Дейвид Макадам предприе пионерска работа в областта на възприемането на цветовата разлика през 40-те години на миналия век. По-специално, той проектира апарата и усъвършенства статистическия процес, който дава възможност за количествено определяне на толерансите на цветността около целевия цвят.
MacAdam използва съвпадение на цветовете със стандартно отклонение (SDCM), за да определи колко близо (или не) цветът, излъчван от два източника на светлина, съвпада един с друг. Тъй като стандартното отклонение между всякакви две проби се увеличава, разликата в цвета между тях става очевидна за повече хора.
Защо е важно съвпадението на цветовете на стандартното отклонение? За осветителя толерансът на цвета се изразява като 1-стъпкова, 2-стъпкова, 3-стъпкова (и т.н.) елипса на МакАдам.
Няма два източника на светлина, които никога няма да излъчват абсолютно еднакъв цвят на светлината, но тъй като обикновено множество светлини са инсталирани един до друг, степента на последователност е много желателна. Следователно, осветителните инженери се нуждаят от начин да изразят толеранс около целевия цвят, по същия начин, по който машинният инженер ще изрази толеранс около измерение.
Тази статия ще обясни работата на Дейвид Макадам, която доведе до универсалната употреба на елипсата на Макадам като средство за изразяване на толерантност около целевия цвят.
История. Дейвид Макадам беше учен, работещ за Kodak в тяхната изследователска лаборатория в Рочестър, Ню Йорк. През 40-те години на миналия век Kodak се интересуваше да разбере колко точно човешкото око може да различава подобни цветове.
Лесно ли е съчетаването на цветовете?
Лесно ли е съчетаването на цветовете? Не, съвпадението на цветовете изобщо не е лесно. Можем да възприемем два различни цвята като много сходни или можем да възприемем два подобни цвята като много различни, защото има множество фактори, участващи в цветовото зрение.
Осветеност или, казано от лаици, колко ярко е нещо. Същият източник на червена светлина, например, ще изглежда много различен в зависимост от това колко ярко свети. По същия начин два различни цвята може да изглеждат сходни, ако единият блести по-ярко от друг. Апаратът на Дейвид Макадам е проектиран така, че независимо от цвета на двата сравнявани източника на светлина, яркостта се поддържа на постоянно ниво.
Hue. Това е цветът на източника на светлина, определен от неговата дължина на вълната. В природата повечето цветове, които виждаме, се състоят от доминираща дължина на вълната плюс някои други.
Чистота или наситеност. Два източника на светлина може да имат една и съща яркост и доминираща дължина на вълната, но ако единият беше много чист източник на светлина (т.е. беше силно наситен, което означава, че по-голямата част от енергията в зърното светлина е концентрирана при или близо до доминиращата вълна дължина), а другият съдържаше по-голяма комбинация от различни дължини на вълната, те биха изглеждали различни.
Преди работата на Дейвид Макадам да бъде публикувана, общността на осветлението се е опитала да изрази човешката способност да разграничава подобни цветове по отношение на прагове за дължина на вълната (за спектрални или наситени цветове като чисто червено, зелено и синьо) и прагове на чистота (за не -спектрални цветове като кафяво, розово и магента).
Предишна работа на други изследователи се опитваше да измери цветовото възприятие, като търси „просто забележима разлика“. Тази техника имаше предимството, че беше лесна за изпълнение и не се нуждаеше от специално оборудване. Въпреки това, той даде непостоянни резултати в цялата гама от оценени цветове.
Други изследователи (Райт и Пит в „Разграничаване на нюанси при нормално цветово виждане“) предполагат, че по-добър подход би бил да се направи голям брой съвпадения във всяка точка от цветната диаграма и след това да се анализира разпространението на наблюденията, но те коментираха, че това ще бъде „невероятно дълъг процес“.
Изследването на Дейвид Макадам – обобщение
Макадам призна, че Райт и Пит са били прави, тъй като са необходими множество наблюдения и че е необходим статистически процес, за да се анализира колко близо (или не) са опитите за съвпадения до целевите цветове.
За да се преодолеят трудностите, които Райт и Пит очакваха, ще създадат „невероятно дълъг процес“, МакАдам проектира и изгради гениален инструмент за тестване на способността на наблюдателя да съпоставя регулируем тестов цвят с фиксиран референтен (или целеви) цвят, просто като коригира единичен циферблат. В хода на около 25 000 четения способността на помощника на Дейвид Макадам, г-н Пърли Г. Нътинг, младши, беше тествана върху 25 референтни цвята.
MacAdam започна с избора на 25 точки, широко разпределени в диаграмата на цветовото пространство на CIE 1931 – вижте фигура 48, по-долу, от оригиналния документ на MacAdam.
Централната точка на всяка елипса е целеви цвят, избран от Дейвид Макадам.
В своята статия Макадам се позовава на ICI 1931 стандартна диаграма за цветност. ICI е Международната комисия по осветление, по-известна днес с френския си акроним CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
Елипси на MacAdam, нарисувани върху цветна версия на диаграмата на цветовото пространство CIE 1931.
Всяка от тези цветови точки може да бъде произведена чрез използването на един филтър, наличен в търговската мрежа по това време. Някои от цветовите точки, избрани от MacAdam, са по-наситени (като са близо до ръба на диаграмата на цветовото пространство) от други, които са по-близо до средата. Тези цветови точки трябваше да бъдат 25-те целеви цвята, с които един наблюдател би се опитал да създаде съвпадение.
Филтри за възпроизвеждане на целевите цветове
Допълнителните цветни филтри, създадени от MacAdam, нанесени на диаграмата на цветовото пространство на CIE 1931.
Всеки целеви цвят (по-горе) може да бъде възпроизведен чрез комбиниране на светлина (в различни пропорции) от до 8 двойки от тези допълнителни филтри.
След това MacAdam създаде серия от около 100 допълнителни цветни филтъра. Те са проектирани така, че всеки от целевите цветове (по-горе) да може да бъде възпроизведен (по оттенък и чистота) чрез смесване (в каквито пропорции са необходими) светлина от чифт допълнителни филтри. Като цяло, всеки целеви цвят може да бъде възпроизведен от до 8 различни двойки допълнителни филтри, ако бъдат коригирани до правилните пропорции.
Апаратът на MacAdam за генериране на целеви и регулируеми цветове
Апаратът, проектиран от MacAdam, е описан подробно по-долу. Накратко, той се състои от един източник на светлина (вдясно) с цветни филтри (7& 8), подредба от призми и лещи (в центъра) и окуляр (вляво).
От единичния източник на светлина (най-вдясно) апаратът произвежда две двойки лъча. Едната двойка е поляризирана вертикално, а другата хоризонтално. И двете двойки се състоят от лъч от филтър 7 и лъч от филтър 8.
Изгледът, представен на наблюдателя в окуляра (крайно вляво), беше както по-долу.
Тестовото поле беше от две части: от едната страна беше целевият цвят, произведен от една двойка лъчи в пропорции, които бяха фиксирани предварително, за да съответстват на един от целевите цветове на диаграмата на цветовото пространство на CIE 1931 с осветеност от 48 cd/m²
От другата страна имаше регулируем цвят, също произведен от двойка лъчи от същите филтри, които наблюдателят можеше да регулира чрез завъртане на един циферблат. Въртящият се циферблат беше свързан към призма и докато призмата се въртеше, пропорцията на светлината от филтрите 7& 8 съответно се промени. Каквато и настройка да е направена, яркостта остава 48 cd/m².
Вземане на 25 000 показания
Преди да започнат отчитанията, бяха избрани двойка филтри и позицията на призмите беше коригирана чрез изчисление и наблюдение, така че сближаващите се лъчи светлина да съответстват на целевия цвят. След това започнаха наблюденията и задача на наблюдателя (пациентът г-н Нътинг, който направи това около 25 000 пъти) беше да настрои циферблата, така че цветът отдясно на тестовото поле да съвпада с цвета вляво (виж диаграмата по-горе) .
Когато Нътинг постигна това, което той смяташе за съвпадение, беше отбелязано положението на циферблата (и следователно на призмите). Според дизайна на апарата на МакАдам всяка промяна в позицията на призмите съответства на промяна в цветността.
Показанията бяха повторени 50 пъти за всеки от 5-8 двойки филтри, които бяха в състояние да съвпаднат с цвета с целта.
За всеки набор от 50 показания резултатите бяха записани и стандартното отклонение беше изчислено и нанесено на диаграмата на цветовото пространство CIE 1931. За всеки от 25-те целеви цвята резултатът беше по същество еднакъв, стандартното отклонение на всички опити за съвпадение на цветовете във всеки набор попадаше в модел, който описваше елипса, центрирана върху целта.
Елипси на МакАдам, както е представено в оригиналния му документ през 1942 г.
В центъра на всяка елипса са 25-те референтни цвята, към които той се опита да създаде цветово съвпадение. Стандартното отклонение на опитите за съвпадения от референтните цветове се описва с елипсите, начертани тук с 10x действителен размер.
Защо елипсите на МакАдам са важни?
Елипсите на Макадам са важни, защото използваните от него техники ни дават средства за изразяване на толерантност около целевия цвят.
В машиностроенето се казва, че измерение без толеранс е безсмислено. При осветлението е същото. Съвпадението на цветовете никога не може да бъде перфектно, така че допуските са от съществено значение.
Когато описваме осветително тяло като притежаващо SDCM<3 (например),="" това="" означава,="" че="" когато="" е="" нов,="" цветът="" на="" светлината,="" излъчвана="" от="" който="" и="" да="" е="" от="" тези="" фитинги,="" ще="" попада="" в="" границата,="" описана="" с="" 3="" стандартни="" отклонения="" на="" съвпадение="" на="" цветовете="" от="" централната="" точка="" или="" целевия="" цвят.="" за="" по-голямата="" част="" от="" хората="" това="" ниво="" на="" вариации="" е="" незабележимо.=""><5 е="" по-свободен="" стандарт="" и="" ще="" проявява="" по-високи="" нива="" на="" променливост,="" но="" все="" още="" е="" напълно="" приемлив="" за="" много="">
Какво не правят елипсите на Макадам?
Макадам беше загрижен да опише метод за дефиниране на толерансите. Той не се занимаваше с количественото определяне на точността на цветовото възприятие сред човешката популация като цяло. Въпреки че работата му показва, че наблюденията на Нътинг не са необичайни (те са възпроизведени от малък брой други наблюдатели), Макадам не прави систематично изследване на точността на цветовото възприятие между различните полове, възрасти или етноси.
