Diagramma CIE e temperatura di colore

La visione cromatica

Il colore è una caratteristica soggettiva, la visione cromatica è affidata all’assorbimento della luce da parte dei tre tipi di pigmento dei coni, il rosso (R), il verde (G, “green”) e il blu (B).

I tre tipi di coni hanno una diversa risposta allo stimolo luminoso, come si vede in figura 1, proporzionale all’intensità della luce che lo colpisce solo entro certi limiti:

Figura 1. Frazione di luce assorbita dai tre tipi di pigmento dei coni dell’occhio umano.

c’è un limite inferiore, al di sotto del quale il cono non è più sensibile (soglia di sensibilità) che non è la stessa per i tre tipi (il blu ha la soglia più bassa) e c’è un limite superiore (soglia di saturazione), al di sopra della quale la risposta è sempre la stessa.

Non essendo il colore una caratteristica propria di un oggetto, si è sentita la necessità di trovare una o più grandezze che potessero renderlo misurabile in modo standardizzato, per poterlo classificare e riprodurre.

Coordinate e diagramma cromatico

Figura 2. Funzioni di risposta ai colori primari dell’occhio umano.

I tre colori primari sono definiti da ben precise distribuzioni di intensità spettrale, X(l), Y(l), Z(l), scelte in modo convenzionale. La scelta standard è la cosiddetta scelta della CIE (Commission Internationale de l’Eclarage) che nel 1931 scelse le tre curve della figura 2 sovrapponendo le quali si può riprodurre qualunque colore percepibile dall’occhio umano medio. Dall’integrazione dello spettro della sorgente luminosa da analizzare con le tre curve si ottengono le coordinate (x, y) utilizzate per identificare in maniera standard il colore primario. I vari colori visibili dall’occhio umano sono individuabili nel diagramma CIE 1931 di figura 3.

Figura 3. Diagramma CIE 1931 con zone di colore.

Gli assi sono formati dalle coordinate x,y ed i colori si trovano all’interno di un triangolo così individuato (figura 4): I vertici del triangolo, cioè i punti aventi (x=0, y=0) (x=1, y=0) (x=0, y=1) corrispondono a colori immaginari, scelti in modo tale che tutti i colori reali percepibili dall’occhio umano si possano ottenere come sovrapposizione opportuna di x, y e z. I colori spettrali “puri”, corrispondenti cioè a lunghezze d’onda ben definite, stanno su una curva a ferro di cavallo; la curva è chiusa alla base dalla linea “porpora pura”, che non corrisponde a nessun colore ottenibile con una definita lunghezza d’onda.

Figura 4. Diagramma CIE con triangolo di costruzione.

Il punto W al centro del diagramma (coordinate x=0,33, y=0,33, z=0,33) è il bianco (“white”) o punto acromatico, cioè senza colore. Il modo più sicuro per ottenere un colore bianco è fare in modo che tutti e tre i componenti primari saturino, mandando una luce molto intensa. La tinta di un punto P si ottiene congiungendo P al punto W e prolungando il segmento fino alla curva dei colori spettrali. Il punto D che sta sull’intersezione è il colore dominante, nel senso che P è una miscela più o meno carica di bianco e del colore di D. In D si ha la saturazione della tinta. L’intersezione C dal lato opposto di B è il colore complementare, cioè il colore che si ottiene togliendo dal bianco il colore avente lunghezza d’onda D. Il colore nero si ottiene quando si è al di sotto della soglia di sensibilità di tutti e tre i tipi di coni, per cui non si registra nessuno stimolo. Fra il bianco e il nero ci sono diversi toni di grigio, in cui si supera la soglia di sensibilità dei coni, pur mantenendo la stessa miscela eguale delle tre componenti. Anche i colori possono avere un loro tono, che si ottiene valutando a quale “tono di grigio” corrisponde l’intensità di luce dei colori componenti.

Temperatura di colore

Figura 5. Diagramma CIE con linea di temperatura di colore. Tale linea indica i punti di colore corrispondenti ad un corpo nero alle varie temperature da 1667 K ad infinito.

Sempre più spesso si definisce il colore della luce bianca in termini di temperatura di colore correlata (CCT). Per spiegarlo serve definire il concetto di corpo nero. Un corpo nero è un oggetto che assorbe tutta la luce incidente ed emette una radiazione tipica che dipende dalla temperatura del corpo. Le stelle emettono luce in maniera molto simile ad un corpo nero. Il sole ad esempio è un corpo nero di temperatura 5800 K (gradi Kelvin). Come si può vedere dalla figura 5 del diagramma CIE nel quale sono segnate le varie temperature di emissione di corpo nero, maggiore è la temperatura e più il colore della luce tende al blu; minore è la temperatura e più la luce tende al giallo. Pensandoci vale lo stesso per la temperatura di una fiamma: vicino alla sorgente la fiamma ha temperatura maggiore ed è blu, alle estremità è più fredda ed è gialla. Il concetto di CCT è di associare il colore dalla sorgente luminosa, ad esempio un LED o una lampada a fluorescenza, al colore della luce proveniente da un corpo nero alla data temperatura tale che appaiano della stessa tonalità di bianco all’occhio umano. Ad esempio una lampadina con CCT 2700 K emetterà un bianco caldo tipico di una stella con temperatura superficiale di 2700 K.