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Il blog di Mauro Boscarol sulla gestione digitale del colore dal 1998

Nella serie Fenomeni della sensazione di colore

Effetto Helmholtz-Kohlrausch

Nel post La chiarezza (cioè la brillanza relativa al bianco) si è detto che la nostra sensazione di brillanza (cioè di quantità di luce, inglese brightness) di una superficie illuminata, relativa alla brillanza di una superficie che appare bianca sotto lo stesso illuminante, si chiama tecnicamente chiarezza (inglese lightness).

Poi nel post Dal fattore di luminanza (fotometria) alla chiarezza (sensazione) si è detto che la sensazione di chiarezza è determinata dal fattore di luminanza dello stimolo, che è una grandezza psicofisica.

In realtà non è esattamente così. È vero che la sensazione di chiarezza di un’area è determinata in gran parte dal suo fattore di luminanza, ma è determinata anche, in parte minore, da qualcosa d’altro che è la sua croma. [Non confondere “croma” con “cromaticità”. Per dettagli sulla croma vedi il post La croma (cioè una pienezza relativa).]

Per esempio, tutti i campioni di una fissata riga del Munsell Book of Color hanno, per costruzione, (a) lo stesso fattore di luminanza (che Munsell chiama valore, value) e (b) croma crescente (da sinistra a destra). Ma, a parità di fattore di luminanza, i campioni con croma elevata appaiono più chiari di quelli con bassa croma. Questa diversità di chiarezza può essere grande o piccola in funzione della tinta e del valore di Munsell. Quindi si può vedere di più in alcune tinte e in alcuni valori, e di meno in altre.

Giudichi il lettore se, per esempio, in qualche fissata riga di blu qui sotto a destra, la luce (quindi la chiarezza) che appare provenire dalla tacca più a sinistra (grigia) è uguale, maggiore o minore della luce che appare provenire dall’ultima tacca a destra (blu a massima croma, per quel valore).

Questo è appunto l’effetto chiamato Helmholtz-Kohlrausch detto anche effetto HK per il quale, a fattore di luminanza costante, uno stimolo con croma maggiore appare di maggiore chiarezza. Insomma la chiarezza di un colore non dipende strettamente e solo dal suo fattore di luminanza ma anche in una certa misura dalla sua croma. Se aumenta la croma aumenta anche la chiarezza.

Le tinte in cui questo effetto è più accentuato sono quelle del blu, rosso, viola, magenta. Le tinte meno influenzate sono quelle del verde, ciano, giallo, arancio.

Nel sistema Lab (usato anche da Photoshop) la chiarezza è rappresentata dalla L (lightness) ed è calcolata con una formula basata solo sul fattore di luminanza, e dunque non tiene conto dell’effetto Helmholtz-Kohlrausch. Questo è uno dei tanti difetti del sistema Lab.

Ciò ha alcune conseguenze, una delle quali è che se creiamo in Photoshop diverse aree colorate tutte con la stessa L, dovrebbero apparire  tutte ugualmente chiare (perché L indica appunto la chiarezza), ma in realtà non è così. Nell’immagine qui sotto tutti i rettangoli hanno L = 50, compreso lo sfondo, quindi hanno tutti la stessa chiarezza L. Ma in realtà alcuni appaiono (soggettivamente) più chiari e altri meno chiari.

Quindi la chiarezza L di Lab, che è stata costruita per assomigliare il più possibile alla nostra sensazione di chiarezza, non corrisponde ancora esattamente alla nostra sensazione di chiarezza.

Un’altra conseguenza è che se si converte una immagine da colori a scala di grigi mantenendo il solo canale L, l’immagine può risultare più smorta del previsto (perché alcuni colori hanno una elevata croma e quindi una chiarezza aumentata dall’effetto di cui parliamo, aumento che sparisce quando si azzera la croma).

C’è infine da aggiungere che qui abbiamo trattato l’effetto Helmholtz-Kohlrausch relativamente al colore in una scena illuminata. Lo stesso effetto si presenta anche per il colore di un corpo autoluminoso. In tal caso invece della chiarezza si usa la brillanza, invece del fattore di luminanza si usa la luminanza, invece della croma si usa la saturazione.

Chi era Hermann Helmholtz (1821-1894)? Un grande e famoso fisiologo tedesco dell’Ottocento. Vedi qui.
Chi era Rudolf Kohlrausch (1809-1858)? Un fisico tedesco meno noto dell’Ottocento. Vedi qui.


Riferimenti

Mark D. Fairchild, E. Pirrotta “Predicting the lightness of chromatic objects colors using CIELABColor Research and Application 16, 385-393, 1991

J. Michael Sanchez, Mark D. Fairchild “Quantification of the Helmholtz-Kohlrausch effect for CRT color monitors”, Proc. SPIE 4421, 9th Congress of the International Colour Association, 607 (June 6, 2002)

Mark D. Fairchild Color Appearance Models Wiley 3ª edizione 2013

 

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Mauro Boscarol

23/4/2013 alle 14:10

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