Tóm gọn về David MacAdam
David Lewis MacAdam (1910-1998) là một nhà vật lý và nhà khoa học màu sắc người Mỹ, nổi tiếng với những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực khoa học và công nghệ màu sắc. Ông đã có những đóng góp nổi bật trong các lĩnh vực đo màu, phân biệt màu sắc, nhiếp ảnh và truyền hình màu, và trật tự màu sắc.
Những thành tựu nổi bật:
1. Đo màu:
MacAdam đã phát triển phương pháp đo lường chính xác sự khác biệt màu sắc, được gọi là Elipes MacAdam. Phương pháp này giúp xác định các giới hạn mà con người có thể nhận thức được sự khác biệt màu sắc, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các tiêu chuẩn màu sắc cho các ngành công nghiệp như in ấn, dệt may và thiết kế.
2. Phân biệt màu sắc:
MacAdam đã nghiên cứu khả năng phân biệt màu sắc của con người, khám phá ra rằng độ nhạy cảm của con người đối với sự khác biệt màu sắc thay đổi tùy thuộc vào màu sắc cụ thể.
3. Nhiếp ảnh và truyền hình màu:
Ông đã áp dụng kiến thức về màu sắc vào việc phát triển các hệ thống nhiếp ảnh và truyền hình màu, góp phần nâng cao chất lượng hình ảnh và độ trung thực màu sắc.
4. Trật tự màu sắc:
MacAdam đã nghiên cứu cách thức con người sắp xếp và phân loại màu sắc, dẫn đến sự phát triển các hệ thống trật tự màu sắc được sử dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất.
Ngoài ra:
- MacAdam là tác giả của hơn 100 bài báo khoa học được đánh giá ngang hàng.
- Ông từng giữ chức Chủ tịch Hiệp hội Quang học Hoa Kỳ (OSA) vào năm 1963 và là biên tập viên của Tạp chí OSA từ năm 1964 đến năm 1975.
- Ông đóng vai trò tích cực trong Hội đồng Màu sắc Liên xã hội và Ủy ban Chiếu sáng Quốc tế (CIE).
Di sản:
Công trình của David MacAdam đã có tác động to lớn đến lĩnh vực khoa học màu sắc và tiếp tục được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Ông được coi là một trong những nhà khoa học màu sắc có ảnh hưởng nhất thế kỷ 20.
David MacAdam là một nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực khoa học màu sắc, với những đóng góp quan trọng cho việc đo lường, phân biệt, và ứng dụng màu sắc trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Chi tiết về David MacAdam
MacAdam đã sử dụng Kết hợp màu độ lệch tiêu chuẩn (SDCM) để xác định mức độ tương đồng hoặc khác biệt của màu sắc phát ra từ hai nguồn sáng. Khi độ lệch chuẩn giữa hai mẫu bất kỳ tăng lên, sự khác biệt về màu sắc giữa chúng trở nên rõ ràng hơn với nhiều người.
Tại sao việc phối màu độ lệch chuẩn lại quan trọng? Đối với kỹ sư chiếu sáng, dung sai màu được biểu thị bằng hình elip MacAdam với các mức độ như 1 bước, 2 bước, 3 bước, v.v. Mặc dù không có hai nguồn sáng nào phát ra cùng một màu, nhưng vì nhiều đèn thường được lắp đặt cạnh nhau, mức độ nhất quán là rất cần thiết. Do đó, các kỹ sư ánh sáng cần một cách để thể hiện dung sai xung quanh một màu mục tiêu, giống như cách kỹ sư cơ khí thể hiện dung sai xung quanh một kích thước.
Bài viết này sẽ giải thích công trình của David MacAdam, người đã dẫn đến việc sử dụng phổ biến hình elip MacAdam như một phương tiện để biểu thị dung sai xung quanh màu mục tiêu.
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 hiểu rõ mức độ phân biệt màu sắc của mắt người.
Phối màu có dễ không?
Không, việc phối màu rất phức tạp. Chúng ta có thể cảm nhận hai màu khác nhau rất giống nhau hoặc ngược lại, vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhận biết màu sắc.
Độ sáng
Độ sáng của một vật thể có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta cảm nhận màu sắc. Ví dụ, cùng một nguồn sáng đỏ sẽ xuất hiện khác nhau tùy thuộc vào độ sáng của nó. David MacAdam đã thiết kế thiết bị sao cho độ chói của hai nguồn sáng được so sánh luôn không đổi, bất kể màu sắc của chúng.
Hue
Đây là màu của nguồn sáng, được xác định bởi bước sóng của nó. Hầu hết các màu sắc trong tự nhiên đều bao gồm bước 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 bước sóng vượt trội, nhưng nếu một nguồn sáng rất tinh khiết (độ bão hòa cao) và nguồn kia chứa nhiều bước sóng khác nhau, chúng sẽ trông khác nhau.
Trước công trình của MacAdam, cộng đồng chiếu sáng đã cố gắng biểu thị khả năng phân biệt màu sắc của con người thông qua ngưỡng độ dài sóng (đối với các màu bão hòa như đỏ thuần, lục và lam) và ngưỡng tinh khiết (đối với các màu không bão hòa như nâu, hồng và đỏ tươi).
Công việc trước đây của các nhà nghiên cứu khác đã cố gắng đo lường khả năng nhận biết màu sắc bằng cách tìm kiếm “sự khác biệt đáng chú ý”. Kỹ thuật này dễ thực hiện và không cần thiết bị chuyên dụng, nhưng nó tạo ra kết quả thất thường trên gam màu được đánh giá.
Các nhà nghiên cứu khác, như Wright và Pitt trong “Sự phân biệt màu sắc ở Hue trong khả năng nhìn màu bình thường”, đã gợi ý rằng cần có một cách tiếp cận tốt hơn bằng cách tạo ra nhiều kết quả trùng khớp tại mỗi điểm trong biểu đồ màu và phân tích sự phân bố của các quan sát. Tuy nhiên, họ nhận xét rằng quá trình này sẽ “kéo dài không thể tưởng tượng được”.
Nghiên cứu của David MacAdam – tóm tắt
MacAdam nhận ra rằng cần phải quan sát nhiều lần và áp dụng quy trình thống kê để phân tích mức độ gần (hoặc khác biệt) của các kết quả thử nghiệm với màu mục tiêu. Để khắc phục khó khăn, MacAdam đã thiết kế và chế tạo một công cụ để kiểm tra khả năng của người quan sát trong việc khớp màu thử nghiệm có thể điều chỉnh với màu tham chiếu cố định chỉ bằng cách điều chỉnh một màu quay số duy nhất. Với khoảng 25.000 lần đọc, trợ lý của MacAdam, ông Perley G. Nutting, Jr., đã được kiểm tra 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 trung tâm của mỗi hình elip là màu mục tiêu được chọn bởi David MacAdam.
Trong bài báo của mình, MacAdam đề cập đến biểu đồ màu tiêu chuẩn ICI 1931. ICI là Ủy ban Quốc tế về Chiếu sáng, hiện nay được biết đến rộng rãi hơn với tên viết tắt bằng tiếng Pháp là CIE (Commission Internationale d’Eclairage).
Các hình elip của MacAdam được 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 rìa của sơ đồ không gian màu) so với những điểm ở gần trung tâm hơn. Những điểm màu này là 25 màu mục tiêu mà người quan sát sẽ cố gắng khớp.
Bộ lọc để tái tạo màu mục tiêu
Các bộ lọc màu bổ sung của MacAdam
MacAdam đã tạo ra một loạt khoảng 100 bộ lọc màu bổ sung, được vẽ trên sơ đồ không gian màu CIE 1931. Mỗi màu mục tiêu có thể được sao chép bằng cách kết hợp ánh sáng từ tối đa 8 cặp bộ lọc bổ sung theo các tỷ lệ khác nhau. Những bộ lọc này được thiết kế để mỗi màu mục tiêu có thể được tái tạo về màu sắc và độ tinh khiết bằng cách trộn ánh sáng từ một cặp bộ lọc bổ sung theo tỷ lệ cần thiết. Thông thường, 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 tỷ lệ chính xác.
Thiết bị tạo màu mục tiêu và điều chỉnh màu sắc của MacAdam
Thiết bị do MacAdam thiết kế bao gồm:
- Nguồn sáng duy nhất (ở bên phải) với các bộ lọc màu (7 & 8).
- Sự sắp xếp của lăng kính và thấu kính (ở giữa).
- Miếng thị kính (ở bên trái).
Từ nguồn sáng đơn (ở ngoài cùng bên phải), thiết bị tạo ra hai cặp chùm tia:
- Một cặp phân cực theo chiều dọc.
- Một cặp phân cực theo chiều ngang.
Cả hai cặp đều bao gồm một chùm tia từ bộ lọc 7 và một chùm tia từ bộ lọc 8.
Hình ảnh hiển thị cho người quan sát ở thị kính (ngoài cùng bên trái) như bên dưới.
Trường thử nghiệm của MacAdam
Trường thử nghiệm có hai phần:
- Màu mục tiêu: Được tạo ra bởi một cặp chùm tia với tỷ lệ cố định để khớp với một trong các màu mục tiêu trên sơ đồ không gian màu CIE 1931, với độ sáng là 48 cd/m².
- Màu có thể điều chỉnh: Cũng được tạo ra bởi một cặp chùm tia từ cùng một bộ lọc, nhưng có thể điều chỉnh được bằng cách xoay một nút xoay. Mặt số quay này kết nối với lăng kính, và khi lăng kính quay, tỷ lệ ánh sáng từ bộ lọc 7 và 8 thay đổi tương ứng. Dù có bất kỳ điều chỉnh nào, độ chói vẫn duy trì ở mức 48 cd/m².
Quá trình lấy 25.000 kết quả đo
Trước khi bắt đầu đo, một cặp bộ lọc được chọn và vị trí của các lăng kính được điều chỉnh thông qua tính toán và quan sát sao cho các chùm ánh sáng hội tụ phù hợp với màu mục tiêu. Quá trình quan sát sau đó bắt đầu và nhiệm vụ của người quan sát, ông Nutting, là điều chỉnh mặt số sao cho màu ở bên phải của trường thử nghiệm khớp với màu ở bên trái.
Khi Nutting đạt được sự khớp màu, vị trí của mặt số (và do đó của lăng kính) được ghi lại. Theo thiết kế của thiết bị MacAdam, bất kỳ sự thay đổi nào về vị trí của lăng kính đều tương ứng với sự thay đổi về màu sắc.
Đo lặp lại và tính toán độ lệch chuẩn
Các kết quả đo được lặp lại 50 lần cho mỗi cặp trong số 5-8 cặp bộ lọc có khả năng tạo ra màu sắc phù hợp với mục tiêu. Đối với mỗi bộ 50 giá trị đo, kết quả được ghi lại và độ lệch chuẩn được tính toán và vẽ trên sơ 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 được thử trong mỗi bộ nằm trong mẫu mô tả một hình elip có tâm trên mục tiêu.
Các hình elip của MacAdam
Trong bài báo gốc năm 1942 của MacAdam, ông đã giới thiệu các hình elip để minh họa độ lệch chuẩn của màu sắc so với 25 màu tham chiếu mà ông đã cố gắng tái tạo. Ở giữa mỗi hình elip là một màu tham chiếu. Độ lệch chuẩn của các kết quả so với các màu tham chiếu được mô tả bằng các hình elip, được vẽ ở kích thước thực tế là 10 lần.
Tại sao hình elip của MacAdam lại quan trọng?
Các hình elip của MacAdam rất quan trọng vì chúng cung cấp phương tiện biểu thị dung sai xung quanh màu mục tiêu. Trong kỹ thuật cơ khí, kích thước không có dung sai là vô nghĩa; điều này cũng đúng trong lĩnh vực chiếu sáng. Sự phối màu không bao giờ có thể hoàn hảo tuyệt đối, do đó dung sai là điều cần thiết.
Ví dụ, khi mô tả một bộ đèn có SDCM<3, điều này có nghĩa là màu của ánh sáng phát ra từ bất kỳ bộ đèn nào sẽ nằm trong ranh giới được mô tả bằng 3 độ lệch chuẩn so với điểm trung tâm hoặc màu mục tiêu. Đối với đại đa số mọi người, mức độ biến đổi này là không thể nhận thấy. SDCM<5 là một tiêu chuẩn lỏng lẻo hơn, thể hiện mức độ biến đổi cao hơn nhưng vẫn chấp nhận được cho nhiều ứng dụng.
Hình elip của MacAdam không làm gì?
MacAdam quan tâm đến việc mô tả phương pháp xác định dung sai màu sắc, chứ không phải định lượng độ chính xác của nhận thức màu sắc trên toàn bộ dân số loài người. Mặc dù công trình của ông chỉ ra rằng những quan sát của Nutting không có gì bất thường và được lặp lại bởi một số ít nhà quan sát khác, MacAdam không thực hiện nghiên cứu có hệ thống nào về tính chính xác của nhận thức màu sắc giữa các giới tính, lứa tuổi hoặc sắc tộc khác nhau.
