David MacAdam je poduzeo pionirski rad na polju percepcije razlike u boji 1940-ih. Konkretno, dizajnirao je aparat i usavršio statistički proces koji je omogućio da se kvantificiraju tolerancije hromatičnosti oko ciljne boje.
MacAdam je koristio podudaranje boja standardne devijacije (SDCM) da definira koliko se blisko (ili ne) podudaraju boja koju emituju dva izvora svjetlosti. Kako se standardna devijacija između bilo koja dva uzorka povećava, razlika u boji između njih postaje očigledna većem broju ljudi.
Zašto je standardno odstupanje boja važno? Za inženjera rasvjete tolerancija boje se izražava kao MacAdam elipsa od 1, 2, 3 koraka (itd.).
Nijedna dva izvora svjetlosti nikada neće emitovati potpuno istu boju svjetlosti, ali pošto je više svjetala općenito instalirano jedno pored drugog, stepen konzistentnosti je vrlo poželjan. Stoga je inženjerima rasvjete potreban način da izraze toleranciju oko ciljne boje, na isti način na koji će mašinski inženjer izraziti toleranciju oko dimenzije.
Ovaj članak će objasniti rad Davida MacAdama koji je doveo do sada univerzalne upotrebe MacAdamove elipse kao sredstva za izražavanje tolerancije oko ciljne boje.
Istorija. David MacAdam je bio naučnik koji je radio za Kodak u njihovoj istraživačkoj laboratoriji u Rochesteru, New York. 1940-ih godina Kodak je bio zainteresiran da otkrije koliko precizno ljudsko oko može razlikovati slične boje.
Da li je lako uskladiti boje?
Je li uparivanje boja lako? Ne, usklađivanje boja uopće nije lako. Možemo percipirati dvije različite boje kao vrlo slične, ili možemo percipirati dvije slične boje kao vrlo različite jer postoji više faktora koji su uključeni u vid boja.
Osvetljenje, ili, laički rečeno, koliko je nešto svetlo. Isti izvor crvene svjetlosti, na primjer, izgledat će vrlo različito u zavisnosti od toga koliko jako sija. Isto tako, dvije različite boje mogle bi izgledati slične ako bi jedna sijala jače od druge. Aparat Davida MacAdama je dizajniran tako da bez obzira na boju dva izvora svjetlosti koja se porede, osvjetljenje se održava na konstantnom nivou.
Hue. Ovo je boja izvora svjetlosti, određena njegovom talasnom dužinom. U prirodi, većina boja koje vidimo sastoji se od dominantne talasne dužine plus neke druge.
Čistoća, ili zasićenost. Dva izvora svetlosti mogu imati istu osvetljenost i dominantnu talasnu dužinu, ali ako je jedan bio veoma čist izvor svetlosti (tj. bio je visoko zasićen, što znači da je većina energije u zrnu svetlosti bila koncentrisana na ili blizu dominantnog talasa dužina), a drugi je sadržavao veću mješavinu različitih valnih dužina za koje bi se činilo da su različite.
Prije nego što je rad Davida MacAdama objavljen, zajednica rasvjete je pokušala izraziti ljudsku sposobnost da razlikuje slične boje u smislu pragova talasne dužine (za spektralne ili zasićene boje poput čiste crvene, zelene i plave) i pragova čistoće (za ne -spektralne boje poput braon, roze i magenta).
Prethodni rad drugih istraživača pokušao je izmjeriti percepciju boja tražeći „baš primjetnu razliku“. Ova tehnika je imala prednost u tome što je bila laka za implementaciju i nije bila potrebna posebna oprema. Međutim, proizveo je nestalne rezultate u rasponu procijenjenih boja.
Drugi istraživači (Wright i Pitt u “Različivanje nijansi u normalnom vidu boja”) su predložili da bi bolji pristup bio da se napravi veliki broj poklapanja u svakoj tački grafikona boja, a zatim da se analizira širenje zapažanja, ali komentarisali su da bi to bio “nevjerovatno dug proces”.
Istraživanje Davida MacAdama – sažetak
MacAdam je prepoznao da su Wright i Pitt bili u pravu jer su potrebna višestruka zapažanja i da je potreban statistički proces da se analizira koliko su (ili ne) pokušaji podudaranja bili bliski ciljnim bojama.
Da bi se prevladale poteškoće koje su Wright i Pitt očekivale stvorile “nemoguće dugotrajan proces”, MacAdam je dizajnirao i napravio genijalan instrument za testiranje sposobnosti posmatrača da uskladi podesivu boju testa sa fiksnom referentnom (ili ciljnom) bojom jednostavnim podešavanjem single dial. Tokom nekih 25.000 čitanja, sposobnost pomoćnika Davida MacAdama, gospodina Perleya G. Nuttinga, Jr., testirana je na 25 referentnih boja.
MacAdam je započeo odabirom 25 tačaka široko raspoređenih po dijagramu prostora boja CIE 1931 – vidi sliku 48, ispod, iz MacAdamovog originalnog rada.
Centralna tačka svake elipse je ciljna boja koju je izabrao David MacAdam.
U svom radu MacAdam se poziva na ICI 1931 standardni dijagram hromatičnosti. ICI je Međunarodna komisija za iluminaciju, danas poznatija po svom francuskom akronimu, CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
MacAdamove elipse nacrtane na verziji u boji CIE 1931 dijagrama prostora boja.
Svaka od ovih tačaka boje mogla bi se proizvesti korištenjem jednog filtera, koji je u to vrijeme bio komercijalno dostupan. Neke od tačaka boja koje je MacAdam odabrao su zasićenije (blizu ivice dijagrama prostora boja) od drugih koje su bliže sredini. Ove tačke boje trebale su da budu 25 ciljnih boja za koje bi posmatrač pokušao da stvori podudaranje.
Filtri za repliciranje ciljnih boja
Dodatni filteri boja koje je napravio MacAdam, ucrtani na CIE 1931 dijagram prostora boja.
Svaka ciljna boja (gore) mogla bi se replicirati kombinovanjem svjetlosti (u različitim proporcijama) od do 8 pari ovih dodatnih filtera.
MacAdam je zatim kreirao seriju od oko 100 dodatnih filtera u boji. One su dizajnirane tako da se svaka od ciljnih boja (gore) može replicirati (u nijansi i čistoći) miješanjem (u bilo kojim omjerima) svjetlosti iz para dodatnih filtera. Općenito, svaka ciljna boja mogla bi se replicirati sa do 8 različitih parova dodatnih filtera ako su podešeni na ispravne proporcije.
MacAdamov aparat za generisanje cilja i podesivih boja
Aparat koji je dizajnirao MacAdam detaljno je opisan u nastavku. Ukratko, sastoji se od jednog izvora svjetlosti (desno) sa filterima u boji (7& 8), rasporeda prizmi i sočiva (u sredini) i okulara (lijevo).
Iz jednog izvora svjetlosti (krajnje desno) aparat proizvodi dva para zraka. Jedan par je polarizovan vertikalno, drugi horizontalno. Oba para se sastoje od zraka iz filtera 7 i zraka iz filtera 8.
Pogled predstavljen posmatraču na okularu (krajnje lijevo) bio je kao dolje.
Testno polje se sastojalo od dva dijela: na jednoj strani je bila ciljna boja koju proizvodi jedan par zraka u proporcijama koje su unaprijed fiksirane kako bi odgovarale jednoj od ciljnih boja na dijagramu prostora boja iz CIE 1931 sa osvjetljenjem od 48 cd/m²
S druge strane je bila podesiva boja, također proizvedena parom zraka iz istih filtera koje je promatrač mogao podesiti rotiranjem jednog točkića. Rotirajući točkić je bio spojen na prizmu i kako je prizma rotirana proporcija svjetlosti iz filtera 7& 8 shodno tome promijenila. Bez obzira na podešavanje, osvetljenost je ostala na 48 cd/m².
Uzimanje 25.000 očitavanja
Prije nego što su očitanja mogla početi, odabran je par filtera i položaj prizmi je podešen proračunom i posmatranjem tako da konvergentni snopovi svjetlosti odgovaraju ciljnoj boji. Posmatranja su tada počela i zadatak je posmatrača (pacijent gospodin Nutting, koji je to učinio nekih 25.000 puta) da podesi brojčanik tako da se boja na desnoj strani testnog polja poklapa sa bojom na lijevoj strani (vidi dijagram iznad) .
Kada je Nutting postigao ono što je smatrao podudarnim, zabilježen je položaj brojčanika (a time i prizme). Prema dizajnu MacAdamovog aparata, svaka promjena položaja prizmi odgovarala je promjeni kromatičnosti.
Očitavanja su ponovljena 50 puta za svaki od 5-8 parova filtera koji su bili u stanju da proizvedu podudaranje boja sa metom.
Za svaki set od 50 očitavanja rezultati su zabilježeni i standardna devijacija je izračunata i ucrtana na CIE 1931 dijagram prostora boja. Za svaku od 25 ciljnih boja rezultat je bio u suštini isti, standardna devijacija svih pokušaja podudaranja boja u svakom setu pada u obrazac koji opisuje elipsu usredsređenu na metu.
MacAdamove elipse, kako je predstavljeno u njegovom originalnom radu iz 1942.
U središtu svake elipse nalazi se 25 referentnih boja za koje je pokušao stvoriti podudaranje boja. Standardna devijacija pokušaja podudaranja od referentnih boja opisana je elipsama, nacrtanim ovdje u 10x stvarne veličine.
Zašto su MacAdamove elipse važne?
MacAdamove elipse su važne jer su nam tehnike koje je koristio dale sredstva za izražavanje tolerancije oko ciljane boje.
U mašinstvu se kaže da je dimenzija bez tolerancije besmislena. U rasvjeti je isto tako. Podudaranje boja nikada ne može biti savršeno, pa su tolerancije neophodne.
Kada opišemo rasvjetu kao da ima SDCM<3 (na="" primjer),="" to="" znači="" da="" će,="" kada="" je="" nova,="" boja="" svjetlosti="" koju="" emituje="" bilo="" koja="" od="" tih="" armatura="" pasti="" unutar="" granice="" opisane="" sa="" 3="" standardne="" devijacije="" od="" podudaranje="" boje="" od="" centralne="" tačke="" ili="" ciljne="" boje.="" za="" veliku="" većinu="" ljudi="" ovaj="" nivo="" varijacija="" je="" neprimjetan.=""><5 je="" labaviji="" standard="" i="" pokazat="" će="" više="" razine="" varijabilnosti,="" ali="" je="" i="" dalje="" savršeno="" prihvatljiv="" za="" mnoge="">
Šta MacAdamove elipse ne rade?
MacAdam je želeo da opiše metodu definisanja tolerancija. Nije se bavio kvantificiranjem tačnosti percepcije boja u cijeloj ljudskoj populaciji. Iako je njegov rad pokazao da Nuttingova zapažanja nisu bila abnormalna (preslikao ih je mali broj drugih posmatrača), MacAdam nije napravio sistematsku studiju o tačnosti percepcije boja između različitih polova, uzrasta ili etničkih grupa.
