La gestione del colore #3: lo spazio colore Lab

Oggi lAmbassador EIZO Marco Olivotto ci spiega il concetto di  colore per la fisica e la psicofisica, e come la matematica possa aiutarci a descrivere una “percezione”.

Il colore è… un evento

La mela è di colore rosso” è una frase molto semplice che però nasconde un trabocchetto. Il termine “colore” è ambiguo per sua natura: quando affermiamo che un oggetto “è” di colore rosso, gli attribuiamo inconsciamente una qualità assoluta. Eppure, già all’inizio del Settecento, Isaac Newton scrisse nel suo trattato Opticks una frase che punta altrove. Lo scienziato inglese aveva studiato il fenomeno della dispersione, ossia la scomposizione della luce bianca in raggi colorati. Il suo esperimento principale è schematizzato in figura 1: la luce solare (“bianca”) colpisce un prisma e si scompone in una serie continua di bande colorate, che vengono ricomposte da un secondo prisma in un raggio di luce uguale a quello incidente. Un segno evidente, questo, del fatto che i colori non sono generati dal prisma ma già presenti nella luce bianca originale.

Figura 1 – L’esperimento di Newton. La luce bianca viene scomposta dal prisma nei suoi elementi fondamentali, per poi tornare a essere bianca grazie all’intervento di un secondo prisma.

A questo proposito, Newton scrisse una frase di sconcertante modernità: «I raggi non sono colorati, in senso stretto. In essi non c’è niente altro che un certo potere e la capacità di causare una sensazione di questo o quel colore». La parola chiave è “sensazione”. Torniamo alla frase “La mela è di colore rosso”: indubbiamente la mela ha delle caratteristiche che determinano il suo aspetto. Il suo colore è però “qualcosa” che sperimentiamo dentro di noi quando quella mela viene illuminata: dipende quindi dall’oggetto che stiamo osservando (la mela), dalle caratteristiche della luce che lo colpisce (l’illuminante) e anche dall’osservatore. La figura 2 mostra la nostra mela in condizioni d’illuminazione normale (a sinistra), sotto un faro monocromatico verde (al centro) e come apparirebbe a un daltonico affetto da deuteranopia in luce bianca (a destra).

Figura 2 – La mela è rossa… Sicuri? Il colore che noi “vediamo” dipende da come il cervello elabora le informazioni dai nostri occhi, creando in definitiva una “percezione” del colore stesso.

Nel libro Real World Color Management, Bruce Fraser esprime il concetto affermando che il colore è un evento: «Il colore è un evento che richiede il concorso di tre elementi: un oggetto, una sorgente di luce e un osservatore». L’evento che chiamiamo colore è una sensazione evocata nell’osservatore dalle lunghezze d’onda della luce emessa dalla sorgente e modificate dall’oggetto. Se anche uno solo di questi tre elementi cambia, l’evento che chiamiamo colore è diverso. In un linguaggio più semplice diremmo: «Vediamo un colore differente». Le cose si chiarificano ulteriormente se usiamo termini tratti dalla psicofisica. Il mondo che ci circonda invia degli stimoli ai nostri organi sensoriali. Questi, attivandosi, generano una sensazione. Il cervello elabora e organizza gli stimoli registrati dai sensi in una percezione. Nel caso della vista, un oggetto riflette la luce emessa da un illuminante producendo uno stimolo luminoso che raggiunge l’occhio; il sistema visivo raccoglie quello stimolo, trasformandolo in sensazione; il cervello elabora le informazioni e fornisce una percezione dell’oggetto. Nasce quindi la necessità di connettere in maniera quantitativa lo stimolo che raggiunge il nostro occhio alla sensazione che esso susciterà: ossia, il mondo fisico al mondo psicologico. Per farlo, ci serve uno… spazio colore.

RGB, onnipresente

In RGB, siamo abituati a “leggere i numeri” di un pixel in un formato ben noto: ciascuna coordinata può variare tra 0 e 255, e i numeri indicano l’intensità di ciascun illuminante. 0R (zero Red) implica per esempio che l’illuminante rosso sia spento, 255G (255 Green) che quello verde lavori alla massima intensità possibile, 128B (128 Blue) che quello blu abbia un’intensità pari a metà del massimo. Gli illuminanti scelti (rosso, verde e blu) forniscono quelli che chiamiamo “colori primari”. Quando sommiamo tra loro proporzioni diverse dei tre primari, vediamo dei colori intermedi, grazie al fenomeno noto come “mescolanza additiva”.

Figura 3 – Passiamo il contagocce sulle diverse aree della foto per scoprire i valori RGB.

Esplorando con il contagocce di Photoshop un’area sulla fronte della bambina ritratta in figura 3, scopriamo che l’incarnato ha valori simili a 188R 143G 116B. Questo ci dice qualcosa, ma non moltissimo: sappiamo già che il significato di questi numeri dipende dallo spazio colore in uso. Il nostro smartphone ha generato un’immagine sRGB? L’abbiamo sviluppata in Camera Raw scegliendo Adobe RGB come spazio colore d’uscita? Lightroom l’ha inviata a Photoshop in ProPhoto RGB? Il risultato cambia se cambiamo le regole: la figura 4 mostra l’aspetto del campione definito dalla terna citata nei tre spazi colore più usati.

Figura 4 – La stessa “terna” 188R/143G/116B porta a colori differenti a seconda dello spazio colore usato.

I tre stimoli sono ben diversi, pur avendo gli stessi numeri. Sarebbe utile liberarsi di questa ambiguità e poter leggere le coordinate di un colore in maniera univoca. Per farlo, esiste un modo semplice e sufficientemente universale da essere implementato in Photoshop come in Camera Raw e in Lightroom – nonché in altri software di trattamento delle immagini digitali. Il sistema passa per uno spazio colore di nome Lab.

Un unico e solo Lab

Il nome ufficiale di questo spazio colore è CIE 1976 (L*, a*, b*). Talvolta viene utilizzato il nome CIELAB o, più frequentemente, Lab. Lab è uno spazio colore assai utile nel ritocco e la post-produzione, ma per ora ci interessa soprattutto una sua caratteristica: quando esprimiamo una terna di coordinate colorimetriche in Lab, definiamo in maniera univoca uno stimolo di colore. Non siamo soggetti all’ambiguità di RGB che impone di specificare sempre in quale variante di RGB stiamo lavorando. Dal punto di vista tecnico, non dobbiamo imparare quasi nulla di nuovo per avvicinarci a Lab: possiamo continuare a lavorare in RGB, seguendo il flusso di lavoro che conosciamo bene, limitando l’utilizzo di Lab alla lettura del colore. In Photoshop, questo si realizza impostando nella sezione superiore destra del pannello Info la lettura in Lab. Basta cliccare sul contagocce della sezione e selezionare “Colore Lab” dal menu a comparsa. In Camera Raw e in Lightroom si deve invece cliccare con il tasto destro del mouse nell’istogramma e selezionare la modalità di lettura desiderata.

La chiarezza senza il colore

Per comprendere Lab, partiamo dalla prima lettera: L sta per Lightness, un termine che si dovrebbe tradurre con “Chiarezza” ma che Photoshop traduce invece con “Luminosità”. L non dice nulla sulla tinta e la saturazione del colore: ci dice però se quel colore è chiaro o scuro. La regola è semplice: L può variare tra 0 e 100. L = 0 indica il colore più scuro possibile (chiamiamolo, per ora, “nero”), L = 100 il colore più chiaro possibile (“bianco”).

Figura 5 – Nella sigla Lab, la lettera “L” (Lightness) indica la “chiarezza” del colore: più è alto il suo valore, più il colore è – appunto – chiaro.

La figura 5 riporta i valori di L misurati in sei aree della fotografia di figura 3. Dalla più scura alla più chiara, troviamo i capelli sulla sinistra (L = 4), i capelli nella parte superiore (L = 25), una foglia in alto a sinistra (L = 45), un’area centrale della maglietta (L = 62), la guancia (L = 79), la striscia nei capelli (L = 98). Il ruolo di L è facile da capire e i suoi valori si interpretano senza neppure pensarci.

Il colore senza la chiarezza

Il ruolo delle coordinate a, b è più complesso, perché come L descrive la chiarezza senza alcun riferimento alla tinta o alla saturazione, così fanno a, b – ma all’inverso: insieme, descrivono tinta e saturazione senza alcun riferimento alla chiarezzaSe apriamo una qualsiasi immagine in Photoshop e ne realizziamo una versione in bianco e nero, quando la esploriamo tenendo d’occhio il pannello “Info” scopriamo che tutti i pixel hanno una caratteristica in comune: a, b valgono entrambe zero. Questa condizione ci dice che stiamo osservando un’immagine composta da colori acromatici, ovvero privi di tinta: grigi, in pratica, compresi tra il nero e il bianco. In Lab, a = 0, b = 0 è la condizione di neutralità. Appena uno dei due valori cambia appare una tinta. Lab è l’unico spazio colore disponibile in Photoshop in cui certe coordinate possono assumere valori negativi. In RGB, non avrebbe senso scrivere R = -50, perché la coordinata R si riferisce all’intensità di un illuminante, che non può essere negativa. Lab è però uno spazio astratto in cui le coordinate a, b si comportano diversamente. Il valore della coordinata “a” rivela se un colore tende al verde (valori negativi) o al magenta (valori positivi). Il valore minimo è -128, il massimo è +127. Lo stesso vale per la coordinata b, ma diversi sono i colori in gioco: blu (valori negativi) e giallo (valori positivi). I valori estremi sono uguali a quelli definiti per la coordinata a. Infine, maggiore è il valore assoluto delle coordinate a, b, maggiore è la saturazione del colore che definiscono.

Come si esamina una fotografia

La figura 6 mostra i valori di “a” riscontrati in diverse aree. Due di esse non tendono né al verde, né al magenta (i capelli a sinistra e la striscia: a = 0), una ha una leggerissima tendenza al magenta (i capelli nella parte superiore: a = 2). L’incarnato ha una netta tendenza al magenta (a = 22), mentre la maglietta è caratterizzata da una componente magenta decisamente satura (a = 67). L’unico elemento caratterizzato da un valore negativo tra quelli scelti è la foglia: a = -20, che indica una tendenza al verde.

Figura 6 – La tendenza al magenta di gran parte della foto è testimoniata dai valori per lo più positivi di “a”.

La figura 7 fa lo stesso, con i valori di b. Capelli a sinistra e striscia hanno b = 0, i capelli nella parte superiore b = 3, l’incarnato b = 22, la maglietta b = 26, la foglia b = 33. Tutti i valori positivi indicano una tendenza al giallo. Nessun punto dell’immagine ha valori negativi, perché non ci sono elementi tendenti al blu.

Figura 7 – Passando alla misurazione di “b”, non ci sono valori negativi, quindi non c’è traccia di blu.

La riunione dei tre valori ci permette di leggere il colore in Lab. Partiamo dai capelli a sinistra (L = 4, a = 0, b = 0): sono scurissimi e neutri, ossia quasi neri, come ci aspetteremmo da una zona in ombra di colore già scuro. La striscia (L = 98, a = 0, b = 0) è chiarissima e neutra, pressoché bianca. I capelli nella parte superiore (L = 25, a = 2, b = 3) sono scuri, con una minima componente magenta e una componente gialla quasi uguale; giallo e magenta combinandosi generano il rosso, e il colore è quindi essenzialmente un rosso scuro e molto desaturato – ossia un marrone. L’incarnato (L = 79, a = 22, b = 22) è più chiaro dei capelli e ha due componenti cromatiche positive, ben più sature; nessuna delle due prevale sull’altra, e questa è dunque una tonalità di rosso, non particolarmente intensa. La maglietta (L = 62, a = 67, b = 26) ha un’intensa componente magenta che domina su quella gialla: il colore è un rosa carico, un po’ più scuro della carnagione e con una componente gialla che mitiga quella magenta. La foglia (L = 45, a = -20b = 33) ha una chiarezza media e ha una componente gialla che supera (in valore assoluto) quella verde.

La formazione dei colori in Lab

I colori, intesi come cromaticità (tinta e saturazione svincolate dalla chiarezza), sono espressi dalla coppia di valori a, b. La figura 8 mostra alcune possibili combinazioni: ciascun quadretto ha L = 70, quindi nessun colore è più chiaro o scuro di un altro. Il quadretto centrale è neutro (a = 0, b = 0). Mano a mano che si procede, le coordinate cambiano di 10 punti tra un quadretto e il successivo, andando in direzione del verde o del magenta in orizzontale, del blu o del giallo in verticale. Il quadretto in alto a destra, per esempio, ha coordinate L = 70, a = 30, b = 30; quello in basso a sinistra, L = 70, a = -30, b = -30. I colori la cui tinta cade nell’area del rosso/arancio sono definiti da a > 0 e b > 0. Per a < 0, b > 0 abbiamo dei verdi con una componente gialla. Se a < 0, b < 0 ci muoviamo nell’area del ciano. Se a > 0, b < 0, in quella del viola.

Figura 8 – Considerando L fisso su 70, al centro a = 0 e b=0, quindi il colore corrispondente nello spazio colore Lab è neutro. Spostandosi lungo l’asse x e quello y, avremo variazioni di tinta e saturazione.

Queste semplici regole, mandate a memoria, permettono di valutare istantaneamente i colori in maniera oggettiva. Naturalmente, la percezione di uno stimolo può essere alterata da molti fattori, ma la lettura in Lab è comunque un punto di partenza fondamentale per identificare i colori presenti in un’immagine. Parecchi oggetti del mondo circostante, inoltre, hanno l’abitudine di ricadere in schemi ben precisi (anche se ampi), che ci permettono di capire se le coordinate Lab che leggiamo siano appropriate o meno per certi oggetti. Si tratta dei cosiddetti colori noti, dei quali parleremo in un prossimo articolo.

 

Chi è Marco Olivotto

Classe 1965, si laurea in fisica, ma lavora per anni come tecnico del suono e produttore musicale. Appassionato di fotografia fin da bambino, si avvicina presto alle tecniche digitali. La svolta avviene nel 2007, quando scopre i libri di Dan Margulis, padre della correzione del colore in Photoshop. Inizia a trasportare le tecniche apprese nella realizzazione grafica delle sue produzioni, fino a che nel 2011 inizia a insegnare gli stessi argomenti dopo avere seguito due corsi di teoria del colore applicata (base e avanzato) con lo stesso Margulis. Pubblica oltre 50 ore di videocorsi sulla materia con Teacher-in-a-Box, scrive a lungo per riviste specializzate, insegna in corsi post-diploma e universitari. Diventa speaker ufficiale per FESPA in diverse fiere internazionali e tiene corsi e workshop in Italia e Svizzera in diverse scuole (LABA, ILAS) e organizzazioni private. Ha collaborato in veste di consulente e formatore con realtà come Canon, Durst, Mondadori, Yoox, Angelini, Calzedonia, FCP Grandi Opere e altre. Si occupa di post-produzione fotografica e prestampa per diverse realtà editoriali. Nel 2016, la casa madre giapponese di EIZO lo ha nominato Ambassador nel primo gruppo di esperti formatosi attorno al marchiomarcoolivotto.com


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