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Emidio Frattaroli
Editore e Direttore Responsabile
AV Magazine
www.avmagazine.it
[email protected]
NUOVE TECNOLOGIE - NUOVI STANDARD
SIEC Convention 2013
AV Magazine
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- strumenti certificati
- formazione e coonsulenza
- Introduzione alla fotometria e misura del flusso luminoso
- 1: Elementi di fotometria;
- 2: Luce e colori;
- 3: Sintesi additiva e percezione dei colori
- 4: Luminanza e illuminanza
- 5: Tecnologie di videoproiezione
- 6: ICDM e Color Light Output
- 7: Test pratico e conclusioni
• 1.1 Luce, colori e fisiologia dell'occhio umano
I fotoni hanno massa pari a zero e si
propagano nel vuoto alla velocità della
luce con un caratteristico movimento
ondulatorio. I fotoni sono più propriamente
dei quanti di energia e possono essere
qualificati proprio dalla frequenza del loro
moto ondulatorio, espressa in oscillazioni
al secondo (unità di misura in Hertz).
Al posto della frequenza, nel campo della
fotometria viene utilizzato più
comunemente il valore della lunghezza
d'onda, espresso in nanometri.
Spettro elettromagnetico
Nella tabella qui in alto possiamo osservare buona parte della radiazione elettromagnetica
con riferimenti in oscillazioni al secondo e lunghezze d'onda corrispondenti. I fotoni non
vengono prodotti soltanto dalle stelle come il Sole ma in tantissimi altri modi. Quello più
comune è per riscaldamento: ogni corpo con temperatura in gradi kelvin superiore allo zero
assoluto emette fotoni.
Spettro della radiazione solare nello spazio
I fotoni emessi dal sole sono compresi nella quasi totalità dello spettro elettromagnetico, dalle
radioonde fino ai raggi gamma. Nel grafico qui in alto viene mostrata buona parte dello spettro
di emissione solare che arriva sulla terra, prima di attraversare l'atmosfera terrestre. Le
ordinate sono su scala logaritmica; la maggior parte dei fotoni è concentrata tra i 200 nm e i
10.000 nm.
Spettro della radiazione solare a livello del mare
Di tutto lo spettro che rimane dall'azione di "filtro" dell'atmosfera terrestre, soltanto la porzione
compresa tra i 380 e i 760 nanometri viene "captata" dai nostri occhi. Questa parte dello spettro può
essere chiamarla "Luce visibile". Tutti i fotoni con frequenza immediatamente superiore (lunghezza
d'onda inferiore ai 380 nm), fanno parte della
"porzione"
ultravioletta,
quelli dell'infrarosso
NUOVE
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STANDARD
partono da lunghezze d'onda oltre i 760nm.
Un'altra sorgente di fotoni, nettamente più familiare, vicina e "manipolabile" rispetto al Sole
è la lampadina a incandescenza. i cui fotoni vengono prodotti dagli elettroni che
attraversano e riscaldano (fino ad oltre 2700° kelvin) un filamento di tungsteno.
Coni e bastoncelli
Visione fotopica: i recettori visivi, annegati al
di sotto delle cellule nervose della retina, si
dividessero soltanto in due gruppi principali:
coni e bastoncelli. I coni sono costituiti da tre
classi ben distinte di cellule sensoriali che
sono sensibili a tre porzioni distinte dello
spettro.
Visione scotopica: i bastoncelli, di forma più
allungata rispetto ai coni, sono molto
numerosi, sono presenti uniformemente in
tutta la retina, sono sensibili solo alle
differenze di intensità luminosa e sono
responsabili della visione quando c'è
pochissima luce. In altre parole sono
responsabili della visione "notturna". NUOVE TECNOLOGIE - NUOVI STANDARD
Raramente i bastoncelli vengono attivati e partecipano alla visione in maniera esclusiva. In azzurro
c'è la curva di sensibilità dei bastoncelli, con un picco attorno ai 507 nanometri. I coni, meno
numeros, sono concentrati nella fovea, vengono attivati da un flusso luminoso più elevato e sono
responsabili della visione diurna (fotopica). Considerando l'insieme delle tre classi di coni, i nostri
occhi sono sensibili a frequenze dello spettro luminoso secondo la curva disegnata di colore verde,
con picco centrato a circa 555 nm
Curve di sensibilità spettrale corrispondenti delle tre classi di coni X, Y e Z, secondo la definizione
dell'Osservatore standard CIE 1931. I coni "X" hanno un'alta sensibilità nella zona delle lunghezze
d'onda del rosso e minore nella zona del blu; i coni "Y" haanno un'alta sensibilità nella zona delle
lunghezze d'onda del verde e i cony "Z" hanno un'alta sensibilità nella regione delle lunghezze
d'onda del blu. I colori visualizzabili sono il risultato di diverse proporzioni degli stimoli delle tre
classi di coni.
Le diverse strade del "bianco"
Una luce, percepita come "bianca"
può essere ottenuta in vari modi.
In alto possiamo osservare lo
spettro della luce solare, misurato
a mezzogiorno, al livello del mare.
Più in basso è indicato lo spettro
luminoso di un videoproiettore
(JVC-RS46) che riproduce un
quadro "bianco" in modo da
ottenere la stessa percezione
visiva
Spazio colore CIE 1931
Ci sono tanti modi per tradurre l'analisi dello
spettro luminoso in modo da comprendere più
facilmente il tipo di "colore" osservato. Collocare
i colori all'interno di un diagramma con
coordinate ben definite è il modo più utilizzato.
Lo spazio colore CIE 1931 è il più antico e
utilizzato. Il bordo è formato dalle frequenze
"pure", ovvero dai colori "monocromatici", con
spettro luminoso concentrato in pochi nanometri.
Il "bianco", come risultato dello spettro "totale", è
al centro dello spazio colore. Le coordinate
cromatiche vengono ricavate dalla funzione CMF
(Color matching funzions) xyz (anno 1978).
Sintesi additiva
La sintesi additiva di due o più stimoli di colore è la
mescolanza di stimoli di colore che:
- arrivano all'occhio invariati,
- entrano nell'occhio simultaneamente o in rapida
successione,
- incidono sulla stessa area di retina
La fotometria è una branca della radiometria e si occupa della misura della quantità
dell'energia luminosa emessa da una sorgente, emessa da una superficie o ricevuta da una
superficie, in relazione alle sensazioni visive che sono proprie dell'occhio umano. Nella
strumentazione i sensori utilizzati sono filtrati secondo le curve di sensibilità fotopica
dell'occhio umano (lampada: meno del
5% è TECNOLOGIE
utile nella percezione
visiva).
NUOVE
- NUOVI STANDARD
L'illuminanza è il valore che spesso misurato direttamente e dal quale si ricavano altri parametri
come il flusso luminoso. L'illuminanza è la misura della quantità di radiazione visibile che cade su
una specifica superficie. L'unità di misura del sistema internazionale è il lux, ovvero lumen per
metri quadrati.
La potenza si distribuisce su superfici sempre più grandi all'aumentare della distanza dalla
sorgente. Se ad una distanza di un metro dalla lampadina l'illuminanza è pari a 100 lux, alla
distanza di due metri la stessa potenza sarebbe distribuita su un'area quattro volte più grande.
Quindi l'illuminanza sarebbe di un quarto,
ovvero
25 lux. - NUOVI STANDARD
NUOVE
TECNOLOGIE
Il flusso luminoso dei videoproiettori viene quantificato in lumen. I videoproiettori emettono solo in
una porzione di spazio che equivale ad un tetraedro con base rettangolare che ha il suo vertice
nell'obiettivo del videoproiettore. Il valore del flusso luminoso viene ricavato dalla misura
dell'illuminanza dei nove punti (equidistanti, al centro delle nove zone) dell'area illuminata dal
videoproiettore: la media dei nove punti viene moltiplicata per la superficie in metri quadrati.
La luminanza invece è la misura della quantità di radiazione visibile che viene trasmessa, diffusa
o emessa da una superficie. L'unità di misura è la candela per m² (NIT), ovvero lumen per
steradiante per m². La luminanza viene spesso confusa con la luminosità che invece si riferisce
ad una quantificazione di tipo soggettivo che può variare da individuo a individuo.
La misura della luminanza serve per quantificare sia la radiazione visibile emessa da un
display, sia quella riflessa da uno schermo di proiezione illuminato da un videoproiettore. Per la
rilevazione della luminaza si utilizza normalmente il telefotometro: uno strumento dotato di un
angolo di campo specifico che normalmente è di 1° oppure 2° e che in alcuni casi può
scendere fino a 0,1° o salire fino a piùNUOVE
di 20°. TECNOLOGIE - NUOVI STANDARD
Il rapporto tra luminanza e illuminanza è ben definito. In particolare, il flusso di fotoni diffusi da
una superficie lambertiana ideale (un piano che diffonde tutte le frequenze dello spettro visibile
nel semispazio, secondo il coseno dell'angolo di incidenza) viene quantificato dalla luminanza
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STANDARD
che equivale al valore di illuminanza misurato
al livello della
superficie,
suddiviso per π.
Codifica colore HDTV
Codifica colore SDTV (PAL)
Tecnologia 3LCD
Videoproiettori DLP
DMD: Digital Micromirror Device
(dispositivo
digitale
a microspecchi)
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DLP con 3 chip DMD
DLP con singolo DMD + CW
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