Dall'occhio umano allo standard RGB: come vediamo i colori sullo schermo?

Niente è a caso e partendo da considerazioni in ambito scientifico osserviamo come i nostri schermi rispecchiano l'anatomia dell'occhio.

Dall'occhio umano allo standard RGB: come vediamo i colori sullo schermo?
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Per chi mastica l'ambiente tech sa quanto la tecnologia LED sia ben consolidata e all'ordine del giorno, tant'è che non si trova più solo negli schermi, ma ha anche una funzione estetica ben consolidata. C'è chi si è anche affacciato al mercato con la retroilluminazione a RGB, come la proposta di cui vi abbiamo parlato nella nostra recensione di Govee Flow Pro.

Adesso vi poniamo una domanda: vi siete mai chiesti come mai lo standard per i colori in uno schermo sia RGB (Red, Green and Blue ovvero rosso, verde e blu)?
E se vi dicessimo che nei nostri occhi ci sono proprio tre recettori? Le due cose, pur essendo correlate, hanno bisogno di un approfondimento.

Spettro del sole

Come sapete la luce è un'onda elettromagnetica e a diverse lunghezze d'onda sono associate diverse energie.
Il sole è la fonte di luce del nostro pianeta, andando ad analizzare lo spettro di radiazione della nostra stella (come possiamo possiamo vedere in figura) questo emette in un intervallo molto ampio.

È altrettanto vero che la distribuzione non è uniforme e la maggior concentrazione di irradianza (densità di luce che incide su una superficie) si trova in un intervallo di lunghezza d'onda che va da circa 400 nm a circa 700 nm, zona chiamata "del visibile"; il nome dovrebbe avervi fatto già accendere una lampadina: in questo range le onde elettromagnetiche ci appaiono per l'appunto visibili e diversi colori sono associati a diverse energie dalle onde.

L'insieme di queste lunghezze d'onda è bianca e il colore che noi osserviamo negli oggetti sono le riflessioni di una parte di questa luce che si trova nella zona del visibile.

L'occhio

Come qualcuno può aver intuito, non è una coincidenza che l'occhio riesca a captare bene nella zona in cui il sole emette maggiormente; la nostra vista si è evoluta nel corso di milioni di anni ottimizzando questa caratteristica, plausibilmente per un vantaggio da un punto di vista evolutivo.

I recettori dell'occhio sono di due tipi: i bastoncelli e i coni.
I primi vengono usati dall'occhio per la visione scotopica ovvero con bassa intensità di luce, e sono più sensibili e adatti quindi alla visione notturna.
I coni, i recettori di nostro interesse, sono utili alla visione fotopica (di alta intensità di luce), e quindi diurna. Sono di tre tipologie:
• Coni S (short, basse lunghezze d'onda),
• Coni M (medium, medie lunghezze d'onda),
• Coni L (long, lunghe lunghezze d'onda)

Teoria tricromatica

Ovvio a questo punto il motivo di tre sorgenti di luce nei nostri schermi: è possibile descrivere ogni colore che l'essere umano può osservare come una terna di valori, o per meglio dire, che l'essere umano percepisce. Il colore, infatti, è un costrutto del nostro cervello e in natura non esiste un oggetto intrinsecamente giallo o rosso e lo splitting color illusion, che abbiamo già trattato, è un ottimo esempio di ciò di cui stiamo parlando.

Un animale diverso dall'uomo percepisce lo stesso oggetto di diverso colore; sui social vi sarà capitato di imbattervi in video o immagini che mostrano la differenza tra la vista di un essere umano e di un cane, tale differenza è data principalmente da una visione a due coni (dicromatica) del miglior amico dell'uomo. I gatti sono più simili a noi (tre coni) e sono in grado di vedere colori nell'ultravioletto che a noi paiono invisibili. Visione tetracromatica è ciò che caratterizza lo sguardo di un corvo (quattro recettori).

Anche tra gli esseri umani sono presenti delle differenze similari: una persona che soffre di daltonismo è qualcuno con una delle tre tipologie di coni che non lavorano a dovere.

Spettro CIE

Essendo il colore una proprietà soggettiva, la CIE (Commision Internationale de l'Èclairage, Commissione Internazionale per l'Illuminazione) nel 1931 ha realizzato uno standard di descrizione del colore tramite lo studio dei valori di risposta dei tre coni ottenendo una terna di valori teorici.
Utilizzando queste sorgenti teoriche è possibile rappresentare ogni colore nel visibile all'interno di un grafico bidimensionale a forma di ferro di cavallo (la terza coordinata andrà a rappresentare valori di colore che non possiamo percepire).

La scelta delle tre sorgenti (monocromatiche) blu, rosso e verde è presto detta: con l'utilizzo di tre valori potrò ottenere tutti i colori che si trovano all'interno di un triangolo; con il verde, il blu e il rosso come vertici ottenendo il triangolo con la maggior area possibile e di conseguenza la maggior gamma di colori.

L'ottenimento degli altri colori è simile a ciò che si fa con gli acquerelli dove usando i colori primari giallo, blu e rosso si ottiene il resto della tavolozza; qui però il mescolamento ha altre "regole", prendendo a esempio le combinazioni a due e due:

Rosso + Blu = Magenta,
Verde + Rosso = Giallo,
Blu + Verde = Ciano,

Il motivo è semplicemente un diverso fenomeno fisico in gioco: se negli acquarelli ciò che arriva al nostro occhio è la luce riflessa (dove la miscelazione dei colori è detta sottrattiva), nei display osserviamo invece luce emessa (miscelazione di tipo additiva).
Fun fact: le stampanti funzionano tramite miscelazione sottrattiva e per i toner si utilizzano per l'appunto il magenta (rosso), il giallo e il ciano (blu).

I coni nel nostro occhio spesso vengono chiamati rossi, blu e verdi invece che L, S e M; detta così avremmo potuto evitare tutta questa pappardella tecnica, ma dal momento che non tutti i colori che osserviamo sono situati dentro il triangolo del RGB (oltre che per la soggettività cui abbiamo accennato sopra) si tratta di una semplificazione un po' grossolana.

Sharp, azienda che si posiziona tra le più grandi dell'elettronica al mondo, ha ben presente come si lavora con questa tecnologia e tale padronanza non può che sfornare delle idee degne di nota con cui vogliamo concludere questo articolo: la tecnologia RGBY. Garantita una visione minima tricromatica, la tecnologia proprietaria Quattron (2010) utilizza una quarta sorgente per aumentare l'area in cui posso far variare il colore (non più un triangolo ma un trapezio) utilizzando in aggiunta una luce monocromatica gialla (Yellow). Un ottimo esempio di avanguardia nel campo della tecnologia.