David MacAdam empreendeu um trabalho pioneiro no campo da percepção da diferença de cores na década de 1940. Em particular, ele projetou o aparelho e refinou o processo estatístico que permitia que as tolerâncias cromáticas em torno de uma cor alvo fossem quantificadas.
MacAdam usou a correspondência de cores de desvio padrão (SDCM) para definir o quão próxima (ou não) a cor emitida por duas fontes de luz correspondiam uma à outra. À medida que o desvio padrão entre duas amostras aumenta, a diferença de cor entre elas torna-se aparente para mais pessoas.
Por que a correspondência de cores com desvio padrão é importante? Para o engenheiro de iluminação, a tolerância de cor é expressa como uma elipse MacAdam de 1 etapa, 2 etapas, 3 etapas (etc).
Duas fontes de luz nunca emitirão exatamente a mesma cor de luz, mas como várias luzes são geralmente instaladas uma ao lado da outra, um grau de consistência é muito desejável. Portanto, os engenheiros de iluminação precisam de uma maneira de expressar uma tolerância em torno de uma cor alvo, da mesma forma que um engenheiro mecânico expressará uma tolerância em torno de uma dimensão.
Este artigo irá explicar o trabalho de David MacAdam que deu origem ao uso agora universal da elipse MacAdam como meio de expressar uma tolerância em torno de uma cor alvo.
História. David MacAdam era um cientista que trabalhava para a Kodak em seu laboratório de pesquisa em Rochester, Nova York. Na década de 1940, a Kodak estava interessada em descobrir com que precisão o olho humano poderia diferenciar cores semelhantes.
A combinação de cores é fácil?
A correspondência de cores é fácil? Não, a correspondência de cores não é nada fácil. Podemos perceber que duas cores diferentes são muito semelhantes ou podemos perceber que duas cores semelhantes são muito diferentes porque há vários fatores envolvidos na visão das cores.
Luminância, ou, em termos leigos, como algo é brilhante. A mesma fonte de luz vermelha, por exemplo, aparecerá muito diferente dependendo de quão forte ela está brilhando. Da mesma forma, duas cores diferentes podem parecer semelhantes se uma estiver brilhando mais intensamente do que a outra. O aparelho de David MacAdam foi projetado de forma que, independentemente da cor das duas fontes de luz comparadas, a luminância fosse mantida em um nível constante.
Matiz. Esta é a cor da fonte de luz, determinada por seu comprimento de onda. Na natureza, a maioria das cores que vemos consiste em um comprimento de onda dominante mais alguns outros.
Pureza ou saturação. Duas fontes de luz podem ter a mesma luminância e comprimento de onda dominante, mas se uma era uma fonte de luz muito pura (ou seja, era altamente saturada, o que significa que a maior parte da energia no feixe de luz estava concentrada na onda dominante ou perto dela comprimento) e o outro continha uma mistura maior de comprimentos de onda diferentes - eles pareceriam ser diferentes.
Antes da publicação do trabalho de David MacAdam, a comunidade de iluminação tentou expressar a capacidade humana de discriminar cores semelhantes em termos de limites de comprimento de onda (para cores espectrais ou saturadas, como vermelhos puros, verdes e azuis) e limites de pureza (para não -cores espectrais como marrom, rosa e magenta).
Trabalhos anteriores, de outros pesquisadores, tentaram medir a percepção das cores procurando por uma “diferença apenas perceptível”. Essa técnica tinha a vantagem de ser fácil de implementar e não necessitar de equipamentos muito especializados. No entanto, ele produziu resultados erráticos em toda a gama de cores avaliada.
Outros pesquisadores (Wright e Pitt em "Discriminação de matiz em visão normal de cores") sugeriram que uma abordagem melhor seria fazer um grande número de correspondências em cada ponto no gráfico de cores e, em seguida, analisar a propagação das observações, mas eles comentaram que este seria “um processo impossivelmente longo”.
Pesquisa de David MacAdam - um resumo
MacAdam reconheceu que Wright e Pitt estavam corretos ao afirmar que múltiplas observações eram necessárias e que um processo estatístico era necessário para analisar quão próximas (ou não) as tentativas de correspondência estavam das cores alvo.
Para superar as dificuldades que Wright e Pitt esperavam, criaria "um processo impossivelmente longo" MacAdam projetou e construiu um instrumento engenhoso para testar a capacidade de um observador de combinar uma cor de teste ajustável a uma cor de referência fixa (ou alvo) simplesmente ajustando um único dial. Ao longo de cerca de 25.000 leituras, a habilidade do assistente de David MacAdam, o Sr. Perley G. Nutting, Jr., foi testada em 25 cores de referência.
MacAdam começou escolhendo 25 pontos amplamente distribuídos no diagrama de espaço de cores CIE 1931 - consulte a figura 48, abaixo, do artigo original de MacAdam.
O ponto central de cada elipse é uma cor alvo selecionada por David MacAdam.
Em seu artigo, MacAdam se refere ao diagrama de cromaticidade padrão do ICI 1931. ICI é a Comissão Internacional de Iluminação, mais conhecida hoje por sua sigla em francês, CIE (Commission Internationale d'Eclairage).
Elipses de MacAdam desenhadas em uma versão colorida do diagrama de espaço de cores CIE 1931.
Cada um desses pontos de cor poderia ser produzido pelo uso de um único filtro, disponível comercialmente na época. Alguns dos pontos de cores escolhidos por MacAdam são mais saturados (estando perto da borda do diagrama de espaço de cores) do que outros que estão mais próximos do meio. Esses pontos de cor seriam as 25 cores-alvo com as quais um observador tentaria criar uma correspondência.
Filtros para replicar as cores alvo
Os filtros de cores adicionais criados por MacAdam, plotados no diagrama de espaço de cores CIE 1931.
Cada cor alvo (acima) pode ser replicada combinando luz (em proporções variáveis) de até 8 pares desses filtros adicionais.
MacAdam então criou uma série de cerca de 100 filtros de cores adicionais. Eles foram projetados para que cada uma das cores alvo (acima) pudesse ser replicada (em matiz e pureza) pela mistura (em quaisquer proporções que fossem necessárias) luz de um par de filtros adicionais. Geralmente, cada cor de destino pode ser replicada por até 8 pares diferentes de filtros adicionais se eles forem ajustados para as proporções corretas.
Aparelho MacAdam para gerar o alvo e cores ajustáveis
O aparelho projetado por MacAdam é detalhado a seguir. Em suma, consiste em uma única fonte de luz (à direita) com filtros de cor (7& 8), um arranjo de prismas e lentes (no centro) e uma ocular (à esquerda).
A partir da única fonte de luz (extrema direita), o aparelho produz dois pares de feixes. Um par é polarizado verticalmente, o outro horizontalmente. Ambos os pares consistem em um feixe do filtro 7 e um feixe do filtro 8.
A visão apresentada ao observador na ocular (extrema esquerda) era como abaixo.
O campo de teste era dividido em duas partes: de um lado estava a cor alvo produzida por um par de feixes em proporções que foram fixadas previamente para coincidir com uma das cores alvo no diagrama de espaço de cores CIE 1931 com uma iluminância de 48 cd / m²
Do outro, havia uma cor ajustável, também produzida por um par de feixes dos mesmos filtros que o observador poderia ajustar girando um único mostrador. O disco giratório foi conectado a um prisma e conforme o prisma era girado, a proporção de luz dos filtros 7& 8 alterado em conformidade. Qualquer que seja o ajuste feito, a luminância permaneceu em 48 cd / m².
Fazendo 25.000 leituras
Antes que as leituras pudessem começar, um par de filtros foi selecionado e a posição dos prismas ajustada por cálculo e observação de modo que os feixes de luz convergentes correspondessem à cor do alvo. As observações então começaram e era tarefa do observador (o paciente Sr. Nutting, que fez isso cerca de 25.000 vezes) ajustar o mostrador para que a cor à direita do campo de teste correspondesse à cor da esquerda (veja o diagrama acima) .
Quando Nutting alcançou o que considerou uma combinação, a posição do mostrador (e, portanto, dos prismas) foi anotada. De acordo com o desenho do aparato de MacAdam, qualquer mudança na posição dos prismas correspondia a uma mudança de cromaticidade.
As leituras foram repetidas 50 vezes para cada um dos 5-8 pares de filtros que eram capazes de produzir uma combinação de cores com o alvo.
Para cada conjunto de 50 leituras, os resultados foram registrados e o desvio padrão foi calculado e plotado no diagrama de espaço de cores CIE 1931. Para cada uma das 25 cores alvo, o resultado foi essencialmente o mesmo, o desvio padrão de todas as combinações de cores tentadas em cada conjunto caiu em um padrão que descreveu uma elipse centrada no alvo.
Elipses de MacAdam, conforme apresentadas em seu artigo original em 1942.
No centro de cada elipse estão as 25 cores de referência para as quais ele tentou criar uma combinação de cores. O desvio padrão das tentativas de correspondência das cores de referência é descrito pelas elipses, desenhadas aqui em 10x o tamanho real.
Por que as elipses de MacAdam são importantes?
As elipses de MacAdam são importantes porque as técnicas que ele usou nos deram os meios de expressar uma tolerância em torno de uma cor alvo.
Em engenharia mecânica, diz-se que uma dimensão sem tolerância não tem sentido. Na iluminação, o mesmo é verdade. Uma combinação de cores nunca pode ser perfeita, então as tolerâncias são essenciais.
Quando descrevemos um acessório de luz como tendo um SDCM< 3="" (por="" exemplo),="" isso="" significa="" que,="" quando="" novo,="" a="" cor="" da="" luz="" emitida="" por="" qualquer="" um="" desses="" acessórios="" cairá="" dentro="" do="" limite="" descrito="" por="" 3="" desvios="" padrão="" de="" correspondência="" de="" cores="" do="" ponto="" central="" ou="" cor="" de="" destino.="" para="" a="" grande="" maioria="" das="" pessoas,="" esse="" nível="" de="" variação="" é="" imperceptível.="">< 5="" é="" um="" padrão="" mais="" flexível="" e="" exibirá="" níveis="" mais="" altos="" de="" variabilidade,="" mas="" ainda="" é="" perfeitamente="" aceitável="" para="" muitas="">
O que as elipses de MacAdam não fazem?
MacAdam se preocupou em descrever um método de definição de tolerâncias. Ele não estava preocupado em quantificar a precisão da percepção das cores na população humana como um todo. Embora seu trabalho indicasse que as observações de Nutting não eram anormais (foram replicadas por um pequeno número de outros observadores), MacAdam não fez nenhum estudo sistemático da precisão da percepção das cores entre diferentes sexos, idades ou etnias.
