У 1940-х роках Девід МакАдам провів новаторську роботу в області сприйняття кольорових різниць. Зокрема, він розробив апарат і вдосконалив статистичний процес, який дозволив кількісно визначити допуски кольоровості навколо цільового кольору.
МакАдам використовував стандартне відхилення кольорів (SDCM), щоб визначити, наскільки (чи ні) колір, що випромінюється двома джерелами світла, співпадає один з одним. Оскільки стандартне відхилення між будь-якими двома зразками збільшується, різниця в кольорі між ними стає очевидною для більшої кількості людей.
Чому важлива відповідність кольорів стандартним відхиленням? Для інженера з освітлення допуск кольору виражається у вигляді еліпса Макадама з 1, 2, 3 кроками (і т. д.).
Жодні два джерела світла ніколи не будуть випромінювати світло однакового кольору, але оскільки кілька світильників зазвичай встановлюються поруч один з одним, ступінь консистенції дуже бажана. Тому інженерам з освітлення потрібен спосіб виразити допуск навколо цільового кольору, так само, як інженер-механік висловить допуск навколо розміру.
У цій статті пояснюється робота Девіда Макадама, яка породила нині універсальне використання еліпса Макадама як засобу вираження допуску навколо цільового кольору.
Історія. Девід МакАдам був вченим, який працював на Kodak у їхній дослідницькій лабораторії в Рочестері, штат Нью-Йорк. У 1940-х роках Kodak цікавився, наскільки точно людське око може розрізняти схожі кольори.
Чи легко підібрати колір?
Чи легко підібрати колір? Ні, підібрати колір зовсім непросто. Ми можемо сприймати два різних кольори як дуже схожі, або ми можемо сприймати два схожі кольори як дуже різні, оскільки існує безліч факторів, що впливають на колірне зір.
Яскравість, або, кажучи неспеціалістом, наскільки щось яскраве. Одне і те ж джерело червоного світла, наприклад, буде виглядати дуже по-різному в залежності від того, наскільки яскраво воно світить. Аналогічно, два різних кольори можуть здаватися схожими, якби один світив яскравіше іншого. Апарат Девіда МакАдама був сконструйований таким чином, щоб незалежно від кольору двох порівнюваних джерел світла яскравість підтримувалася на постійному рівні.
Відтінок. Це колір джерела світла, що визначається його довжиною хвилі. У природі більшість кольорів, які ми бачимо, складаються з домінантної довжини хвилі та деяких інших.
Чистота, або насиченість. Два джерела світла можуть мати однакову яскравість і домінантну довжину хвилі, але якби одне було дуже чистим джерелом світла (тобто воно було дуже насиченим, що означає, що більша частина енергії в бобі світла була зосереджена на домінантній хвилі або поблизу неї довжина), а інший містив більшу суміш різних довжин хвиль, вони здавалися б різними.
До того, як робота Девіда МакАдама була опублікована, спільнота освітлення намагалася виразити здатність людини розрізняти подібні кольори з точки зору порогових значень довжини хвилі (для спектральних або насичених кольорів, таких як чистий червоний, зелений і синій) і порогів чистоти (для не - спектральні кольори, такі як коричневий, рожевий і пурпурний).
Попередня робота інших дослідників намагалася виміряти сприйняття кольору, шукаючи «просто помітну різницю». Ця техніка мала перевагу в тому, що її було легко реалізувати і не вимагало спеціального обладнання. Однак він давав нестабільні результати в усіх оцінюваних кольорах.
Інші дослідники (Райт і Пітт у «Розрізнення відтінків у нормальному кольоровому баченні») припустили, що кращим підходом було б зробити велику кількість збігів у кожній точці кольорової діаграми, а потім проаналізувати поширення спостережень, але вони прокоментували, що це буде «неможливо тривалий процес».
Дослідження Девіда МакАдама – підсумок
МакАдам визнав, що Райт і Пітт мали рацію в тому, що потрібні численні спостереження і що потрібен був статистичний процес, щоб проаналізувати, наскільки (чи ні) спроби збігу були близькими до цільових кольорів.
Щоб подолати труднощі, на які розраховували Райт і Пітт, МакАдам розробив і побудував геніальний інструмент для перевірки здатності спостерігача зіставити регульований тестовий колір із фіксованим опорним (або цільовим) кольором, просто налаштувавши одинарний циферблат. Протягом приблизно 25 000 читань здатність помічника Девіда Макадама, пана Перлі Г. Наттінга-молодшого, була перевірена на 25 еталонних кольорах.
МакАдам почав з вибору 25 точок, широко розподілених по діаграмі колірного простору CIE 1931 року - див. малюнок 48 нижче, з оригінальної статті МакАдама.
Центральною точкою кожного еліпса є цільовий колір, обраний Девідом МакАдамом.
У своїй статті МакАдам посилається на стандартну діаграму кольоровості ICI 1931 року. ICI — Міжнародна комісія з освітлення, більш відома сьогодні під її французькою абревіатурою CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
Еліпси Макадама, намальовані на кольоровій версії діаграми колірного простору CIE 1931 року.
Кожна з цих точок кольору може бути отримана за допомогою одного фільтра, комерційно доступного на той час. Деякі з кольорових точок, які вибрав МакАдам, більш насичені (перебувають близько до краю діаграми колірного простору), ніж інші, які знаходяться ближче до середини. Ці колірні точки мали бути 25 цільовими кольорами, з якими спостерігач намагався б створити відповідність.
Фільтри для відтворення цільових кольорів
Додаткові кольорові фільтри, створені МакАдамом, нанесені на діаграму колірного простору CIE 1931 року.
Кожен цільовий колір (вгорі) можна відтворити шляхом поєднання світла (у різних пропорціях) до 8 пар цих додаткових фільтрів.
Потім МакАдам створив серію з близько 100 додаткових кольорових фільтрів. Вони були розроблені таким чином, щоб кожен із цільових кольорів (наведених вище) міг бути відтворений (за відтінком і чистотою) шляхом змішування (у будь-яких пропорціях) світла від пари додаткових фільтрів. Як правило, кожен цільовий колір може бути відтворений до 8 різних пар додаткових фільтрів, якщо вони були налаштовані на правильні пропорції.
Апарат МакАдама для генерації цільових і регульованих кольорів
Нижче детально описано пристрій, спроектований МакАдамом. Коротше кажучи, він складається з одного джерела світла (праворуч) з кольоровими фільтрами (7&амп; 8), розташування призм і лінз (у центрі) та окуляра (ліворуч).
Від єдиного джерела світла (крайній праворуч) апарат видає дві пари променів. Одна пара поляризована вертикально, інша – горизонтально. Обидві пари складаються з променя від фільтра 7 і променя від фільтра 8.
Вид, представлений спостерігачеві в окуляр (крайній ліворуч), був таким, як показано нижче.
Тестове поле складалося з двох частин: з одного боку був цільовий колір, отриманий однією парою променів у пропорціях, які були заздалегідь зафіксовані, щоб відповідати одному з цільових кольорів на діаграмі колірного простору CIE 1931 року з освітленістю 48 кд/м².
З іншого боку був регульований колір, також створений парою променів з тих самих фільтрів, які спостерігач міг налаштувати, обертаючи один циферблат. Циферблат, що обертається, був з'єднаний з призмою і в міру обертання призми пропорція світла від фільтрів 7&ампер; 8 відповідно змінено. Яке б налаштування не було зроблено, яскравість залишалася на рівні 48 кд/м².
Взяття 25 000 показань
Перед початком зчитування була обрана пара фільтрів і положення призм регулювалося шляхом обчислень і спостережень, щоб пучки світла, що сходяться, відповідали цільовому кольору. Потім почалися спостереження, і завданням спостерігача (пацієнта Наттінга, який робив це приблизно 25 000 разів) було налаштувати циферблат так, щоб колір праворуч від тестового поля збігався з кольором зліва (див. діаграму вище) .
Коли Наттінг досяг того, що він вважав відповідністю, було відзначено положення циферблата (а отже, і призм). Відповідно до конструкції апарату МакАдама, будь-яка зміна положення призм відповідала зміні кольоровості.
Зчитування повторювали 50 разів для кожної з 5-8 пар фільтрів, які були здатні створити відповідність кольору з метою.
Для кожного набору з 50 показань результати були записані, а стандартне відхилення розраховано та нанесено на діаграму колірного простору CIE 1931 року. Для кожного з 25 цільових кольорів результат був по суті однаковим, стандартне відхилення всіх спроб збігу кольорів у кожному наборі впало у шаблон, який описував еліпс з центром на цілі.
Еліпси Макадама, представлені в його оригінальній роботі в 1942 році.
У центрі кожного еліпса знаходяться 25 еталонних кольорів, до яких він намагався створити відповідність кольору. Стандартне відхилення спроб збігу від еталонних кольорів описується еліпсами, намальованими тут у 10-кратному фактичному розмірі.
Чому еліпси Макадама важливі?
Еліпси Макадама є важливими, оскільки методи, які він використовував, дали нам засоби для вираження толерантності навколо цільового кольору.
У машинобудуванні кажуть, що розмір без допуску не має сенсу. У освітленні те ж саме. Поєднання кольорів ніколи не може бути ідеальним, тому допуски дуже важливі.
Коли ми описуємо світильник як такий, що має SDCM<3 (наприклад),="" це="" означає,="" що,="" будучи="" новим,="" колір="" світла,="" що="" випромінюється="" будь-яким="" із="" цих="" світильників,="" потраплятиме="" в="" межі,="" описані="" 3="" стандартними="" відхиленнями="" відповідність="" кольору="" від="" центральної="" точки="" або="" цільового="" кольору.="" для="" переважної="" більшості="" людей="" цей="" рівень="" варіації="" непомітний.=""><5 є="" більш="" вільним="" стандартом="" і="" буде="" демонструвати="" вищі="" рівні="" варіабельності,="" але="" все="" ще="" цілком="" прийнятний="" для="" багатьох="">
Чого не роблять еліпси Макадама?
МакАдам намагався описати метод визначення допусків. Його не цікавила кількісна оцінка точності сприйняття кольору у людській популяції в цілому. Хоча його робота вказувала на те, що спостереження Наттінга не були ненормальними (вони були відтворені невеликою кількістю інших спостерігачів), МакАдам не проводив систематичного дослідження точності сприйняття кольору між різними статями, віком або етнічністю.
