David MacAdam va realitzar un treball pioner en el camp de la percepció de la diferència de color als anys quaranta. En particular, va dissenyar l'aparell i va perfeccionar el procés estadístic que va permetre quantificar les toleràncies de cromaticitat al voltant d'un color objectiu.
MacAdam va utilitzar Standard Deviation Color Matching (SDCM) per definir fins a quin punt (o no) el color emès per dues fonts de llum coincideix entre si. A mesura que la desviació estàndard entre dues mostres qualsevol augmenta, la diferència de color entre elles es fa evident per a més persones.
Per què és important la concordança de colors de la desviació estàndard? Per a l'enginyer d'il·luminació, una tolerància de color s'expressa com una el·lipse de MacAdam d'1, 2, 3 passos (etc.).
No hi ha dues fonts de llum que emetin mai exactament el mateix color de llum, però com que generalment s'instal·len múltiples llums una al costat de l'altra, és molt desitjable un grau de consistència. Per tant, els enginyers d'il·luminació necessiten una manera d'expressar una tolerància al voltant d'un color objectiu, de la mateixa manera que un enginyer mecànic expressa una tolerància al voltant d'una dimensió.
Aquest article explicarà el treball de David MacAdam que va donar lloc a l'ús ara universal de l'el·lipse de MacAdam com a mitjà per expressar una tolerància al voltant d'un color objectiu.
Història. David MacAdam era un científic que treballava per a Kodak al seu laboratori d'investigació a Rochester, Nova York. A la dècada de 1940 Kodak estava interessat en esbrinar amb quina precisió l'ull humà podia diferenciar colors similars.
És fàcil combinar colors?
És fàcil fer coincidir els colors? No, fer coincidir els colors no és gens fàcil. Podem percebre que dos colors diferents són molt semblants, o podem percebre que dos colors semblants són molt diferents perquè hi ha múltiples factors implicats en la visió del color.
Lluminància, o, en termes senzills, com de brillant és alguna cosa. La mateixa font de llum vermella, per exemple, apareixerà molt diferent segons la brillantor que tingui. De la mateixa manera, dos colors diferents podrien semblar similars si un lluís més que un altre. L'aparell de David MacAdam es va dissenyar de manera que, independentment del color de les dues fonts de llum que es comparen, la luminància es mantingués a un nivell constant.
Hue. Aquest és el color de la font de llum, determinat per la seva longitud d'ona. A la natura, la majoria dels colors que veiem consisteixen en una longitud d'ona dominant i alguns altres.
Puresa o saturació. Dues fonts de llum podrien tenir la mateixa luminància i longitud d'ona dominant, però si una fos una font de llum molt pura (és a dir, estava altament saturada, el que significa que la major part de l'energia del gra de llum es concentrava a l'ona dominant o a prop longitud) i l'altre contenia una mescla més gran de diferents longituds d'ona que semblarien ser diferents.
Abans de publicar el treball de David MacAdam, la comunitat d'il·luminació havia intentat expressar la capacitat humana de discriminar entre colors similars en termes de llindars de longitud d'ona (per a colors espectrals o saturats com els vermells, verds i blaus purs) i els llindars de puresa (per a no -colors espectrals com el marró, el rosa i el magenta).
Un treball anterior, d'altres investigadors, havia intentat mesurar la percepció del color buscant una "diferència només notable". Aquesta tècnica tenia l'avantatge que era fàcil d'implementar i no necessitava cap equipament especialitzat. Tanmateix, va produir resultats erràtics en tota la gamma de colors avaluats.
Altres investigadors (Wright i Pitt a "Hue discrimination in normal color-vision") havien suggerit que un millor enfocament seria fer un gran nombre de coincidències en cada punt de la carta de colors i després analitzar la propagació de les observacions, però van comentar que aquest seria "un procés impossiblement llarg".
La investigació de David MacAdam: un resum
MacAdam va reconèixer que Wright i Pitt eren correctes en què es requerien múltiples observacions i que calia un procés estadístic per analitzar fins a quin punt els intents de coincidència estaven (o no) dels colors objectiu.
Per superar les dificultats que Wright i Pitt esperaven crearien "un procés impossiblement llarg", MacAdam va dissenyar i va construir un instrument enginyós per provar la capacitat d'un observador de fer coincidir un color de prova ajustable amb un color de referència fixa (o objectiu) simplement ajustant un marcatge únic. Al llarg d'unes 25.000 lectures, es va provar l'habilitat de l'assistent de David MacAdam, el Sr. Perley G. Nutting, Jr., en 25 colors de referència.
MacAdam va començar escollint 25 punts àmpliament distribuïts pel diagrama d'espai de color CIE 1931; vegeu la figura 48, a continuació, del document original de MacAdam.
El punt central de cada el·lipse és un color objectiu seleccionat per David MacAdam.
En el seu article, MacAdam es refereix al diagrama de cromaticitat estàndard ICI 1931. ICI és la Comissió Internacional d'Il·luminació, més coneguda avui per les seves sigles franceses, CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
Les el·lipses de MacAdam dibuixades en una versió en color del diagrama d'espai de color CIE 1931.
Cadascun d'aquests punts de color es podria produir mitjançant l'ús d'un sol filtre, disponible comercialment en aquell moment. Alguns dels punts de color escollits per MacAdam estan més saturats (estan a prop de la vora del diagrama de l'espai de color) que d'altres que estan més a prop del centre. Aquests punts de color havien de ser els 25 colors objectiu als quals un observador intentaria crear una coincidència.
Filtres per replicar els colors objectiu
Els filtres de color addicionals creats per MacAdam, es representen al diagrama d'espai de color CIE 1931.
Cada color objectiu (a dalt) es podria replicar combinant llum (en proporcions variables) de fins a 8 parells d'aquests filtres addicionals.
MacAdam va crear llavors una sèrie d'uns 100 filtres de color addicionals. Aquests es van dissenyar perquè cadascun dels colors objectiu (a dalt) es pogués replicar (en to i puresa) barrejant (en les proporcions necessàries) la llum d'un parell de filtres addicionals. En general, cada color objectiu es podria replicar amb un màxim de 8 parells diferents de filtres addicionals si s'ajustessin a les proporcions correctes.
Aparell de MacAdam per generar l'objectiu i colors ajustables
A continuació es detalla l'aparell dissenyat per MacAdam. En resum, consta d'una única font de llum (a la dreta) amb filtres de color (7& 8), una disposició de prismes i lents (al centre) i un ocular (a l'esquerra).
A partir de l'única font de llum (extrema dreta) l'aparell produeix dos parells de raigs. Un parell està polaritzat verticalment, l'altre horitzontalment. Els dos parells consisteixen en un feix del filtre 7 i un feix del filtre 8.
La vista presentada a l'observador a l'ocular (extrem esquerre) era la següent.
El camp de prova estava dividit en dues parts: d'una banda hi havia el color objectiu produït per un parell de feixos en proporcions que s'havien fixat per endavant per coincidir amb un dels colors objectiu en el diagrama d'espai de color CIE 1931 amb una il·luminació de 48 cd/m².
De l'altra hi havia un color ajustable, també produït per un parell de feixos dels mateixos filtres que l'observador podia ajustar girant un sol dial. El dial giratori estava connectat a un prisma i a mesura que el prisma es girava la proporció de llum dels filtres 7& 8 ha canviat en conseqüència. Independentment de l'ajust que es va fer, la luminància es va mantenir en 48 cd/m².
Fent 25.000 lectures
Abans de començar les lectures, es va seleccionar un parell de filtres i es va ajustar la posició dels prismes mitjançant càlcul i observació de manera que els feixos de llum convergents coincidís amb el color objectiu. Aleshores van començar les observacions i va ser la tasca de l'observador (el pacient Sr. Nutting, que ho va fer unes 25.000 vegades) ajustar el dial de manera que el color de la dreta del camp de prova coincidís amb el de l'esquerra (vegeu el diagrama anterior) .
Quan Nutting va aconseguir el que considerava una coincidència, es va anotar la posició del dial (i, per tant, dels prismes). Segons el disseny de l'aparell de MacAdam, qualsevol canvi en la posició dels prismes corresponia a un canvi de cromaticitat.
Les lectures es van repetir 50 vegades per a cadascun dels 5-8 parells de filtres capaços de produir una coincidència de color amb l'objectiu.
Per a cada conjunt de 50 lectures es van registrar els resultats i es va calcular la desviació estàndard i es va representar en el diagrama d'espai de color CIE 1931. Per a cadascun dels 25 colors objectiu, el resultat va ser essencialment el mateix, la desviació estàndard de tots els intents de coincidència de colors a cada conjunt va caure en un patró que descrivia una el·lipse centrada a l'objectiu.
Les el·lipses de MacAdam, tal com es va presentar al seu article original el 1942.
Al centre de cada el·lipse hi ha els 25 colors de referència als quals va intentar crear una coincidència de colors. La desviació estàndard dels intents de coincidència dels colors de referència es descriu amb les el·lipses, dibuixades aquí amb una mida real 10x.
Per què són importants les el·lipses de MacAdam?
Les el·lipses de MacAdam són importants perquè les tècniques que va utilitzar ens han donat els mitjans per expressar una tolerància al voltant d'un color objectiu.
En enginyeria mecànica es diu que una dimensió sense tolerància no té sentit. En il·luminació passa el mateix. Una combinació de colors mai pot ser perfecta, de manera que les toleràncies són essencials.
Quan descrivim un aparell de llum que té un SDCM<3 (per="" exemple),="" vol="" dir="" que,="" quan="" sigui="" nou,="" el="" color="" de="" la="" llum="" emesa="" per="" qualsevol="" d'aquests="" aparells="" caurà="" dins="" del="" límit="" descrit="" per="" 3="" desviacions="" estàndard="" de="" coincidència="" de="" color="" des="" del="" punt="" central="" o="" color="" objectiu.="" per="" a="" la="" gran="" majoria="" de="" persones="" aquest="" nivell="" de="" variació="" és="" imperceptible.=""><5 és="" un="" estàndard="" més="" fluix="" i="" mostrarà="" nivells="" més="" alts="" de="" variabilitat,="" però="" encara="" és="" perfectament="" acceptable="" per="" a="" moltes="">
Què no fan les el·lipses de MacAdam?
MacAdam es va preocupar de descriure un mètode per definir toleràncies. No es va preocupar de quantificar la precisió de la percepció del color en tota la població humana. Tot i que el seu treball va indicar que les observacions de Nutting no eren anormals (van ser replicades per un petit nombre d'altres observadors), MacAdam no va fer cap estudi sistemàtic de la precisió de la percepció del color entre diferents sexes, edats o ètnies.
