[zoth]

Intrebarea din titlu nu isi asteapta un raspuns direct asa incat ea nu trebuie sa supere pe nimeni, este mai mult un pretext pe care vreau sa il folosesc pentru o analiza sumara asupra unor factori ce ne influienteaza perceptia vizuala.
Sunt convins ca o mare parte dintre lucrurile ce vor fi prezentate aici sunt deja bine cunoscute, dar sunt la fel de convins ca unele dintre ele nu sunt suficient constientizate.

Radiatiile electromagnetice cuprinse intre 380 nm si 780 nm au proprietatea de a excita ochiul uman provocand senzatia de lumina si din aceasta cauza aceste radiatii se numesc radiatii vizibile sau luminoase.
Excitand ochiul cu radiatii cu anumite lungimi de unda se obtin senzatii de diferite culori pe care in mod abisnuit le definim prin cuvinte. Astfel radiatia de 780 nm produce senzatia de rosu, dar si radiatia de 680 nm produce tot senzatia de rosu, cu deosebirea ca in acest caz rosul va fi de alta nuanta.
In practica nu este posibil sa se stabileasca o corespondenta intre fiecare lungime de unda si o denumire a nuantei culorii, din aceasta cauza s-a convenit ca unei anumite game de lungimi de unda sa i se asocieze nuantele unei culori dominante:
780-650 nm pentru culoarea dominanta rosu
650-590 nm culoarea dominanta portocaliu
590-550 nm culoarea dominanta galben
550-490 nm culoarea dominanta verde
490-430 nm culoarea dominanta albastru
430-380 nm culoarea dominanta violet
Culoarea reprezinta rezultatul actiunii radiatiei luminoase asupra ochiului si deci notiunea de culoare include doi factori: unul obiectiv care este radiatia luminoasa si unul subiectiv care este sesnzatia ce apare in creierul omului la actiunea acestei radiatii.
In mod obisnuit senzatia de culoare nu apare doar in cazul actiunii unei radiatii cu spectru ingust (radiatii monocromatice) ci se poate datora si unor radiatii complexe.
Lumina solara de multe ori postulata ca si lumina alba cuprinde toate lungimile de unda din spectrul vizibil plus radiatiile in UV si IR iar distributia spectrala este aproape uniforma in domeniul vizibil, doar cu un mic surplus in gama 500-600 nm.

[zoth]

Am vazut mai sus ca senzatia de culoare este dependenta de lungimea de unda a radiatiei ce ajunge la ochi.
Dar si in astronomie si in realitatea strict inconjuratoare nu toate obiectele sunt surse de lumina, si atunci se pune intrebarea care este culoarea lor reala...
Aceste obiecte de care vorbim acum pot sa absoarba, sa reflecte sau sa retransmita prin transparenta radiatia primita de la o sursa de lumina.
Din acest punct de vedere fiecare obiect este caracterizat fie prin caracteristica spectrala de reflexie daca obiectul este opac, fie prin caracteristica spectrala de transparenta daca obiectul este transparent.
Caracteristica spectrala de reflexie sau transparenta reprezinta dependenta energiei reflectate sau retransmise de obiect in functie de lungimea de unda a luminii.
In concluzie avem sursa de lumina cu caracteristica sa spectrala si pe de alta parte obiectul cu caracteristica sa de reflexie sau transparenta.
Este evident ca stimulul receptionat este dependent atat de caracteristica spectrala a sursei cat si de caracteristica de reflexie sau transparenta a obiectului.
In postul urmator vom vedea cateva posibile rezultate din combinatiile discutate mai sus.

[zoth]

Exemplul 1.

Obiectul are caracteristicile de reflexie si transparenta uniforme, adica el nu modifica distributia in spectru a energiei radiatiei cu care este iluminat.
Vom avea doua cazuri:

a)Radiatia incidenta are caracteristica spectrala uniforma (lumina alba).
Daca obiectul este opac si reflecta toata lumina, el este alb.
Daca obiectul absoarbe toata lumina, el este negru.
Daca reflecta o parte din lumina si o absoarbe pe cealalta , obiectul este gri (cazul filtrelor de absorbtie neutre). nuanta de gri este functie de raportul dintre cele doua parti: daca partea absorbita este mai mare decat cea reflectata, nuanta de gri se apropie de negru si invers daca partea reflectata este mai mare decat cea absorbita, nuanta de gri se apropie de alb.
Daca obiectul lasa sa treaca prin el toata lumina, este incolor.

b)Radiatia are caracteristica spectrala neuniforma.
In acest caz, culoarea obiectului va fi identica cu, culoarea radiatiei cu care este iluminat.

[zoth]

Exemplul 2.

Obiectul are caracteristica spectrala de reflexie neuniforma.
Vom avea iar doua cazuri:

a)Radiatia incidenta are caracteristica spectrala uniforma (lumina alba).
Daca obiectul este opac, o parte din energia primita prin iluminare va fi absorbita iar o parte va fi reflectata (energia reflectata este complementara energiei absorbite, adica suma lor trebuie sa fie egala cu energia radiatiei sursei).
Culoarea obiectului este in acest caz determinata de particularitatile lui de a absorbi lumina in functie de lungimea de unda. daca obiectul absoarbe lungimile de unda de la portocaliu spre violet, aceasta inseamna ca el va reflecta radiatiile cu lungimi de unda de la portocaliu spre rosu.
In aceste conditii ochiul va identifica culoarea obiectului ca fiind rosu.

b)Radiatia incidenta are caracteristica spectrala neuniforma.
In acest caz caracteristica spectrala a radiatiei care actioneaza asupra ochiului depinde atat de caracteristica spectrala a radiatiei sursei cat si de cea a coeficientului de absorbtie a obiectului.
Astfel, daca iluminam un obiect care are proprietatea de a absorbi radiatiile cu toate lungimile de unda in afara de cele albastre, cu o lampa cu vapori de mercur care produce radiatii vizibile in gama albastru verde, atunci radiatia reflectata de corp si perceputa de ochi va contine doar componenta albastra si deci culoarea obiectului va fi albastra.

[zoth]

Exemplul 3.

Obiectul are caracteristica spectrala de transparenta neuniforma.

Daca obiectul este privit de pe aceeasi parte cu sursa de radiatie, identificarea culorii se face ca si in cazul obiectelor opace, nu mai insist.
Daca insa obiectul este privit din partea opusa sursei de radiatie, culoarea obiectului va depinde de caracteristica spectrului de transparenta, puteti dezvolta singuri mai departe rationamentul.
Din categoria obiectelor transparente fac parte si filtrele colorate care sunt utilizate pentru a modifica prin transparenta distributia spectrala a radiatiei luminoase policrome care le traverseaza.
Prin analogie ele se comporta ca si niste filtre trece banda.

In postul urmator cateva date despre constructia ochiului si perceperea culorilor.

[zoth]

Retina ochiului, pe suprafata careia se formeaza imaginea optica a obiectului privit este formata dintr-o structura nervoasa in componenta careia se afla doua genuri de celule sensibile la lumina: bastonasele, aproximativ 130 milioane si conurile, aproximativ 7 milioane.
Iata asadar un CCD biologic a carui rezolutie e demna de toata invidia
Bastonasele au sensibilitate ridicata la lumina fara a fi capabile sa deosebeasca culorile.
Conurile au in schimb sensibilitate mica la lumina dar pot deosebi culorile.
Odata cu reducerea iluminarii obiectelor ochiul le distinge culoarea din ce in ce mai greu si chiar sub un anumit prag de iluminare culoarea obiectelor nu mai este distinsa, in schimb forma lor mai poate fi inca identificata.
Trebuie sa spun aici ca multe camere video de ultima generatie copiaza acest mecanism al ochiului si trec automat in modul monocrom sub un anumit prag de iluminare. Acest mod de lucru este ales in special pentru cresterea raportului semnal zgomot la nivel mic de iluminare.
Distributia bastonaselor si a conurilor pe retina este neuniform: in regiunea centrala densitatea conurilor este maxima iar cea a bastonaselor este minima. pe masura ce ne indepartam de centru numarul conurilor scade iar densitatea bastonaselor ajunge la un maxim dupa care descreste.
Este interesant de facut in acest punct o legatura cu vederea periferica, care poate fi explicata tocmai de aceasta distributie a celulelor sensibile la lumina. vederea periferica este mult utilizata in astronomie.
Iata si care este senzatia de culoare determinata de distributia conurilor pe retina: in limitele unghiului de 20 grade pe verticala si 70 grade pe orizontala ochiul poate distinge intrega gama de culori, intre 20-60 grade pe verticala si 70-100 grade pe orizontala se mai disting doar culorile galben si albastru.
Peste 60 grade pe verticala ochiul nu mai poate distinge nici o culoare iar pe orizontala intre 100 -120 grade se mai distinge doar culoarea albastra dupa care nu se mai percep culori.
Indiferent care teorie a vederii e luata in considerare (teoria vederii tricrome sau teoria vederii policrome) se poate afirma ca la nivelul retinei are loc o separare a informatiilor continute in imaginea de pe retina: informatia de stralucire care apare datorita reactiilor fotosensibile ale bastonaselor si informatia de culoare datorata reactiei fotosensibile a conurilor. aceste informatii (de stralucire si de culoare) se transmit prin intermediul nervului optic pana la creier unde sunt memorate temporar.
Identificarea stralucirii si culorii obiectului se face prin compararea acestor informatii inregistrate cu cele memorate anterior.

[zoth]

Sa vedem acum, cum variaza sensibilitatea ochiului in functie de lungimea de unda a radiatiei luminoase.
Dupa multe masuratori, prin 1924 comisia internationala in domeniu a standardizat caracteristica spectrala de vizibilitate relativa. aceasta arata cum variaza senzatia de stralucire in functie de lungimea de unda a radiatiei monocromatice de intensitate energetica constanta.
Din aceasta caracteristica rezulta ca sensibilitatea maxima a ochiului se afla in regiunea galben-verde mai exact la 555 nm lungime de unda.
Sensibilitatea ochiului scade pe masura ce ne apropiem de regiunile laterale ale spectrului vizibil iar la 380 nm si 780 nm sensibilitatea acestuia este practic zero.
Curba sensibilitatii (pe care nu o mai desenez aici, cred ca o stie toata lumea) ne arata si care trebuie sa fie intensitatea energetica a diferitelor surse de radiatii monocromatice pentru a fi percepute de ochi ca avand aceeasi stralucire: daca luam trei surse monocromatice 700 nm (rosu), 546 nm (verde) si 436 nm (albastru) se vor obtine coeficientii 0.0042 ; 0.9756 ; si respectiv 0.0173.
daca se ia drept referinta intensitatea sursei de verde, atunci intensitatile surselor de rosu si albastru trebuie sa fie de 244x si respectiv 49x mai mari pentru ca toate cele trei surse sa produca aceeasi senzatie de stralucire.
In conditii de iluminare redusa, alura curbei ramane exact aceeasi dar ea se deplaseaza usor (45-50 nm) spre stanga, adica maximul sensibilitatii va fi pe la 505-510 nm, cu alte cuvinte radiatiile din partea de sus a spectrului vizibil vor fi putin mai privilegiate.
de aceea in amurg suprafetele rosii par mai intunecate iar cele albastre si verzi putin mai luminoase.

[zoth]

Datorita sensibilitatii diferite a ochiului fata de undele electromagnetice de diferite lungimi de unda, radiatia luminoasa nu poate fi determinata de putere. De aceea, pentru caracterizarea fenomenelor luminoase se folosesc si alte marimi fotometrice: fluxul luminos F, intensitatea luminoasa I, iluminarea E si luminanta B.
Foarte pe scurt:

Prin flux luminos se intelege puterea radiatiei apreciata dupa senzatia de lumina pe care o produce.
fluxul luminos se masoara in lumeni (lm).

Prin intensitate luminoasa se intelege densitatea spatiala (pe unghi solid) a fluxului luminos.
I=dF/dOmega
Intensitatea luminoasa se masoara in candele (cd).

Prin iluminare se intelege densitatea fluxului luminos pe suprafata.
E=dF/dS
Unitatea de iluminare este luxul (lx).

Luminanta caracterizeaza intensitatea radiatiei luminoase a unei surse de radiatie intr-o directie data pe unitatea de suprafata normala pe acea directie.
B=dI/dSn
unitatea de luminanta este candela pe metru patrat (cd/m^2).

[zoth]

Am spus parca pe la inceput ca notiunea de culoare include un factor obiectiv care este radiatia luminoasa si un factor subiectiv care e senzatia de culoare.
Ochiul identifica o culoare dupa:
-stralucire
-nuanta
-saturatie
acestia sunt trei factori subiectivi carora le corespund alti trei factori obiectivi de apreciere cantitativa a unei culori:
-luminanta
-lungime de unda dominanta
-puritate

Luminanta face parte din sistemul de marimi fotometrice care tine seama de actiunea radiatiilor luminoase asupra ochiului, adica tine seama de caracteristica vizibilitatii relative.
Corespondentul senzorial al luminantei este stralucirea, potrivit careia o sursa luminoasa pare ca emite lumina mai mult sau mai putin intensa.
Stralucirea nu poate fi masurata deoarece are un caracter subiectiv.
Luminanta poate fi masurata dar intre stralucire si luminanta nu este intotdeauna o dependenta liniara.

Lungimea de unda dominanta reprezinta lungimea de unda a acelei culori spectrale care in dilutie cu alb da aceeasi senzatie de culoare ca si radiatia initiala.
Nuanta este corespondentul ei senzorial si reprezinta acea particularitate a culorii dupa care ea este asociata unei regiuni a spectrului si care permite sa se dea o denumire unei culori.

Puritatea culorii reprezinta acea cantitate de culoare spectrala care in dilutie cu alb da aceeasi senzatie ca si radiatia initiala.
Saturatia este corespondentul ei senzorial si reprezinta gradul de deosebire a culorii cromatice date, de culoarea alba care are aceeasi stralucire si care permite sa se estimeze proportia senzatiei cromatice pure continute in senzatia vizuala totala.

Concluzia ar fi ca o culoare poate fi estimata cantitativ si nu prea...
Frumos zicea cineva odata, culoarea nu este o marime, ea este o calitate!

[zoth]

Adaptarea la stralucire.
luminanta obiectelor ce ne inconjoara variaza intr-o gama foarte larga, de la 0.1 cd/m^2 (catifeaua neagra) la 30000 cd/m^2 (zapada intr-o zi cu soare).
Ochiul nu poate percepe simultan o gama atat de mare de luminanta, in schimb el are proprietatea de a se adapta la un nivel predominant al luminantei astfel incat obiectele cu luminanta mai mare decat luminanta medie ne apar mai luminoase iar cele cu luminanta mai mica decat luminanta medie ne par mai intunecate.
Pentru oricare nivel mediu de luminanta la care ochiul se adapteaza exista un nivel de luminanta care creeaza senzatia de negru si un altul care creeaza senzatia de alb.
Trecerea de la un nivel de adaptare la altul nu are loc brusc, ci dupa un anumit timp. durata de acomodare la trecerea de la intuneric la lumina poate ajunge la cateva secunde, abia dupa acest timp ochiul poate sa distinga obiectele in noul mediu.
La trecerea de la lumina la intuneric procesul de acomodare dureaza mult mai mult.
Inca ceva, mai apare si fenomenul de adaptare locala care are loc atunci cand se privesc timp mai indelungat obiecte cu luminante diferite.
In general ochiul uman poate sesiza doar diferente de luminanta ce depasesc valoarea de 0.01 (adica 1%), dar acest lucru nu are loc decat pentru domeniul 1 cd/m^2 - 500 cd/m^2.
Pentru luminante foarte mari sau foarte mici raportul dB/B nu mai este constant si sensibilitatea ochiului la contrast scade.
Intre stralucire si luminanta exista legea:
A=K logB

[zoth]

Adaptarea la culoare (1).
am vazut cum adaptarii ochiului la luminanta ii este caracteristica lipsa de corespondenta liniara dintre luminanta si stralucire, tot astfel in cazul adaptarii ochiului la culoare este valabila necorespondenta liniara dintre culoarea obiectului si senzatia ce ia nastere.
Datorita fenomenului de adaptare, perceperea culorii unui obiect este influientata de culorile obiectelor inconjuratoare. prezenta in campul vizual a corpurilor de culori diferite poate modifica contrastul vizual prin percepere modificata a stralucirilor, a nuantelor sau saturatiilor.
Obiectele privite pe fond inchis ni se par mai luminoase, iar cele privite pe fond luminos ni se par mai intunecoase. este interesant aici, ca luminanta obiectului se modifica independent de culorile obiectului si ale fondului.
Doua culori alaturate cu luminante diferite sunt percepute ca avand un contrast de culoare mai mare decat in realitate. aceasta se explica prin aceea ca sursa de radiatie a unei culori stralucitoare provoaca, pe de o parte scaderea sensibilitatii ochiului la aceasta culoare, si pe de alta parte marirea sensibilitatii ochiului la radiatia slaba. drept urmare, are loc o schimbare in perceperea unor culori in sensul maririi contrastelor de culoare.

[zoth]

Adaptarea la culoare (2).
modificarea perceperii culorii sub influienta altei culori are loc si cand ambele culori au aceeasi nuanta dar difera prin saturatie. in acest caz nuanta culorii cu saturatie mai mica vireaza catre culoarea sa complementara sub influienta unei culori de aceeasi nuanta dar de saturatie mai pronuntata.
Un obiect asezat pe fonduri de culori diferite este perceput ca avand nuante diferite de culoare: un corp gri pe fond rosu este perceput ca fiind verzui, pe fond albastru ni se pare galbui iar pe fond verde ni se pare roscat. la fel, un obiect albastru pe fond rosu si fond verde va fi perceput ca avand culori diferite si anume culorile complementare fondului.
Una dintre urmarile fenomenului de adaptare consta in faptul ca orice culoare in contextul culorii sale complementare ni se pare mai saturata, iar daca ea este inconjurata de o culoare mai saturata, atunci saturatia ei ni se pare mai redusa.

[zoth]

Adaptarea la culoare (3).
ochiul uman poate sesiza diferente de culoare care depasesc un anumit prag al diferentei de lungime de unda, dL. acest prag depinde de lungimea de unda: la capetele spectrului dL este mai mare in special in domeniul rosului unde radiatiile ce depasesc 700 nm nu mai pot fi distinse dupa nuanta.
Cele mai mici praguri se afla in domeniul verdelui si in special in domeniul portocaliului unde o schimbare de numai 1 nm este perceputa de ochi ca modificare a nuantei culorii.
In conditiile micsorarii saturatiei sau a unor luminante foarte mari sau foarte mici pragul de percepere a nuantei creste, adica numarul nuantelor percepute de ochi scade.

[zoth]

Si pana la urma, cate culori pot fi percepute de ochi?
Pentru a raspunde la aceasta intrebare trebuie sa luam in considerare faptul ca in natura exista si culori purpurii pe care nu le intalnim printre culorile spectrale.
Toata gama de culori purpurii se obtine prin amestecul in diferite proportii a culorilor laterale din spectrul vizual adica rosu si violet.
Numarul de culori percepute de ochi si care pot fi deosebite este de 150-250 culori spectrale si 130-140 culori purpurii saturate.
Daca se ia in consideratie deosebirea culorilor dupa nuanta si saturatie, ochiul poate discerne un numar de circa 17000 de culori, iar daca se ia in vedere si stralucirea culorilor, numarul acestora poate ajunge pana la 10 milioane.

[zoth]

Si in cazul perceperii detaliilor, ochiul prezinta particularitati specifice.
Pentru a defini capacitatea ochiului de a distinge detalii se foloseste notiunea de acuitate vizuala. aceasta se apreciaza prin marimea unghiului vizual minim cu varful in centrul cristalinului sub care se vad inca distinct doua puncte ale obiectului. altfel se mai foloseste si marimea inversa a acestui unghi care este denumita puterea de separare a ochiului.
Acuitatea vizuala este limitata de o serie de factori: distributia pe retina a celulelor sensibile la lumina, fenomenul de difractie, conditiile de iluminare si altele.
In regiunea centrala a retinei acuitatea vizuala e maxima, adica detaliile pot fi percepute numai daca sunt proiectate pe aceasta regiune. dar aici se gasesc celulele in forma de con care au nevoie de un nivel de iluminare mai mare pentru a putea "functiona" in parametri.
Acuitatea vederii depinde si de culoarea detaliilor, fiind maxima cand detaliile sunt iluminate cu lumina monocromatica din regiunea centrala a spectrului. pe masura ce ne apropiem de regiunile periferice ale spectrului, acuitatea scade.
Prin micsorarea dimensiunii detaliilor care contin toate culorile se observa urmatoarele fenomene: la inceput detaliile violete nu mai pot fi distinse de de cele gri, apoi urmeaza detaliile galben-portocalii. pe masura ce se micsoreaza dimensiunea detaliilor, observatorul incepe sa incurce detaliile de culoare maro cu cele de culoare rosie si detaliile albastre cu cele verzi. mai departe se constata ca detaliile rosii nu mai pot fi distinse de cele gri, apoi cele albastre-verzi nu se mai deosebesc de cele gri. pentru dimensiuni si mai mici ochiul nu mai poate distinge detaliile dupa culoare ci numai dupa stralucire.

In acest punct eu am terminat.
Sper sa va fi placut si sa va fie utila cat de cat, aceasta scurta incursiune in lumea culorii si a perceptiei...