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Il colore nel digitale: Introduzione

• Il colore nel digitale è un aspetto fondamentale della grafica computerizzata e della comunicazione visiva moderna.
• La conoscenza della codifica del colore e dei sistemi di rappresentazione è essenziale per gestire efficacemente il colore negli ambienti digitali.

Immagini Digitali

• In informatica, il colore si riferisce al trattamento delle immagini digitali, sia multicolore che in scala monocromatica.
• Esistono due tipologie principali di file immagine: raster e vettoriali.
• I formati raster includono JPEG (ideale per postare foto), PNG (supporta la trasparenza per grafica web), GIF (supporta animazioni ma con gamma cromatica limitata), TIFF (versatile per fotografia professionale), PDF e EPS.
• I formati vettoriali includono SVG (standard per grafica web scalabile), AI (formato nativo di Adobe Illustrator), EPS (formato di interscambio professionale) e PDF (che può contenere sia raster che vettoriali).

Canali Colore

• Un'immagine digitale a colori è un file definito da una serie di dati digitali suddivisi tra le componenti cromatiche principali.
• La sequenza di informazioni che definisce ogni componente è chiamata canale colore.
• Un file immagine può avere uno o più canali colore, a seconda dei colori principali che lo definiscono.
• Le immagini CMYK hanno 4 canali colore (ciano, magenta, giallo, nero), le immagini RGB hanno 3 canali colore (rosso, verde, blu) e le immagini in scala di grigi hanno un solo canale (monocromatico).
• Con programmi di grafica come Adobe Photoshop, si possono manipolare i singoli canali colore per un controllo preciso sulla resa cromatica finale.

Discretizzazione del Colore

• Nel passaggio dal mondo analogico a quello digitale, il colore viene convertito in valori numerici attraverso la discretizzazione.
• La discretizzazione trasforma un fenomeno continuo (la luce) in un insieme finito di valori discreti (numeri).
• La discretizzazione avviene tramite campionamento e quantizzazione.
• Il campionamento misura il colore a intervalli regolari, generando campioni. Più campioni equivalgono ad una maggiore precisione del colore.
• La quantizzazione converte ogni campione in un valore numerico, stabilendo quanti livelli di colore possono essere rappresentati per ogni pixel.
• Nel digitale, una sfumatura di colore viene sequenziata in una serie di gradini discreti.

Profondità di Colore

• La profondità di colore definisce quanti sono i livelli possibili di profondità per ogni canale colore e determina le sfumature rappresentabili.
• Più alto è il numero di livelli utilizzati, più fedele sarà la riproduzione della sfumatura originale.
• La profondità di colore indica quanti bit vengono utilizzati per rappresentare il colore di ogni pixel.
• Un numero maggiore di bit per canale digitale equivale a più combinazioni possibili, creando gradini più piccoli e una transizione più fluida del gradiente di colore.
• Maggiore è il numero di bit, più accurata sarà la rappresentazione del colore ed una maggiore profondità del colore garantisce una migliore qualità dell'immagine.
• Trovare un compromesso tra qualità e dimensione è essenziale.

Livelli di Profondità

• 1 bit per canale produce immagini in bianco e nero con solo due valori: acceso (1) o spento (0).
• 8 bit per canale (1 byte) è lo standard per display e web, sufficiente per la maggior parte degli usi, come scala monocromatica e spazio colore RGB.
• 16 bit per canale comporta la creazione di file molto grandi ed è utilizzato nella fotografia professionale per un editing digitale avanzato.
• Un'immagine RGB a 24 bit (8 bit per canale) ha ogni pixel rappresentato da 3 byte, con valori da 0 a 255, per un totale di oltre 16 milioni di colori.

Problemi e Soluzioni

• Un'insufficiente profondità di colore può causare il banding, un problema comune nella rappresentazione digitale del colore che si manifesta come bande visibili nelle sfumature.
• Il banding può essere mitigato con il dithering, una tecnica digitale che utilizza pattern di pixel per migliorare le transizioni tra le bande, creando l'illusione ottica di più colori.

Compressione Digitale

• La compressione digitale è un'operazione di riduzione dei dati di un file per ridurne le dimensioni.
• La compressione può essere lossless (senza perdita) o lossy (con perdita).
• La compressione lossless mantiene tutti i dati che definiscono l'immagine originale, come nei formati PNG e TIFF.
• La compressione lossy permette di ottenere file più piccoli, ma può comportare perdita di dettaglio, artefatti visivi, posterizzazione e blocchi visibili, come nel formato JPEG.
• La scelta del formato di un file immagine è fondamentale per gestire al meglio la profondità del colore e la qualità, ma anche il peso del file.

Riproduzione del Colore

• Non tutti i colori percepibili dall'occhio umano possono essere riprodotti sui display digitali o tramite periferiche di stampa.
• I colori ottenibili con il modello RGB (per schermi) e quelli riproducibili con il modello CMYK (per stampanti) costituiscono due sottoinsiemi dello spettro visibile.
• Conoscere e mappare con precisione i colori che i diversi dispositivi sono in grado di riprodurre è un problema importante nella gestione dei processi produttivi.

Gamut

• Il termine gamut indica l'estensione cromatica coperta da una data periferica, ovvero l'insieme di tutti i colori che un dispositivo può catturare, visualizzare o riprodurre.
• Graficamente, il gamut viene rappresentato come un poligono tracciato all'interno del diagramma di cromaticità CIE 1931 xy, dove tutti i colori racchiusi nel gamut possono essere ottenuti miscelando quelli ai suoi angoli.
• Il triangolo CIE permette di visualizzare e confrontare la gamma cromatica coperta da un dato dispositivo con tutti i colori percepibili dall'uomo.

Confronto tra Dispositivi

• Il diagramma cromatico, rappresentando uno spazio colore indipendente, fornisce un "terreno neutrale" per confrontare gamut diversi, permettendo di comprendere i limiti dei vari sistemi di riproduzione del colore.
• Periferiche molto diverse come monitor e stampanti mostrano ovviamente gamme cromatiche differenti.

Incongruenze e Varianti

• È possibile accorgersi di questa incongruenza semplicemente confrontando tra loro i gamut degli spazi colore teorici da cui questi due tipi di dispositivi dipendono: RGB e CMYK.
• Non tutti i colori dell'insieme RGB trovano un corrispondente nell'insieme CMYK, poiché si tratta di sistemi diversi di sintesi del colore.
• Non è possibile stampare esattamente tutti i colori che vediamo sul monitor.
• Nel confronto tra gamut non emerge soltanto la distinzione tra dispositivi che utilizzano modelli diversi di rappresentazione del colore, ma anche importanti differenze fra dispositivi simili che utilizzano lo stesso modello di riproduzione del colore.
• Anche periferiche dello stesso tipo, ma di aziende concorrenti, possiedono comunque gamme cromatiche differenti e, parlando di monitor e colore digitale, diventa necessario approfondire le peculiarità del modello RGB.

Modello RGB

• L'RGB è basato sulla sintesi additiva dei tre colori primari della luce: Rosso (Red), Verde (Green) e Blu (Blue).
• Si tratta di un modello di rappresentazione del colore da cui dipendono tutti i dispositivi che emettono o catturano luce: monitor, schermi, proiettori e scanner.
• Esistono tuttavia diverse implementazioni specifiche del modello RBG con gamut tra loro differenti.
• Ciascuna variante di RGB rappresenta un vero e proprio spazio colore autonomo, con i propri casi d'uso, vantaggi e limiti.
• Tra le varianti principali del modello RGB troviamo sRGB, Adobe RGB e ProPhoto RGB.

Varianti RGB

• Lo spazio colore sRGB (standard RGB) è stato sviluppato da Microsoft e HP nel 1996 per standardizzare la visualizzazione dei colori sul web ed ha un gamut relativamente ridotto e garantisce un'ampia compatibilità̀, ideale per contenuti web ma inadatte alla stampa professionale.
• Lo spazio colore Adobe RGB è utilizzato principalmente in ambito professionale per fotografia digitale avanzata, elaborazione di immagini ad alta qualità̀, prestampa e stampa, coprendo meglio ciano e verdi ed offrendo un gamut più ampio rispetto ad sRGB.
• Lo spazio colore ProPhoto RGB è quello utilizzato per conservare il massimo di informazioni colore in fase di editing o per archiviazione di immagini in alta qualità a lungo termine anche se presenta il gamut più ampio, inclusivo di colori non riproducibili dai device di oggi ed il più adatto ai dispositivi, attuali garantendo più colori rispetto ad Adobe RGB ed sRGB.
• Se visualizzassimo lo stesso file immagine su due schermi diversi, i colori che vedremmo sarebbero comunque leggermente diversi e stessa cosa varrebbe per la stampa.

Percezione e Conversione

• Anche a parità̀ di numeri RGB, si avrebbe una percezione del colore diversa su periferiche concorrenti.
• Il gamut effettivo di un certo dispositivo rappresenta sempre un sottoinsieme dell'estensione cromatica coperta dallo spazio colore teorico associato a quel dispositivo e la visualizzazione dei colori nei vari dispositivi non è determinata soltanto dal modello di riferimento per la riproduzione del colore, ma dal gamut coperto singolarmente da ciascuna periferica.
• Le macchine differenti devono avere i medesimi numeri identificativi dei colori con valore diversificato.
• Il problema di una corretta visualizzazione dei colori su diverse macchine necessitano l'ausilio di strumenti che modificano quei numeri in modo che i colori percepiti rimangano gli stessi
• È necessario avere coordinate assolute fornite da un elemento di collegamento ovvero da uno spazio colorimetrico.
• La cromaticità CIE 1931, seppur indipendente, non risulta adeguato in quanto non tiene conto dei fattori psicologici legati alla percezione del colore da parte dell'occhio umano.

CIELab

• CIE Lab 1976 rappresenta modello colorimetrico percettivamente uniforme.
• Lo spazio CIELab descrive invece l'aspetto di un colore, attraverso i suoi attributi percettivi e per questo viene utilizzato da alcuni programmi per convertire, in modo prevedibile, un colore da un modello di rappresentazione del colore all'altro.
• La costruzione di tabelle di conversione permette quindi di individuare quali sono i rapporti tra i valori relativi e le rispettive coordinate colorimetriche assolute.
• Conoscendo il gamut dei dispositivi, a questo punto, basta un CMS.

Color Management System (CMS)

• Un Color Management System (CMS), è appunto un sistema di gestione del colore che svolge diverse operazioni in più fasi tra cui caratterizzazione e calibrazione dei dispositivi e profilazione e conversione digitale dei colori.
• Di CMS ne esistono diversi tipi: molti sono "chiusi" (ossia sistemi "proprietari" specifici di alcune macchine e apparati; quelli "aperti" invece sono soltanto un paio.
• Tra i pochi CMS aperti, l'International Color Consortium (ICC) rappresenta ormai uno standard nel settore.
• L'ICC è diventato ormai il sistema universalmente utilizzato e la tecnologia ICC è implementata nei sistemi operativi e nelle applicazioni specifiche.
• Un Color Management System è il risultato dell'interazione tra motore di colore, profili colore, intenti di rendering e sistema operativo e applicazioni.
• Il motore di colore o Color management module (CMM) è il motore di calcolo ed i CMM realizzano solo una serie di conversioni chiave tra i colori mentre tutti gli altri dati intermedi vengono invece creati automaticamente utilizzando un sistema di interpolazione.
• Nei CMS è impossibile da usare tabelle di caratterizzazione complete per questo vengono utilizzate approsimazioni limitate con intenti di rendering creando un colore approssimativo nel contempo plausibile, riportando il colore fuori gamma all'interno del perimetro del gamut.

Intenti di Rendering

• Il sistema di gestione ICC prevede quattro tipologie di intenti di rendering: Colorimetrico relativo e assoluto, perentivo e saturazione.
• Le specifiche del CMS prevedono che il "profilo ICC" contenga tante tabelle di configurazione quanti sono gli intenti di rendering e che lo stesso profilo possa essere utilizzato sia quando la periferica è l'origine, sia quando è la destinazione.
• È usato un CMS quando il profilo è l'origine e la destinazione della conversione.
• Lo spazio colorimetrico di un profilo ICC, infine, deve utilizzare uno dei due spazi colore stabiliti dalla CIE: il CIE 1931 con coordinate XYZ oppure il CIE 1976 con coordinate Lab* e illuminante bianco D50.