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Luminosità cromatica

P. Forster
a cura di Daniela Rüegg

La luminosità di una sorgente o di una superficie è la percezione della quantità di luce prodotta da detta sorgente o riflessa da detta superficie (il nome tecnico è brillanza). Wikipedia.it

Il termine luminosità non è un termine della colorimetria nè della fotometria bensì è un termine del linguaggio comune. Avendo un significato ambiguo, la CIE ha deciso di non definirlo come vocabolo tecnico/scientifico. Si può però parlare di “luminosità” quando non si vuole (o non è necessario) specificare se ci si riferisce alla luminanza, ... alla brillantezza o alla chiarezza. Quindi è un termine generico che può significare una qualunque di queste grandezze.
La luminosità è una delle coordinate del sistema di rappresentazione dei colori Hue Saturation Brightness o HSB (tonalità-saturazione-luminosità), mentre nell'Hue Saturation Lightness o HSL (tonalità-saturazione-chiarezza) la terza coordinata è appunto la chiarezza.


1.  Determinare la luminanza risp. la chiarezza K


Per dei calcoli con dei colori pigmentosi (mescoli, accordi) serve di più conoscere un valore relativo fisiologico o assoluto per la luminanza K del colore. Il termine non è fisicamente appropriato, ma in questo contesto mi serve per distinguerlo dalle "luminosità relative L, B o V".
Intuitivamente si raggiunge questo valore desaturando completamente il colore finchè rimangono solamente le tonalità di grigio.

  • Osservando il mondo alla debole luce della luna si percepiscono toni di grigio (perchè i sensori per i colori non reagiscono più agli stimoli cromatici, mentre i sensori per i grigi sì).
  • In una fotografia in bianco e nero questo, per dei processi chimici, è implicito.

Per determinare numericamente la luminanza di un dato colore o di una tinta, solitamente si parte dai valori rgb(R,G,B) usando determinati algoritmi.
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Di solito la si calcola secondo la seguente formula stabilita nel 1920 dalla CIE in base a estese prove fisiologiche:

K = ((0.299*R)+(0.587*G)+(0.114*B))/255*100

Nella letteratura si trovano anche altri algoritmi. Servono per l'elaborazione digitale di immagini come adattamenti di fotografie o per la televisione.

Di seguito userò esclusivamente l'algoritmo della CIE.

2.  Luminosità e luminanza (chiarezza) di colori e tinte

2.1  Luminosità relative L, V, B

I sistemi di notazione di colori HSV, HSB e HSL usano delle luminosità relative alle tonalità come terza dimensione di notazione:


  • Nel sistema HSB oppure HSV "B=100%" significa: massima luminosità a massima saturazione ("B=0%" significa "nero").
  • Mentre nel sistema HSL "L=50%" significa: lo stesso colore/chiarezza come "B=100%" (chiarezza "L=0%" significa "nero" e "L=100%" significa "bianco").

I due sistemi non sono solo divergenti in scala ma anche principalmente: HSL divide nettamente luminosità e saturazione mentre la saturazione in HSB viene anche usata per "chiarire" le tonalità oltre che la saturazione massima.
All'occhio umano un giallo puro appare molto più chiaro (K=89%) di un blu puro (K=11%).

◦⦆─────⦅◦

2.2  Tonalità e luminosità / luminanza K


La luminanza K (chiarezza) non è usata direttamente nelle notazioni cromatiche ma è di primordiale importanza nelle arti grafiche. Viene dedotta tramite un calcolo a base di rgb (rosso, verde, blu). Il diagramma e la calcolatrice di fianco dimostrano delle relazioni tra luminosità L, luminanza K e tonalità H di colori.

Calcolatrice Hex → K



Si nota che ogni colore puro (tonalità H, S=100%, L=50%) ha una determinata luminanza K (p.es. #004cff → K=29%)

◦⦆─────⦅◦

2.3  Grigi e luminanza K


Calcolatrice K → hexK

Come si rileva dalla calcolatrice e dal disegno di fianco,ad ogni valore di luminanza K corrisponde un determinato valore di grigio (p.es. K=50% → #808080).
Il valore esadecimale khex corrispondente al valore della luminanza K si determina con rk = 2.55*K → hk = rk.toString(16) (trasformazione in esadecimale) → hexk = hk+hk+hk (notazione JavaScript).

◦⦆─────⦅◦

2.4  Saturazione e luminosità L / luminanza K


La saturazione influisce la luminanza: diminuendo la saturazione S% (a tonalità H° e luminosità L% costante), la luminanza K% si avvicina alla luminosità L finchè la raggiunge a saturazione S  0%.

Luminosità L e luminanza K sono identiche,
quando la saturazione è zero (S =  0).


           

Calcolatrice HSL ⇄ Hex → K

Esempio: #abcdef → hsl(210,68%,80%) → K=78% → khex #c7c7c7: modificare S=68% in  0% → hsl(210, 0%,80%) → Hex #cccccc → K=80% → khex #cccccc.


3.  Scale a luminosità e a luminanza


Stilare delle "scale regolari" riferitealla luminosità (relativa) L non è difficile, perchè nel sistema Rgb sono intrinsicamente contenute.

  • in notazione Hsl basta aumentare la luminosità L (p.es da 0 a 100%) con il medesimo incremento (p.es. del 10%). Una convertitrice adatta fornisce i risultati desiderati in Rgb e Hex #.
  • in notazione Rgb i singoli valori per rosso, verde e blu si intercalano da 0 al valore del "colore puro" e poi dal "colore puro" al 100% nei desiderati incrementi per raggiungere direttamente i valori scalari.
Variazione di dati cromatici
Luminosità L e Luminanza K
additiva H e sottrativa Hy
# K %
rgb
hsl L
Hy Ks
Cc by P. Forster 3.0-it 150319

Scalare dei colori o tinte secondo la luminanza assoluta K invece non è banale. Dai valori rosso, verde e blu si riesce facilmente di dedurre la luminanza (come si vede cui sopra), ma la funzione non è invertibile. Mi sono quindi aiutato con un'iterazione (avvicinamento matematico a passi) che è integrata nella calcolatrice di fianco.

Basta definire un colore o una tinta in (p.es in hex # #abcdef). Appaiono automaticamente gli altri dati del colore.
Variando poi il valore (digitando nell'apposita casella e azionando poi tab) appare il colore alla desiderata luminanza K% con tutti relativi dati. Lo stesso succede variando il valore della luminosità L0%.


Con questo si riesce a stilare delle scale di luminosità e di luminanza per qualsiasi colori e tinte con medesime tonalità e saturazione come si vede nell'esempio del giallo di fianco.

Questa proprietà è importante per dei calcoli con tinte pigmentose, nelle quali le luminosità relative non corrispondono alle luminanze assolute richieste.


Modello equiluminante HyK
Scala tonale RYB
Hy H #
0 0 ff0000
30 29 ff7b00
60 43 ffb700
90 50 ffd500
120 60 ffff00
150 74 c3ff00
180 114 1aff00
210 168 00ffcc
240 222 004cff
270 264 6600ff
300 291 d900ff
330 313 ff00c8
360 360 ff0000

Di fianco si trova un'applicazione: ho stilato un modello cilindrico equiluminante con le tonalità pigmentose Hy in dodici passi e la luminanza da 0...100% in passi di 5%.

Significa che su una sezione orizzontale del cilindro si trovano le tinte con la stessa chiarezza fisiologica (luminanza assoluta).

Il modello mi serve per farmi un'idea su scale, mischi, complementi e armonie cromatiche pigmentose.

Usando la calcolatrice in certe inversione di dati si notano delle variazioni, dovute alle imperfezione dei mieidilettantistici algoritmi di approssimazione e di iterazione. Forse un qualche bravo programmatore professionista riuscirà a migliorarli.
Per i miei scopi bastano così, perchè di solito sono sotto la soglia della mia percezione ottica.





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Page last modified on June 14, 2015, at 02:49 PM