David MacAdam teki uraauurtavaa työtä värierojen havaitsemisen alalla 1940-luvulla. Erityisesti hän suunnitteli laitteen ja paransi tilastollista prosessia, joka mahdollisti väritystoleranssien määrittämisen kohdevärin ympärillä.
MacAdam käytti SDCM (Standard Deviation Color Matching) -toimintoa määrittääkseen, kuinka tarkasti (tai ei) kahden valonlähteen säteilemät värit vastaavat toisiaan. Kun minkä tahansa kahden näytteen keskihajonta kasvaa, niiden välinen väriero tulee ilmeiseksi useammalle ihmiselle.
Miksi standardipoikkeaman värisovitus on tärkeää? Valaistusinsinöörille väritoleranssi ilmaistaan 1-vaiheisena, 2-vaiheisena, 3-vaiheisena (jne.) MacAdam-ellipsinä.
Kaksi valonlähdettä ei koskaan lähetä täsmälleen samanväristä valoa, mutta koska useat valot asennetaan yleensä vierekkäin, on tietty yhdenmukaisuus erittäin toivottavaa. Siksi valaisininsinöörit tarvitsevat tavan ilmaista toleranssi kohdevärin ympärillä samalla tavalla kuin mekaaninen insinööri ilmaisee toleranssin mittasuhteen ympärillä.
Tämä artikkeli selittää David MacAdamin työn, joka johti MacAdam-ellipsiin yleiseen käyttöön keinona ilmaista toleranssia kohdevärin ympärillä.
Historia. David MacAdam oli tutkija, joka työskenteli Kodakin tutkimuslaboratoriossa Rochesterissa, New Yorkissa. 1940-luvulla Kodak halusi selvittää, kuinka tarkasti ihmissilmä pystyi erottamaan samanlaiset värit.
Onko värien yhdistäminen helppoa?
Onko värien sovittaminen helppoa?Ei, värien sovittaminen ei ole ollenkaan helppoa. Voimme havaita kaksi eri väriä hyvin samanlaisina, tai voimme havaita kaksi samanlaista väriä hyvin erilaisina, koska värinäköön liittyy useita tekijöitä.
Luminanssi tai maallikon termein kuinka kirkas jokin on. Esimerkiksi sama punainen valonlähde näyttää hyvin erilaiselta riippuen siitä, kuinka kirkkaasti se paistaa. Samoin kaksi eri väriä voivat näyttää samanlaisilta, jos toinen loisti kirkkaammin kuin toinen. David MacAdamin laite suunniteltiin niin, että kahden verrattavan valonlähteen väristä riippumatta luminanssi pidettiin vakiona.
Värisävy. Tämä on valonlähteen väri, joka määräytyy sen aallonpituuden mukaan. Luonnossa useimmat näkemämme värit koostuvat hallitsevasta aallonpituudesta ja joistakin muista.
Puhtaus tai kylläisyys. Kahdella valonlähteellä voi olla sama luminanssi ja hallitseva aallonpituus, mutta jos toinen oli erittäin puhdas valonlähde (eli se oli erittäin kyllästynyt, mikä tarkoittaa, että suurin osa valopavun energiasta keskittyi hallitsevaan aaltoon tai sen lähelle pituus) ja toinen sisälsi suuremman yhdistelmän eri aallonpituuksia, jotka näyttäisivät olevan erilaisia.
Ennen kuin David MacAdamin teokset julkaistiin, valaistusyhteisö oli yrittänyt ilmaista ihmisen kykyä erottaa samanlaisia värejä aallonpituuden kynnysarvojen (spektriväreille tai kylläisille väreille, kuten puhtaille punaisille, vihreille ja sinisille) ja puhtauskynnysten (ei-väreille) perusteella. -spektrivärit, kuten ruskea, vaaleanpunainen ja magenta).
Muiden tutkijoiden aikaisemmissa töissä oli yritetty mitata värin havaitsemista etsimällä "vain havaittavaa eroa". Tällä tekniikalla oli se etu, että se oli helppo toteuttaa eikä vaatinut erityisiä laitteita. Se tuotti kuitenkin virheellisiä tuloksia arvioiduilla väreillä.
Muut tutkijat (Wright ja Pitt teoksessa "Hue discrimination in normal color-vision") olivat ehdottaneet, että parempi lähestymistapa olisi tehdä suuri määrä yhteensopivia värikartan jokaisessa kohdassa ja sitten analysoida havaintojen leviämistä, mutta he kommentoivat, että tämä olisi "mahdottoman pitkä prosessi".
David MacAdamin tutkimus – yhteenveto
MacAdam ymmärsi, että Wright ja Pitt olivat oikeassa siinä, että vaadittiin useita havaintoja ja että tarvittiin tilastollinen prosessi sen analysoimiseksi, kuinka lähellä (tai ei) yritetyt osumat olivat kohdevärejä.
Voittaakseen Wrightin ja Pittin odottamat vaikeudet luovan "mahdottoman pitkän prosessin" MacAdam suunnitteli ja rakensi nerokkaan instrumentin testatakseen tarkkailijan kykyä sovittaa säädettävä testiväri kiinteään vertailuväriin (tai kohdeväriin) yksinkertaisesti säätämällä yksi numero. Noin 25 000 lukeman aikana David MacAdamin avustajan Perley G. Nutting Jr.:n kykyä testattiin 25 vertailuvärillä.
MacAdam aloitti valitsemalla 25 pistettä, jotka jakautuvat laajalti CIE 1931 -väriavaruuskaaviossa - katso kuva 48 alla, MacAdamin alkuperäisestä paperista.
Jokaisen ellipsin keskipiste on David MacAdamin valitsema kohdeväri.
Kirjoituksessaan MacAdam viittaa ICI 1931 -standardin kromaattisuuskaavioon. ICI on kansainvälinen valaistuskomissio, joka tunnetaan nykyään laajemmin ranskalaisella lyhenteellä CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
MacAdamin ellipsit piirretty CIE 1931 -väriavaruuskaavion värilliseen versioon.
Jokainen näistä väripisteistä voitaisiin tuottaa käyttämällä yhtä suodatinta, joka oli tuolloin kaupallisesti saatavilla. Jotkut MacAdamin valitsemista väripisteistä ovat kylläisempiä (lähellä väriavaruuskaavion reunaa) kuin toiset, jotka ovat lähempänä keskustaa. Näiden väripisteiden piti olla 25 kohdeväriä, joihin tarkkailija yrittää luoda vastaavuuden.
Suodattimet jäljittelevät kohdevärejä
MacAdamin luomat lisävärisuodattimet piirrettiin CIE 1931 -väriavaruuskaavioon.
Jokainen kohdeväri (yllä) voidaan kopioida yhdistämällä valoa (vaihtelevissa suhteissa) jopa 8 parista näitä lisäsuodattimia.
MacAdam loi sitten sarjan noin 100 lisävärisuodatinta. Nämä suunniteltiin siten, että jokainen kohdeväri (yllä) voitiin toistaa (sävyn ja puhtauden suhteen) sekoittamalla yhteen (missä tahansa tarvittavassa suhteessa) valoa lisäsuodattimien parista. Yleensä jokainen kohdeväri voidaan kopioida jopa 8 eri parilla lisäsuodattimia, jos ne säädettäisiin oikeisiin mittasuhteisiin.
MacAdamin laite kohteen ja säädettävien värien luomiseen
MacAdamin suunnittelema laite on kuvattu alla. Lyhyesti sanottuna se koostuu yhdestä valonlähteestä (oikealla) värisuodattimilla (7& 8), prismien ja linssien järjestelyllä (keskellä) ja silmäkappaleesta (vasemmalla).
Yhdestä valonlähteestä (äärioikealla) laite tuottaa kaksi paria säteitä. Toinen pari on polarisoitu pystysuunnassa, toinen vaakasuunnassa. Molemmat parit koostuvat säteestä suodattimesta 7 ja säteestä suodattimesta 8.
Okulaarissa (äärivasemmalla) olevalle tarkkailijalle esitetty näkymä oli alla.
Testikenttä oli kahdessa osassa: toisella puolella oli yhden sädeparin tuottama kohdeväri sellaisissa suhteissa, jotka oli vahvistettu etukäteen vastaamaan yhtä CIE 1931 -väriavaruuskaavion kohdeväristä valaistusvoimakkuudella 48 cd/m².
Toisessa oli säädettävä väri, joka myös tuotettiin samojen suodattimien sädeparilla, jota tarkkailija saattoi säätää kääntämällä yhtä valitsinta. Pyörivä valitsin liitettiin prismaan ja kun prismaa kierrettiin, suodattimien valon osuus 7& 8 muuttui vastaavasti. Mitä tahansa säätöä tehtiinkin, luminanssi pysyi 48 cd/m².
Ottaa 25 000 lukemaa
Ennen kuin lukemat pystyivät aloittamaan, valittiin suodatinpari ja prismojen sijainti säädettiin laskennalla ja havainnolla siten, että lähentyvät valonsäteet vastasivat kohdeväriä. Sen jälkeen havainnointi alkoi, ja tarkkailijan (potilas Mr Nutting, joka teki tämän noin 25 000 kertaa) tehtävänä oli säätää valitsinta niin, että testikentän oikealla puolella oleva väri vastasi vasemmanpuoleista väriä (katso yllä oleva kaavio). .
Kun Nutting saavutti sen, mitä hän piti osumana, valitsimen (ja siten myös prismojen) sijainti huomioitiin. MacAdamin laitteiston suunnittelun mukaan kaikki prismojen sijainnin muutos vastasi kromaattisuuden muutosta.
Lukemat toistettiin 50 kertaa kullekin 5-8 suodatinparista, jotka pystyivät tuottamaan värin yhteensopivuuden kohteen kanssa.
Jokaiselle 50 lukeman sarjalle tulokset kirjattiin ja standardipoikkeama laskettiin ja piirrettiin CIE 1931 -väriavaruuskaavioon. Jokaisella 25 kohdeväristä tulos oli olennaisesti sama, kaikkien värien yhteensopivuusyritysten keskihajonnan kussakin sarjassa osui kuvioon, joka kuvasi kohteen keskipisteen ellipsin.
MacAdamin ellipsit, sellaisina kuin ne esitettiin hänen alkuperäisessä artikkelissaan vuonna 1942.
Jokaisen ellipsin keskellä on 25 vertailuväriä, joihin hän yritti luoda värisovituksen. Yritettyjen vastaavuuksien keskihajonta vertailuväreistä kuvataan ellipseillä, jotka on piirretty tähän 10x todellisessa koossa.
Miksi MacAdamin ellipsit ovat tärkeitä?
MacAdamin ellipsit ovat tärkeitä, koska hänen käyttämänsä tekniikat ovat antaneet meille keinon ilmaista toleranssia kohdevärin ympärillä.
Koneteollisuudessa sanotaan, että mitta ilman toleranssia on merkityksetön. Sama pätee valaistukseen. Värien yhteensopivuus ei voi koskaan olla täydellinen, joten toleranssit ovat välttämättömiä.
Kun kuvailemme valaisinta SDCM<3:ksi (esimerkiksi),="" se="" tarkoittaa,="" että="" uutena="" minkä="" tahansa="" valaisimen="" lähettämän="" valon="" väri="" putoaa="" rajan="" sisäpuolelle,="" joka="" kuvataan="" 3="" standardipoikkeamalla="" värisovitus="" keskipisteestä="" tai="" kohdeväri.="" suurimmalle="" osalle="" ihmisistä="" tämä="" vaihtelu="" on="" huomaamatonta.=""><5 on="" löysempi="" standardi="" ja="" siinä="" on="" korkeampi="" vaihtelu,="" mutta="" se="" on="" silti="" täysin="" hyväksyttävä="" moniin="">
Mitä MacAdamin ellipsit eivät tee?
MacAdam halusi kuvailla menetelmää toleranssien määrittämiseksi. Hän ei ollut kiinnostunut värin havaitsemisen tarkkuuden määrittämisestä koko väestössä. Vaikka hänen työnsä osoitti, että Nuttingin havainnot eivät olleet epänormaaleja (pieni joukko muita tarkkailijoita toisti ne), MacAdam ei tehnyt systemaattista tutkimusta värin havaitsemisen tarkkuudesta eri sukupuolten, iän tai etnisten ryhmien välillä.
