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Abbiamo visto in un post precedente che cos’è il  fattore di luminanza (luminance factor), cioè un particolare fattore di riflessione di una superficie che viene illuminata e la cui luce riflessa viene misurata in una determinata direzione e confrontata con la luce totale incidente. Il fattore di luminanza è dunque una grandezza psicofisica adimensionale che assume un valore compreso tra 0  e 1.

La percezione del fattore di luminanza prende il nome di chiarezza (lightness) che è una grandezza percettiva (tecnicamente si dice che la chiarezza è il correlato percettivo del fattore di luminanza). Per convenzione la chiarezza assume un valore tra 0 a 100.

Quando il fattore di luminanza (più o meno la riflessione) di un oggetto è zero la chiarezza è nulla. Cioè vediamo nero. Man mano che il fattore di luminanza aumenta anche la chiarezza aumenta, ma non in modo proporzionale (o, come si dice, lineare).

Infatti, il fattore di luminanza non è percettivamente uniforme. Un incremento di fattore di luminanza fatto a partire da un fattore di luminanza baso non provoca la stessa percezione di un incremento di fattore di luminanza fatto a partire da un fattore di luminanza più alto. (Questa è la legge di Weber-Fechner, valida per tutte le percezioni, non solo quella visiva.)

Nel 1976 la CIE ha proposto una relazione tra il fattore di luminanza e la chiarezza, che è questa:

In questa curva si può vedere che quando il fattore di luminanza (in ascissa) è basso, un piccolo incremento produce un grande incremento di chiarezza (in ordinata). Man mano che il fattore di luminanza aumenta, lo stesso piccolo incremento è sempre meno importante in termini di chiarezza.

Questo è un effetto che possiamo verificare spesso. Per esempio di notte il fattore di luminanza del cielo è basso, e il basso incremento causato dalla luminanza di una stella ha un effetto importante sulla percezione, così che possiamo vedere le stelle nel cielo notturno. Lo stesso incremento di luminanza della stessa stella di giorno invece non si vede, perché il fattore di luminanza del cielo è alto e l’incremento causato dalla stella ha un effetto minore sulla percezione del fattore di luminanza, cioè sulla chiarezza.

La chiarezza definita con la curva sopra indicata viene detta chiarezza CIE ed è indicata con L* (l’asterisco è per distinguerla da altre precedenti definizioni di chiarezza). La formula esatta (e la formula inversa) si trova in questa pagina.

Per esempio se il fattore di luminanza è 0.5, la chiarezza è 76. Inversamente, il fattore di luminanza che corrisponde a chiarezza 50 (cioè una chiarezza media, un grigio esattamente in centro tra il bianco e il nero, un grigio medio) è 0.18, un risultato che tutti i fotografi conoscono.

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Per una applicazione fotografica di questi concetti si veda il post A cosa serve il cartoncino 18% grigio?

Per un calcolo più preciso della chiarezza a partire dal fattore di luminanza bisognerebbe tener conto dell’Effetto Helmholtz-Kohlrausch.