Davidas MacAdamas 1940-aisiais ėmėsi novatoriško darbo spalvų skirtumo suvokimo srityje. Visų pirma, jis sukūrė aparatą ir patobulino statistinį procesą, kuris leido kiekybiškai įvertinti tikslinės spalvos spalvingumo tolerancijas.
„MacAdam“ naudojo standartinio nuokrypio spalvų suderinimą (SDCM), kad nustatytų, kaip tiksliai (arba ne) dviejų šviesos šaltinių skleidžiama spalva atitiko viena kitą. Kadangi standartinis nuokrypis tarp bet kurių dviejų pavyzdžių didėja, spalvų skirtumas tarp jų tampa akivaizdus daugiau žmonių.
Kodėl standartinio nuokrypio spalvų suderinimas yra svarbus? Apšvietimo inžinieriui spalvų tolerancija išreiškiama kaip 1 žingsnio, 2 žingsnių, 3 žingsnių (ir tt) MacAdam elipsė.
Dviejų šviesos šaltinių niekada neskleis visiškai tos pačios spalvos šviesa, tačiau kadangi keli žibintai paprastai įrengiami vienas šalia kito, labai pageidautina, kad jos būtų vienodos. Todėl apšvietimo inžinieriams reikia būdo, kaip išreikšti tikslinės spalvos toleranciją, taip pat, kaip mechanikos inžinierius išreikš toleranciją matmeniui.
Šiame straipsnyje bus paaiškintas Davido MacAdamo darbas, dėl kurio dabar visuotinai naudojama MacAdam elipsė kaip priemonė išreikšti tikslinės spalvos toleranciją.
Istorija. Davidas MacAdamas buvo mokslininkas, dirbantis „Kodak“ tyrimų laboratorijoje Ročesteryje, Niujorke. 1940-aisiais „Kodak“ domėjosi, kaip tiksliai žmogaus akis gali atskirti panašias spalvas.
Ar lengva suderinti spalvas?
Ar lengva suderinti spalvas? Ne, spalvų derinimas visai nelengvas. Galime suvokti, kad dvi skirtingos spalvos yra labai panašios, arba galime suvokti, kad dvi panašios spalvos yra labai skirtingos, nes spalvų matymą lemia keli veiksniai.
Šviesumas, arba, liaudiškai kalbant, koks kažkas ryškus. Pavyzdžiui, tas pats raudonos šviesos šaltinis atrodys labai skirtingai, priklausomai nuo to, kaip ryškiai jis šviečia. Taip pat dvi skirtingos spalvos gali atrodyti panašios, jei viena šviečia ryškiau nei kita. Davido MacAdamo aparatas buvo sukurtas taip, kad nepaisant dviejų lyginamų šviesos šaltinių spalvos, skaisčiai išliktų pastovūs.
Atspalvis. Tai šviesos šaltinio spalva, nustatoma pagal jo bangos ilgį. Gamtoje daugumą matomų spalvų sudaro dominuojantis bangos ilgis ir kai kurios kitos.
Grynumas arba prisotinimas. Du šviesos šaltiniai gali turėti tokį patį skaistį ir dominuojančios bangos ilgį, bet jei vienas buvo labai grynas šviesos šaltinis (ty jis buvo labai prisotintas, o tai reiškia, kad didžioji dalis šviesos pluošto energijos buvo sutelkta ties dominuojančia banga arba šalia jos ilgio), o kitame buvo didesnis skirtingų bangų ilgių derinys, jie atrodytų skirtingi.
Prieš paskelbiant Davido MacAdamo darbą, apšvietimo bendruomenė bandė išreikšti žmogaus gebėjimą atskirti panašias spalvas pagal bangos ilgio slenksčius (spektrinėms arba sočioms spalvoms, pvz., grynai raudonai, žaliai ir mėlynai) ir grynumo slenksčius (ne - spektrinės spalvos, tokios kaip ruda, rožinė ir purpurinė).
Ankstesnis kitų tyrinėtojų darbas bandė išmatuoti spalvų suvokimą ieškodamas „tiesiog pastebimo skirtumo“. Šios technikos pranašumas buvo tai, kad ją buvo lengva įdiegti ir nereikėjo labai specializuotos įrangos. Tačiau tai davė klaidingų rezultatų visoje įvertintų spalvų gamoje.
Kiti tyrėjai (Wrightas ir Pittas knygoje „Atspalvių diskriminacija normaliame spalvų regėjime“) pasiūlė, kad geresnis būdas būtų atlikti daug atitikmenų kiekviename spalvų diagramos taške ir tada analizuoti stebėjimų sklaidą, tačiau jie komentavo, kad tai būtų „neįmanomai ilgas procesas“.
Davido MacAdamo tyrimas – santrauka
MacAdam pripažino, kad Wrightas ir Pittas buvo teisūs, nes reikalingi keli stebėjimai ir kad reikalingas statistinis procesas, norint išanalizuoti, kiek arti (ar ne) buvo bandoma atitikti tikslines spalvas.
Norėdamas įveikti sunkumus, kurių tikėjosi Wrightas ir Pittas, sukurtų „neįmanomai ilgą procesą“, „MacAdam“ sukūrė ir pagamino išradingą instrumentą, skirtą patikrinti stebėtojo gebėjimą suderinti reguliuojamą bandymo spalvą su fiksuota etalonine (arba tiksline) spalva tiesiog koreguojant vienas ciferblatas. Per maždaug 25 000 skaitymų Davido MacAdamo padėjėjo Perley G. Nuttingo jaunesniojo sugebėjimai buvo išbandyti naudojant 25 etalonines spalvas.
„MacAdam“ pradėjo pasirinkdama 25 taškus, plačiai paskirstytus visoje CIE 1931 spalvų erdvės diagramoje – žr. 48 paveikslą žemiau, iš originalaus „MacAdam“ popieriaus.
Kiekvienos elipsės centras yra Davido MacAdamo pasirinkta tikslinė spalva.
Savo darbe MacAdam remiasi ICI 1931 standartine spalvingumo diagrama. ICI yra Tarptautinė apšvietimo komisija, šiandien plačiau žinoma prancūzišku akronimu CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
MacAdam elipsės, nupieštos spalvotoje CIE 1931 spalvų erdvės diagramos versijoje.
Kiekvienas iš šių spalvų taškų galėjo būti pagamintas naudojant vieną filtrą, kuris tuo metu buvo parduodamas. Kai kurie „MacAdam“ pasirinkti spalvų taškai yra labiau prisotinti (yra arti spalvų erdvės diagramos krašto) nei kiti, esantys arčiau vidurio. Šie spalvų taškai turėjo būti 25 tikslinės spalvos, kurias stebėtojas bandys suderinti.
Filtrai, atkartojantys tikslines spalvas
„MacAdam“ sukurti papildomi spalvų filtrai, pažymėti CIE 1931 spalvų erdvės diagramoje.
Kiekviena tikslinė spalva (aukščiau) gali būti atkartota derinant šviesą (įvairiomis proporcijomis) iš iki 8 porų šių papildomų filtrų.
Tada MacAdam sukūrė apie 100 papildomų spalvų filtrų seriją. Jie buvo sukurti taip, kad kiekviena tikslinė spalva (aukščiau) galėtų būti atkartota (atspalviu ir grynumu) sumaišant (bet kokiomis proporcijomis) šviesą iš poros papildomų filtrų. Paprastai kiekviena tikslinė spalva gali būti atkartota naudojant iki 8 skirtingų porų papildomų filtrų, jei jie būtų sureguliuoti iki teisingų proporcijų.
„MacAdam“ aparatas tikslinėms ir reguliuojamoms spalvoms generuoti
„MacAdam“ sukurtas aparatas yra išsamiai aprašytas toliau. Trumpai tariant, jį sudaro vienas šviesos šaltinis (dešinėje) su spalvų filtrais (7& 8), prizmių ir lęšių išdėstymas (centre) ir okuliaras (kairėje).
Iš vieno šviesos šaltinio (dešinėje) aparatas sukuria dvi poras spindulių. Viena pora yra poliarizuota vertikaliai, kita - horizontaliai. Abi poros susideda iš 7 filtro pluošto ir 8 filtro pluošto.
Vaizdas, pateiktas stebėtojui prie okuliaro (kairėje), buvo toks, kaip nurodyta toliau.
Bandymo laukas buvo sudarytas iš dviejų dalių: vienoje pusėje buvo tikslinė spalva, kurią sukuria viena pluoštų pora, kurios proporcijos buvo iš anksto nustatytos, kad atitiktų vieną iš tikslinių spalvų pagal CIE 1931 spalvų erdvės diagramą su 48 cd/m² apšvietimu.
Kita vertus, buvo reguliuojama spalva, taip pat pagaminta iš tų pačių filtrų pluoštų, kuriuos stebėtojas galėjo reguliuoti sukdamas vieną ratuką. Besisukantis ciferblatas buvo prijungtas prie prizmės, o sukant prizmę šviesos dalis iš filtrų 7& 8 atitinkamai pasikeitė. Kad ir koks būtų koregavimas, šviesumas išliko 48 cd/m².
Paima 25 000 rodmenų
Prieš pradedant rodmenis, buvo parinkta filtrų pora, o prizmių padėtis apskaičiavimo ir stebėjimo būdu pakoreguota taip, kad susiliejantys šviesos pluoštai atitiktų tikslinę spalvą. Tada prasidėjo stebėjimai, o stebėtojo (paciento pono Nuttingo, kuris tai padarė apie 25 000 kartų) užduotis buvo sureguliuoti ratuką taip, kad spalva bandymo lauko dešinėje atitiktų spalvą kairėje (žr. diagramą aukščiau). .
Kai Nutting pasiekė tai, ką jis laikė atitikmeniu, buvo pažymėta ciferblato (taigi ir prizmių) padėtis. Pagal MacAdam aparato konstrukciją bet koks prizmių padėties pasikeitimas atitiko spalvingumo pasikeitimą.
Skaitymai buvo kartojami 50 kartų kiekvienai iš 5–8 filtrų porų, kurios galėjo suderinti spalvą su taikiniu.
Kiekvieno 50 rodmenų rinkinio rezultatai buvo užregistruoti, o standartinis nuokrypis buvo apskaičiuotas ir pavaizduotas CIE 1931 spalvų erdvės diagramoje. Kiekvienos iš 25 tikslinių spalvų rezultatas iš esmės buvo toks pat, visų bandytų spalvų atitikimo standartinis nuokrypis kiekviename rinkinyje nukrito į modelį, apibūdinantį elipsę, nukreiptą į taikinį.
MacAdamo elipsės, pateiktos jo originaliame dokumente 1942 m.
Kiekvienos elipsės centre yra 25 etaloninės spalvos, su kuriomis jis bandė sukurti spalvų atitiktį. Standartinis bandomų atitikčių nuokrypis nuo etaloninių spalvų apibūdinamas elipsėmis, čia nubrėžtomis 10 kartų didesniu tikruoju dydžiu.
Kodėl MacAdam elipsės yra svarbios?
MacAdam elipsės yra svarbios, nes jo naudojami metodai suteikė mums galimybę išreikšti tikslinės spalvos toleranciją.
Mašinų inžinerijoje sakoma, kad matmenys be tolerancijos yra beprasmiai. Apšvietime tas pats. Spalvų derinys niekada negali būti tobulas, todėl tolerancijos yra būtinos.
Kai apibūdiname šviestuvą kaip turintį SDCM<3 (pavyzdžiui),="" tai="" reiškia,="" kad="" kai="" nauja,="" bet="" kurios="" iš="" šių="" jungiamųjų="" detalių="" skleidžiamos="" šviesos="" spalva="" pateks="" į="" ribą,="" aprašytą="" 3="" standartiniais="" nuokrypiais="" spalvos="" atitikimas="" nuo="" centrinio="" taško="" arba="" tikslinė="" spalva.="" daugumai="" žmonių="" šis="" svyravimų="" lygis="" yra="" nepastebimas.=""><5 yra="" laisvesnis="" standartas="" ir="" pasižymi="" didesniu="" kintamumo="" lygiu,="" tačiau="" vis="" tiek="" yra="" visiškai="" priimtinas="" daugeliui="">
Ko nedaro MacAdamo elipsės?
MacAdam rūpėjo aprašyti leistinų nuokrypių apibrėžimo metodą. Jam nerūpėjo kiekybiškai įvertinti spalvų suvokimo tikslumą visoje žmonių populiacijoje. Nors jo darbas parodė, kad Nuttingo stebėjimai nebuvo nenormalūs (juos atkartojo keletas kitų stebėtojų), MacAdam neatliko sistemingo skirtingų lyčių, amžiaus ar etninių grupių spalvų suvokimo tikslumo tyrimo.
