Effetto Abney

L’effetto Abney descrive lo spostamento di tonalità percepito che si verifica quando viene aggiunta luce bianca a una sorgente di luce monocromatica.

L’aggiunta di luce bianca causerà una desaturazione della fonte monocromatica, come percepito dall’occhio umano. Tuttavia, un effetto meno intuitivo dell’aggiunta di luce bianca percepita dall’occhio umano è il cambiamento nella tonalità apparente. Questo cambiamento di tonalità è fisiologico piuttosto che fisico.

Questa variazione di tonalità come risultato dell’aggiunta di luce bianca fu descritta per la prima volta dal chimico e fisico inglese Sir William de Wiveleslie Abney nel 1909, sebbene la data sia comunemente riportata come 1910. Una sorgente di luce bianca è creata dalla combinazione di rosso luce, luce blu e luce verde. Sir Abney dimostrò che la causa del cambiamento apparente nella tonalità era la luce rossa e la luce verde che comprendono questa sorgente luminosa, e la componente di luce blu della luce bianca non aveva alcun contributo all’effetto Abney.

Diagrammi di cromaticità
I diagrammi di cromaticità sono diagrammi bidimensionali che tracciano la proiezione dello spazio colore XYZ della Commissione internazionale per l’illuminazione (CIE) sul piano (x, y). I valori X, Y, Z (oi valori tristimulus) vengono semplicemente utilizzati come pesi per creare nuovi colori dai colori primari, più o meno nello stesso modo in cui viene utilizzato RGB per creare colori da primari in televisori o fotografie. I valori x e y utilizzati per creare il diagramma di cromaticità vengono creati dai valori XYZ dividendo X e Y per la somma di X, Y, Z. I valori di cromaticità che possono quindi essere tracciati dipendono da due valori: lunghezza d’onda dominante e saturazione . Poiché l’energia luminosa non è inclusa, i colori che differiscono solo per la sua leggerezza non si distinguono sul diagramma. Ad esempio, il marrone, che è solo una miscela a bassa luminanza di arancione e rosso, non apparirà come tale.

L’effetto Abney può essere illustrato anche sui diagrammi di cromaticità. Se si aggiunge luce bianca a una luce monocromatica, si otterrà una linea retta sul diagramma di cromaticità. Potremmo immaginare che i colori lungo una tale linea siano tutti percepiti come aventi la stessa tonalità. In realtà, ciò non è vero e viene percepito uno spostamento di tonalità. Corrispondentemente, se tracciamo colori che sono percepiti come aventi la stessa tonalità (e solo differendo in purezza) otterremo una linea curva. [Quale?]

Nei diagrammi di cromaticità, una linea che ha una tonalità percepita costante deve essere curvata, in modo da tenere conto dell’effetto di Abney. I diagrammi di cromaticità che sono stati corretti per l’effetto Abney sono quindi eccellenti illustrazioni della natura non lineare [del chiarimento necessario] del sistema visivo. Inoltre, l’effetto Abney non disattiva nessuna e tutte le linee rette sui diagrammi di cromaticità. Si possono mescolare due luci monocromatiche [che?] E non vedere uno spostamento di tonalità, suggerendo quindi che un diagramma rettilineo per i diversi livelli di miscela sarebbe appropriato su un diagramma di cromaticità.

Fisiologia
Il modello di processo avversario del sistema visivo è composto da due canali neurali cromatici e un canale neurale acromatico. I canali cromatici sono costituiti da un canale rosso-verde e un canale giallo-blu e sono responsabili del colore e della lunghezza d’onda. Il canale acromatico è responsabile della luminanza o del rilevamento bianco-nero. La tonalità e la saturazione sono percepite a causa di quantità variabili di attività in questi canali neuronali costituiti da vie degli assoni dalle cellule gangliari retiniche. Questi tre canali sono strettamente legati al tempo di reazione in risposta ai colori. Il canale neurale acromatico ha un tempo di risposta più veloce rispetto ai canali neurali cromatici nella maggior parte delle condizioni. Le funzioni di questi canali dipendono dall’attività. Alcune attività dipendono da un canale o dall’altro, così come da entrambi i canali. Quando uno stimolo colorato viene sommato con uno stimolo bianco, vengono attivati ​​entrambi i canali cromatico e acromatico. Il canale acromatico avrà un tempo di risposta leggermente rallentato, poiché deve adattarsi alla diversa luminanza; tuttavia, nonostante questa risposta ritardata, la velocità del tempo di risposta del canale acromatico sarà ancora più veloce della velocità di risposta del canale cromatico. In queste condizioni di stimoli sommati, la grandezza del segnale emesso dal canale acromatico sarà più forte rispetto al canale cromatico. L’accoppiamento di una risposta più rapida con un segnale di ampiezza maggiore dal canale acromatico significa che il tempo di reazione dipenderà molto probabilmente dai livelli di luminanza e saturazione degli stimoli.

Le spiegazioni abituali per la visione a colori spiegano la differenza nella percezione della tonalità come sensazioni elementali inerenti alla fisiologia dell’osservatore. Tuttavia, nessuna restrizione o teorie fisiologiche specifiche sono state in grado di spiegare la risposta a ciascuna tonalità unica. A tal fine, sia la sensibilità spettrale dell’osservatore che il numero relativo di tipi di coni hanno dimostrato di non svolgere alcun ruolo significativo nel percepire tonalità diverse. Forse l’ambiente gioca un ruolo più importante nella percezione di sfumature uniche rispetto alle diverse caratteristiche fisiologiche degli individui. Ciò è supportato dal fatto che i giudizi di colore possono variare a seconda delle differenze nell’ambiente di colore per lunghi periodi di tempo, ma questi stessi giudizi cromatici e acromatici sono mantenuti costanti se l’ambiente di colore è lo stesso, nonostante l’invecchiamento e altri fattori fisiologici individuali che influenzano la retina.

Purezza colorimetrica
La saturazione, o il grado di pallore di un colore, è correlata alla purezza colorimetrica. L’equazione per la purezza colorimetrica è: P = L / (Lw + L). In questa equazione, L è uguale alla luminanza dello stimolo luminoso colorato, Lw è la luminanza dello stimolo della luce bianca da miscelare con la luce colorata. L’equazione di cui sopra è un modo per quantificare la quantità di luce bianca che viene miscelata con la luce colorata. Nel caso del puro colore spettrale, senza aggiunta di luce bianca, L è uguale a uno e Lw è uguale a zero. Ciò significa che la purezza colorimetrica sarebbe uguale a uno, e per ogni caso che coinvolge l’aggiunta di luce bianca, la purezza colorimetrica, o il valore di P, sarebbe inferiore a uno. La purezza di uno stimolo cromatico spettrale può essere modificata aggiungendo uno stimolo bianco, nero o grigio. Tuttavia, l’effetto Abney descrive il cambiamento di purezza colorimetrica mediante l’aggiunta di luce bianca. Per determinare l’effetto che ha la variazione della purezza sulla tonalità percepita, è importante che la purezza sia l’unica variabile nell’esperimento; la luminanza deve essere mantenuta costante.

Discriminazione di tonalità
Il termine discriminazione di tonalità viene usato per descrivere il cambiamento nella lunghezza d’onda che deve essere ottenuto in modo che l’occhio possa rilevare uno spostamento di tonalità. Un’espressione λ + Δλ definisce la regolazione della lunghezza d’onda richiesta che deve avvenire. Un piccolo cambiamento (<2 nm) nella lunghezza d'onda fa sembrare che la maggior parte dei colori spettrali assuma una tonalità diversa. Tuttavia, per la luce blu e la luce rossa, deve verificarsi uno spostamento della lunghezza d'onda molto più ampio affinché una persona possa identificare una differenza di tonalità. Storia L'articolo originale che descrive l'effetto Abney fu pubblicato da Sir William de Wiveleslie Abney in Proceedings of the Royal Society of London, Serie A nel dicembre 1909. Decise di fare una ricerca quantitativa in seguito alla scoperta che le osservazioni visive del colore non corrispondevano al dominante colori ottenuti fotograficamente quando si usano i modelli di fluorescenza. Un apparecchio per la misurazione del colore comunemente usato negli esperimenti del 1900 fu usato in congiunzione con specchi parzialmente argentati per dividere un fascio di luce in due fasci. Ciò ha portato a due fasci di luce paralleli tra loro aventi la stessa intensità e colore. I fasci di luce sono stati proiettati su uno sfondo bianco, creando toppe di luce con quadrati da 1,25 pollici (32 mm). La luce bianca è stata aggiunta a una delle macchie di luce colorata, la patch sulla destra. Una barra è stata inserita nel percorso dei due fasci in modo che non ci sarebbe stato spazio tra le superfici colorate. Un'asta aggiuntiva è stata utilizzata per creare un'ombra in cui la luce bianca si diffondeva sul cerotto che non doveva ricevere l'aggiunta di luce bianca (la patch sul lato sinistro). La quantità di luce bianca aggiunta è stata determinata come metà della luminosità della luce colorata. La sorgente di luce rossa, per esempio, aveva più luce bianca aggiunta rispetto alla sorgente di luce gialla. Cominciò a usare due chiazze di luce rossa, e infatti l'aggiunta di luce bianca al patch di luce sulla destra provocò un tono più giallo della pura fonte di luce rossa. Gli stessi risultati si sono verificati quando la sorgente luminosa sperimentale era arancione. Quando la fonte di luce era verde, l'aggiunta di luce bianca ha causato l'apparizione della patch per diventare giallo-verde. Successivamente, quando fu aggiunta luce bianca a luce giallo-verde, la macchia di luce apparve principalmente gialla. In una miscela di luce blu-verde (con una percentuale leggermente più alta di blu) con luce bianca, il blu sembrava assumere una tonalità rossastra. Nel caso di una sorgente di luce violetta, l'aggiunta di luce bianca ha indotto la luce viola a assumere una tonalità blu. Sir Abney ipotizzò che il cambiamento risultante nella tonalità che si verificava fosse dovuto alla luce rossa e alla luce verde che erano componenti della luce bianca che venivano aggiunti. Pensò anche che la luce blu che comprende anche il raggio di luce bianco era un fattore trascurabile che non aveva alcun effetto sul cambiamento di tonalità apparente. Sir Abney è stato in grado di provare la sua ipotesi sperimentalmente abbinando i suoi valori sperimentali di composizione percentuale e luminosità di sensazioni rosse, verdi e blu ai valori calcolati quasi esattamente. Ha esaminato la composizione percentuale e la luminosità trovata nei diversi colori spettrali e la sorgente di luce bianca che è stata aggiunta. Una nuova interpretazione dell'effetto Abney Mentre la non linearità della codifica cromatica neurale, come evidenziato dalla comprensione classica dell'effetto Abney e del suo uso della luce bianca a particolari lunghezze d'onda della luce, è stata accuratamente studiata in passato, un nuovo metodo è stato intrapreso dai ricercatori dell'Università di Nevada. Piuttosto che aggiungere luce bianca alla luce monocromatica, la larghezza di banda dello spettro era variata. Questa variazione dell'ampiezza di banda indirizzava direttamente le tre classi di recettori a cono come mezzo per identificare qualsiasi variazione di tonalità percepita dall'occhio umano. L'obiettivo generale della ricerca era determinare se l'aspetto del colore fosse influenzato dagli effetti di filtraggio della sensibilità spettrale dell'occhio. Gli esperimenti hanno dimostrato che i rapporti dei coni indicavano che una tonalità era regolata in modo da produrre una tonalità costante che corrispondesse alla lunghezza d'onda centrale della sorgente luminosa. Inoltre, gli esperimenti condotti hanno mostrato essenzialmente che l'effetto Abney non regge per tutti i cambiamenti di purezza della luce, ma è limitato molto a certi mezzi di degradazione della purezza, vale a dire l'aggiunta di luce bianca. Poiché gli esperimenti effettuati variavano la larghezza di banda della luce, un modo simile, anche se diverso, di alterare la purezza e quindi la tonalità della luce monocromatica, la non linearità dei risultati veniva visualizzata in modo diverso da quanto era stato visto tradizionalmente. In definitiva, i ricercatori sono giunti alla conclusione che le variazioni nella larghezza di banda spettrale causano meccanismi postreceptorali per compensare gli effetti di filtraggio imposti dalla sensibilità del cono e dall'assorbimento preretinico e che l'effetto Abney si verifica perché l'occhio è stato, in un certo senso, ingannato nel vedere un colore ciò non si verificherebbe naturalmente e quindi dovrebbe approssimarsi al colore. Questa approssimazione per compensare l'effetto Abney è una funzione diretta delle eccitazioni a cono sperimentate con uno spettro a banda larga. Fatti interessanti Un brevetto per una stampante a colori che pretende di compensare l'effetto Abney è stato pubblicato nel 1995. L'effetto Abney deve essere preso in considerazione quando si progetta il cockpit per i moderni aerei da combattimento. I colori visualizzati sullo schermo diventano desaturati quando la luce bianca colpisce lo schermo, quindi vengono fatte considerazioni speciali per contrastare l'effetto Abney. Esiste un'ampia gamma di colori spettrali che possono essere realizzati per abbinare esattamente un colore puro aggiungendo vari livelli di luce bianca. Non è noto se l'effetto Abney sia un fenomeno che si presenta per caso durante la percezione del colore o l'effetto svolge una funzione deliberata nel modo in cui l'occhio codifica per il colore.