la percezione del colore -...
Post on 15-Feb-2019
229 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Percezione del colore
Corso di Principi e Modelli della Percezione
Prof. Giuseppe Boccignone
Dipartimento di Scienze dell’Informazione
Università di Milano
boccignone@dsi.unimi.ithttp://homes.dsi.unimi.it/~boccignone/GiuseppeBoccignone_webpage/Modelli_Percezione.html
La percezione del colore
Livello
psicologico
Livello
neurofisiologico
La percezione del colore
• Non è una proprietà fisica ma piuttosto
una proprietà psicofisica
• La percezione del colore dipende
inizialmente da 3 fattori:
1.Lo spettro di energia che irradia la
superficie dell’oggetto
2.La riflettanza spettrale della superficie
dell’oggetto, che determina come la
superficie trasformi lo spettro ricevuto
nello spettro radiato
3.La sensibilità spettrale del sensore
irradiato dall’energia luminosa
proveniente dal superficie dell’oggetto
R(!)
E(!)
L(!)
La percezione del colore
//Principio fondamentale
s(!)
Lo spettro di energia del visibile
Experimentum crucis: Isaac Newton, 1672
Lo spettro di energia del visibile
Lo spettro di energia del visibile
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 102 1041
lunghezza d’onda (nanometri)
lunghezza d’onda
(metri)
Lo spettro di energia del visibile
//Sorgenti di luce
Corpo nero
CCT = 6200K
La composizione spettrale delle
sorgenti di luce può essere
descritta dalla Correlated
Colour Temperature (CCT),
misurata in Kelvin (K).
Luce Fluorescente
CCT = 2600K
CC
T =
27
60
KC
CT
= 5
19
0K
CC
T =
69
00
KC
CT
= 3
87
0K
Lo spettro di energia del visibile
//Sorgenti di luce
La riflettanza spettrale
E
R
L
E R L
N° fotoni emessi % fotoni riflessi N° fotoni riflessi
Spettro di
irradiamento
Spettro di
riflettanza
Spettro di
radianza
x
x
x
=
=
=
La riflettanza spettrale
// inferenza: un problema mal posto
E
R
L
E R 100
N° fotoni emessi % fotoni riflessi N° fotoni riflessix
x =
=
E=? R=?
Sensibilità spettrale dei sensori (coni)
Segnale neurale
Irradianza Edell’immagine
Mapping Non-Lineare!
Strati interni della retina
Fotorecettori
• Abbiamo modellato il nostro osservatore monocromatico come
• V(!) è detta
• curva di risposta spettrale dell'occhio umano
• funzione di efficienza luminosa fotopica spettrale relativa
V(!)
La curva modella un singolo
fotorecettore
Sensibilità spettrale dei sensori
Sensibilità spettrale dei sensori
//Il problema dell’univarianza
• Un infinito insieme di combinazioni di intensità e lunghezza d’onda possono
produrre una identica risposta da parte di un tipo di fotorecettore
• Disponendo solo di un fotorecettore non è possibile discriminare fra
lunghezze d’onda diverse, cioè discriminare fra colori diversi
• Questo è anche il motivo per cui i colori non si vedono in una scena con una
illuminazione molto debole
Sensibilità spettrale dei sensori
//Il problema dell’univarianza
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: fotorecettori
Bastoncelli Coni
Acromatici Tri-cromatici
Sensibilità elevata Sensibilità bassa
Alta convergenza Bassa convergenza
Bassa acuità Alta acuità
Periferici (15°) Centrali
100 milioni 6 milioni
Risposta lenta Risposta rapida
Non-selettivi alla direzione della
luce
Selettivi alla direzione della luce
(Styles-Crawford)
Sensibilità spettrale dei sensori
//Fotorecettori in sintesi
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: densità dei fotorecettori
• Scotopico: Questo aggettivo si riferisce ai livelli di illuminazione deboli, come
riferimento si prendano livelli più bassi di quelli un chiaro di luna
• I bastoncelli sono fotorecettori sensibili ai livelli di illuminazione scotopici
• Tutti i bastoncelli contengono lo stesso tipo di pigmento: la rodopsina
• Tutti i bastoncelli hanno la medesima sensibilità alle lunghezze d’onda, perciò
tramite essi la discriminazione dei colori risulta essere impossibile!!!
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: visione scotopica
• La visione dei colori richiede la presenza di almeno due tipi di fotorecettori con sensibilità spettrale diversa (sistema divariante)
• I coni: fotorecettori che si distinguono i tre categorie
• Coni S(hort): Coni che sono particolarmente sensibili a lunghezze d’onda corte.
Massimo assorbimento a 420 nm. Frequenza 5-10% (NO coni blu)
• Coni M(edium): Coni che sono particolarmente sensibili a lunghezze d’onda medie. Massimo assorbimento a 530 nm. Frequenza ! dei coni rossi (NO coni verdi)
• Coni L(ong): Coni che sono particolarmente sensibili a lunghezze d’onda lunghe. Massimo assorbimento a 565 nm. Frequenza 2 volte i coni verdi (NO coni rossi)
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: visione tricromatica
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: visione tricromatica
Ambiguità risolta!!
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: risoluzione ambiguità
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: visione tricromatica
• I tre tipi di coni non sono presenti nella stessa proporzione: sia nell’uomo, sia
nella scimmia, i coni S sono una minoranza, e sono totalmente assenti dal
centro della fovea, mentre i coni L ed M hanno in media la stessa frequenza
• Le loro frequenze relative possono variare notevolmente da un occhio ad un
altro, nello stesso occhio, tra una porzione di retina e un’altra.
L 50.6% M 44.2% S 5.2%
L:M=1.15
L 75.8% M 20.0% S 4.2%
L:M=3.79
Roorda e Williams Nature 397, 520 (1999)
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: distribuzione dei coni
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: visione tricromatica
• I tre tipi di coni non contribuiscono ugualmente alla sensazione di intensità
luminosa:
• a questa contribuiscono prevalentemente i coni L ed M (in modo additivo),
• i coni S hanno una forte valenza cromatica.
• Può sorprendere il fatto che abbiamo due pigmenti con sensibilità spettrali
così simili, mentre il terzo è molto differenziato rispetto a loro.
• tra i mammiferi, questa proprietà è presente nelle scimmie del vecchio mondo e
nell’uomo
• nella maggioranza degli altri mammiferi la retina contiene solo due tipi di coni:
uno di tipo S, cioè con sensibilità massima nell’ambito delle corte lunghezze
d’onda, e uno con sensibilità spettrale intermedia tra quelle dei coni M e L
dell’uomo
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: modello di visione tricromatica
output dei coni
conimeccanismo di
gain control
x x x
! ! !
L(!)
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: modello di visione tricromatica
• Per la maggior parte del tempo noi non vediamo singole lunghezze d’onda
ma pattern più complessi che coinvolgono l’intero spettro del visibile
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: luce riflessa da oggetti reali
• Prendiamo una luce verde e una luce rossa ed illuminiamo con queste un
pezzo di carta bianco in modo che un mix di luce verde e rossa (giallo) sia
riflesso dalla carta indietro al nostro occhio.
• Ammettiamo anche che
• il cono M produca 80 unità di risposta per la luce verde e 40 per quella rossa
• il cono L produca 40 unità di risposta per la luce verde e 80 per quella rossa.
• N.B. In questo esempio non consideriamo i coni S.
• Se assumiamo che si possano sommare insieme le risposte di ogni cono,
entrambi (L e M) coni producono 120 unità di risposta
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: metamerismo
Sensibilità spettrale dei sensori
// il livello retinico: metamerismo
• Metamerismo: Combinazioni di lunghezze d’onda diverse che appaiono
identiche. In generale il termine si riferisce a qualsiasi coppia di stimoli che
sono percepiti essere identici nonostante le differenze a livello fisico
• Due importanti avvertimenti:
• Mischiare insieme le lunghezze d’onda non muta le lunghezze d’onda a livello
fisico!
• Per ottenere da una luce rossa e una verde un giallo perfetto si deve
semplicemente scegliere con accuratezza la giusta quantità di rosso e verde.
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare colori
• Combinazioni colorimetriche col metodo ADDITIVO (miscuglio di luci) : Se una
luce A e una B sono riflesse da una certa superficie verso l’occhio, a livello
percettivo l’effetto di queste due radiazioni si sommano insieme
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare colori
• Modello additivo: creazione degli altri colori mediante lacombinazione
additiva dei colori primari RGB. Tipico nei monitori quali hanno tre tipi di
fosfori per ogni pixel.
• Es.: R + G = giallo
• se riduco l’intensità del verde mantenendo quella del rosso allora ho un
arancione
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare colori
• La somma di due colori primari produce un colore
• Es.: R+G= giallo, R+B=magenta, B+G=ciano
• Ciano (C), magenta (M) e giallo (Y) sono colori secondari ocomplementari
• Miscelando i tre primari o un secondario con il suo primario opposto, nella
giusta intensità, produce bianco.
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare colori
Addizione
Sottrazione
Combinazione
dei colori
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare colori
ciano
magenta
giallo
L’oscilloscopio
(televisione)
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: applicazioni
Visto da vicino il volto dell’uomo è formato da tanti
punti di colore innaturale per una faccia
(tecnica additiva)
Georges Seurat: La Parade
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: applicazioni
• Combinazioni colorimetriche col metodo SOTTRATTIVO (dovute per esempio
all’uso di pigmenti) Se i pigmenti A e B si mischiano, una certa quantità della
luce riflessa da una superficie sarà sottratta da A, un po’ da B e solo la
quantità rimanente darà un contributo alla percezione dei colori
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare pigmenti
• Le miscele sottrattive di colori coinvolgono
l’assorbimento selettivo di lunghezze
d’onda. Ciano, magenta e giallo sono
primari sottrattivi.
• Se la luce bianca passa attraverso un filtro
giallo esso assorbe il blu e trasmette rosso e
verde (insieme fanno il giallo).
• Un filtro magenta sottrae o assorbe il verde
dalla luce bianca
• Il ciano sottrae o assorbe il rosso dalla luce
bianca
Addizione
Sottrazione
Combinazione
dei colori
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare colori
ciano
magenta
giallo
x x x
! ! !
L(!)
xE(!) R(!)
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: mischiare pigmenti
• Lo spazio dei colori: E’ dato da uno spazio tridimensionale ed è stato definito
in modo da rappresentare le risposte dei tre tipi di coni in modo da
comprendere tutti i colori visibili
• Teoria Tricromatica: teoria che prevede che i colori siano percepiti dal
sistema percettivo visivo come una tripletta di valori indicanti le risposte di tre
tipi di recettori che adesso sappiamo essere i tre tipi di coni (Teoria di Young-
Helmholtz)
• E’ degno di essere notato che la teoria tricromatica del colore di Young
(1773-1829) e Helmholtz (1821-1894) è stata sviluppata PRIMA che si
conoscesse la natura dei pigmenti dei coni nel sistema percettivo visivo
attraverso brillanti esperimenti in psicofisica.
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: spazi di colore
• Gli esperimenti condotti con la “color matching technique” di Maxwell
consistevano nel chiedere ad un osservatore di creare con un mix di colori
una tinta identica ad una di riferimento
• I risultati mostrarono che con soli TRE “primari” era possibile ricostruire
qualsiasi colore dato!!!
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: esperimenti di Maxwell
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: esperimenti di Guild
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: esperimenti di Guild
• Dati tre colori primari ad esempio R, G, B, (700nm, 546.1 nm, 435.8 nm),
formalmente il color matching puo’ essere descritto dalla seguente
equazione:
C = R(R) + G(G) + B(B)
dove R,G,B sono le unità dei primari R, G, B, necessarie per
“eguagliare” (matching) il colore C
• La tripletta RGB rappresenta i valori di tristimolo
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: esperimenti di Guild
• Si ottengono i valori di
tristimolo primari
• per ottenere un colore
bastano tre primari
• Lo spazio dei colori è uno
spazio lineare: un colore è
combinazione lineare dei
primari
• Alcuni colori si ottengono
sottrattivamente
Che cosa sono queste curve?
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: esperimenti di Guild
• Assumendo di osservare una
luce di radianza spettrale Le(!) i
valori di tristimolo primari CIE
RGB sono
R
G
B
• Trasformazione lineare
dei valori di tristimolo
dell’osservatore
standard CIE
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: l’osservatore standard CIE
• Assumendo di osservare una luce di radianza spettrale Le(!) i
valori di tristimolo in coordinate CIE X,Y, Z sono
• cosa sono queste curve?
Elaborazione del colore
//visione tricromatica: l’osservatore standard CIE
top related