David MacAdam đã đảm nhận công việc tiên phong trong lĩnh vực cảm nhận sự khác biệt về màu sắc vào những năm 1940. Đặc biệt, ông đã thiết kế thiết bị và tinh chỉnh quy trình thống kê cho phép dung sai màu xung quanh một màu mục tiêu được định lượng.
MacAdam đã sử dụng Khớp màu lệch chuẩn (SDCM) để xác định mức độ gần (hoặc không) màu phát ra từ hai nguồn sáng khớp với nhau. Khi độ lệch chuẩn giữa hai mẫu bất kỳ làm tăng sự khác biệt về màu sắc giữa chúng trở nên rõ ràng hơn đối với nhiều người hơn.
Tại sao Khớp màu Độ lệch Chuẩn lại quan trọng? Đối với kỹ sư chiếu sáng, dung sai màu được biểu thị dưới dạng hình elip MacAdam 1 bước, 2 bước, 3 bước (v.v.).
Không có hai nguồn sáng nào sẽ phát ra ánh sáng cùng một màu chính xác, nhưng vì nhiều đèn thường được lắp đặt cạnh nhau nên mức độ nhất quán là rất mong muốn. Do đó, các kỹ sư chiếu sáng cần một cách để thể hiện dung sai xung quanh màu mục tiêu, giống như cách mà một kỹ sư cơ khí sẽ thể hiện dung sai đối với một chiều.
Bài viết này sẽ giải thích công việc của David MacAdam đã dẫn đến việc sử dụng phổ biến hiện nay của hình elip MacAdam như một phương tiện thể hiện dung sai làm tròn một màu mục tiêu.
Môn lịch sử. David MacAdam là một nhà khoa học làm việc cho Kodak trong phòng thí nghiệm nghiên cứu của họ ở Rochester, New York. Vào những năm 1940, Kodak quan tâm đến việc tìm hiểu xem mắt người có thể phân biệt chính xác giữa các màu tương tự như thế nào.
Phối màu có dễ không?
Phối màu có dễ không? Không, phối màu không dễ chút nào. Chúng ta có thể cảm nhận hai màu khác nhau là rất giống nhau, hoặc chúng ta có thể cảm nhận hai màu tương tự là rất khác nhau bởi vì có nhiều yếu tố liên quan đến tầm nhìn màu sắc.
Độ sáng, hay, theo thuật ngữ của người dân, một thứ gì đó sáng như thế nào. Ví dụ, cùng một nguồn ánh sáng đỏ, sẽ xuất hiện rất khác nhau tùy thuộc vào mức độ sáng của nó. Tương tự như vậy, hai màu khác nhau có thể xuất hiện giống nhau nếu một màu sáng hơn màu khác. Bộ máy của David MacAdam được thiết kế sao cho bất kể màu sắc của hai nguồn sáng được so sánh là gì, độ chói vẫn được duy trì ở mức không đổi.
Huế. Đây là màu của nguồn sáng, được xác định bởi bước sóng của nó. Trong tự nhiên, hầu hết các màu mà chúng ta nhìn thấy đều có độ dài sóng chiếm ưu thế cộng với một số màu khác.
Độ tinh khiết, hoặc độ bão hòa. Hai nguồn sáng có thể có cùng độ chói và độ dài sóng trội, nhưng nếu một nguồn là nguồn sáng rất tinh khiết (tức là, nó có độ bão hòa cao, nghĩa là phần lớn năng lượng trong hạt ánh sáng được tập trung tại hoặc gần sóng trội chiều dài) và cái kia chứa sự kết hợp lớn hơn của các bước sóng khác nhau, chúng sẽ có vẻ khác nhau.
Trước khi công trình của David MacAdam được xuất bản, cộng đồng ánh sáng đã cố gắng thể hiện khả năng của con người trong việc phân biệt giữa các màu tương tự về ngưỡng độ dài sóng (đối với phổ hoặc bão hòa, các màu như đỏ thuần, xanh lục và xanh lam) và ngưỡng độ tinh khiết (đối với không -màu kính như nâu, hồng và đỏ tươi).
Công trình trước đây của các nhà nghiên cứu khác đã cố gắng đo lường cảm nhận về màu sắc bằng cách tìm kiếm “sự khác biệt đáng chú ý”. Kỹ thuật này có ưu điểm là dễ thực hiện và không cần thiết bị chuyên dụng. Tuy nhiên, nó tạo ra kết quả thất thường trên các gam màu được đánh giá.
Các nhà nghiên cứu khác (Wright và Pitt trong “Phân biệt Huế trong thị giác màu thông thường”) đã gợi ý rằng một cách tiếp cận tốt hơn là tạo ra một số lượng lớn các kết quả phù hợp tại mỗi điểm trong biểu đồ màu và sau đó phân tích sự lan rộng của các quan sát, nhưng họ nhận xét rằng đây sẽ là “một quá trình dài không thể tưởng tượng được”.
Nghiên cứu của David MacAdam - tóm tắt
MacAdam nhận ra rằng Wright và Pitt đã đúng khi yêu cầu nhiều lần quan sát và cần có một quy trình thống kê để phân tích mức độ gần (hoặc không) của các kết quả cố gắng đối sánh với màu mục tiêu.
Để vượt qua những khó khăn mà Wright và Pitt mong đợi sẽ tạo ra “một quá trình dài không thể tưởng tượng được”, MacAdam đã thiết kế và chế tạo một công cụ khéo léo để kiểm tra khả năng của một người quan sát trong việc đối sánh màu thử nghiệm có thể điều chỉnh với màu tham chiếu (hoặc mục tiêu) cố định chỉ bằng cách điều chỉnh quay số đơn. Trong khoảng 25.000 lượt đọc, trợ lý của David MacAdam, Mr Perley G. Nutting, Jr., đã được thử nghiệm trên 25 màu tham chiếu.
MacAdam bắt đầu bằng cách chọn 25 điểm được phân bố rộng rãi trên sơ đồ không gian màu CIE 1931 - xem hình 48, bên dưới, từ bài báo gốc của MacAdam.
Điểm chính giữa của mỗi hình elip là một màu mục tiêu do David MacAdam chọn.
Trong bài báo của mình, MacAdam đề cập đến sơ đồ màu tiêu chuẩn ICI 1931. ICI là Ủy ban Quốc tế về Chiếu sáng, ngày nay được biết đến rộng rãi hơn với tên viết tắt tiếng Pháp là CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
Hình elip được MacAdam vẽ trên phiên bản màu của sơ đồ không gian màu CIE 1931.
Mỗi điểm màu này có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ lọc duy nhất, có sẵn trên thị trường vào thời điểm đó. Một số điểm màu mà MacAdam chọn có độ bão hòa cao hơn (gần với mép của sơ đồ không gian màu) hơn những điểm khác gần giữa. Những điểm màu này là 25 màu mục tiêu mà người quan sát sẽ cố gắng tạo ra sự trùng khớp.
Bộ lọc để tái tạo màu đích
Các bộ lọc màu bổ sung mà MacAdam đã tạo, được vẽ trên sơ đồ không gian màu CIE 1931.
Mỗi màu mục tiêu (ở trên) có thể được tái tạo bằng cách kết hợp ánh sáng (theo tỷ lệ khác nhau) từ tối đa 8 cặp bộ lọc bổ sung này.
MacAdam sau đó đã tạo ra một loạt khoảng 100 bộ lọc màu bổ sung. Chúng được thiết kế để mỗi màu đích (ở trên) có thể được tái tạo (về màu sắc và độ tinh khiết) bằng cách trộn với nhau (theo bất kỳ tỷ lệ nào cần thiết) ánh sáng từ một cặp kính lọc bổ sung. Nói chung, mỗi màu mục tiêu có thể được sao chép bằng tối đa 8 cặp bộ lọc bổ sung khác nhau nếu chúng được điều chỉnh theo đúng tỷ lệ.
Bộ máy MacAdam để tạo mục tiêu và màu sắc có thể điều chỉnh
Bộ máy MacAdam thiết kế được trình bày chi tiết dưới đây. Tóm lại, nó bao gồm một nguồn sáng duy nhất (ở bên phải) với các bộ lọc màu (7& 8), sự sắp xếp của lăng kính và thấu kính (ở trung tâm) và một miếng mắt (ở bên trái).
Từ nguồn sáng duy nhất (ngoài cùng bên phải), thiết bị tạo ra hai cặp chùm sáng. Một cặp được phân cực theo chiều dọc, cặp còn lại theo chiều ngang. Cả hai cặp đều bao gồm chùm từ bộ lọc 7 và chùm từ bộ lọc 8.
Hình ảnh hiển thị cho người quan sát tại thị kính (ngoài cùng bên trái) như bên dưới.
Trường thử nghiệm gồm hai phần: một bên là màu mục tiêu được tạo ra bởi một cặp chùm tia theo tỷ lệ đã được cố định trước để khớp với một trong các màu mục tiêu trên sơ đồ không gian màu CIE 1931 với độ rọi 48 cd / m²
Mặt còn lại là một màu có thể điều chỉnh, cũng được tạo ra bởi một cặp chùm tia từ cùng một bộ lọc mà người quan sát có thể điều chỉnh bằng cách xoay một mặt số duy nhất. Mặt số quay được kết nối với một lăng kính và khi lăng kính được quay, tỷ lệ ánh sáng từ các bộ lọc 7& 8 đã thay đổi cho phù hợp. Dù điều chỉnh nào được thực hiện, độ sáng vẫn ở mức 48 cd / m².
Nhận 25.000 lượt đọc
Trước khi các phép đọc có thể bắt đầu, một cặp kính lọc đã được chọn và vị trí của lăng kính được điều chỉnh bằng cách tính toán và quan sát để các chùm ánh sáng hội tụ phù hợp với màu mục tiêu. Các quan sát sau đó bắt đầu và nhiệm vụ của người quan sát (bệnh nhân Mr Nutting, người đã thực hiện điều này khoảng 25.000 lần) để điều chỉnh mặt số sao cho màu bên phải của trường thử nghiệm khớp với màu bên trái (xem sơ đồ trên) .
Khi Nutting đạt được điều mà ông cho là phù hợp, vị trí của mặt số (và do đó của các lăng kính) đã được ghi nhận. Theo thiết kế của bộ máy MacAdam, bất kỳ sự thay đổi nào đối với vị trí của các lăng kính đều tương ứng với sự thay đổi màu sắc.
Các phép đọc được lặp lại 50 lần cho mỗi 5-8 cặp bộ lọc có khả năng tạo ra màu sắc phù hợp với mục tiêu.
Đối với mỗi bộ gồm 50 lần đọc, kết quả được ghi lại và độ lệch chuẩn được tính toán và vẽ trên giản đồ không gian màu CIE 1931. Đối với mỗi màu trong số 25 màu mục tiêu, kết quả về cơ bản là giống nhau, độ lệch chuẩn của tất cả các màu đã cố gắng kết hợp trong mỗi bộ nằm trong một mẫu mô tả một hình elip ở giữa mục tiêu.
Hình elip của MacAdam, như được trình bày trong bài báo gốc của ông vào năm 1942.
Ở trung tâm của mỗi hình elip là 25 màu tham chiếu mà anh ta đã cố gắng tạo ra một kết hợp màu sắc. Độ lệch chuẩn của các kết quả phù hợp đã thử so với các màu tham chiếu được mô tả bằng các dấu chấm lửng, được vẽ ở đây với kích thước thực 10x.
Tại sao dấu chấm lửng của MacAdam lại quan trọng?
Dấu ba chấm của MacAdam rất quan trọng vì các kỹ thuật mà anh ấy sử dụng đã cho chúng ta phương tiện thể hiện dung sai xung quanh màu mục tiêu.
Trong kỹ thuật cơ khí, người ta nói rằng một thứ nguyên không có dung sai là vô nghĩa. Trong ánh sáng, điều này cũng đúng. Một kết hợp màu sắc không bao giờ có thể hoàn hảo, vì vậy dung sai là điều cần thiết.
Khi chúng tôi mô tả một phụ kiện ánh sáng là có SDCM< 3="" (ví="" dụ),="" điều="" đó="" có="" nghĩa="" là,="" khi="" còn="" mới,="" màu="" của="" ánh="" sáng="" do="" bất="" kỳ="" phụ="" kiện="" nào="" trong="" số="" đó="" phát="" ra="" sẽ="" nằm="" trong="" ranh="" giới="" được="" mô="" tả="" bởi="" 3="" độ="" lệch="" chuẩn="" của="" đối="" sánh="" màu="" từ="" điểm="" trung="" tâm="" hoặc="" màu="" đích.="" đối="" với="" đại="" đa="" số="" mọi="" người,="" mức="" độ="" thay="" đổi="" này="" là="" không="" thể="" nhận="" thấy.="">< 5="" là="" một="" tiêu="" chuẩn="" lỏng="" hơn="" và="" sẽ="" thể="" hiện="" mức="" độ="" thay="" đổi="" cao="" hơn="" nhưng="" vẫn="" hoàn="" toàn="" có="" thể="" chấp="" nhận="" được="" đối="" với="" nhiều="" ứng="">
Dấu chấm lửng của MacAdam không làm được gì?
MacAdam đã quan tâm đến việc mô tả một phương pháp xác định dung sai. Ông không quan tâm đến việc định lượng độ chính xác của nhận thức màu sắc trên toàn bộ dân số con người. Mặc dù công trình của ông chỉ ra rằng các quan sát của Nutting không bất thường (chúng được sao chép bởi một số ít các nhà quan sát khác), MacAdam không thực hiện nghiên cứu có hệ thống về độ chính xác của nhận thức màu sắc giữa các giới tính, độ tuổi hoặc sắc tộc khác nhau.
