David MacAdam podnikol priekopnícku prácu v oblasti vnímania farebných rozdielov v 40. rokoch 20. storočia. Najmä navrhol prístroj a zdokonalil štatistický proces, ktorý umožnil kvantifikáciu tolerancií chromatickosti okolo cieľovej farby.
MacAdam použil štandardnú odchýlku farieb (SDCM) na definovanie toho, ako blízko (alebo nie) sa farba vyžarovaná dvoma svetelnými zdrojmi navzájom zhoduje. Keď sa štandardná odchýlka medzi akýmikoľvek dvoma vzorkami zvyšuje, farebný rozdiel medzi nimi sa stáva zrejmým pre viac ľudí.
Prečo je zhoda farieb so štandardnou odchýlkou dôležitá? Pre svetelného inžiniera je tolerancia farieb vyjadrená ako 1-kroková, 2-kroková, 3-kroková (atď.) MacAdamova elipsa.
Žiadne dva svetelné zdroje nikdy nebudú vyžarovať presne rovnakú farbu svetla, ale keďže je vo všeobecnosti nainštalovaných viacero svetiel vedľa seba, určitý stupeň konzistencie je veľmi žiaduci. Preto svetelní inžinieri potrebujú spôsob, ako vyjadriť toleranciu okolo cieľovej farby, rovnakým spôsobom, akým strojný inžinier vyjadrí toleranciu okolo rozmeru.
Tento článok vysvetlí prácu Davida MacAdama, ktorá viedla k dnešnému univerzálnemu použitiu MacAdamovej elipsy ako prostriedku na vyjadrenie tolerancie okolo cieľovej farby.
História. David MacAdam bol vedec pracujúci pre Kodak v ich výskumnom laboratóriu v Rochestri v štáte New York. V štyridsiatych rokoch 20. storočia sa Kodak zaujímal o to, aby zistil, ako presne dokáže ľudské oko rozlíšiť podobné farby.
Je zladenie farieb jednoduché?
Je porovnávanie farieb jednoduché? Nie, porovnávanie farieb nie je vôbec jednoduché. Dve rôzne farby môžeme vnímať ako veľmi podobné, alebo môžeme vnímať dve podobné farby ako veľmi odlišné, pretože na videní farieb sa podieľa viacero faktorov.
Luminance, alebo laicky povedané, ako niečo svieti. Napríklad ten istý zdroj červeného svetla bude vyzerať veľmi odlišne v závislosti od toho, ako jasne svieti. Podobne by sa dve rôzne farby mohli zdať podobné, ak by jedna žiarila jasnejšie ako druhá. Prístroj Davida MacAdama bol navrhnutý tak, že bez ohľadu na farbu dvoch porovnávaných svetelných zdrojov sa jas udržiaval na konštantnej úrovni.
Hue. Toto je farba svetelného zdroja určená jeho vlnovou dĺžkou. V prírode väčšina farieb, ktoré vidíme, pozostáva z dominantnej vlnovej dĺžky a niektorých ďalších.
Čistota alebo sýtosť. Dva svetelné zdroje môžu mať rovnaký jas a dominantnú vlnovú dĺžku, ale ak by jeden bol veľmi čistým zdrojom svetla (tj bol vysoko nasýtený, čo znamená, že väčšina energie vo svetelnom lúči bola sústredená na dominantnej vlne alebo blízko nej dĺžka) a druhá obsahovala väčšiu zmes rôznych vlnových dĺžok, ktoré by sa zdali byť odlišné.
Pred publikovaním práce Davida MacAdama sa komunita osvetlenia pokúsila vyjadriť ľudskú schopnosť rozlišovať medzi podobnými farbami, pokiaľ ide o prahové hodnoty vlnovej dĺžky (pre spektrálne alebo nasýtené farby, ako je čistá červená, zelená a modrá) a prahy čistoty (pre iné). -spektrálne farby ako hnedá, ružová a purpurová).
Predchádzajúca práca iných výskumníkov sa pokúšala merať vnímanie farieb hľadaním „len viditeľného rozdielu“. Táto technika mala tú výhodu, že bola ľahko implementovateľná a nepotrebovala žiadne špeciálne vybavenie. Prinieslo však nestále výsledky v celom rozsahu hodnotených farieb.
Iní výskumníci (Wright a Pitt v „Rozlíšenie odtieňov pri normálnom farebnom videní“) navrhli, že lepším prístupom by bolo vytvoriť veľké množstvo zhôd v každom bode farebnej schémy a potom analyzovať rozšírenie pozorovaní, ale poznamenali, že by to bol „neskutočne zdĺhavý proces“.
Výskum Davida MacAdama – zhrnutie
MacAdam uznal, že Wright a Pitt mali pravdu v tom, že boli potrebné viaceré pozorovania a že je potrebný štatistický proces na analýzu toho, ako blízko (alebo nie) pokusy o zhody boli k cieľovým farbám.
Na prekonanie ťažkostí, ktoré Wright a Pitt očakávali, by sa vytvoril „neskutočne zdĺhavý proces“, MacAdam navrhol a postavil dômyselný nástroj na testovanie schopnosti pozorovateľa priradiť nastaviteľnú testovaciu farbu k pevnej referenčnej (alebo cieľovej) farbe jednoduchým nastavením jednoduchý číselník. V priebehu približne 25 000 čítaní bola testovaná schopnosť asistenta Davida MacAdama, pána Perleyho G. Nuttinga, Jr., na 25 referenčných farbách.
MacAdam začal výberom 25 bodov široko distribuovaných v diagrame farebného priestoru CIE 1931 – pozri obrázok 48 nižšie, z pôvodného článku MacAdam.
Stredom každej elipsy je cieľová farba, ktorú vybral David MacAdam.
MacAdam sa vo svojom článku odvoláva na štandardný chromatický diagram ICI 1931. ICI je Medzinárodná komisia pre osvetlenie, dnes viac známa pod francúzskou skratkou CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
MacAdamove elipsy nakreslené na farebnej verzii diagramu farebného priestoru CIE 1931.
Každý z týchto farebných bodov mohol byť vytvorený použitím jediného filtra, ktorý bol v tom čase komerčne dostupný. Niektoré z farebných bodov, ktoré si MacAdam vybral, sú sýtejšie (sú blízko okraja diagramu farebného priestoru) ako iné, ktoré sú bližšie k stredu. Tieto farebné body mali byť 25 cieľovými farbami, s ktorými sa pozorovateľ pokúsil vytvoriť zhodu.
Filtre na replikáciu cieľových farieb
Dodatočné farebné filtre, ktoré vytvoril MacAdam, vykreslené na diagrame farebného priestoru CIE 1931.
Každá cieľová farba (vyššie) môže byť replikovaná kombináciou svetla (v rôznych pomeroch) až z 8 párov týchto dodatočných filtrov.
MacAdam potom vytvoril sériu približne 100 ďalších farebných filtrov. Tie boli navrhnuté tak, aby každá z cieľových farieb (vyššie) mohla byť replikovaná (v odtieni a čistote) zmiešaním svetla z dvojice prídavných filtrov (v akýchkoľvek pomeroch, ktoré boli potrebné). Vo všeobecnosti by každá cieľová farba mohla byť replikovaná až 8 rôznymi pármi ďalších filtrov, ak by boli upravené do správnych pomerov.
MacAdamov prístroj na generovanie cieľových a nastaviteľných farieb
Prístroj navrhnutý spoločnosťou MacAdam je podrobne popísaný nižšie. Stručne povedané, pozostáva z jedného svetelného zdroja (vpravo) s farebnými filtrami (7& 8), usporiadaním hranolov a šošoviek (v strede) a okulárom (vľavo).
Z jediného svetelného zdroja (úplne vpravo) prístroj vytvára dva páry lúčov. Jeden pár je polarizovaný vertikálne, druhý horizontálne. Oba páry pozostávajú z lúča z filtra 7 a lúča z filtra 8.
Pohľad prezentovaný pozorovateľovi v okuláre (úplne vľavo) bol ako nižšie.
Testovacie pole pozostávalo z dvoch častí: na jednej strane bola cieľová farba produkovaná jedným párom lúčov v proporciách, ktoré boli vopred stanovené tak, aby zodpovedali jednej z cieľových farieb na diagrame farebného priestoru CIE 1931 s osvetlením 48 cd/m²
Na druhej strane bola nastaviteľná farba, tiež produkovaná dvojicou lúčov z rovnakých filtrov, ktoré si pozorovateľ mohol nastaviť otáčaním jediného voliča. Otočný číselník bol spojený s hranolom a ako sa hranol otáčal, podiel svetla z filtrov 7& 8 zodpovedajúcim spôsobom zmenené. Bez ohľadu na vykonanú úpravu svietivosť zostala na 48 cd/m².
Prijatie 25 000 čítaní
Pred začatím odčítania sa vybrala dvojica filtrov a výpočtom a pozorovaním sa nastavila poloha hranolov tak, aby sa zbiehajúce sa lúče svetla zhodovali s cieľovou farbou. Potom začali pozorovania a úlohou pozorovateľa (pacienta pána Nuttinga, ktorý to urobil asi 25 000-krát) bolo nastaviť číselník tak, aby sa farba napravo od testovacieho poľa zhodovala s farbou vľavo (pozri obrázok vyššie). .
Keď Nutting dosiahol to, čo považoval za zhodu, bola zaznamenaná poloha ciferníka (a tým aj hranolov). Podľa konštrukcie MacAdamovho aparátu každá zmena polohy hranolov zodpovedala zmene farebnosti.
Hodnoty sa opakovali 50-krát pre každý z 5-8 párov filtrov, ktoré boli schopné vytvoriť farebnú zhodu s cieľom.
Pre každú sadu 50 meraní boli zaznamenané výsledky a vypočítaná štandardná odchýlka a vynesená do diagramu farebného priestoru CIE 1931. Pre každú z 25 cieľových farieb bol výsledok v podstate rovnaký, štandardná odchýlka všetkých pokusov o zhodu farieb v každej sade spadala do vzoru, ktorý opisoval elipsu sústredenú na cieľ.
MacAdamove elipsy, ako boli uvedené v jeho pôvodnom článku z roku 1942.
V strede každej elipsy je 25 referenčných farieb, s ktorými sa pokúsil vytvoriť farebnú zhodu. Štandardná odchýlka pokusných zhôd od referenčných farieb je opísaná elipsami, ktoré sú tu nakreslené v 10-násobku skutočnej veľkosti.
Prečo sú MacAdamove elipsy dôležité?
MacAdamove elipsy sú dôležité, pretože techniky, ktoré použil, nám poskytli prostriedky na vyjadrenie tolerancie okolo cieľovej farby.
V strojárstve sa hovorí, že rozmer bez tolerancie nemá zmysel. V osvetlení platí to isté. Zhoda farieb nemôže byť nikdy dokonalá, preto sú nevyhnutné tolerancie.
Keď opíšeme svietidlo ako svietidlo s SDCM<3 (napríklad),="" znamená="" to,="" že="" keď="" je="" nové,="" farba="" svetla="" vyžarovaného="" ktorýmkoľvek="" z="" týchto="" svietidiel="" bude="" spadať="" do="" hranice="" opísanej="" 3="" štandardnými="" odchýlkami="" zhoda="" farieb="" z="" centrálneho="" bodu="" alebo="" cieľovej="" farby.="" pre="" veľkú="" väčšinu="" ľudí="" je="" táto="" úroveň="" variácií="" nepostrehnuteľná.=""><5 je="" voľnejší="" štandard="" a="" bude="" vykazovať="" vyššiu="" úroveň="" variability,="" ale="" stále="" je="" dokonale="" prijateľný="" pre="" mnohé="">
Čo MacAdamove elipsy nerobia?
MacAdam sa zaoberal opisom metódy definovania tolerancií. Nezaoberal sa kvantifikáciou presnosti vnímania farieb v rámci ľudskej populácie ako celku. Zatiaľ čo jeho práca naznačovala, že Nuttingove pozorovania neboli abnormálne (replikovalo ich malý počet iných pozorovateľov), MacAdam neurobil žiadnu systematickú štúdiu presnosti vnímania farieb medzi rôznymi pohlaviami, vekom alebo etnikami.
