Fisica

Il dono della visione è reso più ricco dall’esistenza del colore. Gli oggetti e le luci abbondano con migliaia di sfumature che stimolano i nostri occhi, il nostro cervello e le nostre emozioni. In questa breve trattazione vengono affrontate due domande fondamentali: cosa significa il colore in termini scientifici e come lo percepiamo noi uomini?

Teoria semplice della visione a colori

Abbiamo già notato che il colore è associato alla lunghezza d’onda della radiazione elettromagnetica visibile. Quando i nostri occhi ricevono luce di lunghezza d’onda pura, tendiamo a vedere solo alcuni colori. Sei di questi (più spesso elencati) sono rosso, arancione, giallo, verde, blu e viola. Questi sono l’arcobaleno di colori prodotti quando la luce bianca viene dispersa secondo diverse lunghezze d’onda. Ci sono migliaia di altre tonalità che possiamo percepire. Queste includono il marrone, l’alzavola, l’oro, il rosa e il bianco. Una semplice teoria della visione dei colori implica che tutte queste tonalità sono la risposta del nostro occhio a diverse combinazioni di lunghezze d’onda. Questo è vero fino a un certo punto, ma abbiamo scoperto che la percezione dei colori è ancora più sottile della risposta del nostro occhio per le varie lunghezze d’onda della luce.

I due principali tipi di cellule sensibili alla luce (fotorecettori) nella retina sono bastoncelli e coni

I coni sono più concentrati nella fovea, la regione centrale della retina. Qui non ci sono bastoncelli. La fovea è al centro della macula, una regione di 5 mm di diametro responsabile della nostra visione centrale. I coni funzionano meglio in piena luce e sono responsabili della visione ad alta risoluzione. Ci sono circa 6 milioni di coni nella retina umana. Ci sono tre tipi di coni, e ogni tipo è sensibile a diverse gamme di lunghezze d’onda, come illustrato nella Figura 1.

Una teoria semplificata della visione dei colori è che ci sono tre colori primari corrispondenti ai tre tipi di coni. Le migliaia di altre tonalità che possiamo distinguere sono create da varie combinazioni di stimolazioni dei tre tipi di coni. La televisione a colori utilizza un sistema a tre colori in cui lo schermo è coperto da un numero uguale di punti di fosforo rosso, verde e blu. L’ampia gamma di tinte che uno spettatore vede è prodotta da varie combinazioni di questi tre colori. Per esempio, si percepisce il giallo quando il rosso e il verde sono illuminati con il giusto rapporto di intensità. Il bianco può essere percepito quando tutti e tre sono illuminati. Quindi, sembrerebbe che tutte le tonalità possano essere prodotte aggiungendo tre colori primari in varie proporzioni. Ma c’è un’indicazione che la visione dei colori è più sofisticata. Non esiste un unico insieme di tre colori primari. Un altro set che funziona è giallo, verde e blu. Un’ulteriore indicazione della necessità di una teoria più complessa della visione dei colori è che varie combinazioni diverse possono produrre la stessa tonalità. Il giallo può essere percepito con la luce gialla, o con una combinazione di rosso e verde, e anche con la luce bianca da cui è stato rimosso il viola. L’aspetto dei tre colori primari della visione dei colori è ben stabilito; teorie più sofisticate lo espandono piuttosto che negarlo.

Considerate perché vari oggetti mostrano il colore – cioè, perché le piume sono blu e rosse in una rosella cremisi? Il vero colore di un oggetto è definito dalle sue caratteristiche di assorbimento o riflessione. La figura 2 mostra la luce bianca che cade su tre oggetti diversi, uno blu puro, uno rosso puro e uno nero, così come la luce rossa pura che cade su un oggetto bianco. Altre tonalità sono create da caratteristiche di assorbimento più complesse. Il rosa, per esempio su un cacatua galah, può essere dovuto al debole assorbimento di tutti i colori tranne il rosso. Un oggetto può apparire di un colore diverso sotto un’illuminazione non bianca. Per esempio, un oggetto blu puro illuminato con luce rossa pura apparirà nero, perché assorbe tutta la luce rossa che cade su di esso. Ma il vero colore dell’oggetto è il blu, che è indipendente dall’illuminazione.

Similmente, le fonti di luce hanno colori che sono definiti dalle lunghezze d’onda che producono. Un laser a elio-neon emette luce rossa pura. In effetti, la frase “luce rossa pura” è definita dall’avere uno spettro nitido e limitato, una caratteristica della luce laser. Il Sole produce un ampio spettro giallastro, le luci fluorescenti emettono una luce bianco-bluastra e le luci a incandescenza emettono tonalità bianco-rossastre, come si vede nella figura 3. Come ci si aspetterebbe, si percepiscono questi colori quando si guarda direttamente la fonte di luce o quando si illumina un oggetto bianco con essi. Tutto questo rientra perfettamente nella teoria semplificata che una combinazione di lunghezze d’onda produce varie tonalità.

Costanza di colore e una teoria modificata della visione del colore

Il sistema di rilevamento del colore dell’occhio-cervello può, confrontando vari oggetti nella sua vista, percepire il vero colore di un oggetto in condizioni di illuminazione variabili – una capacità che è chiamata costanza di colore. Possiamo percepire che una tovaglia bianca, per esempio, è bianca se è illuminata dalla luce del sole, dalla luce fluorescente o dalla luce di una candela. Le lunghezze d’onda che entrano nell’occhio sono abbastanza diverse in ogni caso, come i grafici della figura 3 implicano, ma la nostra visione dei colori può rilevare il vero colore confrontando la tovaglia con l’ambiente circostante.

Le teorie che prendono in considerazione la costanza del colore si basano su un gran numero di prove anatomiche e di studi percettivi. Ci sono connessioni nervose tra i recettori di luce sulla retina, e ci sono molte meno connessioni nervose con il cervello di quanto ci siano bastoncelli e coni. Questo significa che c’è un’elaborazione del segnale nell’occhio prima che le informazioni vengano inviate al cervello. Per esempio, l’occhio fa dei confronti tra i recettori di luce adiacenti ed è molto sensibile ai bordi, come si vede nella Figura 4. Invece di rispondere semplicemente alla luce che entra nell’occhio, che è uniforme nei vari rettangoli di questa figura, l’occhio risponde ai bordi e percepisce le false variazioni di buio.

Una teoria che prende in considerazione vari fattori è stata avanzata da Edwin Land (1909-1991), il creativo fondatore della Polaroid Corporation. Land ha proposto, basandosi in parte sui suoi numerosi ed eleganti esperimenti, che i tre tipi di coni sono organizzati in sistemi chiamati retinici. Ogni retinex forma un’immagine che viene confrontata con le altre, e il sistema occhio-cervello può così confrontare una tovaglia bianca illuminata da una candela con i suoi dintorni generalmente rossastri e determinare che è effettivamente bianca. Questa teoria retinica della visione dei colori è un esempio di teorie modificate della visione dei colori che cercano di rendere conto delle sue sottigliezze. Un esperimento sorprendente eseguito da Land dimostra che un certo tipo di confronto delle immagini può produrre la visione a colori. Vengono scattate due foto di una scena su pellicola in bianco e nero, una utilizzando un filtro rosso, l’altra un filtro blu. Le diapositive in bianco e nero risultanti vengono poi proiettate e sovrapposte su uno schermo, producendo un’immagine in bianco e nero, come previsto. Poi un filtro rosso viene posto davanti alla diapositiva scattata con un filtro rosso, e le immagini vengono nuovamente sovrapposte su uno schermo. Ci si aspetterebbe un’immagine in varie tonalità di rosa, ma invece l’immagine appare agli umani in pieno colore con tutte le sfumature della scena originale. Questo implica che la visione a colori può essere indotta dal confronto tra le immagini in bianco e nero e quelle in rosso. La visione a colori non è completamente compresa o spiegata, e la teoria della retinex non è totalmente accettata. È evidente che la visione dei colori è molto più sottile di quello che un primo sguardo potrebbe implicare.

Riassunto della sezione

• L’occhio ha quattro tipi di recettori della luce – canne e tre tipi di coni sensibili ai colori.
• I bastoncelli sono buoni per la visione notturna, la visione periferica e i cambiamenti di movimento, mentre i coni sono responsabili della visione centrale e dei colori.
• Percepiamo molte tonalità, dalla luce che ha miscele di lunghezze d’onda.
• Una teoria semplificata della visione dei colori afferma che ci sono tre colori primari, che corrispondono ai tre tipi di coni, e che varie combinazioni dei colori primari producono tutte le tonalità.
• Il vero colore di un oggetto è legato al suo assorbimento relativo di varie lunghezze d’onda della luce. Il colore di una fonte di luce è legato alle lunghezze d’onda che produce.
• La costanza del colore è la capacità del sistema occhio-cervello di discernere il vero colore di un oggetto illuminato da varie fonti di luce.
• La teoria della retinax della visione dei colori spiega la costanza dei colori postulando l’esistenza di tre retinex o sistemi di immagini, associati ai tre tipi di coni che vengono confrontati per ottenere informazioni sofisticate.

Glossario

tinte: identità di un colore in relazione specifica allo spettro

bastoncelli e coni: due tipi di fotorecettori nella retina umana; i bastoncelli sono responsabili della visione a bassi livelli di luce, mentre i coni sono attivi a livelli di luce più alti

teoria semplificata della visione dei colori: una teoria che afferma che ci sono tre colori primari, che corrispondono ai tre tipi di coni

costanza di colore: una parte del sistema di percezione visiva che permette alle persone di percepire il colore in una varietà di condizioni e di vedere una certa coerenza nel colore

retinex: una teoria proposta per spiegare la percezione e le costanti del colore e della luminosità; è una combinazione delle parole retina e corteccia, che sono le due aree responsabili dell’elaborazione delle informazioni visive

teoria retinex della visione del colore: la capacità di percepire il colore in un ambiente colorato