Course Syllabus

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Questo corso fornisce uno studio approfondito dei principi fisici alla base della visione. Il corso si concentra sulle proprietà ottiche dei materiali, sull'origine del colore, sulla percezione visiva e sui meccanismi fisici coinvolti nei meccanismi fisiologici dell'occhio.

  • Richiami di elettromagnetismo e fisica delle onde
  • Luce e colore
  • Origine fisica del colore
  • Metodi e approcci per indurre la colorazione nei materiali
  • Fisica della visione

  • Richiami di elettromagnetismo e fisica delle onde
    Verranno sinteticamente riprese le principali leggi fisiche di interesse per la descrizione della luce e del colore: equazioni di Maxwell, equazione delle onde, legge di riflessione e rifrazione, dispersione

  • Luce e colore
    Excursus storico della definizione dei colori, lo spettro e il "colore" della luce, origine fisica del colore apparente degli oggetti

  • Spettro elettromagenitco e cenni di misura del colore
    Lo spettro elettromagnetico: definizioni, intervalli e unità di misura. Descrizione delle principali tecniche spettroscopiche per la determinazione delle grandezze relative alla descrizione del colore e definizione di assorbanza, trasmissione, riflessione, legge di Lambert-Beer, rappresentazione quantitativa del colore (coordinate colore).

  • Origine fisica del colore di sorgenti luminose
    Incandescenza e corpo nero, il colore di fiamme e fuochi d'artificio, emissione a righe di gas e cenni di meccanica quantistica, il colore di scariche, plasmi e corone, fluoresecenza, fosforescenza e bio-chemiluminescenza. Cenni di funzionamento di LED e laser.

  • Origine fisica del colore di metalli, materiali e molecole
    La struttura a bande dei metalli, semiconduttori e isolanti: l'origine del colore dei metalli, colore prodotto da transizione elettroniche da impurezze di metalli di transizione, da difetti di punto e da trasferimento di carica negli isolanti, colore di semiconduttori con gap nel visibile, allocromatismo e idiocromatismo. Origine del colore nelle molecole organiche.

  • Origine fisica dei colori strutturali
    Colori dovuti a interferenza e diffrazione, diffusione Rayleigh e Mie, anisotropia, polarizzazione, colori prodotti da dispersione. Relazione tra aspetto visivo di un materiale e costanti ottiche: opalescenza, iridescenza, aspetto metallico, trasparenza, glaze. Cenni di olografia. Metodi e approcci per indurre la colorazione nei materiali: i colori in natura (colori in biologia, gemme e fenomeni atmosferici), pigmenti, coloranti, colorazioni di vetri e plastiche, filtri di colore e deposizione di film.

  • Fisica della visione
    Fotofisica del processo di visione, visione scotopica e fotopica, cenni di visione animale comparata, colorimetria.

I prerequisiti coincidono con gli argomenti del colloquio di ammissione descritti nella pagina “Orientamento in Ingresso e Modalità di Ammissione al Corso di Studi”, consultabili sulla pagina e-learning del corso di studi.

Le lezioni saranno frontali (videoregistrate e rese disponibili sulla piattaforma e-learning del corso). Il corso prevede anche simulazioni al computer dei principali aspetti trattati a lezione ed esperimenti pratici sulle tecniche di misurazione del colore. La partecipazione a queste ultime attività è fortemente consigliata, ma le attività possono essere seguite anche a distanza e in modalità asincrona.

42h Lezione erogativa in presenza

  • The Physics and Chemistry of Color: The Fifteen Causes of Color by Kurt Nassau. ISBN: 978-0-471-39106-7
  • Altre risorse provenienti da libri, slide del docente e articoli scientifici saranno rese disponibili sulla piattaforma di e-learning.

Primo semestre.

Esame orale, che prevede una serie di domande volte a valutare la comprensione e la capacità dello studente di applicare i concetti del corso alla misurazione del colore e ai meccanismi fisici coinvolti nella produzione e visione dei colori. Di seguito il dettaglio delle fasce di voto in trentesimi:

18-21

  • Conoscenze di base: Comprensione minima degli argomenti trattati. Capacità di ricordare e ripetere concetti semplici.
  • Capacità analitiche: Capacità limitata di analizzare problemi e proporre soluzioni
  • Comunicazione: Capacità di esprimere idee in modo semplice, con qualche difficoltà e errore. Comunicazione accettabile ma non sempre chiara.
    21-24
  • Conoscenze di base: Buona comprensione degli argomenti trattati. Capacità di applicare i concetti appresi.
  • Capacità analitiche: Capacità di identificare problemi e proporre soluzioni adeguate. Buon livello di pensiero critico.
  • Comunicazione: Capacità di esprimere idee in modo chiaro e coerente, con qualche piccolo errore. Buona comunicazione orale.
    24-27
  • Conoscenze di base: Ottima comprensione e padronanza degli argomenti trattati. Capacità di collegare concetti diversi.
  • Capacità analitiche: Elevata capacità di analizzare problemi complessi e proporre soluzioni efficaci. Ottimo livello di pensiero critico.
  • Comunicazione: Capacità di esprimere idee in modo molto chiaro e coerente, con pochissimi errori e linguaggio appropriato. Ottima comunicazione orale.
    27-30
  • Conoscenze di base: Comprensione eccellente e approfondita degli argomenti trattati. Capacità di innovare e creare collegamenti originali.
  • Capacità analitiche: Straordinaria capacità di analizzare problemi complessi e proporre soluzioni innovative e originali. Pensiero critico altamente sviluppato.
  • Comunicazione: Capacità di esprimere idee in modo estremamente chiaro, coerente e persuasivo. Comunicazione orale eccellente.

Disponibile almeno due giorni a settimana, su appuntamento via mail.

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This course provides an in-depth study of the physical principles underlying vision. The course focuses on the optical properties of materials, the origin of colour, visual perception and the physical mechanisms involved in the physiological mechanisms of the eye.

  • Recall of electromagnetism and wave physics
  • Light and color
  • Methods and approaches to induce coloration in materials
  • Physics of vision

  • Recall of electromagnetism and wave physics
    The main physical laws of interest for the description of light and color will be summarized: Maxwell's equations, wave equation, law of reflection and refraction, dispersion

  • Light and color
    Historical excursus of the definition of colors, the spectrum and the "color" of light, physical origin of the apparent color of objects

  • Electromagnetic spectrum and notes on color measurement
    The electromagnetic spectrum: definitions, intervals and units of measurement. Description of the main spectroscopic techniques for the determination of quantities relating to the description of color and definition of absorbance, transmission, reflection, Lambert-Beer law, quantitative representation of color (color coordinates).

  • Physical origin of the color of light sources
    Incandescence and black body law, the color of flames and fireworks, gas line emission and hints of quantum mechanics, the color of discharges, plasmas and coronas, fluorescence, phosphorescence and bio-chemiluminescence. Notes on how LEDs and lasers work.

  • Physical origin of the color of metals, materials and molecules
    The band structure of metals, semiconductors and insulators: the origin of the color of metals, color produced by electronic transitions from transition metal impurities, by point defects and by charge transfer in insulators, color of semiconductors with energy gaps in the visible , allochromatism and idiochromatism. Origin of color in organic molecules.

  • Physical origin of structural colors
    Colors due to interference and diffraction, Rayleigh and Mie diffusion, anisotropy, polarization, colors produced by dispersion. Relationship between the visual appearance of a material and optical constants: opalescence, iridescence, metallic appearance, transparency, glaze. Hints of holography. Methods and approaches to induce coloration in materials: colors in nature (colors in biology, gems and atmospheric phenomena), pigments, dyes, glass and plastic colorations, color filters and film deposition.

  • Physics of vision
    Photophysics of the vision process, scotopic and photopic vision, notes on comparative animal vision, colorimetry.

Student requirements match the topics listed in the “Orienteering for Future Students and Admission Procedures”, available on the e-learning platform.

The lectures will be frontal (videorecorded and made available on the course's e-learning platform). The course also includes simulations of the main aspects covered in lectures and hand-on experiments on color measurement techniques. Participation in the latter activities is strongly recommended, but the activities can also be followed remotely and in asynchronous mode.

42h In-person lesson

  • The Physics and Chemistry of Color: The Fifteen Causes of Color by Kurt Nassau. ISBN: 978-0-471-39106-7
  • Other resources from books, teacher's slides and scintific articles will be made available on the e-learning platform.

First semester.

Oral examination, which involves a series of questions designed to assess the student's understanding and ability to apply course concepts to color appearence and measurement, physical mechanisms involved in the production and vision of colors.
Below are the grading ranges out of 30:

18-21

  • Basic Knowledge: Minimal understanding of the topics covered. Ability to remember and repeat simple concepts.
  • Analytical Skills: Limited ability to analyze problems and propose solutions.
  • Communication: Ability to express ideas simply, with some difficulty and errors. Acceptable but not always clear communication.
    21-24
  • Basic Knowledge: Good understanding of the topics covered. Ability to apply learned concepts.
  • Analytical Skills: Ability to identify problems and propose appropriate solutions. Good level of critical thinking.
  • Communication: Ability to express ideas clearly and coherently, with some minor errors. Good oral communication.
    24-27
  • Basic Knowledge: Excellent understanding and mastery of the topics covered. Ability to connect different concepts.
  • Analytical Skills: High ability to analyze complex problems and propose effective solutions. Excellent level of critical thinking.
  • Communication: Ability to express ideas very clearly and coherently, with very few errors and appropriate language. Excellent oral communication.
    27-30
  • Basic Knowledge: Outstanding and in-depth understanding of the topics covered. Ability to innovate and create original connections.
  • Analytical Skills: Extraordinary ability to analyze complex problems and propose innovative and original solutions. Highly developed critical thinking.
  • Communication: Ability to express ideas extremely clearly, coherently, and persuasively. Excellent oral communication.

Available at least two days a week, by appointment via email.

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Key information

Field of research
FIS/03
ECTS
6
Term
First semester
Activity type
Mandatory
Course Length (Hours)
42
Degree Course Type
2-year Master Degreee
Language
English

Staff

    Teacher

  • Francesco Carulli
    Francesco Carulli
  • RL
    Roberto Lorenzi
  • Silvia Tavazzi
    Silvia Tavazzi

Students' opinion

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Bibliography

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Enrolment methods

Manual enrolments
Self enrolment (Student)