Quanti colori può vedere l'occhio umano? Perché usare HDR10 e Dolby Vision

La visione del colore è la capacità di un organismo o di una macchina di distinguere oggetti basandosi sulla lunghezza d’onda (o frequenza) della luce che questi riflettono, emettono, o trasmettono.

Che senso ha guardare a tecnologie come HDR10 e Dolby Vision, capaci di rappresentare oltre un miliardo di colori se l’occhio umano, sulla carta, ne percepisce molti meno?

Innanzi tutto, quanti colori può vedere l’occhio umano?

Premettiamo che è praticamente impossibile, anche a livello teorico, cimentarsi nella creazione di un’immagine che rappresenti tutti i colori visibili dall’occhio umano.

Il sistema visivo dell’uomo – è vero – è capace di distinguere alcuni milioni di colori (si parla di circa 10 milioni) anche se si tratta di una stima che può variare da individuo a individuo.
Lo spazio colore o color gamut è un modello matematico che, facendo uso di coordinate, definisce un insieme di colori.
Quello più importante e conosciuto è stato definito dalla Commission Internationale de l’Èclairage (CIE) e descrive l’insieme dei colori che possono essere percepiti dall’occhio umano. I modelli di spazio colore più noti e utilizzati sono CIE 1931 e CIE 1976.
Si tratta sostanzialmente di grafici dalla forma triangolare perché ciascuno dei vertici è occupato dai tre colori primari RGB (rosso, verde e blu).

Ogni colore può essere descritto usando tre o più componenti cromatiche: si parla infatti di Hue Saturation Brightness (HSB) o di Hue Saturation Lightness (HSL) ovvero di tonalità, saturazione e luminosità per riferirsi al metodo additivo per la composizione di ciascun colore.
È facile quindi intuire perché lo spazio colore o color gamut (vedere l’articolo HDR TV, cos’è e come funziona) possa essere visualizzato al meglio usando una forma di tipo tridimensionale.

Una rappresentazione 2D dello spazio colore è la seguente:

Come si vede, il diagramma mostra le tonalità di colore visibili all’occhio umano. La terza dimensione che manca all’appello è il dato relativo alla luminosità (o intensità): in questo caso per visualizzare tale informazione nel grafico bisognerebbe aggiungere un asse perpendicolare al piano.

Le cosiddette ellissi di MacAdam mettono in evidenza quelle aree del color gamut che sono generalmente indistinguibili, dall’occhio umano, rispetto al colore posto al centro dell’ellisse.

In un modello tridimensionale le ellissi di MacAdam diventano ovviamente delle forme “a sigaretta” assimilabili a cilindri ma il concetto è lo stesso.

Ma se l’occhio umano, al massimo, può riconoscere 10 milioni di colori che senso ha investire su HDR10, Dolby Vision, Quantum dot e compagnia? Si tratta solo di marketing?

Assolutamente no. Anche se oggi si parla di pannelli per TV e monitor in grado di riprodurre oltre 1 miliardo di colori, la porzione dello spazio colore o color gamut che tali dispositivi riescono a rendere è notevolmente inferiore rispetto allo spazio colore definito dal CIE.

Ecco perché ci si imbatte spesso in diagrammi come questo:

Come si vede, sopra allo spazio colore descritto dal CIE vengono sovrapposti triangoli di dimensioni più ridotte.
Nel campo della “ultra definizione” si parla di wide color gamut quando il pannello di un dispositivo elettronico può estendere in maniera significativa la porzione di spazio colore riproducibile (area del “sotto-triangolo” maggiore).
Tecnologie come Quantum dot (vedere Cos’è la tecnologia Quantum dot e come funziona) hanno come obiettivo proprio quello di ampliare l’area del sotto-triangolo.

Ad oggi non si è mai riusciti a spingersi oltre lo spazio colore DCI-P3 (almeno in campo Home Video) nonostante l’obiettivo sia quello di spingersi fino al modello Rec. 2020.

Il concetto è tutto qui. I pannelli TV tradizionali usavano 8 bit ovvero 2⁸ (256) livelli di colore per ciascuna componente primaria. Complessivamente, i display a 8 bit possono rendere 16,7 milioni di colori (ossia 256³ dove 3 corrisponde al numero di colori primari).
Un pannello a 10 bit permette di riprodurre ben 1 miliardo di colori. Per ogni componente, infatti, i livelli sono 2¹⁰ (1.024); di conseguenza, 1.024³ restituisce il numero di colori complessivamente gestibili (un miliardo e quasi 74 milioni).
Al crescere della risoluzione e, contemporaneamente, usando pannelli a 10 bit, è quindi possibile rendere ed esaltare più sfumature di colore.
Gli schermi HDR10 usano un pannello a 10 bit mentre con i più costosi Dolby Vision ci si spinge fino a 12 bit (si possono rendere addirittura quasi 70 miliardi di colori e gestire scene fino a 10.000 nits di luminosità; vedere HDR TV, cos’è e come funziona).

Un TV o un monitor approssimano artificialmente quello che si vede nel mondo reale: ecco perché si ha bisogno di un pannello capace di rendere così tante sfumature di colore. Perché da un lato è necessario aumentare la gamma dinamica dell’immagine ovvero l’intervallo tra il nero e il segnale più luminoso (rendendo l’immagine più fedele al reale) e dall’altro allontanare il più possibile i tre vertici del sotto-triangolo sullo spazio coloro così da rendere i colori posti ai vertici il più possibile vicini ai corrispondenti colori primari.

Ecco perché la differenza tra un HDTV e Ultra HD si vede ed ecco perché un pannello a 10 o 12 bit fa compiere un netto balzo in avanti in termini di qualità dell’immagine e di “aderenza al reale” rispetto a un tradizionale pannello a 8 bit.
L’errore che viene commesso nel valutare tecnologie come quelle che stanno dando la spinta al mercato dei TV Ultra HD è proprio quello citato in precedenza: non si considera la versione tridimensionale dello spazio colore ignorando l’importanza fondamentale della luminosità e dell’intervallo dinamico.
E, in ogni caso, come abbiamo visto, nessuna delle tecnologie oggi utilizzate sui prodotti Ultra HD è in grado di replicare la gamma di colori percepibile dall’occhio umano: in tutti i casi di tratta di approssimazioni per difetto (vedere anche Ultra HD, cos’è e vale davvero la pena acquistare TV 4K?).