David MacAdam a întreprins lucrări de pionierat în domeniul percepției diferenței de culoare în anii 1940. În special, el a proiectat aparatul și a rafinat procesul statistic care a permis cuantificarea toleranțelor cromatice în jurul unei culori țintă.
MacAdam a folosit Standard Deviation Color Matching (SDCM) pentru a defini cât de aproape (sau nu) culoarea emisă de două surse de lumină se potrivea una cu cealaltă. Pe măsură ce abaterea standard dintre oricare două mostre crește, diferența de culoare dintre ele devine evidentă pentru mai mulți oameni.
De ce este importantă potrivirea culorilor deviația standard? Pentru inginerul de iluminat, toleranța de culoare este exprimată ca o elipsă MacAdam în 1 pas, 2 pași, 3 pași (etc).
Nu există două surse de lumină care vor emite vreodată exact aceeași culoare a luminii, dar deoarece mai multe lumini sunt în general instalate una lângă cealaltă, un grad de consistență este foarte de dorit. Prin urmare, inginerii de iluminat au nevoie de o modalitate de a exprima o toleranță în jurul unei culori țintă, în același mod în care un inginer mecanic va exprima o toleranță în jurul unei dimensiuni.
Acest articol va explica munca lui David MacAdam care a dat naștere utilizării acum universale a elipsei MacAdam ca mijloc de exprimare a unei toleranțe în jurul unei culori țintă.
Istorie. David MacAdam a fost un om de știință care lucra pentru Kodak în laboratorul lor de cercetare din Rochester, New York. În anii 1940, Kodak era interesat să afle cât de exact ar putea ochiul uman să diferențieze culorile similare.
Este ușoară potrivirea culorilor?
Este ușoară potrivirea culorilor? Nu, potrivirea culorilor nu este deloc ușoară. Putem percepe două culori diferite ca fiind foarte asemănătoare sau putem percepe două culori similare ca fiind foarte diferite, deoarece există mai mulți factori implicați în vederea culorilor.
Luminanță sau, în termeni profani, cât de strălucitor este ceva. Aceeași sursă de lumină roșie, de exemplu, va apărea foarte diferită, în funcție de cât de puternic strălucește. De asemenea, două culori diferite ar putea părea similare dacă una ar străluci mai puternic decât alta. Aparatul lui David MacAdam a fost proiectat astfel încât, indiferent de culoarea celor două surse de lumină comparate, luminanța să fie menținută la un nivel constant.
Nuanţă. Aceasta este culoarea sursei de lumină, determinată de lungimea de undă. În natură, majoritatea culorilor pe care le vedem constau dintr-o lungime de undă dominantă plus unele altele.
Puritate sau saturație. Două surse de lumină ar putea avea ambele aceeași luminanță și aceeași lungime de undă dominantă, dar dacă una era o sursă de lumină foarte pură (adică era foarte saturată, ceea ce înseamnă că cea mai mare parte a energiei din bobul de lumină a fost concentrată la sau aproape de unda dominantă lungime) iar celălalt conținea un amestec mai mare de lungimi de undă diferite, care ar părea a fi diferite.
Înainte ca lucrarea lui David MacAdam să fie publicată, comunitatea de iluminat a încercat să exprime capacitatea umană de a discrimina între culori similare în ceea ce privește pragurile lungimii de undă (pentru culori spectrale sau saturate, cum ar fi roșu pur, verde și albastru) și praguri de puritate (pentru non -culori spectrale precum maro, roz și magenta).
Lucrări anterioare, ale altor cercetători, au încercat să măsoare percepția culorilor căutând o „diferență doar notabilă”. Această tehnică avea avantajul că era ușor de implementat și nu avea nevoie de echipamente foarte specializate. Cu toate acestea, a produs rezultate neregulate în întreaga gamă de culori evaluate.
Alți cercetători (Wright și Pitt în „Hue discrimination in normal color-vision”) au sugerat că o abordare mai bună ar fi să facă un număr mare de potriviri în fiecare punct al diagramei de culori și apoi să analizeze răspândirea observațiilor, dar ei au comentat că acesta ar fi „un proces incredibil de lung”.
Cercetarea lui David MacAdam – un rezumat
MacAdam a recunoscut că Wright și Pitt au fost corecti în sensul că erau necesare observații multiple și că era necesar un proces statistic pentru a analiza cât de aproape (sau nu) erau încercările de potrivire de culorile țintă.
Pentru a depăși dificultățile pe care Wright și Pitt se așteptau să creeze „un proces incredibil de lung”, MacAdam a proiectat și construit un instrument ingenios pentru a testa capacitatea unui observator de a potrivi o culoare de testare reglabilă cu o culoare fixă de referință (sau țintă), pur și simplu ajustând un un singur cadran. Pe parcursul a aproximativ 25.000 de citiri, abilitatea asistentului lui David MacAdam, domnul Perley G. Nutting, Jr., a fost testată pe 25 de culori de referință.
MacAdam a început prin a alege 25 de puncte distribuite pe scară largă în diagrama spațiului de culoare CIE 1931 - vezi figura 48, de mai jos, din lucrarea originală a lui MacAdam.
Punctul central al fiecărei elipse este o culoare țintă selectată de David MacAdam.
În lucrarea sa, MacAdam se referă la diagrama cromatică standard ICI 1931. ICI este Comisia Internațională pentru Iluminare, mai cunoscută astăzi prin acronimul său francez, CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
Elipsele lui MacAdam desenate pe o versiune colorată a diagramei spațiului de culoare CIE 1931.
Fiecare dintre aceste puncte de culoare ar putea fi produs prin utilizarea unui singur filtru, disponibil comercial la acel moment. Unele dintre punctele de culoare alese de MacAdam sunt mai saturate (fiind aproape de marginea diagramei spațiului de culoare) decât altele care sunt mai aproape de mijloc. Aceste puncte de culoare urmau să fie cele 25 de culori țintă la care un observator ar încerca să creeze o potrivire.
Filtre pentru a reproduce culorile țintă
Filtrele de culoare suplimentare create de MacAdam, reprezentate pe diagrama spațiului de culoare CIE 1931.
Fiecare culoare țintă (mai sus) ar putea fi replicată prin combinarea luminii (în proporții diferite) de la până la 8 perechi de aceste filtre suplimentare.
MacAdam a creat apoi o serie de aproximativ 100 de filtre de culoare suplimentare. Acestea au fost concepute astfel încât fiecare dintre culorile țintă (de mai sus) să poată fi replicată (în nuanță și puritate) prin amestecarea împreună (în orice proporții au fost necesare) luminii de la o pereche de filtre suplimentare. În general, fiecare culoare țintă ar putea fi replicată cu până la 8 perechi diferite de filtre suplimentare dacă acestea ar fi ajustate la proporțiile corecte.
Aparatul lui MacAdam pentru generarea țintei și culori reglabile
Aparatul proiectat de MacAdam este detaliat mai jos. Pe scurt, constă dintr-o singură sursă de lumină (pe dreapta) cu filtre de culoare (7& 8), un aranjament de prisme și lentile (în centru) și un ocular (în stânga).
Din sursa de lumină unică (extrema dreaptă) aparatul produce două perechi de fascicule. O pereche este polarizată pe verticală, cealaltă pe orizontală. Ambele perechi constau dintr-un fascicul de la filtrul 7 și un fascicul de la filtrul 8.
Vederea prezentată observatorului la ocular (extrema stânga) a fost ca mai jos.
Câmpul de testare era în două părți: pe de o parte era culoarea țintă produsă de o pereche de fascicule în proporții care fuseseră fixate în prealabil pentru a se potrivi cu una dintre culorile țintă pe diagrama spațiului de culoare CIE 1931 cu o iluminare de 48 cd/m²
Pe de altă parte era o culoare reglabilă, produsă tot de o pereche de fascicule din aceleași filtre pe care observatorul le putea regla prin rotirea unui singur cadran. Cadranul rotativ a fost conectat la o prismă și pe măsură ce prisma a fost rotită proporția de lumină de la filtre 7&eri; 8 schimbat în consecință. Indiferent de ajustarea făcută, luminanța a rămas la 48 cd/m².
Se fac 25.000 de citiri
Înainte ca citirile să poată începe, a fost selectată o pereche de filtre și poziția prismelor a fost ajustată prin calcul și observare, astfel încât fasciculele de lumină convergente să se potrivească cu culoarea țintă. Apoi au început observațiile și a fost sarcina observatorului (pacientul domnul Nutting, care a făcut acest lucru de aproximativ 25.000 de ori) să ajusteze cadranul astfel încât culoarea din dreapta câmpului de testare să se potrivească cu culoarea din stânga (vezi diagrama de mai sus) .
Când Nutting a realizat ceea ce el considera a fi o potrivire, s-a notat poziția cadranului (și, prin urmare, a prismelor). Conform proiectării aparatului lui MacAdam, orice modificare a poziției prismelor corespundea unei schimbări a cromaticității.
Citirile au fost repetate de 50 de ori pentru fiecare dintre cele 5-8 perechi de filtre care au fost capabile să producă o potrivire de culoare cu ținta.
Pentru fiecare set de 50 de citiri, rezultatele au fost înregistrate și abaterea standard a fost calculată și reprezentată grafic pe diagrama spațiului de culoare CIE 1931. Pentru fiecare dintre cele 25 de culori țintă, rezultatul a fost în esență același, abaterea standard a tuturor potrivirilor de culori încercate din fiecare set a căzut într-un model care descria o elipsă centrată pe țintă.
Elipsele lui MacAdam, așa cum sunt prezentate în lucrarea sa originală din 1942.
În centrul fiecărei elipse sunt cele 25 de culori de referință la care a încercat să creeze o potrivire a culorilor. Abaterea standard a potrivirilor încercate de la culorile de referință este descrisă de elipse, desenate aici la dimensiunea reală de 10x.
De ce sunt importante elipsele lui MacAdam?
Elipsele lui MacAdam sunt importante deoarece tehnicile pe care le-a folosit ne-au oferit mijloacele de a exprima o toleranță în jurul unei culori țintă.
În inginerie mecanică se spune că o dimensiune fără toleranță nu are sens. La iluminat, același lucru este valabil. O potrivire a culorilor nu poate fi niciodată perfectă, așa că toleranțele sunt esențiale.
Când descriem un corpuri de iluminat ca având un SDCM<3 (de="" exemplu),="" înseamnă="" că,="" atunci="" când="" este="" nou,="" culoarea="" luminii="" emise="" de="" oricare="" dintre="" acele="" corpuri="" de="" iluminat="" va="" intra="" în="" limitele="" descrise="" de="" 3="" abateri="" standard="" de="" potrivirea="" culorilor="" din="" punctul="" central="" sau="" culoarea="" țintă.="" pentru="" marea="" majoritate="" a="" oamenilor="" acest="" nivel="" de="" variație="" este="" imperceptibil.=""><5 este="" un="" standard="" mai="" slab="" și="" va="" prezenta="" niveluri="" mai="" mari="" de="" variabilitate,="" dar="" este="" încă="" perfect="" acceptabil="" pentru="" multe="">
Ce nu fac elipsele lui MacAdam?
MacAdam a fost preocupat să descrie o metodă de definire a toleranțelor. El nu a fost preocupat de cuantificarea acurateței percepției culorilor în întreaga populație umană în ansamblu. În timp ce munca sa a indicat că observațiile lui Nutting nu erau anormale (au fost replicate de un număr mic de alți observatori), MacAdam nu a făcut niciun studiu sistematic al acurateței percepției culorilor între diferite sexe, vârste sau etnii.
