere, o 50 particelle di ciascuno per microgoccia. Ne risulta che le densità dei pigmenti sono perciò la media aritmetica delle densità delle componenti - cioè, (100+0)/2=50 - e rifletteranno una quantità intermedia di luce.
Colori, sostanze coloranti e inchiostri fungono da filtri nel senso che riflettono o trasmettono selettivamente la luce di differente lunghezza d'onda, togliendo le lunghezza d'onda che sono assorbite. Come menzionato sopra, i filtri fisicamente differenti - e perciò i colori, le sostanze coloranti e gli inchiostri fisicamente differenti - possono essere considerati "metamerici" sempre rispettando certe specifiche condizioni della luce. Pragmaticamente, ciò significa che due colori, sostanze coloranti o inchiostri che appaiono uguali in una stessa luce possono apparire diversi sotto un'altra luce. Per esempio, due articoli di abbigliamento che appaiono perfettamente abbinati sotto la luce fluorescente di un negozio, possono sembrare differenti alla luce del giorno o a quella incandescente. Quindi: "Attenti a quello che comperate!".
Un'altra conseguenza del fatto che i colori agiscono come filtri nella luce è che i colori che guardiamo sotto alcune condizioni di luce identiche, ma che hanno differenti spettri riflessi, possono di fatto combinarsi differentemente con un terzo colore. La situazione è analoga a quella dei gel traslucidi, come illustrato nella figura C.1.4. Se i due colori di fatto contengono lo stesso pigmento, necessariamente avranno lo stesso spettro fisico e perciò si mescoleranno nello stesso modo con un altro colore. Ma se avranno pigmenti differenti, potranno combinarsi differentemente con altri colori, anche se in specifiche condizioni di luce potranno sembrare identici.

Figura C.3.1 Miscelare colore significa mediare. Se un nero ideale è mischiato con un bianco ideale, la loro miscela è la media delle densità delle particelle dei componenti.

C.3.2 COMBINAZIONE ADDITIVA DI COLORI

Piuttosto sorprendentemente, ci sono modi di usare due colori insieme che producono miscele di colori additive piuttosto che sottrattive. Invece di essere mischiati come liquidi, prima sono applicati alla superficie: i colori possono essere applicati separatamente in piccole regioni adiacenti, ma non in posizioni sovrapposte. Un esempio di questo è mostrato nel Color Plate C.2, dove sono mostrate una accanto all'altra parecchie aree riempite con quadrati blu e gialli. Quando guardiamo da lontano, e il sistema visivo non riesce a distinguere le regioni blu e gialla, i quadrati si fondono percettivamente, più o meno come accade ai singoli punti blu e gialli in una televisione in bianco e nero. Il colore percepito dalla fusione è quello predetto dalla miscela additiva (grigio), e non dalla miscela sottrattiva (verde). Quando uno si allontana le regioni con i quadrati più grandi iniziano a perdere i loro aspetto a scacchiera e si fondono in un grigio neutrale. In ambito artistico questa tecnica di produzione di miscele di colore additive mediante l'applicazione distinta di punti di colore è conosciuta come "pointillism". E' stato reso famoso in larga parte dagli impressionisti francesi come Paul Signac, il cui dipinto La Sala da Pranzo è mostrato nel Color Plate C.3.

C.4 FOTOGRAFIA A COLORI

La fotografia a colori è in genere una tecnologia sottrattiva. Nelle diapositive, nei film e nelle stampe a colori, il colore è prodotto passando luce bianca attraverso una serie di strati parzialmente trasparenti di gelatina, ognuno delle quali contiene pigmenti di un particolare colore. Poi la luce risultante colpisce una superficie bianca. Gli strati di gelatina agiscono da filtri, rimuovendo la luce selettivamente a differenti lunghezze d'onda; così la luce da bianca diventa colorata.

Figura C.4.1 Diapositive colorate verso stampe colorate. Nelle diapositive colorate (A) i tre strati di gel colorato sono vicini alla sorgente di luce e lontani dallo schermo bianco. Nelle stampe colorate (B), i tre strati di gel colorato sono attaccati al foglio di supporto bianco e sono lontani dalla sorgente di luce.

Nei film a colori o nelle diapositive, il filtro colorato è vicino alla sorgente di luce bianca (la lampada del proiettore) e lontano dalla superficie bianca (lo schermo), come illustrato dalla figura C.4.1A. Questo è esattamente analogo alla sovrapposizione dei gel colorati davanti a un faretto (come descritto nel Color Plate C.1). Nelle stampe colorate, invece, i filtri di gelatina colorata sono lontani dalla sorgente di luce (sole o luce artificiale) e adiacenti alla superficie bianca (la carta sul quale è stampata l'immagine), come illustrato dalla figura C.4.1B. Questa situazione è simile, eccetto che la luce ora passa attraverso ciascuno degli strati traslucidi due volte invece di una.

Figura C.4.2 Il processo in due stadi del fare una stampa fotografica in bianco e nero. Quando le scene sono fotografate, il film esposto è sviluppato per creare un'immagine negativa della scena. Questo negativo è poi girato in immagine positiva producendo il negativo del negativo. (vedere testo per i dettagli)

Le stampe a colori sono prodotte in un complesso processo a due stadi, più facile da comprendere se prima descriviamo il corrispondente processo nella fotografia in bianco e nero. Il primo passo nel processo di stampa in bianco e nero consiste nel produrre un negativo fotografico. La luce dalla scena entra nella camera e cade sulla superficie piatta della pellicola. La gelatina contiene sali d'argento che sono sensibili alla luce. Ogni volta che questi sali sono esposti alla luce nella camera e dopo essere stati trattati con uno sviluppatore chimico, essi tornano neri. I sali d'argento non esposti alla luce sono lavati via da un fissatore chimico. Il risultato netto dall'esposizione, sviluppo e fissazione della pellicola è il seguente: le aree esposte sono scure in vario grado e le aree non esposte sono chiare in vario grado, come illustrato in figura C.4.2A. La pellicola che in questo modo è stata creata è chiamata negativo, poiché il grado di trasparenza delle regioni di sviluppo della pellicola è il "negativo" della luminanza delle corrispondenti regioni della scena: sul negativo le regioni bianche sono nere (pienamente opache), le regioni nere sono chiare e le regioni grigie sono il grado intermedio di traslucido.
Nel secondo stadio per la produzione di una stampa in bianco e nero, viene usato un ingranditore per creare una stampa positiva dal film negativo (figura C.4.2B). La luce attraversa il negativo e cade su un foglio bianco che è coperto da un altro strato di gelatina contenente sali d'argento sensibili alla luce. L'esposizione alla luce, seguita da un processo chimico simile a quello per i negativi, produce granelli d'argento scuro nello strato di gelatina sulla carta stampata. Poiché la luce è passata attraverso l'immagine negativa della scena, comunque, questo processo ora produce il negativo del negativo dell'immagine, cioè il positivo dell'immagine iniziale della scena. Le regioni nere nel negativo (corrispondenti alle regioni bianche della scena) producono regioni chiare nella gelatina, che quindi permettono alla luce bianca di essere riflessa dalla carta dentro l'occhio dell'osservatore. Le regioni chiare nel negativo (corrispondenti alle zone scure nella scena), producono regioni nere nello strato gelatinoso, che quindi non permette alla luce bianca di essere riflessa dentro l'occhio dell'osservatore.
Le stampe a colori sono prodotte da un processo simile, a due stadi, eccetto che ora ci sono tre strati di gelatina, ciascuno dei quali è sensibile a differenti lunghezza d'onda di luce. Nei primi periodi delle fotografie a colori e in alcune applicazioni professionali correnti, i tre strati sono attualmente tre pezzi di pellicola separati. L'avanzamento della tecnologia della fotografia a colori permette a tutti e tre gli strati di essere presenti in un singolo pezzo di pellicola, chiamato "triplo pacchetto integrale". Il Color Plate C.4 mostra come tale film produca una stampa colorata di un insieme di strisce di nero, bianco, rosso, verde, blu e giallo. Ognuno dei tre strati di gelatina sensibile alla luce nel "triplo pacchetto" lavora come il suo "contatore dei pacchetti" in bianco e nero, eccetto che invece di essere sensibile a tutte le lunghezza d'onda di luce, uno strato è selettivamente sensibile alle corte lunghezza d'onda (blu), un altro alle medie (verde) e il terzo alle lunghe (rosso). Producendo la stampa positiva si richiede ancora lo stadio intermedio di produzione della pellicola negativa, ma in questo caso il colore del negativo è il complemento del positivo: il cielo blu è giallo nel negativo, l'erba verde è magenta (rosso porpora) e una mela rossa è ciano (turchese) (bluastro verde). I colori "primitivi" della tecnologia sottrattiva sono ciano, magenta e giallo, perché questi sono il risultato della rimozione degli additivi primitivi di rosso, verde e blu dalla luce bianca, che è, bianco-rosso= ciano, bianco-verde=magenta e bianco-blu=giallo (Color Plate C.4A).
La stampa positiva è poi fatta tramite passaggio completo dello spettro di luce bianca attraverso questa pellicola negativa sopra la carta stampata, che è anche coperta con tre strati di gelatina contenenti sostanze che sono sensibili alle stesse tre bande di lunghezza d'onda: corte (blu), medie (verde) e lunghe (rosso), come è illustrato nel Color Plate C.4B. Dopo l'esposizione e il processo chimico, particelle di giallo, magenta, ciano appaiono nei corrispondenti strati di gelatina. Così, ogni strato sulla carta bianca crea la versione negativa del suo corrispondente strato nel negativo del colore. Poi, quando la luce bianca dalla carta stampata è trasmessa attraverso questo secondo insieme di strati di pigmento, si crea il negativo del negativo dell'immagine - che è il positivo dell'immagine - convertendo a ritroso il cielo nel blu, l'erba nel verde e la mela nel rosso. I dettagli della conversione non sono ovvi, ma la cosa importante è che tutto ciò funziona.
Benché la stampa dei colori standard richieda in uno stadio iniziale la produzione di un'immagine negativa, lo stesso non è vero per le diapositive a colori, i film a colori e le stampe istantanee. Questi sono sempre basati su miscele di colore sottrattive che richiedono tre strati di gel sensibile alle differenti lunghezza d'onda, ma i pigmenti negli strati sono differenti e consentono di ottenere un'immagine positiva dopo un singolo stadio del processo fotografico. Ci sono vari metodi per far ciò, che differiscono per differenti forme della fotografia a colori basata su un solo stadio.

C.5 STAMPA A COLORI

La stampa di riproduzioni basata sull'uso di vari inchiostri colorati su carta è un processo complesso, che può includere miscele sia additive sia sottrattive. La stampa consiste nell'applicazione di sottili strati di inchiostro trasparente, usualmente su carta bianca. Poiché l'inchiostro è trasparente, la luce che entra nell'occhio è passata attraverso lo strato di inchiostro una volta ed è stata riflessa dalla carta attraverso l'inchiostro in direzione dell'occhio, esattamente come accade nella stampa colorata (figura C.4.1B e Color Plate C.4B). Quindi gli inchiostri filtrano la luce, assorbendo differenti lunghezze d'onda della luce che li attraversa. Questo significa che quando due inchiostri sono stampati uno sopra l'altro, questi si combinano in modo sottrattivo, dal momento che entrambi gli inchiostri rimuovono parte della luce. Di solito i colori primari per la stampa sono ciano, magenta e giallo, anche se possono essere usati altri inchiostri quando si deve ottenere una gamma ristretta di colori. Comunque, quando due inchiostri sono stampati a piccoli punti non sovrapposti, essi si combinano in modo additivo.
Poiché negli strati di inchiostro i pigmenti hanno densità uniforme, ciascuna tinta è ottenuta applicando gli inchiostri a punti piccolissimi. L'intensità del colore è poi determinata dalla densità di questi punti. Nelle riproduzioni a colori di alta qualità, i punti sono troppo piccoli per essere visti a occhio nudo, ma sono chiaramente visibili con una buona lente d'ingrandimento. In una stampa a colori di bassa qualità, come i fumetti del Sunday (il discorso vale anche per tutta la stampa a colori sui quotidiani italiani), basta guardare da vicino per vedere i punti a occhio nudo.
Talvolta la stampa a colori utilizza anche l'inchiostro nero, in aggiunta ai tre inchiostri colorati. Il nero si può ottenere sovrapponendo ciano, magenta e giallo. Ma questo metodo è costoso e raramente produce un nero così scuro da poter uguagliare un inchiostro nero. Stampando il nero separatamente, con un singolo inchiostro nero, si produce un nero migliore e ombre più dettagliate (oltre a risparmiare sull'inchiostro colorato, che è più costoso). Riproduzioni di alta qualità, come quelle dei libri di arte e fotografia più costosi, spesso usano addirittura più di quattro inchiostri per accrescere la gamma dei colori molto saturi.
Dovrebbe ora essere chiaro come tutte le forme di tecnologia del colore si fondino sui meccanismi psicologici e fisiologici della visione cromatica. L'uso ubiquitario delle tinte sature rosso, verde e blu come primari in tutte le tecnologie basate sulle miscele additive dipende dall'assorbimento spettrale dei recettori per le lunghezze d'onda lunghe, medie e corte presenti nell'occhio umano. L'uso di ciano, magenta e giallo per tecnologie sottrattive dipende dalla complementarietà con il rosso, verde e blu. Il modo in cui vengono combinati il rosso, verde e blu per creare un'ampia gamma di colori appartenente al solido dei colori dipende dalle leggi sulle miscele additive, che sono basate sull'esistenza dei metameri. La tecnologia del colore rappresenta un sofisticato adattamento ai meccanismi fisiologici della visione cromatica umana.