kleurenzicht

Magenta en roodviolet, de overgangskleuren tussen rood en blauwviolet, zijn echter geen spectrale kleuren. Ze zijn nergens te vinden in het spectrum dat door een prisma of regenboog wordt gevormd, ook al produceren "rood" en "blauw" licht, wanneer ze gecombineerd worden, die kleuren wel.

Newtons Opticks . Deze ontdekking van lichtmenging werd gedaan door de Engelse natuurkundige en wiskundige Isaac Newton (1642-1726). Hij beschreef de vele optische en kleurenexperimenten die hij eind jaren 1660 uitvoerde voor het eerst aan de Engelse Royal Society in 1672. Na een periode van verder onderzoek en een verhitte publieke discussie publiceerde hij ze in zijn Opticks uit 1704. (Dit is de Engelse editie; een wetenschappelijke Latijnse vertaling verscheen in 1706.) Newton had ervaring met het slijpen van zijn eigen lenzen en probeerde het probleem van chromatische aberratie te begrijpen , dat randkleuren in optische beelden introduceert. Hij kende de "beroemde kleurenfenomenen" die beschreven waren in experimenten met pentaëdrische (driehoekige in doorsnede) prisma's, die decennia eerder waren uitgevoerd door Guido Scarmiglioni, Thomas Harriot en Marcus Marci. Maar hij zette deze studies veel verder voort met experimentele grondigheid, observationele precisie en logische helderheid.

Het revolutionaire aspect van Newtons werk was zijn nadruk op het scheiden van de fysieke en sensorische (mathematische en psychologische) aspecten van kleur – een wetenschappelijke strategie die al in de verhandelingen van Galileo Galilei werd ontwikkeld. Newton toonde aan dat elke spectrale tint een unieke en meetbare brekingsindex of brekingshoek heeft wanneer deze door een lens of prisma gaat. In zijn Experimentum crucis ("beslissend experiment") en variaties daarop, toonde hij aan dat deze eigenschap van licht constant blijft, zelfs als het licht wordt gemengd door een lens, door meerdere prisma's wordt geleid of door een gekleurd filter gaat.

Hij kon deze breekbaarheid, die voortkomt uit de golfeigenschappen van licht, niet verklaren , maar hij concludeerde dat de kleurwaarneming er zowel los van stond als er nauw mee verbonden was. Hij definieerde breekbaarheid en kleur voor het eerst in parallelle termen:

Het licht waarvan alle stralen gelijkelijk breken, noem ik eenvoudig, homogeen en gelijkvormig; en ... De kleuren van homogeen licht noem ik primair, homogeen en eenvoudig.

En vervolgens verklaarde hij in een beroemde passage dat kleur een gewaarwording in de geest van de kijker is , geen eigenschap van het licht zelf of van de materialen die door het licht worden verlicht:

Als ik ooit spreek over licht en stralen als gekleurd of voorzien van kleuren, dan wordt men geacht dat ik niet filosofisch [wetenschappelijk] en correct spreek, maar grofweg, en volgens de opvattingen die ongeschoolde mensen geneigd zijn te vormen bij het zien van al deze experimenten. Want stralen zijn, om het zo te zeggen, niet gekleurd. Ze bezitten niets anders dan een bepaalde kracht en aanleg om een ​​gewaarwording van deze of gene kleur op te wekken. ... Kleuren in het object zijn dus niets anders dan een aanleg om deze of gene soort stralen overvloediger te reflecteren dan de rest; in de stralen zijn ze niets anders dan hun aanleg om deze of gene beweging in het zintuiglijk systeem voort te planten; en in het zintuiglijk systeem zijn het gewaarwordingen van die bewegingen in de vorm van kleuren. [Boek Een, Deel II]

Newton wees er vaak op dat licht en geluid vergelijkbare zintuiglijke eigenschappen hebben en identificeerde, in navolging van de diatonische toonladder (die wordt geproduceerd door de witte toetsen van een piano), (of liever gezegd een scherpzinnige assistent) zeven 'primaire of eenvoudige' kleuren van licht in het spectrum: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet.

Volgens Newton was spectraal "oranje" of "indigo" licht net zo primair, homogeen en eenvoudig als "rood" of "groen" licht, omdat geen van deze tinten op zichzelf door breking kon worden veranderd of gescheiden in andere kleuren.

Maar hij ontdekte dat ze gemengd konden worden. In het bijzonder ontdekte hij een gebied met nieuwe kleuren die weliswaar bekend waren van geïsoleerde natuurlijke voorbeelden zoals edelstenen en bloemen, maar die niet voorkwamen in een prismatisch spectrum. In plaats daarvan ontstonden deze extraspectrale tinten – waaronder "violet" ( paars ), "roodviolet" ( magenta ), "violetrood" ( karmijn ) en "rood" (een uniek rood) – door de overlapping van de "oranje-rode" en "blauwviolette" uiteinden van twee afzonderlijke spectra (rechts). En hij ontdekte dat het recombineren van drie of vier kleuren van het spectrum door een lens de oorspronkelijke "witte" kleur van zonlicht herstelde.

De kleurencirkel . Newton vatte deze opvallende observaties samen in een ingenieus nieuw kleurenmodel: hij verbond de "oranje-rode" en "violette" uiteinden van het spectrum om een ​​kleurencirkel te creëren . Deze cirkel toont het spectrum nog steeds als een continue gradatie van tinten van oranje-rood tot blauwviolet, maar nu worden de uiteinden verbonden door de "kunstmatige" of gemengde kleuren rood, violetrood, roodviolet en violet.

Newtons kleurencirkel

De originele "kleurencirkel" (1704) is over de spectrale en extraspectrale tinten heen gelegd (er is geen "roodviolet" of "violet" licht in het spectrum); hoofdletters verwijzen naar noten van de diatonische toonladder.

In dit diagram is het middelpunt van de cirkel ( O ) "wit" (kleurloos) licht, en de omtrek vertegenwoordigt de "vurige" (verzadigde) kleuren van elke spectrale tint. De afstand van het middelpunt tot de rand geeft het bereik van onverzadigde kleuren aan — de doffe of witachtige kleuren van de alledaagse wereld — tussen wit en homogene tinten.

extraspectraal roodviolet (magenta)

extraspectrale kleurserie

Deze omvatten alle tinten tussen blauwviolet (links) en oranjerood (rechts).

De kleurencirkel is niet zomaar een kunstgreep om extraspectraal paars een plek te geven. Newton legde uit dat het een geometrische methode biedt om de chromaticiteit (tint en verzadiging) van elk lichtmengsel te berekenen. Hij stelde dat twee of meer spectrale "primaire kleuren", gecombineerd in specifieke hoeveelheden of "gewichten", een mengkleur zouden produceren die zich in het "zwaartepunt" (gewogen gemiddelde) van alle kleuren bevindt. De methode is vergelijkbaar met het vinden van het evenwichtspunt van een ronde bakvorm met gewichten van verschillende grootte rond de rand (rechts).

In Newtons diagram (hierboven) geven de kleine cirkels onder elke kleurnaam de verschillende hoeveelheden of "gewichten" van elke spectrale kleur aan die aan een kleurenmengsel kunnen bijdragen: grote hoeveelheden rood, oranje en geel, kleine hoeveelheden blauw, indigo en violet. De kleur die zich op " Z " bevindt, het gemiddelde van al deze kleuren, is de onverzadigde rood-oranje kleur die ontstaat. En om de cirkel rond te maken, observeerde Newton het volgende:

Als punt Z op of nabij lijn OD valt, waarbij de belangrijkste ingrediënten rood en violet zijn, zal de samengestelde kleur geen van de prismatische kleuren zijn, maar een paars dat neigt naar rood of violet, afhankelijk van of punt Z zich aan de kant van lijn DO bevindt die naar E of naar C wijst. Over het algemeen is het samengestelde violet helderder en vuriger dan het ongecombineerde violet.

Newton benadrukte dat de kleurencirkel alleen van toepassing is op lichte mengsels . Pigmentmengsels zouden niet afhangen van de proportionele gewichten of hoeveelheden van de pigmenten in een mengsel, maar van "de hoeveelheden licht die erdoor worden weerkaatst". Hij bevestigde dat kleuren in pigmenten en in natuurlijke oppervlakken ontstaan ​​doordat ze sommige spectrale kleuren weerkaatsen en andere absorberen.

De analyse van wit . Newton onderzocht uitvoerig pigmentmengsels en gebruikte de primaire kleuren van kunstenaars – rood, geel, groen en blauw (zoals de pigmenten karmijn, orpiment, verdigris en Bremenblauw) – om de oorsprong van witte of grijze mengsels te onderzoeken.

Alle gekleurde poeders onderdrukken en blokkeren een aanzienlijk deel van het licht waarmee ze worden belicht. Ze worden namelijk gekleurd doordat ze het licht van hun eigen kleur overvloediger weerkaatsen en dat van alle andere kleuren minder, en toch weerkaatsen ze het licht van hun eigen kleur niet zo overvloedig als witte lichamen. ... Daarom moeten we bij het mengen van dergelijke poeders geen helder en vol wit verwachten, zoals papier, maar een doffe, vage kleur, zoals die kan ontstaan ​​door een mengsel van licht en donker, of van wit en zwart, dat wil zeggen grijs, vaal of roodbruin, zoals de kleuren van een mensennagel, een muis, as, gewone stenen, mortel, stof en vuil op snelwegen, en dergelijke. En zo'n donker wit heb ik vaak verkregen door gekleurde poeders te mengen. ...Nu, aangezien deze grijze en vaalbruine kleuren ook kunnen ontstaan ​​door het mengen van wit en zwart, en daardoor niet in kleursoort, maar alleen in helderheid verschillen van perfect wit, is het duidelijk dat er niets meer nodig is om ze perfect wit te maken dan hun lichtsterkte voldoende te verhogen.

...en dit bereikte Newton door de grijze mengsels te belichten met een enkele zonnestraal in een verduisterde kamer, of door de door de zon beschenen mengsels te vergelijken met een schaduwrijk stuk wit papier.

Deze mengexperimenten met pigmenten en licht onthullen Newtons fundamentele fascinatie voor de analyse van "wit" in de samenstelling van verschillende primaire kleuren. Newtons kleurencirkel impliceerde dat verschillende combinaties en verhoudingen van primaire kleuren op equivalente wijze tot wit zouden mengen; wit (of grijs, in pigmenten) kon worden gecreëerd door vele verschillende combinaties van spectraal licht.

Complementaire mengsels . Newtons experimenten met 'witte' mengsels leidden tot een van zijn meest intrigerende inzichten: twee tinten aan tegenovergestelde kanten van de kleurencirkel konden een bijna neutrale kleur creëren als ze in de juiste verhoudingen werden gemengd.

Als slechts twee van de primaire kleuren die tegenover elkaar in de cirkel liggen in gelijke verhouding worden gemengd, zal punt Z samenvallen met middelpunt O, en toch zal de kleur die uit die twee ontstaat niet volkomen wit zijn, maar een vage, anonieme [verdunde en onbenoembare] kleur.

Dit is de oorsprong van het idee van complementaire kleuren en het criterium "meng tot wit" om ze te identificeren. Maar de passage onthult een paar punten van verwarring. Om te beginnen gaf Newton toe dat hij geen puur "wit" kon creëren door twee of drie "primaire" kleuren te mengen, maar hij begreep blijkbaar niet dat dit kwam doordat hij brede delen van het spectrum als één kleur mengde, in plaats van afzonderlijke golflengten. (Dat wil zeggen, zijn kleurencirkel werkt alleen als de berekeningen worden gemaakt op basis van de fysieke eigenschap "brekingsindex" en niet op basis van de psychologische categorieën van "homogene kleur", die brede banden van zeven spectrale tinten.)

Newton legde ook niet uit dat sommige spectrale tinten helderder zijn of een hogere kleurkracht hebben dan andere, wat betekent dat ze inherent meer gewicht in de schaal leggen in kleurmengsels en dat ze ofwel verder van het "witte" centrum van de kleurencirkel moeten worden geplaatst (zoals in sommige chromaticiteitsdiagrammen ) ofwel zwaarder moeten wegen in de berekeningen van het "zwaartepunt". Ten slotte misleidden Newtons parallelle experimenten met pigmenten en licht veel lezers door hen te laten denken dat pigmenten en licht op dezelfde manier mengen, wat alleen maar verwarring veroorzaakte bij "kleurentheoretici" uit de 18e eeuw .

Newtons nalatenschap . Vanuit een modern perspectief is het moeilijk de buitengewone originaliteit van Newtons kleurentheorie te bevatten. Misschien wel de belangrijkste doorbraak in de optica is het gebruik van geometrie – de cirkel – om kleurmengsels te verklaren, niet als een middeleeuws symbool van volledigheid of eenheid, maar als het kader voor een wiskundige analyse van de tinten in een kleurmengsel. Deze koppeling tussen fysische grootheden en zintuiglijke kwaliteiten is het essentiële principe van de psychofysica .

Volgens Newton waren er minstens zeven spectrale tinten, ofwel 'eenvoudige' kleuren van licht, nodig om alle kleurmengsels te beschrijven. Het willekeurige onderscheid tussen 'echte' en 'illusoir' kleur werd weggevaagd: alle kleur ontstaat in mengsels van licht, ongeacht of het licht afkomstig is van een prisma of van de reflectie-eigenschappen van gekleurde poeders. Deze ideeën gingen veel verder dan de 17e-eeuwse verversleer, die stelde dat drie primaire kleuren verf of kleurstoffen de kleurmenging definieerden.

Een belangrijk aspect van Newtons werk, zoals zijn tijdgenoten het zagen, was dat hij de kleurentheorie , die van Aristoteles was overgeërfd , weerlegde . Volgens deze theorie waren 'licht' en 'donker' de twee antagonistische primitieven die zich op mysterieuze wijze, als een olievlek op water, combineerden om de iriserende kleurenpracht te creëren. Newton toonde juist het tegenovergestelde aan: wit is niet het hoogtepunt van alle kleurverschijnselen, maar een troebel, verward mengsel, niet zuiverder dan stof of vuil; veel verschillende mengsels van drie of meer spectrale kleuren zouden hetzelfde 'zwakke, anonieme' of bijna witte licht produceren. Zwart was helemaal geen 'kleur', maar slechts de afwezigheid van licht.

Newtons geometrische weging

• 1. De locatie van elke kleur wordt gemeten op loodrechte x,y-coördinaten.
• 2. De x,y-waarden voor elke kleur worden vermenigvuldigd met het "gewicht" (luminantie of helderheid) van de kleur.
• 3. De gewogen x- en y-waarden van alle kleuren worden bij elkaar opgeteld.
• 4. De totale x- en y-waarden worden gedeeld door de som van de gewichten.
• 5. De resulterende gemiddelde x,y-locatie is het zwaartepunt ( C ) of mengpunt.

Newton hield vol dat kleur een sensatie was in de bewuste ervaring, ofwel het 'sensorium'. Dit impliceert echter duidelijk dat de kleurencirkel een mentale structuur is, geen fysieke eigenschap van licht. De psycholoog Roger Shepard demonstreerde dit door studenten te vragen een numerieke waarde te kiezen die de schijnbare gelijkenis beschreef tussen elk paar kleuren in een set van 14 Munsell-kleurstalen, waarvan de dominante golflengten overeenkwamen met spectrale tinten. (Hij sloot extraspectraal paars en magenta uit om te voorkomen dat er een cirkel zou ontstaan ​​waar die niet bestond.) Vervolgens gebruikte hij een multidimensionaal schaalprogramma om deze gelijkenisbeoordelingen te vertalen naar een kaart, waar ongelijkheid wordt weergegeven als afstand (diagram, rechts). Deze procedure reproduceerde niet alleen nauwkeurig de ordening in de kleurencirkel, maar ook de perceptuele afstand en complementaire opponentie tussen tinten, zoals deze zijn gedefinieerd in moderne kleurenmodellen .

Newtons boek was bedoeld voor een publiek van natuuronderzoekers uit de Verlichting en werd veel gelezen. De Engelse wiskundige en perspectieftheoreticus Brook Taylor (1685-1731), die ook een getalenteerd amateur-schilder was, wees in zijn New Principles of Linear Perspective (1719) erop dat "de kennis van deze theorie van groot nut kan zijn bij het schilderen", en legde vervolgens in algemene termen uit hoe deze theorie toegepast kon worden op het mengen van verf – hoewel Newton had gewaarschuwd dat zijn kleurencirkel alleen van toepassing was op mengsels van licht. Vanuit deze misvatting zijn alle kleurencirkels van kunstenaars vertakt en tot bloei gekomen.

Hoewel sommige continentale wetenschappers het moeilijk vonden om Newtons kleurmengexperimenten te repliceren, of zijn weerlegging van de oude kleurentheorie weigerden te accepteren, had Newtons boek een doorslaggevende (en fel bediscussieerde) invloed op de kleuropvattingen in de 18e eeuw. Na eeuwen van vruchteloze en verwarrende speculaties over de oorsprong van kleur, scheidde zijn boek de mentale van de fysieke eigenschappen van kleur en legde het de basis voor de wetenschappelijke studie ervan.

een kleurencirkel gevormd op basis van
beoordelingen van kleurgelijkenis

uit Shepard (1962)

De Duitse alleskunner Hermann Grassmann (1809-1877) leverde een bijdrage aan dit werk door Newtons kleurencirkel opnieuw te bekijken. Hij gaf commentaar op recent experimenteel werk van Helmholtz en nam principes over die impliciet aanwezig waren in Newtons "zwaartepunt" -methode voor het voorspellen van kleurmengsels. Grassmann stelde het volgende voor:

1. Elke kleursensatie kan worden geanalyseerd aan de hand van drie wiskundig vaststelbare elementen: de tint, de helderheid en de helderheid van het gemengde wit.

2. Als een van de twee gemengde lichtbronnen continu wordt gewijzigd terwijl de andere lichtbron constant blijft, verandert ook het uiterlijk van de gemengde lichtbron continu.

3. Twee kleuren, die beide dezelfde tint en dezelfde verhouding gemengd wit hebben, geven ook identieke gemengde kleuren, ongeacht uit welke monochrome lichtbronnen ze zijn samengesteld.

4. De totale lichtsterkte van een lichtmengsel is de som van de lichtsterktes van de afzonderlijke lichtbronnen.

Op basis van deze principes kon Grassmann een belangrijk gevolgtrekking bewijzen:

Voor elke tint monochroom licht bestaat er een andere monochrome kleur die, wanneer ermee gemengd, kleurloos licht oplevert.

Grassmann verduidelijkte het principe dat lichtmengsels additief zijn in tint, helderheid en verzadiging (menging met "wit" licht), en dat kleursensaties daarom verband houden met lichtmengsels volgens kwantitatieve principes. Hij toonde ook aan dat elke monochromatische [homogene] tint een monochromatische complementaire kleur heeft — of (een punt dat Grassmann over het hoofd zag) een mengsel van extraspectrale "rode" en "violette" tinten — die samen "wit" produceren wanneer ze gemengd worden (diagram, rechts).

Tegenwoordig staan ​​deze principes, in een meer algebraïsche vorm, bekend als de wetten van Grassmann . Ze vormden het theoretische kader voor de kleurexperimenten van Helmholtz en James Clerk Maxwell in de jaren 1850. Deze experimenten legden de basis voor het trichromatische model van kleurmenging en de moderne studie van kleurwaarneming.

Hering's tegenstander processen

Een gevolg van Newtons heldere inzichten in de fysieke eigenschappen van kleur was dat wetenschappers in de 18e eeuw gebieden van subjectieve kleurbeleving konden identificeren , met name het verschijnen van complementaire tinten die worden opgewekt door een sterke kleurprikkel en die kunnen worden waargenomen in nabeelden , simultane kleurcontrasten en complementaire schaduwcontrasten . Deze onderzoeksactiviteiten evolueerden naar een romantische kleurentheorie die de nadruk legde op het conflict of antagonisme tussen complementaire kleuren, waaronder licht en donker. Deze thema's werden beroemd samengevat door de Duitse dichter en bureaucraat J.W. von Goethe in zijn Farbenlehre (1810) en verder uitgewerkt in het begin van de 19e eeuw door Duitstalige filosofen en wetenschappers, in het bijzonder de Boheemse fysioloog Jan Purkinje (1787-1869) in zijn Nieuwe subjectieve rapporten over het zien (1825).

Tegen de jaren 1850 was deze anekdotische en speculatieve benadering van kleur grotendeels verdrongen door de psychofysica , ofwel de kwantitatieve studie van stimulus en gewaarwording . Deze discipline ontstond in Duitsland, dankzij het werk van Ernst Weber (1795-1878), Gustav Fechner (1801-1887), Wilhelm Wundt (1832-1920), Hermann von Helmholtz en anderen. Psychofysici ontwikkelden de experimentele methoden en wiskundige vergelijkingen die nodig waren om de intensiteit van een basissensatie te koppelen aan kwantitatieve eenheden van de fysieke stimulus – gewicht in verhouding tot massa, helderheid in verhouding tot lichtintensiteit, toonhoogte in verhouding tot trillingsfrequentie, enzovoort. Tegelijkertijd ontwikkelden biologen de laboratorium- en dissectiemethoden die nodig waren om de fysiologie van zintuigen en het zenuwstelsel te begrijpen. Als gevolg hiervan begon de sensorische en biologische structuur van de waarneming te worden beschouwd als een geïntegreerd mechanisme dat gehoorzaamt aan fundamentele wetten die de verbinding tussen geest en materie kwantificeren .

Dit is het historische moment waarop de Boheemse fysioloog Ewald Hering (1834-1918) een nieuwe verdediging van de subjectieve kleurervaring en kleurantagonisme lanceerde, gepubliceerd als de monografie Zur Lehre vom Lichtsinne (Over een theorie van de lichtzintuig) in 1874 en als boek in 1878.

Herings Urfarben . Herings strategie was om te beginnen met kleurbeleving en van daaruit te proberen de kleurfysiologie af te leiden. Hij wees erop dat de trichromatische theorie, bepleit door Helmholtz, Arthur König en anderen, die drie soorten zenuwprikkels postuleerde die door drie soorten receptorcellen werden geproduceerd, verschillende goed onderbouwde waarnemingen in de kleurbeleving niet kon verklaren. Hering merkte op dat:

• Geel lijkt psychologisch gezien net zo fundamenteel als het trichromatische rood, groen of blauw, maar lijkt geen van die kleuren te bevatten.

• Dichromaten, die geen "rode" of "groene" kegeltjes hebben, kunnen noch rood noch groen zien, maar wel geel.

•  Deuteranopie (groenkleurenblindheid, veroorzaakt door een gebrek aan M- kegeltjes) zorgt er niet voor dat het punt van maximale spectrale helderheid verschuift van "groene" golflengten naar "rode" golflengten.

• De meeste kleuren van het spectrum lijken van tint te veranderen naarmate ze lichter of donkerder worden (het Bezold-Brücke-effect ), maar deze verschuivingen treden niet op bij puur blauw, groen of geel.

Op basis van dit soort aanwijzingen beweerde Hering dat vier oerkleuren , in de VS bekend als de vier unieke tinten: rood, geel, groen en blauw , perceptueel de belangrijkste waren . Hij veronderstelde dat ze werden geproduceerd door visuele stoffen of processen die zich ergens in het visuele systeem buiten het netvlies bevonden. Hij was vaag over de fysiologie, maar zeer precies over de 'pure' vorm van de unieke tinten, die hij gelijkstelde aan de kleur van monochromatisch licht bij 470, 500, 570 en 700 nm.

Herings antagonistische processen . Hering richtte zich vervolgens op kleurmengsels. Hij observeerde dat licht of oppervlaktekleuren een sensatie kunnen opwekken van rood gemengd met geel (oranje) of rood gemengd met blauw (paars), maar nooit de sensatie van rood gemengd met groen ("roodachtig groen" of "groenachtig rood") of geel gemengd met blauw ("geelachtig blauw" of "blauwachtig geel"). Dit bewees voor Hering dat de visuele substanties georganiseerd waren als antagonistische of antagonistische processen .

Bij het ene proces produceerde de assimilatie van visuele substantie de rode gewaarwording en de dissimilatie de groene gewaarwording; het andere proces produceerde de tegenovergestelde gewaarwordingen van geel en blauw. Wanneer de visuele substanties geneutraliseerd of in evenwicht waren, verdwenen beide kleuren die met dat tegenovergestelde proces geassocieerd waren.

Hering merkte ook op dat we ' s nachts vaak ons ​​kleurenzicht verliezen , maar nog steeds licht en donker zien. Dit overtuigde hem ervan dat helderheid losstaat van tint als proces van kleurenwaarneming. Hij stelde daarom twee extra 'kleuren' voor, wit en zwart , die de perceptie van helderheid of lichtheid creëren en tevens de chromatische zuiverheid van kleuren beïnvloeden door zich te mengen met de unieke tinten, waardoor minder intense (ontverzadigde) kleuren ontstaan ​​over het hele spectrum van schakeringen, tonen en nuances – wat Hering ' gesluierde kleuren' noemde . Hij erkende echter dat geel en rood een 'inherente helderheid' hadden en groen en blauw een 'inherente donkerheid', waardoor de perceptie van tint en helderheid zich vermengde. Hij merkte ook op dat wit en zwart niet verdwenen bij evenwicht, maar de positieve sensatie van grijs produceerden, wat betekende dat zwart en wit niet als tegengestelde processen aan elkaar gekoppeld zijn .

Samenvattend stelde Hering voor dat er zes fundamentele kleurprocessen zijn die gerangschikt zijn als drie visuele contrasten, waaronder twee tegenovergestelde processen . Deze zijn:

w & k stoffen (?) • wit naar zwart

r/g tegenstanderproces • rood (+) vs. groen (–)

y/b tegenstanderproces • geel (+) vs. blauw (–)

De achromatische gewaarwording van middengrijs ontstaat wanneer alle substanties en tegengestelde processen in evenwicht zijn.

Hering deed zijn best om zijn theorie aan te passen aan Newtons kleurencirkel . Ongeveer de helft van de kleuren op de cirkel kan worden beschreven als een combinatie van geel en de andere helft als een combinatie van blauw; deze halve cirkels overlappen met twee tegenoverliggende gebieden van rood en groen, die loodrecht op het geel en blauw staan, net als de vier windrichtingen van een kleurenkompas. Binaire mengsels van twee willekeurige, unieke kleuren die dicht bij elkaar liggen (één kleur van elk van de twee tegenoverliggende processen) zouden alle spectrale kleuren ertussen verklaren, inclusief de extraspectrale paarse tinten tussen rood en blauw.

De kleurencirkel verklaard door twee tegengestelde processen

een combinatie van twee illustraties van Ewald Hering (1920), gespiegeld om overeen te komen met de moderne oriëntatie van het kleurenwiel.

De buitenste ring toont overlappende hoeveelheden van naburige, tegenovergestelde processen. Deze taps toelopende kleurbanden laten zien dat naburige, unieke tinten in elke verhouding gemengd kunnen worden. Tegengestelde tinten – rood versus groen, en geel versus blauw – overlappen elkaar niet in de buitenste cirkel: ze kunnen niet mengen. Een lijn door de buitenste ring geeft de relatieve verhoudingen aan van twee unieke kleuren die nodig zijn om de binnenste kleurencirkel te creëren . Herings voorbeelden (in de linkerbenedenhoek) laten zien dat een mengsel van 25% uniek blauw en 75% uniek rood een karmozijnrood oplevert, terwijl een mengsel van 75% blauw en 25% rood een blauwviolet oplevert, en een 50%/50% mengsel violet. Andere mengsels produceren oranje, geelgroen en blauwgroen om de cirkel te voltooien.

Hoewel Hering geen volledig kleursysteem beschreef, gaven zijn geschriften over kleur wel de basisgeometrie voor het Zweedse NCS- kleurmodel aan.

Zoals in het volgende hoofdstuk wordt uitgelegd, is gebleken dat tegengestelde contrasten fundamenteel zijn voor kleurenzien . Het is dan ook ironisch dat de meeste specifieke verklaringen van Hering over kleurenblindheid en kleurwaarneming onjuist zijn gebleken, of dat de gegevens waarop hij zich baseerde gebrekkig of onvolledig waren. Zijn concept van "visuele substanties" die direct bewuste sensaties veroorzaken en werken in chemische tegenstelling, zoals zuur en base, is in verschillende opzichten onjuist. De tegengestelde contrasten die aan kleurenzien ten grondslag liggen, zijn niet gebaseerd op de unieke tinten. Tegengestelde contrasten kunnen alleen worden geïdentificeerd in neurale paden tussen het netvlies en de visuele cortex, niet in hersengebieden die geassocieerd worden met kleurherkenning of kleurbenoeming. Hering was een vernieuwer die belangrijke en geldige algemene principes ontdekte, ondanks een gebrekkige interpretatie van de feiten.

De opponentfuncties . Gedurende enkele decennia na de publicatie van Herings ideeën betwistten Hering en Helmholtz, en later hun aanhangers, de theoretische mechanismen en het onderzoeksbewijs voor de trichromatische en opponenttheorieën. De trichromatische theorie en de opponentprocestheorie werden doorgaans gezien als onverenigbare verklaringen voor kleurenzien.

Halverwege de 20e eeuw concludeerden onderzoekers dat beide theorieën nodig waren om de fysiologische processen van kleurwaarneming te verklaren. Deze hybride modellen werden voor het eerst voorgesteld door Johannes von Kries en G.E. Müller in de jaren 1890 en werden in 1930 definitief geherformuleerd door Müller als een zonetheorie van kleurenzien. Zonetheorieën leiden de tegendimensies af uit de trichromatische retinale responsen door een stapsgewijze transformatie of hercodering over drie of meer stadia of zones. In 1949 specificeerde D.B. Judd Müllers fysiologische theorie als toetsbare vergelijkingen gebaseerd op de kegeltjesfundamenten van de CIE-standaardwaarnemer . Tegenwoordig vormen deze tegendimensies de basis voor de meeste moderne modellen van kleurwaarneming .

hercodering van de dimensies van de tegenstander op basis van trichromatische outputs

In de jaren vijftig ontwikkelden Leo Hurvich en Dorothea Jameson een kwantitatieve kleurannuleringsmethode om de tegengestelde functies te meten door monochrome kleuren te ontleden in een mengsel van twee van de vier unieke kleuren. Hun methode maakt gebruik van dezelfde kleuraanpassingstechnieken die ontwikkeld zijn om de kegeltjesfundamentals te meten, zoals bepleit door Helmholz.

Bij deze procedure kozen de kijkers of de experimentatoren vier golflengten van licht die overeenkwamen met Herings unieke tinten . (Een mengsel van "rode" en "violette" golflengten moest worden gebruikt om een ​​unieke rode kleur te produceren.) De intensiteit van elk licht werd vervolgens aangepast, zodat gelijke delen rood en groen overeenkwamen met de helderheid van uniek geel, en gelijke delen geel en blauw overeenkwamen met de helderheid van uniek groen.

Vervolgens werd een vijfde golflengte gekozen als testkleur. De waarnemers gebruikten een lichtmengapparaat om het testlicht te mengen met de twee unieke tinten die het dichtst bij de complementaire kleuren (tegenover elkaar op de kleurencirkel ) van het testlicht lagen, totdat het mengsel een zuiver "wit" licht produceerde. Dit werd herhaald voor testlichten met regelmatige tussenafstanden over het hele spectrum.

Grassmanns diagram van
monochromatische complementaire kleuren

De stippellijn toont een complementaire mengeling van "geel" en "indigo" licht; de letters duiden Fraunhofer-spectrale absorptielijnen aan; uit Grassmann (1853)

Ten slotte werden de verhoudingen (relatieve luminanties) van de twee unieke tinten die nodig zijn om een ​​derde monochromatisch licht bij elke golflengte te neutraliseren, gecombineerd tot twee chromatische responsfuncties . Representatieve curven, geproduceerd door twee individuele proefpersonen, worden rechts weergegeven; theoretische curven, gebaseerd op de CIE 10°-standaardwaarnemer , worden hieronder weergegeven.

tegenstanderfuncties in spectrale tinten

Chromatische responsfuncties voor de CIE 1964 standaardwaarnemer ; van Hurvich & Jameson (1955); de unieke tinten bevinden zich op B, G en Y (uniek rood is samengesteld uit een mengsel van "rood" en "violet" licht).

Zoals hier weergegeven, vertegenwoordigt de horizontale nullijn de balans tussen de twee unieke tinten in een enkele tegengestelde functie. De afstand van een curve boven of onder de lijn geeft de relatieve hoeveelheid van elke unieke tint weer die nodig is om de spectrale tint bij elke golflengte te evenaren (in plaats van te neutraliseren) (dat wil zeggen, het zijn tetrachromatische kleurafstemmingsfuncties).

De y/b-tegenfunctie wordt weergegeven door de geel/blauwe curve. Het gebied waar de gele curve boven de horizontale lijn ligt, met een maximum bij "geelgroene" golflengten, duidt op kleuren die een beetje geel lijken te bevatten. Het gebied waar de blauwe curve onder de lijn ligt, met een maximum bij "blauwviolet", duidt op tinten die een beetje blauw bevatten. Deze y/b-functie contrasteert de lange en korte golflengte-uiteinden van het spectrum.

De r/g-tegenfunctie (rood/groen-curve) codeert tinten die een beetje rood lijken te bevatten (de gebieden waar de rode curve boven de horizontale lijn ligt, met pieken in "blauwviolet" en "scharlaken" golflengten) tegenover tinten die een beetje groen bevatten (het gebied waar de groene curve onder de lijn ligt, met een maximum in "middengroen"). Deze r/g-functie contrasteert de middelste golflengten van beide uiteinden van het spectrum.

De unieke tinten verschijnen op elk punt waar een van de tegengestelde functies zich op de nullijn bevindt, waar deze de door de andere tegengestelde functie gecreëerde tint niet kan beïnvloeden of veranderen. Zo verschijnt uniek geel op het evenwichtspunt met lange golflengte in de rood/groen -tegengestelde functie, rond 573 nm, en uniek blauw op het evenwichtspunt met korte golflengte rond 472 nm. Op dezelfde manier verschijnt uniek groen op het enige evenwichtspunt in de geel/blauw -functie, rond 492 nm. (De exacte locatie van deze unieke tinten varieert per individu .)

En hoe zit het met uniek rood? Er is geen punt in het zichtbare spectrum waar het geel/blauw- contrast de neutrale lijn een tweede keer kruist – beide contrasten nemen af ​​naar neutraal naarmate het spectrum onzichtbaar wordt, en nabij-infrarood "rood" licht (boven 700 nm) lijkt eigenlijk geler (scharlakenrood) naarmate de golflengte toeneemt tot 900 nm. Om uniek rood te produceren uit monochromatisch licht, moet een kleine hoeveelheid "violet" worden toegevoegd aan spectraal "rood" licht om de gele tint te neutraliseren. (Dit is een van de redenen voor de S -kegelinput bij de rood/groen-tegenstandercodering .)

Ten slotte namen Hurvich en Jameson de fotopische gevoeligheidsfunctie (grijze curve) over om de witheid/zwartheid- of w/k-tegenstellingsfunctie weer te geven . Procedureel stelden ze de w/k- curve gelijk aan de hoeveelheid "wit" licht die werd geproduceerd door het neutraliserende mengsel van spectrale en complementaire tegenkleuren. Maar deze curve verhult verschillende problemen. Hij houdt geen rekening met de additiviteitsfouten in spectrale mengsels, en zwartheid is geen kleursensatie die wordt gecreëerd door geïsoleerde kleurmengsels — het ontstaat door het luminantiecontrast tussen een kleurstimulus en het kleurgebied eromheen. Luminantieperceptie is feitelijk gestructureerd als een helderheid/zwartheid ( b/k )-tegenstellingsdimensie: wit is de neutrale waarde ervan.

tegenfunctiecurven voor twee individuele proefpersonen

naar Jameson & Hurvich, 1955

Wat zijn de opponentfuncties? Op een vorige pagina heb ik vermeld dat een aantal studies de reflectiecurven van een groot aantal kleurstalen uit het Munsell-kleursysteem hebben geanalyseerd. Wanneer de correlaties tussen al deze reflectieprofielen statistisch worden vereenvoudigd, resulteren ze in drie wegingsfuncties (rechts) die de oorspronkelijke reflectieprofielen met een nauwkeurigheid van 95% tot 99% reconstrueren, afhankelijk van de studie. Het patroon van pieken en kruisingen van deze basisfuncties is uiterst efficiënt in die zin dat elke oppervlaktekleur kan worden gedefinieerd door een unieke locatie in slechts drie dimensies .

Deze curven komen duidelijk overeen met de algemene vorm van de drie chromatische responsfuncties : curve 1 is de w/k- functie, curve 2 is de y/b -functie en curve 3 is de r/g -functie. Er zijn discrepanties in de exacte vorm en de kruispunten van de curven (vooral in functie 1), maar deze discrepanties kunnen worden toegeschreven aan vier factoren: (1) reflectiecurven zijn een fysieke specificatie van de kleurstimulus, geen perceptuele specificatie via de kegeltjes; (2) reflectiecurven definiëren de kleur onafhankelijk van elke lichtbron, terwijl de menselijke opponentfuncties zijn geoptimaliseerd voor chromatische adaptatie langs de dimensies van chromatische variatie in de daglichtfasen ; (3) de reflectievariaties in de Munsell-kleurstalen worden tot op zekere hoogte beperkt door het beperkte aantal pigmenten dat gebruikt is om ze te produceren; en (4) verreweg het grootste deel van de natuurlijke oppervlaktekleuren is zwak chromatisch en tamelijk donker, wat betekent dat het Munsell-systeem een ​​onevenredig groot aantal verzadigde en lichtwaardige kleuren bevat.

Afgezien van deze kwesties, als we de grootte van de gewichten die aan verzadigde Munsell-tinten zijn toegekend uitzetten op de tweede en derde wegingsfunctie, rangschikken de kleurstalen zich opnieuw in een kleurencirkel (rechts) met een nauwkeurige koppeling van complementaire tinten — geelgroen tegenover diepblauw en rood tegenover blauwgroen. Dit is overtuigend bewijs dat, zoals we zouden verwachten, de perceptuele structuur van kleurenzicht sterk is afgestemd op de reflectiestructuur van natuurlijke oppervlakken.

wegingsfuncties die de spectrale profielen van 1270 Munsell-kleurmonsters voorspellen

kleurencirkel gecreëerd door de spectrale wegingsfuncties

uit Lenz, Osterberg et al. (1996)

Het omzetten van de trichromatische signalen in de opponentfuncties zou niet moeilijk zijn voor een neuraal netwerk dat de kegelsignalen flexibel kan optellen, aftrekken en herwegen. Het diagram (rechts) toont bijvoorbeeld de Hurvich- en Jameson -opponentfuncties (kleur) over curven die zijn afgeleid als eenvoudige gewogen sommen van de lineaire, populatiegewogen grondtonen van de kegeltjes (grijs); de getallen geven het gewicht en het teken aan dat op elke kegeluitvoer is toegepast.

Merk op dat de output van de S-kegeltjes sterk gewogen moet worden om de y/b -tegenfunctie te evenaren die is afgeleid uit kleurannulerings experimenten. Dit toont de perceptuele overwaardering van S-kegeltjes aan wanneer we hun grote bijdrage aan de tegendimensies vergelijken met hun geringe aantal in vergelijking met de veel vaker voorkomende staafjes, L- en M- fotoreceptoren.

Dit alles impliceert dat de golflengteposities van de unieke tinten een bijproduct zijn van de tegengestelde dimensies . Het feit dat we dezelfde kleurencirkel en complementaire kleurcontrasten verkrijgen uit twee volledig verschillende analyses van de kleurruimte (de statistische analyse van reflectieprofielen en de kleurannuleringsbeoordelingen van menselijke proefpersonen) impliceert dat de oriëntatie van de tegengestelde dimensies – en daaruit voortvloeiend de locatie van de unieke tinten – van secundair belang is. Het is de algehele structuur van de kleurencirkel die kleurenzicht moet reproduceren, niet de oriëntatie van de kleurencirkel naar specifieke kompaspunten van "unieke tinten". Er bestaan ​​in feite grote individuele verschillen in de identificatie van unieke tinten, wat sterk suggereert dat de tinten structureel niet fundamenteel zijn voor kleurenzicht.

Een uitzondering hierop vormt mogelijk de gele balans tussen L- en M-kegeltjes , de minst subjectieve van de vier unieke tinten. Als de output van de M -kegeltjes ongeveer verdubbeld wordt (ter compensatie van de 2:1 meerderheid van L- kegeltjes in het netvlies), dan bevindt uniek geel zich op het nulpunt ( L – 2M = 0 ). De S -kegeltjes kunnen deze balans niet beïnvloeden, omdat de gevoeligheid van de S-kegeltjes voor golflengten van "geelgroen" tot "rood" (boven 550 nm) feitelijk nul is, en omdat de piekrespons van de S -kegeltjes (bij 445 nm) de complementaire "violetblauwe" tint is van uniek geel (tussen 565 nm en 575 nm, afhankelijk van de kleurtemperatuur van het licht dat gebruikt wordt om "wit" te definiëren). De S- kegeltjes lijken geel eerder te desatureren dan de tint ervan te verschuiven.

Geel rond 570-575 nm is (niet toevallig) de richting van zowel kleurverschuivingen in daglichtchromaticiteit als van de gele tint die zich met de leeftijd in de lens ophoopt. Door het geel/zwart- contrast op deze tint te baseren, kunnen de perceptuele vertekeningen die worden veroorzaakt door lensvergeling en de externe beperkingen van natuurlijke lichtvariaties worden gecompenseerd door één enkele dimensie. Als dit de cruciale afstemming is, zou de rood/groen- dimensie zich tijdens de ontwikkeling aanpassen om een ​​nagenoeg onafhankelijk contrast te bieden ten opzichte van de objectief gecorreleerde geel/zwart- dimensie, wat zou leiden tot de relatief grotere individuele verschillen in de keuze van uniek rood en uniek groen.

gewogen sommen van de kegelfundamenten die overeenkomen met de r/g- en y/b-tegenstanderfuncties

Ten slotte kunnen de spectrale tinten waar de r/g- of y/b -tegenfuncties in evenwicht zijn, zoals weergegeven in het CIELUV -chromaticiteitsdiagram (rechts), worden vergeleken met het witpunt of het evenwichtspunt tussen twee fotoreceptoruitgangen die ontstaan ​​bij verschillende vormen van kleurenblindheid . Bij trichromatisch zicht verschijnen twee gebieden met verminderde kleurzuiverheid rond 490 nm ("cyaan") en 570 nm ("geel"), en de kleur wit verschijnt als een enkel punt in het chromaticiteitsdiagram. Bij tritanopie (ontbrekende S- kegel) loopt de witte lijn van 570 nm tot 460 nm – bij normaal zicht een zeer nabije visuele complementaire kleur van uniek geel. Bij protanopie (ontbrekende L- kegel) verandert het witpunt in een verwarringslijn dwars door het chromaticiteitsdiagram van 494 nm ("cyaan") tot ongeveer 494 nm: alle kleuren op deze lijn lijken neutraal of achromatisch. Bij deuteranopie (ontbrekende M- kegel) loopt de witte lijn van 499 nm ("cyaan") tot ongeveer 499 nm. Beide verwarringslijnen liggen dicht bij het trichromatische unieke rood op ongeveer 495 nm. Dit impliceert dat uniek rood een iets betrouwbaarder ankerpunt is voor de r/g -dimensie, wat bevestigd lijkt te worden door de veel grotere individuele verschillen in de perceptie van uniek groen in vergelijking met uniek geel of rood.

van kegels tot kleuren

Nu kunnen we de specifieke stappen onderzoeken die nodig zijn om van de grondbeginselen van de Helmholtz-kegel tot de Hering-tegendimensies te komen – het proces dat beschreven wordt door zonetheorieën uit de 20e eeuw .

Dit probleem kan worden onderzocht met behulp van grafische data-analyse , een methode die al meer dan een eeuw door multivariate statistici wordt gebruikt. Hiermee kunnen we complexe wiskundige concepten bekijken aan de hand van afbeeldingen in plaats van getallen, en kunnen we complexe transformaties in eenvoudige geometrische termen weergeven.

Door grafische aanpassingen aan de kleurruimte te maken — de lengte van kleurdimensies te veranderen, onze kijk op de dimensies te roteren, de hoek tussen dimensies aan te passen — kunnen we de transformaties van kegeltjes naar kleuren zien als expliciete sculpturale stappen.

Een geometrische kleurstandaard . Om te beginnen hebben we een grafische standaard nodig voor het geometrische patroon dat we verwachten te vinden in de kleurweergave van kleurstalen die correct zijn omgezet vanuit de lichtprikkeling die in de kegeltjes wordt geproduceerd.

Sinds de jaren twintig van de vorige eeuw is het Munsell-kleursysteem de meest gebruikte standaard in kleuronderzoek . Het Munsell-systeem kan worden gebruikt om kleuren te definiëren die als gelijkmatig verdeeld worden waargenomen in tint en verzadiging over gelijke waardeverschillen (helderheid of grijsschaal). Daarnaast geven de Munsell-tinten 5R , 5Y , 5G en 5B de unieke Hering-tinten rood, geel, groen en blauw ongeveer weer .

Het Munsell-systeem rangschikt kleuren langs gelijkmatig verdeelde, radiale tinthoeken en cirkelvormige chromaniveaus vanuit het achromatische punt bij elk helderheidsniveau. Deze ideale geometrie is het best herkenbaar in de oriëntatie zoals weergegeven in het onderstaande diagram, dat alle tinten binnen het chromabereik toont dat typisch is voor kunstenaarsverf, en bij de twee Munsell-waarden 4 en 8.

Verdeling van Munsell-kleurstalen
in een ideale perceptuele ruimte.

Munsell-doelkleuren met intervallen van 2,5 tinten voor chromawaarden van /2 tot /12 bij Munsell-waarden 4 en 8; de kleuren zijn slechts ter illustratie; de ​​Munsell-tintvolgorde is omgekeerd (stijgt tegen de klok in) om overeen te komen met moderne kleurmodellen.

Dit patroon vat de verwachte relaties samen tussen kleurwaarneming en metingen van tint, verzadiging of helderheid: verzadigingsverschillen zijn gelijk over alle verzadigingsniveaus en voor alle tinten; lijnen met een constante tint zijn radiaal, recht en gelijkmatig verdeeld rond de tintcirkel; de "kompaspunt"-kleuren zijn Munsell-tinten 5Y , 10R , 5PB en 10BG ; en deze relaties zijn hetzelfde voor alle helderheidsniveaus. Een andere relatie, die niet zichtbaar is in het diagram, is dat elk tint-/verzadigingsvlak loodrecht staat op de achromatische as (zoals een wiel op een as).

Om deze grafische vergelijkingen te kunnen maken, moeten de kleurdiagrammen hoogte en breedte in gelijke schaaleenheden weergeven, de kleurruimte zo draaien dat ons gezichtsveld recht naar beneden langs de achromatische as (de grijsschaal) is gericht, en lichtgeel ( 5Y ) bovenaan de kleurencirkel en rood ( 5R ) rechts ervan plaatsen. Ze zijn bovendien gebaseerd op de (zeker onjuiste) aanname dat het Munsell-kleursysteem kleuren met perfecte nauwkeurigheid verdeelt.

Kegeltjesexcitatieruimte . De eerste fase in alle zonetheorieën komt overeen met de transductie van licht door de kegeltjesfundamenten , die de relatieve hoeveelheid fotoreceptor-excitatie bepalen die wordt geproduceerd door licht van verschillende golflengten.

De totale stimulatie wordt berekend door bij elke golflengte de L- , M- en S- kegelgevoeligheid te vermenigvuldigen met de spectrale emissiecurve van de kleur , en vervolgens de producten over alle golflengten in het zichtbare spectrum bij elkaar op te tellen. Dit levert een drietal kegelstimulaties op — L _e , M _e en S _e — die de geometrisch onregelmatige en gebogen kegelstimulatieruimte creëren die eerder werd geïntroduceerd om de stimulatie van de kegeltjes door monochromatisch licht te beschrijven.

Het is niet mogelijk om de prikkeling van kegeltjes rechtstreeks te meten. In plaats daarvan wordt een transformatiefunctie toegepast op de XYZ-tristimuluswaarden om de L- , M- en S- waarden voor elk kleurmonster te schatten.

Deze ruimte heeft heel andere kenmerken als het gaat om de weergave van oppervlaktekleuren, zoals hieronder te zien is aan de hand van Munsell-kleurstalen binnen het bereik dat typisch is voor kunstenaarsverf (Munsell-waarden 1 tot 9 bij chroma-niveaus van 12 tot 12).

Munsell-kleursysteem in de kegeltjes-excitatieruimte

Munsell-doelkleuren voor chromawaarden van /2 tot /12 bij Munsell-waardestappen 1 tot 9

In deze weergave is de ruimte voor kegelstimulatie een kubus, waarbij de L- , M- en S -kegelstimulaties worden weergegeven als de diepte, horizontale en verticale afstanden vanaf de linkerachterhoek ( 0 ); de kubus is iets naar voren gekanteld om de verschillen in de L- richting beter zichtbaar te maken .

De kleurprikkels bevinden zich in een klein gebied van de totale kubieke ruimte en vormen een smalle, elliptische kegel met de top in de oorsprong (nul excitatie in alle drie de kegeltjes). Dit is de fundamentele topologie van het menselijk kleurenzicht. De tinten zijn georiënteerd met geel naar beneden (omdat geel vrijwel geen stimulatie in de S- kegeltjes veroorzaakt). Een grafiek van de oorspronkelijke XYZ-waarden levert een vrijwel identieke kleurverdeling op.

Elk waardevlak is vrijwel perfect vlak, de kleurhoeken zijn allemaal nagenoeg recht en radiaal vanuit het achromatische punt, en complementaire kleuren liggen radiaal tegenover elkaar. De kromming van de kleurruimte die wordt geproduceerd door monochrome kleurprikkels is niet zichtbaar in oppervlaktekleuren.

lijnen met evenwichtige (nul)waarden op de r/g- of y/b-tegenstanderfuncties

naar Burns et al. (1984)

De kleurverdeling vertoont echter enkele eigenaardigheden, die duidelijk worden wanneer men van de zijkant of van bovenaf kijkt (diagram, rechts). De achromatische as (witte lijn, boven), die de zuivere grijswaarde bij elke helderheidswaarde snijdt, vormt een stijgende diagonaal door de ruimte, terwijl de luminantiefunctie (groene lijn, boven) in het L,M- vlak ligt. Dat wil zeggen dat de S- kegel bijdraagt ​​aan de chromaticiteit, maar niet aan de luminantie ; witheid is niet hetzelfde als helderheid.

Elk Munsell-waardevlak staat loodrecht op het L,M -vlak, zodat de projecties van alle kleuren op het vlak een reeks lijnen vormen die de luminantiefunctie kruisen (grijze lijnen hierboven), maar de tintvlakken kruisen zowel de luminantiefunctie als de achromatische as onder een schuine hoek.

Vervolgens oriënteren we de kleuren op waarden 4 en 8 om te voldoen aan de Munsell-ideaalstandaard (hierboven). Om dit te doen, moet de ruimte worden gedraaid of geroteerd zodat de achromatische as is uitgelijnd met de kijkrichting, en vervolgens ondersteboven worden gedraaid zodat geel bovenaan komt te staan, zoals hieronder weergegeven.

Munsell-kleurmonsters in de kegeltjesexcitatieruimte

Munsell-doelkleuren voor waarde/chroma 4/2 tot 4/12 en 8/2 tot 8/12, na rotatie loodrecht op de achromatische as en plaatsing van de helderheidsdimensie bovenaan; de Munsell-tintvolgorde is omgekeerd (stijgt tegen de klok in) om overeen te komen met moderne kleurmodellen.

De mate van rotatie hangt af van hoe de kegeltjesfundamentals worden gewogen (ofwel hoe het witpunt wordt gedefinieerd), maar een draaiing van ongeveer 45° rond de S- as en vervolgens een kanteling van 30° naar beneden rond de nieuwe L-M -as brengt alle grijspunten ( wp ) samen boven de oorsprong. In deze oriëntatie is de fundamentele tweedelige geometrie van de kegeltjesexcitatieruimte zichtbaar: de L+M- excitaties definiëren de horizontale dimensie en de S -as de verticale dimensie.

Nu kunnen we de asymmetrieën in de kegeltjesexcitatieruimte opsommen die verholpen moeten worden om de geometrie van gelijkmatig verdeelde kleurstalen te verkrijgen:

(1) Bij lagere waarden zijn grotere toenames in kegeltjesstimulatie nodig om de lichtheid naar de volgende Munsell-waarde te verschuiven, hoewel er een constante verhouding bestaat tussen de kegeltjesstimulatie bij aangrenzende waardeniveaus. (Zie diagram, rechtsboven.)

(2) Bij lichtere waarden zijn grotere toenames in kegelstimulatie nodig om gelijke chromaveranderingen te produceren, zoals blijkt uit de toegenomen diameter van het tintvlak en van de binnenste (chroma = 2) ring bij waarde 8 vergeleken met waarde 4.

(3) De tint-/verzadigingsvlakken zijn niet cirkelvormig maar elliptisch: de excitatieafstanden tussen verzadigingswaarden zijn veel kleiner in de L- en M- richting dan in de S- richting.

(4) De kleurhoeken zijn niet gelijkmatig verdeeld; in plaats daarvan zijn de kleurverschillen tussen sommige kleuren (geel, oranje en blauw) veel kleiner dan tussen andere (magenta en groen).

(5) Elk tint-/chroma-vlak van kleuren met gelijke helderheid of Munsell-waarde is niet loodrecht op de luminositeitsdimensie of op de achromatische as.

Merk op dat de verdeling van oppervlaktekleuren in de excitatieruimte van de kegeltjes veel regelmatiger is dan de verdeling van monochromatisch licht . Kleurenzicht is aangepast om oppervlaktekleuren nauwkeurig waar te nemen, niet spectrale tinten of regenbogen.

Kegelcontrastruimte . De volgende stap in kleurenzicht omvat eigenlijk meerdere kleurtransformaties. In moderne kleurwaarnemingsmodellen en chromaticiteitsdiagrammen moeten kegelstimulaties worden aangepast door middel van responscompressie, de definitie van voorlopige tegendimensies en een volledige scheiding van de helderheids- en chromaticiteitsdimensies.

Fysiologische en psychofysische studies van de afgelopen decennia hebben aanvullende vroege transformaties verduidelijkt, met name de hercodering en normalisatie van kegeltjesoutput als een kegeltjescontrastruimte die is verankerd aan de achtergrond- of adaptatiewaarden.

Responscompressie . De output van de fotoreceptoren signaleert feitelijk veranderingen in licht ten opzichte van de basale celstimulatie. Fotoreceptoren signaleren geen absoluut niveau van lichtenergie, maar een relatief of proportioneel verschil of contrast ten opzichte van de hoeveelheid licht die eraan voorafging. De reacties van de kegeltjes omvatten dus al een deel van de luminantie-adaptatie aan de gemiddelde luminantie en de chromatische adaptatie aan de gemiddelde chromaticiteit van het gezichtsveld. Verdere aanpassingen vinden ook plaats in latere stadia van het visuele proces.

Dit wordt gespecificeerd als een tweede drietal kegeltjeswaarden — La _, Ma _en Sa _— die de basisrespons van de kegeltjes kwantificeren. (In de vroege CIE-kleurenmodellen , die direct gebaseerd zijn op _XYZ - tristimuluswaarden , is het adaptatiedrietal de lichtbronspecificatie Xw _{Yw Zw} , waarbij Yw altijd ₁₀₀ is .)

De contrastwaarden LΔ , MΔ en _SΔ zijn dan de contrastverhouding van kleurstimulatie ten opzichte _van adaptatiestimulatie _:

Deze contrastwaarden kunnen positief of negatief zijn; het nulpunt of de oorsprong van de ruimte vertegenwoordigt de L _a , M _a en S _a waarden. Het belangrijkste kenmerk van deze contrast- of veranderingsverhoudingen is dat ze een vergelijking vormen tussen twee verschillende stimuli (de kleur en de adaptatieachtergrond), wat een Weber-fractie definieert. De wet van Fechner stelt dat een stimuluscontrast een gelijk waargenomen kleurcontrast zal produceren wanneer de kleurstimulus een constant proportioneel verschil ( ΔL ) is ten opzichte van de basisstimulus ( L _a ).

Deze contrastruimte maskeert de absolute kleur en helderheid van het gezichtsveld (omdat alle adaptatietoestanden gelijk aan nul worden gesteld), maar de standaardpraktijk is om het witpunt te gebruiken om adaptatie aan een achromatische achtergrond weer te geven die als "wit" of "grijs" wordt waargenomen (voor oppervlaktekleuren) bij een specifiek luminantieniveau. Een lastiger probleem is dat de dimensies van de ruimte relatieve toenames of afnames in kegelstimulatie weergeven, die verschillen voor verschillende waarnemers, adaptatieachtergronden, ruimtelijke of temporele variaties in de stimulus, of de mate van kleurcontrast. Een gebruikelijke procedure is om elke dimensie evenredig te maken aan de maximaal mogelijke stimulatie in elke situatie.

In moderne modellen voor kleurwaarneming, die direct werken met stimulushoeveelheden (in de vorm van colorimetrische tristimuluswaarden ) in plaats van kegeltjesstimulatie, wordt de responscompressie gedefinieerd als een machtstransformatie of exponent die wordt toegepast op de tristimuluswaarden voordat andere transformaties worden uitgevoerd.

Zijaanzicht en bovenaanzicht van Munsell-kleuren in de kegeltjesexcitatieruimte.

In verschillende kleurmodellen en bij de toepassing op chromatische of luminantie-responsen zijn verschillende exponenten gebruikt. Het diagram (rechts) illustreert het probleem in termen van de luminantiefactor (CIE Y ) van een oppervlak in relatie tot de waargenomen helderheid (Munsell V ). Bij donkere waarden leidt een relatief kleine toename van de luminantiefactor tot een zeer grote verandering in de waargenomen helderheid, terwijl bij lichte waarden een grote verandering in de luminantiefactor een steeds kleinere verandering in de waargenomen helderheid teweegbrengt. Zoals getoond, zorgt het toepassen van een exponent op de gekromde stimulusgrootheden Y ervoor dat deze ongeveer overeenkomen met de lineaire waargenomen grootheden V. ( CIECAM gebruikt de exponent 0,43; CIELAB gebruikt de exponent 0,33 en past vervolgens voor de helderheidsschaal L het snijpunt en de helling van de resulterende lijn aan.)

effect van responscompressie op chroma-afstand

Munsell-doelkleuren voor waarde/chroma 4/2 tot 4/12 en 8/2 tot 8/12

Zoals hierboven weergegeven, heeft de compressie-exponent (0,33) een complexer effect op de tint/verzadigingsvlakken. Het geeft de verzadigingsringen een nagenoeg gelijke diameter bij elk helderheidsniveau en vermindert enigszins de elliptische vorm van de verzadigingscontouren, voornamelijk door de relatieve verhoudingen langs de verticale ( S- kegel) dimensie te veranderen. Dit verandert de geometrische verdeling van kleuren van een elliptische kegel naar een elliptische cilinder; maar het vergroot de helling naar rechts van de verzadigingsgrenzen.

Merk op dat de chroma-afstand aanzienlijk toeneemt in gele tinten bij alle helderheidsniveaus, voornamelijk door het exponentiële effect op de extreem kleine S- kegelwaarden. Dit impliceert dat alle kegeltjes paradoxaal genoeg hun grootste relatieve invloed hebben op kleurdiscriminatie (chroma- en tintverschillen) wanneer hun signalen bijna nul zijn. Hetzelfde effect is zichtbaar in de bijna verticale helling van de Y- functie bij een luminantiefactor die bijna nul is (diagram, rechts).

Postreceptorale opponentcontrasten . De kegelcontrastruimte, gedefinieerd door de _LΔ , MΔ en SΔ , _{biedt het kader voor de} definitie van voorlopige opponentcontrasten van de trichromatische output.

Deze tegengestelde contrasthercodering was de tweede fase in vroege zonetheorieën. Het bundelt de contrastinformatie vroeg in het visuele systeem om de nauwkeurigheid van het signaal te behouden en om aparte visuele kanalen te creëren voor luminantie (helderheid) en chromaticiteit (tint/verzadiging) informatie. Deze postreceptorale tegengestelde contrasten zijn gemeten in vroege visuele banen en vertonen een zeer verschillend respons- en adaptatiegedrag ten opzichte van visuele contrasten in ruimte of tijd. Ze worden doorgaans als volgt gedefinieerd:

exponentiële compressie van de luminantiefactor om de waargenomen helderheid te evenaren

De versie die in 1984 werd voorgesteld door Derrington, Krauskopf & Lennie (bekend als de DKL-tegenstanderruimte ) is bijzonder invloedrijk geweest binnen het neurofysiologische onderzoek naar kleurenzien. Deze is gebaseerd op een isoluminant chromaticiteitsdiagram dat is ontwikkeld door Donald MacLeod en Robert Boynton (diagram, rechts).

Deze kleurruimte standaardiseert alle waarden op basis van de luminantierespons Lum ( L+M ) en geeft alle drie de kegelresponsen een gelijk gewicht. Sommige kleurruimten verdubbelen de M- respons op het rood/groen-contrast ( L–2M ).

De Lum- en L–M- dimensies worden gecreëerd door een enkele orthogonale rotatie van ongeveer 43° rond de S- as van de kegeltjesexcitatieruimte, waardoor de lichtkrachtas wordt uitgelijnd met de kijkrichting naar de kleurstalen. Deze nieuwe dimensies zijn eenvoudigweg gewogen sommen van de oorspronkelijke kegeltjesexcitatiedimensies, als volgt:

Deze procedure dwingt ook een nieuw onderscheid af tussen de luminantie- en achromatische assen. Als de Lum ( L+M )-dimensie een S- uitvoer bevat, is een tweede rotatie van ongeveer 26° rond de L–M -dimensie toegepast om de achromatische punten uit te lijnen met de kijkrichting. Dit definieert een witheid/zwartheid- of lichtheidsinductiedimensie ( W ).

De vernieuwingen hier zijn dat de prikkels van de kegeltjes zijn gecombineerd volgens specifieke verhoudingen die contrast, prioriteit en onafhankelijkheid tussen de signalen van de kegeltjes creëren; en dat er vier verschillende grootheden – Lum , W , L–M en Lum–S – een rol spelen.

Het scheiden van chromaticiteit en helderheid . De laatste aanpassing betreft de schuine hoeken tussen elk tint-/chroma-vlak en de achromatische en luminositeitsassen (zie diagram hierboven , rechts). Deze hoeken blijven bestaan, zelfs nadat de voorgaande transformaties zijn toegepast, zoals hieronder weergegeven in de tegengestelde dimensies van de respons-gecomprimeerde, geroteerde kegelstimulatieruimte. (In de oorspronkelijke XYZ- tristimuluswaarden staan ​​de XZ -tint-/chroma-vlakken al loodrecht op de luminantie- Y-as en de achromatische as, dus aanpassing van L+M+S is niet nodig.)

Het scheiden van kleurintensiteit van helderheid

Munsell-doelkleuren voor waarde/chroma 4/2 tot 4/12 en 8/2 tot 8/12

De helling (oranje lijn ) langs de L–M -dimensie ontstaat doordat de L -kegeltjes zwaarder wegen dan de M- kegeltjes bij de waarneming van helderheid dan bij de waarneming van kleur; en langs de L+M–S -dimensie doordat de S- kegeltjes zwaarder wegen bij de waarneming van kleur dan bij de waarneming van helderheid. De oplossing is eenvoudig: de afzonderlijke bijdragen van de L- , M- en S -kegeltjes aan de L+M+S (witheid)-dimensie worden aangepast met kleine hellingsfactoren (0,32 en 0,47), zodat de helderheidswaarden constant blijven bij veranderingen in de waarden van de L–M- en L+M–S- dimensies. De oplossing voor dit "loodrechte wit" ( Wp ₎ ziet er als volgt uit:

Dit zorgt er effectief voor dat de L -kegeluitvoer ongeveer twee keer zo zwaar weegt als de M- uitvoer en meer dan vijftig keer zo zwaar als de –S- uitvoer in de definitie van de witheidsdimensie L+M+S . Deze zogenaamde schuine rotatie oriënteert de tint/chroma-vlakken loodrecht op de achromatische as en lijnt de helderheid en achromatische dimensies uit langs de L–M -dimensie: verzadigd rood en groen zijn ongeveer even helder.

In beide ruimtes blijft er een residuele correlatie tussen helderheid en chromaticiteit bestaan ​​langs de L+M–S ( Y–Z )-dimensie, zoals hierboven te zien is aan de hellende vorm van de kleurverdeling. Deze correlaties worden niet verwijderd, omdat ze overeenkomen met het perceptuele feit dat donkerpaars veel verzadigder is dan donkerblauwgroen, en dat donkergeel en lichtblauwviolet niet sterk verzadigd zijn.

Perceptuele opponentruimte . De derde stap in zonetheorieën stelt dat de afzonderlijke kegelcontrasten worden gecombineerd tot perceptuele opponentdimensies. Deze dimensies zouden de bewuste structuur van kleurperceptie beschrijven – met andere woorden, de verdeling van kleuren in het Munsell -kleursysteem. In moderne kleurmodellen vormt deze fase een laatste aanpassing van de postreceptor opponentdimensies (de "voorlopige" ab- dimensies in CIECAM).

MacLeod Boynton isoluminant chromaticiteitsdiagram

Waar hebben de tegendimensies van de postreceptor ons gebracht? Nadat de kegeltjesprikkels zijn gecomprimeerd, geroteerd, loodrecht op de maximale waarde in de achromatische ( Wp ) dimensie _zijn geplaatst en daarop zijn genormaliseerd , verschijnt de spectrumlocus zoals weergegeven (diagram, rechts). De tegendimensies plaatsen "blauwgroen" (495 nm) op de L+M–S nullijn en "groengeel" (570 nm) op de L–M nullijn; dit zijn de algemeen toegeschreven evenwichtspunten voor de geel/blauw en rood/groen tegencontrasten.

De afmetingen plaatsen de maximale waarde van L–M bij een "oranje" tint (608 nm) en de minimale waarde bij "groen" (522 nm); en plaatsen de maximale waarde van L+M–S bij een "geelgroen" (545 nm) en de minimale waarde bij "violetblauw" (445 nm). Deze afmetingen zijn gerelateerd aan de grondbeginselen van de kegel met gelijke oppervlakte als volgt:

De grote gewichten die aan het L–M -contrast worden toegekend, zijn nodig om de smalle, elliptische vorm van de kleurruimte te compenseren. Het diagram (rechts) toont het spectrale profiel van de chromatische postreceptor-tegenstanderfuncties. De herkenningskenmerken zijn de afwezigheid van positieve "violette" tintcoëfficiënten op de L–M- curve en de zeer grote negatieve "violette" tintcoëfficiënten op de L+M–S- curve.

Het onderstaande diagram toont de tint-/verzadigingsverdeling van oppervlaktekleuren. De L+M–S- nullijn bevindt zich bij een prachtige chartreuse ( geelgroen ) en violet (ongeveer Munsell 5GY en 2,5P ). De L–M- nullijn bevindt zich bij blauwgroen en magenta, bij Munsell 2,5BG en 10RP .

Munsell-kleurmonsters in perceptuele opponentruimte

Munsell-doelkleuren voor waarde/chroma 4/2 tot 4/12 en 8/2 tot 8/12; de Munsell-tintvolgorde is omgekeerd (stijgt tegen de klok in) om overeen te komen met moderne kleurmodellen.

Deze "balanstinten" komen niet overeen met die op de spectrumlocatie, vooral niet wat betreft de plaatsing van uniek geel (Munsell 5Y ): dit is te verwachten omdat het menselijk zicht is aangepast aan het waarnemen van oppervlakken, niet van spectrale lichten. Maar deze discrepantie vestigt de aandacht op vier problemen die nog steeds onopgelost zijn in de postreceptorale opponentcontrasten:

• Er blijft een duidelijke elliptische vervorming in de kleurschakeringen zichtbaar: de blauwgroene tinten zijn te veel samengedrukt in vergelijking met de gele tinten, en de kleurhoeken zijn niet gelijkmatig verdeeld over de kleurcirkel (samengedrukt in geel en blauw, uitgerekt in groen en magenta).

• De elliptische vervorming zelf is vervormd in de richting van geelgroen en violetrood, en deze vervorming neemt toe bij hogere chroma-niveaus, waardoor de bijna neutrale chroma-ringen ruwweg elliptisch lijken, terwijl de verzadigde chroma-ringen een wigvorm aannemen.

• Gele tinten met een duidelijk groene inhoud bevinden zich aan de "rode" kant, en blauwe tinten met een uitgesproken rode inhoud aan de "groene" kant van de L-M (rood/groen) nullijn. (Dat wil zeggen, de verticale "kompaspunten" in de geometrische standaard zijn met de klok mee gedraaid.) Dit kan echter niet worden gecorrigeerd door rotatie, aangezien de horizontale "kompaspunten" ( 10R en 7,5BG ) bij benadering correct zijn.

• De kleurverschillen zijn niet gelijk bij verschillende helderheidsniveaus; bij een vergelijking van Munsell-waarden 4 en 8 is het verschil vooral groot bij geel en blauw.

Noodzakelijke aanvullende transformaties . Deze vier problemen blijven de belangrijkste obstakels voor een nauwkeurige kleurschaling van kleurstalen die geïsoleerd worden bekeken (dat wil zeggen, kleuren die niet significant worden beïnvloed door de kleurcontext). Ze vereisen doorgaans aanvullende transformaties in kwantitatieve kleurmodellen die tot nu toe geen duidelijke link hebben met de neurale mechanismen van kleurenzicht – we kunnen niet verklaren waarom ze nodig zijn.

Het huidige niveau van modelverfijning wordt geïllustreerd door de dimensies helderheid ( Q ), lichtheid ( J ) en het tint-/chroma-vlak ( aC en bC ) in CIECAM . Deze worden bij benadering als volgt _{gedefinieerd :}

Er werd een rekenkundige truc gebruikt om deze gewichten af ​​te leiden: de begin- of pre-adaptatiewaarde van de R-, G- of B-kegel in CIECAM wordt ingesteld op 1,0, terwijl de waarden van de overige twee kegels op nul worden gezet. Deze waarden worden vervolgens doorgegeven aan het CIECAM-mechanisme; de ​​bovenstaande gewichten zijn de uiteindelijke waarden van deze "kleuren". Deze gewichten zullen veranderen afhankelijk van de luminantie van de kleur en de definitie van de kijkcontext, en de CIECAM-kegelfundamentals verschillen van die in de vorige voorbeelden. De gewichten illustreren echter wel de noodzakelijke aanpassingen om de postreceptor-tegenstanderruimte te "verbeteren".

• een afname van het gewicht van de L -kegel, als percentage van het gewicht van de M -kegel, in alle dimensies

• een aanzienlijke afname van de negatieve _{S-kegelbijdrage aan de bC} ( L + M –S ) dimensie

• de toevoeging van een substantiële negatieve S- kegelbijdrage aan de _aC ( L –M )-dimensie

• scheiding van de achromatische dimensie (of lichtheid, J ) van de lichtsterktedimensie (of helderheid, Q ) veroorzaakt door een afname van de relatieve bijdrage van de S- kegel.

Met andere woorden, de CIECAM-kleurruimte is afhankelijk van de uitgebreide herverdeling van de S -kegeluitvoer (ofwel het effect van licht met een korte golflengte) bij de definitie van de tegendimensies. Een soortgelijke herverdeling wordt in CIELAB ongemerkt bewerkstelligd doordat de tristimuluswaarden "rood" ( X ) en "groen" ( Y ) een aanzienlijk "violet" gehalte bevatten .

de postreceptor opponentruimte

(boven) grafiek van het spectrum; (onder) tegenovergestelde kleurcoëfficiënten

Het diagram (rechts) toont de spectrumlocus en de kleurcoëfficiënten in CIECAM. De belangrijkste verschillen met de postreceptor-tegenstanderfuncties zitten voornamelijk in de "gele" en extraspectrale ("rode" en "violette") tinten, en in de scherp afgeknotte involute van het "violette" uiteinde van de curve. De herkenningskenmerken zijn de positieve kleurcoëfficiënten (en het tweede nulpunt) op de a _C ( L–M )-dimensie in "violette" golflengten – die klein is in CIECAM, maar veel groter in bijvoorbeeld de perceptuele tegenstanderdimensies van Hurvich & Jameson of in CIELAB ; en de relatief kleine negatieve waarden voor "violette" kleurcoëfficiënten op de b _C ( L+M–S )-dimensie.

De verdeling van de oppervlaktekleuren (hieronder) laat een veel rondere omtrek zien in de kleurringen, en een betere plaatsing van de gele en blauwviolette kleuren ten opzichte van de verticale nullijn. Er is echter nog steeds sprake van aanzienlijke onregelmatigheid in de kleurcontouren, zichtbaar als de "wigvormige" overdrijving van de kleurafstanden in de geelgroene en rode richting, en in de dicht opeengepakte kleurverschillen in geelgroen, rood en blauwgroen, en de overdreven kleurverschillen in groen.

Munsell-kleurstalen in de CIECAM ab-ruimte

Munsell-doelkleuren voor waarde/chroma 4/2 tot 4/12 en 8/2 tot 8/12; de Munsell-tintvolgorde is omgekeerd (stijgt tegen de klok in) om overeen te komen met moderne kleurmodellen.

Op dit punt stuit de afwijking van de kleurverdeling van de ideale, perfect cirkelvormige verdeling op een aantal methodologische problemen. Een daarvan is dat de nauwkeurigheid van de Munsell-schaal in twijfel wordt getrokken; zo is men het er bijvoorbeeld over het algemeen mee eens dat de Munsell-tintafstand tussen groene kleuren te groot is, en dat de chromaschaal inconsistent lijkt te zijn tussen tinten en waarden.

Niettemin vertegenwoordigt het probleem met de chroma-schaling waarschijnlijk een echt aspect van kleurenzien. We krijgen een beter beeld van dit probleem als we eerst naar de ruwe data kijken: de oorspronkelijke X,Z tristimuluswaarden in één enkel tint/chroma-vlak, waarbij de X- dimensie gecentreerd is op Y en vergroot is om een ​​bijna cirkelvormige ring te produceren bij chroma 6.

verdeling van Munsell-monsters op x,z-tristimuluswaarden

voor chroma-niveaus 2 tot 16 bij Munsell-waarde 6

In de jaren zestig werd ontdekt dat nauwkeurige kleurmodellering vereist dat de tegenoverliggende dimensies binnen elk kwadrant van het kleurvlak met verschillende exponenten worden herschaald: de bovenstaande verdeling laat de redenen hiervoor zien. De chromawaarden voor groen reiken verder dan die voor rood; de violette chromawaarden zijn sterk opgeblazen in vergelijking met die voor geel; en er is een lineaire afvlakking van de chromaringen langs de x-as, vanaf chroma 8 en hoger voor tinten tussen 7,5G en 7,5YR . (Zie ook de Munsell-chromacontouren zoals weergegeven in deze chromaticiteitsdiagrammen .)

Het geometrische probleem wordt duidelijker zichtbaar in de afwijking van elk kleurmonster ten opzichte van de cirkelvormige plaatsing in het bijbehorende chromaniveau. Dit resulteert in het onderstaande diagram; waarde 6 wordt gebruikt omdat dit het enige kleur-/chromavlak in Munsell is dat alle kleursegmenten tot en met chroma 14 omvat.

afwijkingen van circulaire kleur

afwijkingen van de genormaliseerde Munsell-chroma ten opzichte van een perfect cirkelvormige chroma, voor chroma-niveaus /2 tot /14 bij Munsell-waarde 6

De golvende curve geeft aan dat de chroma-schaling te groot is in de richting van geel en blauw, en te klein in de dwarsrichting, naar groen en violet, en dat de afwijkingen groter worden naarmate de chroma toeneemt. De oranje curve laat zien dat een soortgelijk "probleem" ook in CIECAM bestaat, hoewel ik niet kan zeggen in hoeverre dit aan CIECAM ligt en in hoeverre aan Munsell.

de CIECAM perceptuele opponentruimte

(boven) grafiek van het spectrum; (onder) tegenovergestelde kleurcoëfficiënten

De tinten waar de maximale afwijking optreedt in elk kwadrant verschuiven enigszins naarmate de chroma toeneemt, maar het basispatroon blijft relatief stabiel bij verschillende helderheidsniveaus, verschillende compressie-exponenten (wanneer deze uniform op alle kleuren worden toegepast) en verschillende locaties van het achromatische centrum. Het patroon wordt voornamelijk bepaald door de kegeltjesfundamentals of kleurafstemmingsfuncties die worden gebruikt om de kegeltjesexcitatieruimte te definiëren, en door de numerieke definitie van de tegendimensies. De assen van de afwijkingen zijn ook niet exact loodrecht, zoals weergegeven in het diagram (rechts).

Om deze afwijkingen te corrigeren, is waarschijnlijk informatie nodig over de kleurwaarneming over een breder scala aan contrast- en helderheidsniveaus. Er zijn minstens drie verschillende problemen op te lossen.

De eerste is de toegenomen, uiteindelijk lineaire compressie van de chroma-afstand langs de nul S ( =Z ) lijn voor tinten tussen 7,5G en 7,5YR bij een chroma boven 8. Dit is duidelijk zichtbaar als de vlakke chroma-grens over het gele deel van de kleurverdeling in de x,z en opponente ruimtes (diagrammen hierboven en rechts).

Het tweede probleem is de piek van opgeblazen b+ -chromawaarden, die te wijten is aan de piekwaarden van de Lum ( L+M )-som, waar ze niet gematigd kunnen worden door S- waarden nabij nul af te trekken. Dit effect verdwijnt bij geel-oranje en oranje tinten, omdat deze kleuren aanzienlijk minder helder zijn. Dit impliceert een kleinere exponent (een grotere chroma-aftrek) bij geelgroene tinten.

De derde variant, de g–m+ en g+m– afwijkingen, suggereert een derde exponent die werkt in relatie tot het teken van beide tegengestelde dimensies: de exponent produceert een relatief kleinere compressie voor tinten waarbij het tekenproduct van de ab- dimensies negatief is (groen of violet), en een grotere compressie wanneer het tekenproduct positief is (oranje en blauw). In een latere discussie suggereer ik dat een groen/magenta-tegengestelde functie betrokken lijkt te zijn bij luminantie-adaptatie aan kleurperceptie.

Wellicht zijn de belangrijkste thema's die in deze discussie over ongedefinieerde aanvullende correcties naar voren komen, het regulerende belang van de S-kegeltjes bij de specificatie van een tegenkleurruimte, en de complexe wisselwerking van verschillende compressie-, rotatie- en normalisatiestappen die nodig zijn om een ​​nagenoeg cirkelvormige schaling van de waargenomen chroma te bereiken in de bewust gerapporteerde kleurwaarneming.

Zoals eerder vermeld, zijn veel van de door mij beschreven problemen in eerdere kleurenmodellen geminimaliseerd door direct gebruik te maken van XYZ-tristimuluswaarden . Deze waarden herverdelen de S -inhoud ("violet") namelijk al zodanig dat de "rode" ( X ) dimensie feitelijk magenta is, oriënteren de "rode" en "violette" dimensies loodrecht op de luminantie ( Y ) dimensie (dat wil zeggen dat X en Z gedefinieerd zijn als nul luminantie), en vormen de exponentieel gecomprimeerde dimensies bijna cirkelvormige chroma-ringen. Dit betekent echter dat veel van de noodzakelijke transformatiestappen al in de XYZ -waarden zijn "voorgekookt". Om meer geavanceerde aanpassingen toe te passen, zoals in CIECAM, moeten de XYZ -waarden worden "ontkookt" ( getransformeerd of geroteerd ) om terug te keren naar de (theoretisch) primitieve LMS- waarden. Sterker nog, bijna alle moderne definities van de L-, M- en S-kegelfundamenten zijn geroteerde en herschaalde versies van de XYZ -waarden.

Uitgaande van de LMS -waarden worden de essentiële informatieverwerkingsstappen duidelijker weergegeven, en blijkt dat kleurenzien een nauw geïntegreerd en nauwkeurig gebalanceerd proces is. Het bevestigt tevens dat de huidige kleurenmodellen dit proces nog niet accuraat beschrijven.

de geometrie van kleurvormende eigenschappen

De verschillende asymmetrieën in de kleurruimte en kleurwaarneming die in de voorgaande paragrafen zijn beschreven, spelen een rol in alle aspecten van kleur. In deze paragraaf onderzoeken we hoe ze de kleurdiscriminatie beïnvloeden op de dimensies helderheid, tint en verzadiging.

Het meten van perceptuele discriminatie . De perceptuele geometrieën van het zicht worden vastgesteld door middel van oordelen over kleurverschillen – door twee kleuren te vergelijken die verschillen op een of meer van de kleurvormende eigenschappen , terwijl de andere eigenschappen constant worden gehouden. De soorten vragen die op deze manier worden beantwoord, zijn:

• Wat is het kleinste stimulusverschil dat we kunnen waarnemen op elk van de drie kleurvormende eigenschappen?

• Verandert het onderscheidingsvermogen als de fysieke eigenschappen of de intensiteit van de stimulus veranderen?

• Hoe beïnvloedt een verandering in één kleuraanpassingskenmerk de kleurweergave bij een ander kleuraanpassingskenmerk?

Al deze vragen gaan over verwante kleuren — de ene kleur die in contrast staat met de andere. Als brug tussen het domein van kleurdiscriminatie en de colorimetrische definities van kleurafstemming , begin ik elk discriminatiehoofdstuk met de kleurgeometrie die wordt voorspeld door standaard chromaticiteitsdiagrammen , die niet-verwante kleuren of kleuren die geïsoleerd worden waargenomen, beschrijven.

Het "net waarneembare verschil" . Om te beginnen hebben we een methode nodig om discriminatie te meten die toepasbaar is op elk kleurkenmerk dat we kunnen manipuleren door een fysieke stimulus te veranderen. De meetmethode die in de 19e eeuw in de psychofysica werd ontdekt en sindsdien veelvuldig wordt gebruikt, is het net waarneembare verschil, ofwel JND.

dimensies van excentriciteit in de postreceptor opponentruimte

Zoals rechts weergegeven, wordt een stimulus gepresenteerd met een beginwaarde Q van een stimuluskenmerk (helderheid, chromaticiteit of tint voor kleuren). Zodra de kijker aan deze stimulus gewend is, wordt het kenmerk in verschillende mate verhoogd en wordt de proefpersoon telkens gevraagd of er een verschil in de stimulus is. Na herhaalde proeven wordt de verhoging T die een waarneembaar verschil produceert vastgesteld, of de verhoging die in 75% van de gevallen een correct antwoord oplevert, wordt gebruikt om de effecten van gokken te compenseren.

Dit definieert een hoeveelheid stimulusverandering T , ook wel de verschildrempel of 1 jnd genoemd . Wanneer de beginhoeveelheid de stimuluswaarde nul is (volledige afwezigheid van de stimulus), dan wordt de eerste jnd-waarde T de absolute drempel Q0 genoemd _. Dit is de minimale stimulushoeveelheid die nodig is om een ​​sensatie te produceren.

Het proces kan worden herhaald door de vorige waarde Q als nieuwe startwaarde te gebruiken, de stimulusintensiteit opnieuw te verhogen totdat een nieuw verschil verschijnt, en deze nieuwe waarde van T als drempelwaarde voor het verschil bij die stimulusintensiteit te nemen. Door deze procedure te herhalen met stapsgewijze verhogingen van de stimulushoeveelheid, kan de subjectieve gewaarwording die door een fysieke eigenschap wordt geproduceerd, worden gemeten met behulp van de "meetlat" van het net waarneembare verschil.

De Weber-fractie (ΔQ/Q) . Bij elke stap is de jnd de kleinste detecteerbare toename T in de stimulus, gegeven de beginwaarde van de stimulus. Het blijkt dat deze toename vaak een constante proportionele toename ( k ) is in de stimulusintensiteit, die wordt gedefinieerd door de Weber-fractie (spreek uit als Veybur ):

k = T/(Q + Q ₀ ) of equivalent ΔQ/(Q + Q ₀ )

De wet van Weber stelt dat de verhouding k constant is over een breed scala aan stimulushoeveelheden , hoewel de waarde van k verschilt voor verschillende sensorische domeinen of soorten stimuli. Als dit waar wordt geacht, dan maakt de wet van Fechner het mogelijk om de sensorische intensiteit ( S ) te schatten op basis van de stimulushoeveelheid, als volgt:

S = a + b*log[Q + Q ₀ ]

waarbij a en b worden toegepast om negatieve logaritmische waarden te verwijderen en de stimulus-eenheden aan de perceptuele hoeveelheden aan te passen. Vooral in onderzoek naar kleurenzien is het tegenwoordig gebruikelijk om deze relatie uit te drukken als een machtsfunctie , bekend als de wet van Stevens , waarbij de exponent 1/e doorgaans kleiner is dan 1 ( e = 2 of 1/2 is de wortel).

S = b*[Q + Q ₀ ] ^1/e

waarbij b wordt gebruikt om de stimulus-eenheden aan te passen aan een praktische perceptuele schaal. Vergelijkbare machtsfuncties komen voor in alle sensorische domeinen — zien, proeven, horen, voelen, ruiken, pijn en spiercontractie (gevoel van gewicht of inspanning) — hoewel de exponent in elk domein verschilt. Sterker nog, logaritmische of machtsfuncties vergelijkbaar met de wet van Fechner of de wet van Stevens worden gebruikt in veel schalen die verband houden met energetische grootheden — sterrenhelderheid in magnitude, geluid in decibels, aardbevingen op de schaal van Richter, ionenverhoudingen op de pH-schaal, enzovoort.

Ik moet ook nog een algemene formule noemen die wordt gebruikt om de afname van fotopigment door licht te modelleren (afgeleid van een enzymkinetische curve):

waarbij R de respons is als een proportie van de maximaal mogelijke respons Rmax , L de stimulusluminantie (of retinale verlichtingssterkte) is, _σ50 de luminantiewaarde is die een respons van 50% produceert (de _{halfverzadigingswaarde} ) , en n de responscompressie-exponent is (meestal rond de 0,70). (Nul is de veronderstelde minimale respons.) De implicaties van deze functie worden besproken in de sectie over luminantie- adaptatiemechanismen .

De machtsfunctie in helderheid . Wat is het effect van de Weber-fractie op de perceptie? De relatie tussen de waargenomen helderheid van een oppervlaktekleur en de reflectie- of luminantiefactor (luminantie als een verhouding tot de luminantie van een ideaal "wit" oppervlak) laat de perceptuele geometrie zeer duidelijk zien.

lichtheid als functie van reflectie

relatie tussen oppervlaktereeflectie (luminantie ten opzichte van de luminantie van een witte standaard) en waargenomen helderheid (CIE L* -schaal; deel L* door 10 om de Munsell-waarde V te verkrijgen )

Deze machtsfunctie , ofwel niet-lineaire psychofysische relatie tussen lichtheid en relatieve luminantie, is bij benadering een wortelfunctie voor reflecties boven ~7% (dat wil zeggen, 1/e is ongeveer 0,43). De curve voor helderheidsdiscriminatie is bij benadering de derdemachtswortel ( 1/e = 0,33) van de absolute luminantie.

Aan de basis van deze sensorische vermogensfuncties ligt de gemeenschappelijke sensorische eigenschap van responscompressie . In essentie vertegenwoordigt responscompressie een compromis tussen de fysieke beperkingen van een organisme en het enorme bereik van een stimulus uit de echte wereld. Het organisme ervaart een toename van de stimulus als een sensorische verandering die evenredig is aan de resterende sensorische respons – die kleiner wordt naarmate de sensatie de fysiologische bovengrens nadert.

net waarneembaar verschil in een stimulus van hoeveelheid Q

De afbeelding (rechts) illustreert het perceptuele effect van responscompressie in helderheid. Gelijke toenames van de stimulusintensiteit worden steeds minder perceptueel krachtig naarmate de intensiteit van de stimulus toeneemt, net zoals een enkele gloeilamp de verlichting van een kamer met kaarslicht aanzienlijk verbetert, maar bij fel daglicht geen enkel effect heeft. Om de helderheid of lichtheid met gelijke perceptuele hoeveelheden te verhogen, moet de luminantie of reflectie bij elke stap met een grotere absolute hoeveelheid worden verhoogd. Een schaal met gelijke intervallen voor luminantie of reflectie ( gelijke Lum ) produceert dus een helderheids-/lichtheidsschaal ( B/L ) die naar lichtere waarden is verschoven, terwijl een schaal met gelijke intervallen voor helderheid/lichtheid ( gelijke B/L ) voortkomt uit een reflectie- of luminantieverdeling ( Lum ) die naar lagere waarden is verschoven. Het effect is dat de helderheidsverdeling wordt verdeeld in twee delen: lichtgrijs en donkergrijs, waarbij de proportioneel beste helderheidsdiscriminatie zich in het lichtgrijs bevindt (middelhoge tot hoge luminantie).

"Minder" en "meer" helderheid is altijd relatief ten opzichte van onze lichtadaptatie rond een gemiddelde helderheid (die doorgaans een helderheidsfactor van 19% is voor het "middengrijs" dat in de grafische kunst wordt gebruikt, maar 10% tot 13% voor de "grijze" helderheid die wordt gebruikt om fotografische belichtingen te meten). Bij verlichtingsniveaus boven een paar lux zijn de subjectieve effecten van responscompressie opmerkelijk consistent.

De sensorische responscompressie die wordt weergegeven in psychofysische vermogensfuncties is de belangrijkste asymmetrie in kleurenzicht. Het effect ervan in het gehele visuele systeem is het creëren van krommingen of niet-lineariteiten in stimulusintensiteiten over stappen van perceptueel verschil die voor ons verschijnen als gelijkmatig verdeelde "net waarneembare verschillen".

Luminantiediscriminatie . Responscompressie laat zien dat toenemende hoeveelheden licht afnemende sensorische veranderingen teweegbrengen naarmate de lichtintensiteit zeer hoog wordt. Deze afweging is echter niet consistent voor alle luminantieniveaus. In plaats daarvan varieert de Weber-fractie, ofwel de "constante verhouding", tussen de beginluminantie en een net zichtbare toename in luminantie met de gemiddelde lichtintensiteit.

twee kanten van responscompressie

zoals gedefinieerd vanuit een schaal met gelijke luminantie (links) of een schaal met gelijke helderheid (rechts)

In feite zijn veranderingen in de Weber-fractie alleen zichtbaar binnen het bereik van luminanties dat kenmerkend is voor de reflectie van oppervlakken (diagram, rechts). De eerste jnd onder een puur "wit" oppervlak vertegenwoordigt een afname van de luminantie met ongeveer 2,6%; maar bij lage luminanties (lage reflecties, of zeer donkere oppervlakken) loopt de incrementele verandering in luminantie op tot 10% en meer. Dit legt een harde "ondergrens" of minimale gevoeligheid op voor lichtgradaties, die we niet ervaren omdat bijna alle oppervlakken een reflectie hebben die groter is dan 5%.

Als we de drempelwaarden voor de helderheid van twee naast elkaar bekeken lichtbronnen beschouwen, verandert de Weber-fractie ( ΔL/L ) op vergelijkbare wijze over luminantieniveaus van 0,0001 tot 10.000 cd/m² ⁽ wat overeenkomt met een lichtintensiteit of verlichtingssterkte op een wit oppervlak van ongeveer 0,0003 tot 30.000 lux), zoals hieronder weergegeven.

Weber-fractie over verschillende helderheidsniveaus

bewerkt naar Wyszecki & Stiles (1982)

Bij scotopische lichtniveaus (lager dan 0,005 cd/m² ⁾ moet een nauwelijks zichtbare toename in helderheid 23% of meer groter zijn dan de beginhelderheid. Bij fotopische niveaus boven 100 cd/m² ^is de gevoeligheid veel groter en hoeft de helderheid slechts met 1,3% toe te nemen om een ​​zichtbaar verschil te produceren.

De knik in de curve bij ongeveer 0,005 cd/m² ^wordt veroorzaakt door de verschillende responscompressies in kegel- en staafjesfotoreceptoren. Dit duidt erop dat de door kegeltjes gemedieerde luminantierespons aanhoudt tot lagere lichtniveaus dan de door kegeltjes gemedieerde chromatische respons , die gewoonlijk verdwijnt bij ongeveer 0,1 cd/m² ^of 0,02 lux. Aan weerszijden van deze knik verschuift de Weber-fractie volgens twee verschillende exponentiële functies: één voor scotopisch zicht en de andere voor mesopisch zicht, waarbij zowel staafjes als kegeltjes actief zijn.

Bij zeer lage lichtintensiteiten wordt geschat dat het oog, wanneer het volledig aan het donker is aangepast, één of enkele fotonen tegelijk kan waarnemen. De visuele drempel ligt dus zeer dicht bij de fysieke nulwaarde van de stimulus. Bij zeer hoge lichtintensiteiten kunnen de fotopigmenten in het oog volledig verzadigd raken, waardoor veranderingen in intensiteit onzichtbaar worden. Deze verzadiging treedt op bij luminantieniveaus van ergens boven de 100.000 cd/m² ^– de exacte waarde hangt af van de duur van de blootstelling – maar de grafiek laat zien dat de visuele gevoeligheid al begint af te nemen boven de 1000 cd/ ^m² .

Zelfs bij maximale gevoeligheid reageert het oog nog steeds op een beperkt helderheidsbereik, ruwweg 1:100 rond een specifieke helderheidsadaptatiewaarde. Fotometrische of helderheidsschalen zijn meestal onderverdeeld in eenheden van 100, omdat het oog bij fotopische lichtniveaus maximaal een aantal stappen in oppervlaktereferentie kan onderscheiden wanneer het is aangepast aan de "witte" helderheid.

50 perceptueel gelijke helderheidsstappen

Donkere lijnen ingevoegd om randcontrastversterking ( Mach-banden ) te elimineren, wat de helderheidsdiscriminatie vermindert.

De afbeelding toont bijvoorbeeld 50 helderheidsstappen, van zwart tot wit, die over het hele bereik perceptueel gelijk zouden moeten lijken. (De contrasten die u kunt zien, zijn afhankelijk van de helderheids- en contrastinstellingen van uw computermonitor.) Merk op dat de verschillen tussen aangrenzende stappen nauwelijks zichtbaar zijn met randversterking en niet meer te onderscheiden zijn wanneer ze door een zwarte lijn worden gescheiden.

Laten we nu eens buiten het gezichtsveld treden en de reikwijdte van het zicht bij alle lichtniveaus bekijken. De grafiek laat dezelfde compressiefunctie zien bij bekende lichtniveaus.

gelijke perceptuele verschillen bij verschillende lichtsterktes

Wat wellicht onverwacht, en tegelijkertijd verheugend, is aan de uitgebreide lichtgevoeligheidscurve, is dat het visuele bereik vergelijkbare compressiefuncties definieert bij verschillende adaptatietoestanden . Twee gedeelten van de verlichtingscurve, omgerekend naar de luminantie van een reflecterend "wit" oppervlak, worden als voorbeeld getoond: één bij schemeradaptatie en de andere bij adaptatie in de late namiddag. Het resultaat van deze uniforme respons is dat we dezelfde relatieve helderheidswaarden zien die gekoppeld zijn aan de overeenkomstige reflectiefactoren, ook al kunnen de verlichtingsniveaus en de absolute verschillen in oppervlakteluminantie aanzienlijk zijn veranderd. De interne verhoudingen van de "lichtruimte" blijven perceptueel constant – het ultieme voordeel van de wet van Weber.

Ten slotte hangt de gevoeligheid van het oog voor veranderingen in helderheid af van de schijnbare grootte van het kleurvlak. De contrastgevoeligheid is het hoogst voor oppervlakken met een visuele hoek van ongeveer 0,2° (de schijnbare breedte van een potlood nummer 2 gezien vanaf 2 meter afstand, of minder dan de helft van de breedte van de volle maan). De gevoeligheid neemt iets af, maar blijft goed voor veel kleinere vlakken (zoals de lijnen die de letters op deze pagina vormen), en neemt sneller af voor visuele vlakken van 1° of meer (een Amerikaanse munt van 10 cent op 90 cm afstand).

Kleurdiscriminatie . Laten we vervolgens eens kijken naar het vermogen van normale trichromaten om het verschil te zien tussen twee gelijksoortige kleuren, een test voor kleurdiscriminatie.

Als voorbeeld van de kleurdiscriminatie die we verwachten te vinden, toont het onderstaande diagram de kleurhoekafstand tussen aangrenzende golflengten op de spectrumlocatie, zoals gemeten op het witpunt, met behulp van drie verschillende chromaticiteitsdiagrammen . Het logaritmische kleurhoekverschil wordt gebruikt omdat de kleurhoek kleiner wordt door een toename van de chroma (afstand tot het witpunt), en de chroma vertoont responscompressie naarmate de chroma toeneemt.

De chromaticiteitsdiagrammen tonen opnieuw niet-gerelateerde kleuren die volledig worden geproduceerd door de output van de L-, M- en S-kegeltjes . Ze vertegenwoordigen dus de hypothese dat de output van de kegeltjes ons vermogen tot kleuronderscheiding bepaalt. Als de werkelijke kleuronderscheiding niet overeenkomt met deze curves, dan moet kleuronderscheiding beïnvloed worden door aanvullende visuele processen.

hypothetische spectrale kleurdiscriminatie

Gebaseerd op het logaritmische verschil in tinthoek in chromaticiteitsdiagrammen van 2° en 10° (uit de basisprincipes van Stockman & Sharpe) en CIELUV bij gelijke energie van de lichtbron; een kleinere golflengtescheiding impliceert een slechtere tintdiscriminatie.

Er is een redelijke overeenstemming tussen de drie voorspellingen. Ze suggereren alle twee twee pieken in de kleurdiscriminatie, rond 480 nm ("blauw") en 570 nm ("geel", wat meer uitgesproken is in het foveale model), een enigszins verminderde kleurdiscriminatie in "groene" golflengten en een gestaag afnemende discriminatie aan de uiteinden van het spectrum, met name in "rode" golflengten. Het resultaat is ongeveer een W -vormige functie met hogere verticale balken aan de uiteinden dan in het midden.

Deze curven zijn moeilijk te visualiseren als een kleurencirkel, daarom toont het onderstaande diagram de door CIELUV voorspelde spectrale tinthoeken geprojecteerd op een gelijke straal (zoals hieronder weergegeven voor de spectrale locatie van "groen" bij 540 nm). Dit toont de voorspelde waargenomen afstand tussen spectrale tinten als de radiale afstand tussen tintmarkeringen.

afstand tussen monochrome tinten in CIELUV

Het spectrum van de waarnemer onder een hoek van 10° in het CIELUV-chromaticiteitsdiagram, van 380 nm tot 830 nm in intervallen van 10 nanometer, geprojecteerd op gelijke straal; visuele complementaire kleuren liggen recht tegenover elkaar op de kleurencirkel; extraspectrale tinten worden in zwart weergegeven.

De twee gebieden met maximale kleuronderscheiding (bij 570 nm en 480 nm) worden weergegeven door wijd uit elkaar gelegen spectrale markers, en de gebieden met lage gevoeligheid ("blauwviolet", "groen" en "rood") door dicht opeengepakte of overlappende markers. De laagste "groene" gevoeligheid (bij midden "groen", 520 nm) ligt ongeveer halverwege de "gele" en "cyaan" pieken.

Hieronder wordt de waargenomen kleurdiscriminatieprestatie weergegeven , gemeten als het minimale golflengteverschil dat nodig is om twee monochromatische lichtbronnen, die boven elkaar met gelijke luminantie worden gepresenteerd, net zichtbaar van elkaar te laten verschillen. De drie curven representeren de kleurdiscriminatie gemeten bij drie luminantieniveaus (in trolands ) voor drie stimulusgroottes (hoekbreedtes).

spectrale kleurdiscriminatie

Het minimale verschil tussen twee golflengten dat nodig is om een ​​"net waarneembaar verschil" in tint te creëren; een lage score duidt op een betere tintdiscriminatie (2°-curve van Wright, 1941; andere van Bedford & Wyszecki, 1958).

Deze curven komen niet erg goed overeen met de curven die voorspeld worden op basis van chromaticiteitsdiagrammen. Hoewel de experimenten de kenmerkende W- vormige curve laten zien die in CIELUV (hierboven) is geïdentificeerd, zijn de gebieden met een hoge kleurdiscriminatie veel breder en is de effectieve golflengteverandering van 1 of 2 nanometer kleiner dan voorspeld. Ruim het dubbele van de kleurverandering (4 nanometer of meer) is nodig om een ​​zichtbaar verschil in middengroen te produceren, veel minder dan het voorspelde verschil van 10:1 tussen de scherpte van geel en groen. De afname van de kleurdiscriminatie aan de uiteinden van het spectrum is ook extremer en ligt dichter bij oranje tinten dan voorspeld. Ten slotte is de daadwerkelijke kleurdiscriminatie zeer gevoelig voor de grootte en helderheid van de stimulus , een onderwerp dat op een latere pagina wordt besproken .

De gebieden met de beste kleurdiscriminatie liggen rond 480-490 nm ("groenblauw") en 570-590 nm ("groengeel" tot "oranjegeel"), wat vrijwel exact complementaire kleuren zijn. Er is een relatief stabiele piek met zwakke discriminatie rond 540 nm ("geelgroen") en een tweede piek met slechte discriminatie rond 450 nm ("violetblauw"), begrensd door een derde gebied met goede kleurdiscriminatie rond 420 nm ("blauwviolet"); deze ontbreken volledig in de chromaticiteitscurven. (Merk op dat, zoals vrijwel overal in kleurenzichtonderzoek, extraspectrale kleuren ( violet en rood ) zijn weggelaten: het spectrum eindigt bij roodoranje. )

De Weber-fractie is niet constant bij veranderingen in helderheid tijdens de waarneming van lichtheid.

Een doorgaans zeer goede overeenkomst wordt echter verkregen door een berekening op basis van de absolute verandering tussen twee spectrale golflengten in scores op de gecombineerde y/b- , r/g- en w/k- tegenstanderfuncties (rechts). De logaritme van deze absolute verandering geeft de "oranje" en "cyaan" gebieden ongeveer correct weer, omvat de twee pieken van slechte "blauw" en "groen" discriminatie, en omvat ook het derde gebied met goede tintdiscriminatie rond 420 nm.

Er zijn een paar details waar de afmetingen van de opponent afwijken van de experimenteel waargenomen kleurdiscriminatiecurven. Maar de algehele overeenkomst is voldoende om te suggereren dat de afmetingen van de opponent, en niet de kegeltjes, de geometrie van de kleurdiscriminatie bepalen .

In het vorige gedeelte heb ik uitgelegd dat de unieke kleurtinten de afmetingen van de tegenstander niet bepalen. Een logisch gevolg hiervan is dat de unieke kleurtinten ook geen verklaring bieden voor kleurdiscriminatie , wat vrij eenvoudig te testen is.

logaritmische kleurdiscriminatie berekend op basis van tegengestelde functies

Eerst moeten de tegengestelde dimensies worden getransformeerd om elke tint weer te geven als een proportioneel mengsel van twee unieke tinten, zoals Hering vereiste . (Dit minimaliseert ook het effect van veranderende helderheid of verzadiging in de monochrome lichten.) Na deze aanpassing zien de tegengestelde functies eruit zoals rechts weergegeven, en hun waarden worden tintcoëfficiënten of tintverhoudingen genoemd. Dit laat zien dat gelijke mengsels van uniek geel en uniek groen, of uniek geel en uniek rood, vrij dicht bij uniek geel liggen, in plaats van halverwege de andere tinten.

De ongelijke spreiding ontstaat doordat de resultaten worden weergegeven op nanometerschaal, wat overeenkomt met de visuele spreiding van tinten in een diffractiespectrum. Dit wordt verholpen door het spectrum opnieuw te spreiden zodat het overeenkomt met gelijke veranderingen in de tintcoëfficiënten (de proportionele mengsels van twee unieke tinten). Hierdoor worden sommige delen van het spectrum perceptueel vergroot, terwijl andere sterk worden samengedrukt (zie onderstaand diagram). Deze nieuwe spreiding is de tintdiscriminatiescherpte die wordt voorspeld op basis van de unieke tinten.

spectrale tinten verdeeld over een tintcoëfficiëntschaal

gebaseerd op kleurannulering met monochromatische lichten

Het is opmerkelijk dat de voorspelde kleurdiscriminatiecurven op basis van kleurcoëfficiënten en CIELUV vrijwel niet van elkaar te onderscheiden zijn. Opnieuw bevindt de beste scherpte zich rond 485 nm en 573 nm, met de slechtste scherpte rond 520 nm en aan de uiteinden van het spectrum. De proportionele verandering in kleurdiscriminatie van beste naar slechtste is te groot (behalve aan de uiteinden van het spectrum), en het derde scherptegebied rond 420 nm wordt volledig gemist.

Samenvattend: noch de kegeltjesfundamentals (chromaticiteitsdiagrammen) noch de unieke tinten voorspellen het waargenomen vermogen tot kleurdiscriminatie zo goed als een logaritmische veranderingsscore op de drie gecombineerde opponentfuncties. De fout zit hem erin dat de logaritmische opponentcurve de w/k -functie of helderheidsverandering omvat, die is uitgesloten van chromaticiteitsdiagrammen en gedeeltelijk ook van de experimentele resultaten. Het voorspellen van kleurdiscriminatie is in feite een complex probleem dat verschillende extra aannames vereist om naar behoren te werken. (De bespreking in hoofdstuk 8, "Chromatic Discrimination" van Color Vision, 2e editie, van Peter Kaiser en Robert Boynton, biedt een uitstekend overzicht.)

De kleurtint is echter flexibel en verandert als reactie op kijk- of contextuele factoren, waaronder kleurhelderheid, verzadiging, kleurcontrast, chromatische adaptatie en cognitieve interpretatie van de scène. Het is redelijk om te verwachten dat kleurdiscriminatie niet verklaard kan worden door één enkele zone of mechanisme in kleurenzicht – hoewel de tegendimensies, mits ze helderheid omvatten (het wit/donker -contrast), een uitstekende verklaring bieden.

Kleurzuiverheidsdiscriminatie . Zoals uitgelegd in de inleiding tot chromaticiteitsdiagrammen , kan kleurzuiverheid (chroma of verzadiging) worden gedefinieerd als de afstand op een chromaticiteitsdiagram tussen een kleur en het witpunt, wanneer alle kleuren gestandaardiseerd zijn om dezelfde helderheid te hebben.

Het onderstaande diagram toont de chroma, gemeten in chromaticiteitsdiagrammen, van een witpunt met gelijke energie tot de spectrale locus bij elke spectrale golflengte. Net als eerder zijn de curven gebaseerd op drie verschillende chromaticiteitsdiagrammen , uitgedrukt in logaritmische waarden, omdat de chroma responscompressie vertoont naarmate de chroma toeneemt. De onderliggende meeteenheden verschilden per diagram, dus zijn ze allemaal genormaliseerd naar dezelfde maximale en minimale waarden (die voorkomen bij de "violette" en "gele" golflengten).

Deze curven representeren niet-gerelateerde kleuren die volledig worden geproduceerd door de output van de L-, M- en S-kegeltjes . Ze vertegenwoordigen dus de hypothese dat de output van de kegeltjes alleen al onze kleurdiscriminatie bepaalt. Als de werkelijke kleurdiscriminatie niet overeenkomt met deze curven, dan moet deze beïnvloed worden door aanvullende visuele processen.

relatieve maximale verzadiging van spectrale tinten

gebaseerd op 2° en 10° chromaticiteitsdiagrammen van Stockman & Sharpe (2000) cone fundamentals en CIELUV, allemaal onder gelijke energie-illuminatie; geschaald naar dezelfde maximale en minimale waarden

Het eerste punt dat opvalt, is de geringe overeenstemming tussen de drie chromaticiteitsdiagrammen. Alle diagrammen (vooral het foveale model) suggereren een enkele minimumwaarde rond 570 nm ("geel"), waar de spectrale locus het dichtst bij het witpunt komt. Zowel de CIELUV- als de 10°-curve geven een tweede chromaminimum of buigpunt in de curve aan rond 483 nm ("cyaan"), met een verminderde "groene" verzadiging daartussenin. Alle modellen tonen een verhoogde chroma aan beide uiteinden van het spectrum, maar de breedveldcurve (10°) en de CIELUV-curve geven aan dat de "violette" chroma hoger is.

Wat zeggen de gegevens? Er zijn verschillende testmethoden gebruikt om de verzadigingsintensiteit of verzadigingsdiscriminatie in licht te beoordelen, maar veel daarvan zijn verwant aan de methode van Helmholtz voor het meten van Sättigung ( excitatiezuiverheid ) door het mengen van "wit" en monochromatisch licht met gelijke luminantie. Bij deze taken:

• beoordeel de hoeveelheid "wit" in een monochromatisch licht ("geel" bevat veel wit, "blauwviolet" helemaal geen);

• Tel hoeveel "net waarneembare" stappen extra wit licht er nodig zijn om de spectrale kleur volledig te laten verdwijnen (ongeveer 5 voor "geel"; 20 of meer voor "blauwviolet"); of

• Meet de minimale hoeveelheid monochromatisch licht die nodig is om een ​​net waarneembare tint in wit licht te produceren (veel "geel", heel weinig "blauwviolet").

Deze tests (vooral de laatste) zijn vergelijkbaar met de verfkleurtest van de schilder en illustreren duidelijk de oververtegenwoordiging van B-kegeltjes bij kleurenzien. De onderstaande geometrie toont de hoeveelheid zuivere kleur die nodig is om een ​​zuiver "wit" licht te kleuren, of de kleursterkte van monochromatisch licht bij constante helderheid.

een kleurtest met behulp van lichtmengsels

proportionele menging van een monochromatisch licht en een "wit" licht met gelijke helderheid, noodzakelijk om een ​​net waarneembaar verschil met wit te produceren; uit Priest & Brickwedde (1938)

Deze curven vertonen een redelijke overeenkomst met het foveale (2°) chromaticiteitsdiagram, wat impliceert dat de overlap in de kegeltjesgevoeligheidscurven voornamelijk onze chromatische gevoeligheid bepaalt (of dat Priest en Brickwedde een foveale presentatie van de kleurstimuli gebruikten).

De gegevens laten enkele kwantitatieve conclusies toe: een mengverhouding van 15:1 van "wit" en monochromatisch "geel" licht is nodig om een ​​nauwelijks waarneembare tint in wit te produceren, maar voor "rood" licht is de mengverhouding ongeveer 170:1, en voor "violet" licht kan deze oplopen tot wel 1000:1! Op basis hiervan heeft monochromatisch "violet" licht meer dan 60 keer de kleurkracht van "geel" licht .

Deze curven tonen alleen de eerste kleurstap vanaf het witpunt, niet de algehele geometrie van de kleurintensiteit over het hele bereik van verzadigingswaarden. Ze geven ook niet de respons in oppervlaktekleuren weer, die worden bepaald door complexere perceptuele processen.

Grafiek van spectrale kleurcoëfficiënten gebaseerd op unieke kleurmengsels

uit Hurvich (1997)

Bij oppervlaktekleuren gaat elke eenvoudige relatie met de output van de kegeltjes verloren. Ter verduidelijking toont het diagram (rechts) het totale chromaticiteitssignaal (berekend als de verhouding tussen de L- , M- en S- chromatische en achromatische responsen bij elke helderheid, gesommeerd over alle drie de kegeltjes) uitgezet tegen de CIECAM- verzadigingsmeting voor vijf kardinale Munsell-kleuren (5Y, 5R, 5P, 5B en 5G), over het fysiek mogelijke chroma-bereik bij Munsell-waarden 4, 6 en 8, in gelijke oppervlakte-grondtonen van de kegeltjes. De output van de kegeltjes werd afgeleid als de getransformeerde tristimuluswaarden voor alle kleuren. Het belangrijkste kenmerk is een relatief lineaire respons tussen verzadiging en kegeltjesstimulatie over de rode, gele en groene tinten, maar een aanzienlijke responscompressie in de blauwe en violette tinten.

De kegeltjesreacties laten ook een zeer grote initiële toename in verzadiging zien ten opzichte van het chromatische signaal, een sprong die te groot is om in detail te worden gevolgd met behulp van de Munsell-chroma-intervallen. Dit duidt erop dat het visuele systeem bijzonder gevoelig is voor kleine chroma-verschillen ten opzichte van het achromatische punt, en relatief minder gevoelig wordt voor chromatische verschillen tussen sterk verzadigde kleuren. Tot slot, merk op dat de basisfunctie binnen elke tint invariant is over de helderheidsniveaus, zoals we zouden verwachten van verzadiging.

Een belangrijke perceptuele factor die de relatie tussen kegeltjesstimulatie en waargenomen verzadiging beïnvloedt, is luminantiecontrast . Ralph Evans gebruikte het concept van helderheid om contrasteffecten te integreren over zowel zelflichtende als oppervlaktekleuren . Helderheid omvat vier kwalitatief verschillende en elkaar uitsluitende kleurpercepties: zwart, grijs (dat eruitziet als een oppervlak), fluorescerend (dat eruitziet als een gloeiend oppervlak) en zelflichtend (dat eruitziet als licht), zoals weergegeven in het schema.

kwalitatieve veranderingen in Evans' genialiteit

Helderheid ( Y ) op een schaal van gecomprimeerde respons (helderheid); gekleurde stippen tonen de G0 _- waarden voor de unieke tinten.

Evans presenteerde de kijkers een donutvormig veld van achromatisch (wit) licht, 10° breed en met een constante, matige helderheid (320 cd/m² ⁾ , waarna hij steeds grotere hoeveelheden sterk gechromatisch, gefilterd licht projecteerde in het 2° donkere centrale gebied. Aanvankelijk leek het gebied zwart; vervolgens, naarmate de helderheid van het gekleurde licht toenam, veranderde de schaduw bij een drempelwaarde van zwart naar een donkere, vergrijsde (doffe) oppervlaktekleur. Naarmate de helderheid van de kleur toenam, werd de kleur verzadigder (minder grijs) totdat een punt van nul grijsheid, oftewel maximale kleurzuiverheid, werd bereikt, bij een helderheid die aanzienlijk lager was dan die van wit. Bij nog hogere helderheidsniveaus werd de kleur fluorescerend of gloeiend, een ambigue combinatie tussen een oppervlaktekleur en een zelflichtende kleur. Ten slotte, bij een helderheid die ongeveer twee keer zo hoog was als die van de "witte" omgeving, verdween het fluorescerende effect abrupt en verscheen de kleur ondubbelzinnig als licht.

Naast het illustreren van het belang van luminantiecontrast voor de waarneming van verzadiging en voor de waarneming van oppervlaktekleuren in tegenstelling tot lichte kleuren, identificeert de methode van Evans de luminantieverhouding tussen de kleur en de witte omgeving die nodig is om de waarneming van fluorescentie te produceren. In feite wordt de "tintsterkte" van verschillende tinten nu gedefinieerd als het vermogen om een ​​luminantiecontrast te overwinnen.

een kleurtest met behulp van luminantiecontrasten

logaritme van de verhouding tussen omgevingshelderheid en kleurhelderheid waarbij de kleur nul chromatische grijswaarde bereikt, per dominante golflengte van de kleurstimulus; uit Evans (1974)

De methode van Evans identificeert twee verzadigingsminimumwaarden rond 490 nm en 575 nm en een onderdrukt gebied met "groene" chromatische sterkte daartussen (zoals voorspeld door CIELUV), maar laat een lagere "rode" verzadiging zien aan het einde van het spectrum (ongeveer 10 keer sterker dan "geel" licht), en een extreem hoge chromatische sterkte in "violet" licht, dat hier ongeveer 150 keer zo sterk is als "geel" licht!

verzadiging en totaal kegelchromatisch signaal

Deze functie voor nul grijstint is vergelijkbaar met de maximale kleurzuiverheid of chromatische sterkte die met andere methoden wordt bepaald, maar ook deze wordt niet goed voorspeld door de chromaticiteitsdiagrammen. De logaritmische (respons gecomprimeerde) som van de absolute waarden van de y/b- en r/g -functies bij elke golflengte, gedeeld door de w/k -functie om de luminantiecontrastverhouding weer te geven (rechts), komt echter zeer dicht in de buurt. De overeenkomst is zeer goed en geeft duidelijk aan dat de chromatische intensiteit als gevolg van luminantiecontrast wordt bepaald door de tegenfuncties .

Samenvattend: alle voorspelde en waargenomen kleurzuiverheidsgeometrieën of "tintsterkte" vertonen een minimale chromatische sterkte rond 570 nm ("geel") en een maximale in de "violette" golflengten. De kenmerken van kleurzuiverheid zijn verder afhankelijk van de meetmethode. Het bewijs suggereert dat chromatische intensiteit twee perceptuele contrasten combineert : (1) het kleurverschil tussen de kleur en een wit met gelijke luminantie (wit als kleurstandaard), en (2) het luminantieverschil tussen de kleur en de omgeving (wit als luminantiestandaard). Dezelfde "briljantie"-perceptie wordt door het visuele systeem toegepast op twee verschillende definities van een "wit"-contrast.

De waargenomen kleurintensiteit kan worden bepaald door de kegeltjes-grondbeginselen, de tegendimensies of een combinatie van beide, afhankelijk van de kijkcontext. De kleurnuances van lichtmengsels worden bij benadering voorspeld door de 10°- of CIELUV-chromaticiteitsafstanden, maar Evans' luminantiecontrastcurve of nulgrijscurve wordt nauwkeurig voorspeld door de tegenfuncties. In het bijzonder domineren de op kegeltjes gebaseerde chromaticiteiten de verzadigingsperceptie van geïsoleerde gekleurde lichten, terwijl de tegendimensies de verzadigingsperceptie van verwante oppervlaktekleuren domineren.

Zoals op de vorige pagina is uitgelegd, bestaan ​​er veel definities van kleurzuiverheid, waarbij elke definitie gekoppeld is aan een andere perceptuele maatstaf en elke maatstaf een andere perceptuele geometrie oplevert. Het is waarschijnlijk misleidend om kleurzuiverheid te definiëren als een enkel perceptueel kenmerk of contextueel oordeel.

Gecombineerde kleureigenschappen . Tot nu toe is de geometrie van de kleurvormende eigenschappen beschreven in termen van verschillen in de fysieke stimuluseigenschappen – met name luminantie en golflengte. In dit gedeelte wordt de geometrie beschouwd die ontstaat wanneer één kleurvormende eigenschap wordt beschreven of gemeten in relatie tot een andere.

Helderheid en verzadiging . De verwantschap tussen helderheid en kleurzuiverheid, zoals beschreven op een vorige pagina , werd in de 19e eeuw ontdekt met een onderzoekstechniek genaamd heterochromatische helderheidsaanpassing . Bij deze test vergeleken waarnemers de schijnbare helderheid van twee verschillende golflengten van monochromatisch licht, of van een spectraal licht en een standaard wit licht, om de fotopische lichtrendementsfunctie te bepalen .

Het blijkt dat deze taak moeilijk uit te voeren is en onbetrouwbare resultaten oplevert, omdat de intense verzadiging van spectrale tinten wordt waargenomen als onderdeel van de helderheid van de kleur. Deze helderheidstoename door verzadiging , die sterker wordt naarmate de verzadiging toeneemt, wordt het Helmholtz-Kohlrausch-effect genoemd. Het zou beter chromatische helderheid genoemd kunnen worden , aangezien "wit" of achromatische helderheid de standaard is voor vergelijking. Het komt voor in zowel zelflichtende als oppervlaktekleuren, hoewel het het meest uitgesproken is in spectrale lichten.

het Helmholtz-Kohlrausch-effect in licht

Waargenomen verhouding van luminantie (wit)/luminantie (kleur) wanneer beide lichtbronnen even helder lijken, weergegeven op het CIE 1976 UCS- chromaticiteitsdiagram; oranje lijnen tonen gemeten verhoudingen, groene lijnen tonen verhoudingen die lineair zijn doorgetrokken naar de spectrumlocus; aangepast van Sanders & Wyszecki (1964).

Het diagram toont de verhouding tussen de helderheid van "wit" en de helderheid van kleur, zoals die daadwerkelijk is gemeten voor gedeeltelijk gedesatureerde tinten, en zoals die door een rechte lijn op de spectrumcurve is geprojecteerd. (Tests binnen afzonderlijke tinten laten zien dat het HK-effect ongeveer lineair toeneemt met de afstand tot het witpunt.) Dit toont aan dat het HK-effect in sommige tinten sterker is dan in andere : (1) bijna afwezig in tinten van "geelgroen" tot "diepgeel", (2) matig sterk in "oranje", "groen", "cyaan" en "blauw" golflengten, en (3) zeer sterk in extreme "oranje-rode", "blauwviolette" tinten en hun extraspectrale ("violet" en "roodviolet") mengsels. Bovendien varieert het HK-effect aanzienlijk tussen kijkers , vrij sterk bij sommigen en bijna afwezig bij anderen.

Hoe groot is de bijdrage van chromatische luminantie aan spectrale tinten? Het diagram toont de toename in luminantie van een "wit" kleurvlak die nodig is om de helderheid van een chromatisch kleurvlak van 10° te evenaren bij een constante (mesopische) luminantie van 20 cd/m² ^. De kleinste toename is voor spectraal "groenachtig geel" licht (565 tot 575 nm), waarbij de chromatische luminantie gelijk is aan ongeveer 2 tot 3 cd/m² ^van de "witte" luminantie; de ​​grootste toename is voor extraspectraal "paars" licht (ca. 541 nm), waar de toename bijna 27 cd/m² bedraagt ^. Voor tinten van "violet" tot "groen" lijkt verzadiging ongeveer 8 tot 14 cd/m² toe te voegen ^aan de spectrale tinten.

Bij oppervlaktekleuren, waarbij de helderheid van een gekleurde tegel moet overeenkomen met die van een grijze tegel onder dezelfde belichting, lijkt het HK-effect iets kleiner dan bij lichte tegels en is het gelijkmatiger verdeeld over de kleurencirkel; het is ook afhankelijk van de chromaticiteit van de lichtbron. Onder daglichtbelichting produceerde een representatieve steekproef van matig chromatische gekleurde tegels een gemiddelde helderheidsverhoging van L*  = 7,1 voor tegels met een gemiddelde CIELAB-chroma van C = 45.

Chromatische luminantie veroorzaakt aanzienlijke additiviteitsproblemen bij het afstemmen van helderheid. Als bijvoorbeeld "blauw" en "geel" monochromatisch licht afzonderlijk worden afgestemd op "wit" licht, is het mengsel van "blauw" en "geel" licht aanzienlijk zwakker dan het "witte" licht bij dubbele luminantie. Dit schendt de fundamentele algebraïsche regels van de trichromatische theorie.

logaritmische kleurzuiverheid berekend op basis van tegengestelde functies

De omvang van het additiviteitsprobleem hangt af van de dominante golflengte van de twee lichtbronnen in het mengsel. Dit blijkt uit de volgende procedure. De helderheden van verschillende monochromatische lichtbronnen worden afgestemd op een "witte" standaard met een constante luminantie (wat in veel studies een gloeilamp is geweest met een "oranje" kleurtemperatuur van ~2800°K). Vervolgens wordt de luminantie van het "witte" licht verdubbeld, wordt elke monochromatische lichtbron achtereenvolgens gemengd met een constante "groene" lichtbron (520 nm), en worden de helderheden van het mengsel en het witte licht opnieuw vergeleken.

Voor de meeste kijkers produceert de mix van "geel" en "groen" licht dezelfde helderheid als de verdubbelde "witte" standaard. De mix van "violet" en "groen" creëert echter een "cyaan" dat te helder is ( versterking ), dus moet de "violette" luminantie met 40% worden verminderd om de helderheid weer gelijk te krijgen. De "gele" mix van "rood" en "groen" is veel te zwak ( annulering ), dus moet de "rode" luminantie met 90% worden verhoogd. Hoewel niet weergegeven in het diagram, produceren mixen van "violet" en "wit" [oranje?] ook een annulering, terwijl mixen van "rood" en "violet" een sterke versterking opleveren.

Bij een verwante procedure worden spectrale lichtbronnen aangepast aan een "witte" standaard. Vervolgens wordt elke gekleurde lichtbron achtereenvolgens gemengd met het "witte" licht, en de helderheid van het mengsel wordt vergeleken met een "wit" licht met een dubbele luminantie. Dit levert een vergelijkbare curve op, maar met een iets grotere annulering in de "cyaan" golflengten. Het laat ook zien dat lichtbronnen rond 570 nm en 470 nm (een uniek geel en een uniek blauw) geen versterkend of annulerend effect hebben op het "witte" [oranje?] licht.

Deze tekortkomingen in de additiviteit verklaren verschillende raadselachtige kenmerken van kleurenzien. De annulering die optreedt bij mengsels van "rood" en "groen" licht, die zeer sterk is ongeacht hoe de additiviteit wordt gemeten, accentueert het contrast tussen rood en groen en verklaart waarschijnlijk waarom mengsels van rode en groene verf zulke donkere neutrale kleuren produceren. Het annuleringseffect treedt alleen op in het spectrale gebied waar de output van de S -kegeltjes effectief nul is , waardoor waarschijnlijk onverzadigde kleurzones ontstaan ​​(donkere gele of rode kleursensaties) en verklaart waarom een ​​"gele" sensatie in oppervlaktekleuren niet kan worden geproduceerd door het mengen van rode en groene stippen. En de minimale luminantieverandering die optreedt wanneer "blauw" of "geel" licht wordt toegevoegd aan "wit" licht, suggereert dat luminantieadaptatie niet betrokken is bij de chromatische adaptatie aan verschuivingen in de chromaticiteit van daglicht. Al met al introduceren de chromatische versterking door de S- kegeltjes en de annulering door de L- kegeltjes veel complexiteit in de kleurwaarneming.

Het HK-effect en de daarmee samenhangende tekortkomingen in de additiviteit tonen aan dat helderheid/lichtheid en kleurzuiverheid geen onafhankelijke dimensies zijn: het ene attribuut beïnvloedt het andere, afhankelijk van het niveau of de intensiteit van beide . We zagen een vergelijkbare onderlinge afhankelijkheid van kleurzuiverheid en helderheidscontrast in metingen van briljantie , en dit is een algemeen kenmerk van kleurenzicht. Dit impliceert dat ons idee van kleur als afzonderlijke kleurvormende attributen of dimensies, die elk onafhankelijk van elkaar variëren, de geïntegreerde en zeer dynamische aard van kleurwaarneming verkeerd weergeeft.

Tint en verzadiging . Een tweede geometrie ontstaat in het verband tussen tint en tintzuiverheid, namelijk de geometrie van een chromaticiteitsdiagram . Dit werd intensief bestudeerd in een poging om een ​​betrouwbare colorimetrische maat te ontwikkelen voor het schijnbare kleurverschil tussen twee vergelijkbare kleuren.

Hoe goed kunnen we onderscheid maken tussen meer gedempte kleuren die gedefinieerd zijn binnen het tweedimensionale chromaticiteitsvlak? Het verzamelen van deze metingen is veel lastiger, maar in de jaren 40 deden WD Wright en David MacAdam dit voor vaste testkleuren van lichtbronnen die verschilden in tint en verzadiging, maar een constante helderheid hadden. MacAdam koos voor de vernieuwende aanpak om proefpersonen te vragen een testlicht exact te matchen met een mengsel van primaire lichtbronnen. Vervolgens gebruikte hij de foutmarge in primaire mengsels die als een match werden geaccepteerd bij herhaalde testrondes om de perceptuele minimale grenzen van kleurverschil te bepalen .

onderscheid tussen tint en verzadiging

Links: MacAdam-ellipsen evenredig met de tint- en verzadigingsdiscriminatie in het CIE 1931-chromaticiteitsdiagram; rechts: dezelfde ellipsen in CIE UCS (1976); de ellipsen worden 10 keer zo groot weergegeven voor een betere vergelijking.

De foutmarges rond de 25 testkleuren in het onderzoek van MacAdam worden aangegeven door ellipsen in een standaard chromaticiteitsdiagram (CIE 1931 standaardwaarnemer, linksboven); de grootte van de ellips symboliseert de hoeveelheid tint- en/of verzadigingsverandering die nodig is om een ​​zichtbaar kleurverschil te produceren.

Het valt meteen op dat de ellipsen niet gelijk zijn in grootte, vorm of oriëntatie. We zien dat het CIE 1931-diagram gelijke perceptuele afstanden niet weergeeft als gelijke afstanden in de chromaticiteitsruimte; het vergroot het gebied van groene kleuren enorm ten opzichte van blauw en rood. Dit is in wezen een probleem van het projecteren van een gekromde kleurruimte op een plat oppervlak – hetzelfde probleem dat ervoor zorgt dat Groenland op sommige wereldkaarten groter lijkt dan Afrika.

De resultaten van MacAdam stimuleerden diverse pogingen om isotrope kleurruimten of uniforme kleurschalen (UCS) te ontwikkelen die perceptueel gelijk zijn in alle dimensies en in alle combinaties van helderheid/lichtheid, tint en chromatische intensiteit. In principe zouden deze ervoor zorgen dat alle ellipsen van MacAdam eruitzien als cirkels met een gelijke straal, en zouden ze het kader bieden voor nauwkeurige en consistente berekeningen van kleurverschillen. Het chromaticiteitsdiagram in de CIELUV Uniform Color Space (diagram hierboven, rechts) is een vereenvoudigde versie hiervan, en het zorgt er inderdaad voor dat de ellipsen meer gelijk van grootte zijn. Er blijven echter duidelijke verschillen bestaan, en deze lijken onherleidbare kenmerken van kleurperceptie te zijn:

• Het afstemmen van de verzadiging is over het algemeen een moeilijkere of minder betrouwbare taak dan het afstemmen van de tint (tintdiscriminatie is scherper dan chromadiscriminatie): in beide diagrammen (hierboven) zijn de ellipsen langwerpig in de richting van het witpunt ( W ).

• Er is een algemene tendens dat onderscheidingsvermogen op basis van verzadiging ten koste gaat van onderscheidingsvermogen op basis van tint , en omgekeerd. Het onderscheidingsvermogen op basis van verzadiging is zwakker dan het onderscheidingsvermogen op basis van tint bij rood, geel, groen en blauw, en het onderscheidingsvermogen op basis van tint is zwakker bij de mengtinten blauwgroen, violet en magenta.

• Discriminatiefouten zijn langwerpig in een Y- vormig patroon richting de drie hoeken van het chromaticiteitsdiagram . Deze drie hoeken worden gedefinieerd door (1) een toename van de S -kegeluitvoer ten opzichte van de L+M -uitvoer (blauw), (2) een onevenwicht tussen de L- en M- uitvoer (rood), of (3) een onevenwicht tussen de M- of L -kegeluitvoer (groen).

• De onderscheidingskracht is relatief beter (de ellipsen zijn kleiner) rond het witpunt; het is gemakkelijker om de tint en verzadiging van wittinten te matchen dan om de verzadiging van sterk verzadigde kleuren nabij het spectrumpunt te matchen.

• Zowel de tint- als de verzadigingsdiscriminatie is het scherpst bij geel en oranje, waar de L- en M- uitgangen (de r/g-tegenfunctie) het meest in evenwicht zijn.

Daarnaast hebben andere studies naar kleur- en/of verzadigingsdiscriminatie aangetoond dat:

• Kleuraanpassing is optimaal in grote visuele stimulusgebieden (ongeveer 10° breed); de aanpassing verslechtert naarmate de kleurgebieden kleiner worden, vooral wanneer ze minder dan 1° breed zijn ( foveale beelden ).

• Kleurdiscriminatie is veel slechter wanneer de kleurvergelijking plaatsvindt in een omringend gebied met contrasterende kleurtinten.

• Het onderscheidingsvermogen neemt af bij lage lichtsterktes; met name de gevoeligheid die wordt bepaald door de S- kegeltjes neemt aanzienlijk af bij lage lichtsterktes.

Kleurverschil (gecombineerde kleuren) . Eerder presenteerde ik het spectrale kleurverschil zoals voorspeld door de CIE UCS . Dat diagram moet alleen worden toegepast op het kleurverschil van gekleurd licht, of het nu monochroom is of een complexe spectrale mengvorm.

En hoe zit het met oppervlaktekleuren? Het onderstaande diagram toont de afstand tussen de tinten in het chroma-gebaseerde a _C b _C- vlak in CIECAM , een tegendimensionaal kleurwaarnemingsmodel. De tint wordt aangegeven door (1) gekleurde cirkels voor spectrale tinten met intervallen van 10 nm zoals gedefinieerd door de CIE 10°-waarnemer (golflengte cursief weergegeven); (2) zwarte stippen voor gemiddelde tinthoeken van doelkleuren volgens het Munsell-kleurordesysteem ; en (3) gekleurde stippen voor de geschatte locatie van de vier unieke tinten .

kleurafstand op het CIECAM a _c b _c- vlak

onder lichtbron D65; binnenste cirkel: consensuslocatie van de vier unieke tinten (Kuehni, 2001); middelste cirkel: markeringen voor Munsell-tinthoeken, gemiddeld over 9 kleurdoelen ( V = 5, 6 en 7 bij chroma C = /8, /10 en /12 ); buitenste cirkel: spectrale tinten in intervallen van 10 nm, gebaseerd op een waarnemer met een hoek van 10°; percentages verwijzen naar de verhouding van 410 nm "violet" in het extraspectrale mengsel met 680 nm "rood".

annulering en versterking in de additieve menging van spectrale lichten

naar Guth et al. (1969)

De gelijkmatige spreiding van de Munsell-kleurmarkeringen suggereert dat CIECAM een perceptueel uniforme spreiding van oppervlaktekleuren vrij goed benadert. De spectrale tinten die overeenkomen met de uiteinden van de CIECAM a- , b+ en b- tegendimensies — op 442, 493 en 575 nm — komen goed overeen met de spectrale locatie van de piek van de y/b-functie, uniek geel (nulwaarde van de r/g-functie) en uniek groen (nulwaarde van de y/b-functie) die in de theoretische tegenfuncties worden gevonden . Maar andere kenmerken van de tegenfunctie — uniek blauw (nulwaarde van de r/g-functie) op 472 nm, de r/g-pieken op 524 nm en 610 nm, en de y/b-piek op 554 nm — ontbreken. De perceptie van licht en de perceptie van oppervlakken zijn in feite verschillende sensorische domeinen binnen dezelfde sensorische modaliteit — niet anders dan het verschil tussen muziek en lawaai.

Om die reden komen de visuele complementaire kleuren die in de CIE UCS (en andere CIE-chromaticiteitsdiagrammen of kegeltjesexcitatiediagrammen ) worden geïdentificeerd, niet overeen met de complementaire kleuren in CIECAM. Dit is duidelijk te zien wanneer we de locatie van spectrale blauwtinten verbinden met hun gele of oranje visuele complementen in het CIECAM a _c b _c -vlak (diagram rechts). Alle lijnen buigen scherp naar groen in plaats van recht te lopen, en dezelfde verschuiving is ook te zien in CIELAB. Dit is geen fout, omdat de kleurcirkels in zowel CIECAM als CIELAB de visuele complementen zoals gedefinieerd in Munsell (onderste diagram, rechts) vrij goed weergeven. Oppervlaktekleuren en lichtkleuren schalen verschillend, en CIECAM schaalt oppervlaktekleuren nauwkeurig.

Het bovenstaande diagram maakt ook duidelijk dat (altijd met uitzondering van geel) de unieke Hering-tinten de uiteinden van de tegendimensies niet definiëren . De tegenfuncties zijn belangrijk voor een nauwkeurige kleurschaling, maar de unieke tinten niet.

Deze observaties onderstrepen de belangrijke structurele verschillen tussen licht- en objectkleuren , en het cruciale feit dat, in tegenstelling tot Herings vermoeden, de structurele grondslagen van kleurenzicht zich niet opdringen in de kleurervaring als 'fundamentele' kleuren of universele kleurconcepten.

verschuiving van spectrale visuele complementaire tinten in CIECAM

reproductie van Munsell visuele complementaire kleuren in CIECAM

In een perceptueel systeem dat zo subtiel reageert op de context , bestaat er geen absolute, eenduidige standaard voor de afstand tussen tinten en complementaire kleurcombinaties. CIELUV beschrijft lichtmengsels adequaat en is bruikbaar als chromaticiteitsdiagram in video- of computergerelateerde kleurtoepassingen. Het Munsell-kleursysteem is vrij van theoretische of geometrische vertekeningen, maar lijkt empirische onnauwkeurigheden te bevatten in de afstand tussen tint en verzadiging. Het CIECAM-model is gebaseerd op tegendimensies die de afstand tussen Munsell-blauwen en groenachtige gelen lijken te comprimeren. De algehele discrepantie tussen de Munsell- en CIECAM-systemen is relatief klein.

Zie ook de pagina ' Synthese van oppervlaktekleuren' .

Andere structuren . Met name luminantie en ruimtelijke contrasten spelen een dominante rol in de waarneming van oppervlaktekleuren. Geïsoleerde lichtmengsels zijn gemakkelijker te manipuleren en te meten als kleurstimuli en kunnen in principe de grenzen van het visuele systeem bereiken. Veel generalisaties over kleurenzicht zijn hierop gebaseerd. Het is echter van belang om een ​​duidelijk onderscheid te maken tussen spectrale kleuren en oppervlaktekleuren bij het lezen of nadenken over kleur, of bij het toepassen van kleurprincipes in ontwerp.

Deze analyse levert niets op dat lijkt op de kleurvormende eigenschappen of de tegengestelde functies. De fundamentele dynamiek van kleurwaarneming lijkt hier niet op gebaseerd te zijn. Kleurdiscriminatie en het HK-effect tonen aan dat tint en verzadiging, en verzadiging en helderheid, functioneel van elkaar afhankelijk zijn in verschillende stadia van kleurenzien. De kleurvormende eigenschappen zijn betekenisvol wanneer ze in combinatie worden gebruikt om de bewuste kleurervaring te beschrijven, te modelleren of te voorspellen, maar ze zijn zwak wanneer ze worden beschouwd als abstracte dimensies van kleur – vooral wanneer ze worden gebruikt om lichtheid of helderheid los van tint en verzadiging te beschrijven.

Zowel violet (paars) als roodviolet (de grenskleur tussen violet en rood ) zijn verwaarloosd in onderzoek naar kleurenzicht. Dit komt deels doordat ze niet in het zichtbare spectrum voorkomen en daarom werden verondersteld buiten de adaptatielogica van het visuele systeem te vallen; en deels doordat ze niet tot de "primitieve" kleurnamen in natuurlijke kleurlexicons behoren en daarom minder relevant zijn voor kwesties van kleurstandaardisatie en -communicatie. Om vergelijkbare redenen zijn de "tussenliggende" grenskleuren groengeel, groenblauw en roodviolet genegeerd ten gunste van de prototypische unieke kleuren geel, blauw, groen en rood. De bovenstaande analyse suggereert het potentiële belang van deze extraspectrale en grenskleuren voor het onderzoek naar de structuur en functie van het visuele systeem.

Responscompressie oefent zijn effect uit op het gehele visuele systeem. Bij de waarneming van helderheid vergroot responscompressie het helderheidscontrast op oppervlakken met een lage reflectie, minimaliseert het het helderheidscontrast op oppervlakken met een hoge reflectie en geeft het de meeste stappen van een luminantieschaal met gelijke intervallen weer als waarden boven middengrijs. Bij de waarneming van kleurzuiverheid vergroot responscompressie het chromatische contrast in verzadigde kleuren, minimaliseert het het chromatische contrast in doffe kleuren en geeft het de meeste stappen van een excitatiezuiverheidsschaal met gelijke intervallen weer als kleuren onder "intense" verzadiging.

Kleurmetingen worden normaal gesproken uitgevoerd met de kleur tegen een neutrale grijze achtergrond, het adaptatiegrijs. Kleine kleurverschillen zijn vooral merkbaar in het contrast tussen aangrenzende kleurvlakken. Grote kleurverschillen of verschillen tussen visueel ver uit elkaar liggende kleurvlakken kunnen worden gecomprimeerd of vervormd om het volledige kleurenspectrum in een visuele context weer te geven.

Omwille van het gemak van historisch onderzoek, analytische precisie en praktische meetmethoden, zijn de basisprincipes van kleurvergelijking in de colorimetrie volledig afgeleid van lichtmengsels. Gezien het grote deel van de ontwikkelingsjaren dat mensen besteden aan het kijken naar objecten in plaats van naar lichtbronnen (inclusief "zachte" lichtbronnen zoals televisies of computermonitoren), staat het echter buiten kijf dat oppervlaktekleuren de fundamentele visuele context vormen waarop kleurenzicht is aangepast om nauwkeurig weer te geven. Ondanks het feit dat de fysieke kleurwaarneming sterk afwijkt van de oorspronkelijke prikkeling van de kegeltjes, vormen oppervlaktekleuren het kader waarbinnen alle kleurverschijnselen moeten worden verklaard of gemodelleerd.

Veel aspecten van kleurgeometrie zijn aanpassingen om de interpretatie van oppervlaktekleuren onder natuurlijke lichtbronnen te verbeteren, en kunnen als ontwerpfouten worden beschouwd als lichtperceptie de maatstaf voor beoordeling is.

individuele verschillen in kleurbeleving

Een van de meest significante en tegelijkertijd onderbelichte feiten die uit kleurenonderzoek naar voren zijn gekomen, is de grote individuele variatie die onze collectieve kleurbeleving kenmerkt.

Deze variaties zijn terecht onderdrukt in de literatuur over kleurenzicht, in de zoektocht naar een consensus of een "gemiddelde" kleurbeschrijving die de basis kan vormen voor standaardmodellen van kleurenzicht en standaardmethoden voor kleurmeting. Voor kunstenaars, die moeten werken binnen een persoonlijke esthetische visie en kleurgevoel, zijn individuele verschillen in kleurenzicht minder gemakkelijk te negeren. Laten we eens kijken wat we kunnen afleiden uit de schaarse bewijzen die beschikbaar zijn.

In de literatuur over kleuronderzoek wordt zo nu en dan melding gemaakt van de omvang van dit probleem in specifieke contexten. Peter Kaiser en Robert Boynton merken in hun bespreking van kleurdiscriminatie op dat

Vergelijkingen tussen verschillende waarnemers, of het nu in hetzelfde of in een ander experiment is, schetsen een ontmoedigend beeld. Hoewel waarnemers het eens zijn over bepaalde belangrijke trends, zijn de individuele verschillen ronduit enorm ( Human Color Vision, 2e editie, p. 343).

Günter Wyszecki en WS Stiles stellen in hun overzicht van studies over de MacAdam-ellipsen dat

Wanneer men de onderlinge vergelijking [tussen proefpersonen] beperkt tot een specifieke locatie in het chromaticiteitsdiagram, blijken de ellipsen van verschillende waarnemers vaak niet nauw met elkaar overeen te komen. Integendeel, er worden grotere verschillen geconstateerd in de oriëntatie, grootte en vorm van de ellipsen ( Color Science, 2e editie, p. 323).

Individuele verschillen komen duidelijk naar voren in experimenten met tegengestelde kleurschakeringen . De exacte vorm van de tegengestelde curven en de daaruit voortvloeiende kleurdiscriminatie verschillen aanzienlijk van persoon tot persoon, waarschijnlijk vanwege individuele verschillen in de verhoudingen, verdeling en fotopigmentchemie van de L- , M- en  S -kegeltjes, en in de optische dichtheid van het lens- en maculapigment.

Het voorbeeld rechts toont kleurannuleringscurven die zijn geproduceerd door Hurvich en Jameson zelf, die vermoedelijk wisten wat ze deden. De ene onderzoeker had, in vergelijking met de andere, ongeveer twee keer zoveel unieke "gele" tint nodig om spectrale overeenkomsten te verkrijgen van middengroen tot rood.

De contouren van de fotopische gevoeligheid vertonen ook grote variaties tussen individuen met normaal kleurenzicht. Het onderstaande voorbeeld, uit een vroeg onderzoek, laat de spreiding van individuele variatie over alle golflengten zien.

individuele variaties in fotopische gevoeligheid

Resultaten voor 52 individuen, gebaseerd op heterochromatische stapsgewijze helderheidsaanpassing; uit Gibson & Tyndall (1923)

Ik heb voor drie golflengten de grootte van de individuele verschillen aangegeven als percentage van de gemiddelde waarde. Voor een "geel-oranje" golflengte (600 nm) is de variatie 58% van de gemiddelde waarde; dit is kleiner in het "groene" deel van het spectrum, maar wordt weer groot in het "blauwe" deel (onder 500 nm). Het bereik van de piekwaarden ligt ruwweg tussen 540 en 570 nm. De gebruikte methode, waarbij de helderheden van vergelijkbare spectrale tinten stap voor stap over het hele spectrum worden afgestemd, is niet de meest betrouwbare, maar vergelijkbare variabiliteit treedt op bij andere methoden. In een onderzoek met behulp van flikkerfotometrie lag het bereik van de piekwaarden bijvoorbeeld tussen 549 en 570 nm.

individuele variaties in RGB-tristimuluswaarden

10° kleuraanpassingsgegevens voor 49 waarnemers, van Stiles & Burch (1949)

Vergelijkbare grote verschillen komen naar voren in een van de meest zorgvuldig gecontroleerde kleuraanpassingsstudies van Stiles en Burch, zowel in de primaire kleuraanpassingsfuncties (hierboven) als in de locatie van de spectrumlocus in een r,g- chromaticiteitsdiagram (hieronder). Over het algemeen laten deze grote variaties zien in de tintsterkte van het rode primaire licht, vooral in de tinten buiten het kleurbereik tussen "groen" en "violet" die moeten worden ontverzadigd (negatieve r- waarden) door toegevoegd "rood" licht.

individuele variaties in de schaling van de spectrumlocatie

10° kleuraanpassingsgegevens voor 49 waarnemers, van Stiles & Burch (1949)

tegenfunctiecurven voor twee individuele proefpersonen

naar Jameson & Hurvich, 1955

Een onweerlegbaar en verontrustend voorbeeld hiervan is de grote variatie in de keuze van unieke tinten tussen individuen in verschillende kleurwaarnemingsstudies. Hierbij wordt aan de deelnemers de eenvoudige taak voorgelegd om bijvoorbeeld een specifieke gele tint te kiezen die geen rode of groene ondertoon lijkt te bevatten. Het algemene beeld, zoals rechts weergegeven, is niet voor alle tinten hetzelfde. De kleinste variaties doen zich voor bij de keuze van een unieke gele tint, gevolgd door een kleinere variatie bij een unieke rode tint. Dit duidt op een over het algemeen betere overeenstemming tussen individuen aan de "warme" kant van de kleurruimte. Veel grotere variaties zijn te zien bij de keuze van een unieke blauwe en een unieke groene tint.

De variatie in groen, die een kwart van de kleurencirkel beslaat, verdient een nadere beschouwing. Hieronder staan ​​de resultaten van een onderzoek waarbij 50 mannen en 50 vrouwen matig heldere, monochrome (maximaal verzadigde) groene kleurvlakken bekeken met een diameter van 1° (tweemaal de schijnbare grootte van de volle maan) tegen een witte achtergrond. De vlakken werden gedurende één seconde bekeken, met een rustperiode van 3 minuten ertussen om chromatische adaptatie -effecten te elimineren. De proefpersonen werd gevraagd aan te geven of elk groen wat geel of wat blauw bevatte, waarna de kleur zich dienovereenkomstig aanpaste totdat hun unieke groene tint was gevonden.

individuele keuzes van uniek groen

Het zwarte vierkant geeft het gemiddelde aantal unieke groene kleuren aan; gegevens afkomstig van Volbrecht, Nerger & Harlow (1997).

Over het algemeen wordt de literatuur over kleurenzien geplaagd door inconsistente resultaten met betrekking tot hetzelfde visuele effect of mechanisme, afhankelijk van de gebruikte onderzoeksmethode. Dit betekent ongetwijfeld dat de context ertoe doet: in de meeste gevallen is de variatie in reacties tussen verschillende studies veel groter dan de variatie in reacties van dezelfde persoon binnen dezelfde studie. Het is echter vaak moeilijk om deze variatie te verklaren aan de hand van de gebruikte onderzoeksmethoden of een algemeen model van kleurenzien. Het is mogelijk dat individuele verschillen in dezelfde situatie betekenen dat mensen zich anders aanpassen aan verschillende situaties, en dat de kleurervaring in werkelijkheid diverser is dan in een enkele studie lijkt.

Deze grote individuele verschillen in kleurperceptie ondermijnen de specifieke bewering dat "kleuren betekenis hebben". Om te "communiceren", moeten kleuren een consistente stimulusspecificatie hebben (het rood in alle verkeerslichten is hetzelfde) en moeten ze in goed gedefinieerde contexten worden gebruikt om een ​​conventioneel vooraf vastgestelde betekenis over te brengen. Deze hulpmiddelen zijn minder beschikbaar in de beeldende kunst. Kunstenaars kunnen een consistente persoonlijke specificatie, context en betekenis opleggen door middel van hun schildergewoonten, oftewel hun "schilderstijl". Maar een nieuwe en onbekende kunststijl zal kleur op een nieuwe manier gebruiken, heel verschillende dingen aan verschillende mensen communiceren en daarmee een zinloos debat aanwakkeren over wat kleur in de kunst "nu echt betekent".

kleur en taal

Tot slot bekijken we hoe kleur in woorden voorkomt en of de taalkundige vorm van kleur inzicht geeft in fundamentele eigenschappen van kleurwaarneming.

Het meeste bewijsmateriaal is afkomstig van kleurbenoemingsonderzoeken die zijn uitgevoerd door antropologen en cognitieve psychologen in verschillende talen. De antropologische gegevens (de zogenaamde World Color Survey) registreren de namen die 2700 moedertaalsprekers in 110 verschillende culturen aan Munsell-kleurstalen hebben toegekend. De psychologische gegevens omvatten metingen van consistentie en reactietijd bij de keuze van kleurnamen in kleurbenoemingstaken, en tests van kleurdiscriminatie bij baby's en kinderen.

De resultaten van deze onderzoeken zijn helaas onderbenut, omdat ze grotendeels verwikkeld zijn in het debat tussen twee tegengestelde theorieën: (1) kleurnamen zijn volledig afhankelijk van de behoefte aan kleuronderscheidingen die door de omgeving of cultuur wordt opgelegd; of (2) sommige kleuren zijn perceptueel fundamenteler dan andere, worden als eerste benoemd en moeten in de taal worden gedefinieerd voordat andere kleurnamen zich kunnen ontwikkelen. Het ontwikkelingsschema dat door de tweede theorie wordt voorgesteld, is weergegeven in het volgende schema.

ontwikkelingshiërarchie in kleurtermen

Volgens dit schema zijn er twee soorten kleuren en kleurnamen : (1) basiskleuren , die niet tot een andere kleurnaam of kleurmengsel kunnen worden herleid, en die de zes unieke kleuren zijn (rood, groen, geel, blauw, wit en zwart), en (2) binaire kleuren , die mengsels zijn van twee basiskleuren of kleurnamen ("rood+geel" voor oranje, "rood+zwart" voor bruin ). De hypothese is dat talen basistermen ontwikkelen door middel van tegenstellingen en binaire termen door middel van overlapping of combinatie. Het schema wordt grotendeels bevestigd door de ontwikkelingsstadia van het moderne Engels:

• Talen representeren allereerst licht+warm (wit plus alle "warme" kleuren, positief) en donker+koel (zwart plus alle "koele" kleuren, negatief) als tegengestelde concepten. Alle talen kunnen variaties in lichtheid of helderheid beschrijven en vele andere kleurvariaties onder dit basisonderscheid scharen. (Zie bijvoorbeeld de Aristotelische kleurentheorie .)

In het Angelsaksisch of Oudengels (ca. 600-1150 n.Chr.), en van daaruit terug in de gereconstrueerde Indo-Europese woordenschat, was licht/donker de overheersende betekenis van kleurgerelateerde woorden; God, intelligentie, intellect, inzicht, de zon, licht, flitsende reflecties, metalen en vuur werden allemaal beschreven met het woord "wit (helder)".

In dit stadium bestaat het concept 'kleur' ​​als perceptueel attribuut eigenlijk niet. De oude Grieken definieerden kleur bijvoorbeeld als een materieel attribuut, waardoor andere materiële eigenschappen of fysieke veranderingen ook werden gekoppeld aan kleurnamen – met name 'zwart' of 'wit'. Kleurwoorden duidden ook op oppervlaktekwaliteiten ('zwart' stond voor ruwheid), optische kwaliteit ('wit' voor doorschijnendheid), reflectiviteit (een 'witte' spiegel), kleurintensiteit of chroma (een 'witrood' was een intens rood), fysieke samenstelling ('blauw' werd geassocieerd met lucht, 'zwart' met aarde) of chemische oorsprong (pigmenten die op een vergelijkbare manier werden vervaardigd, ongeacht de tint). Sterker nog, Griekse kleurwoorden komen zo willekeurig voor in oude teksten dat de 19e-eeuwse filoloog W.E. Gladstone concludeerde dat de Grieken kleurenblind waren!

Vervolgens splitsen talen de begrippen "licht + warm" op in twee termen: "licht" (wit) wordt gescheiden van " warm" (rood + oranje + geel + bruin), maar de term "donker + koel" (zwart en groen + blauw) blijft behouden; violette tinten kunnen tot beide categorieën behoren. Zo benadrukt het primitieve onderscheid tussen tint en helderheid de warme tinten.

• Vervolgens vindt de scheiding van grue (groen+blauw) van zwart plaats. Dit contrast impliceert ook dat oppervlaktewaarden nu kunnen worden beschreven als gegradeerde mengsels van twee bipolaire eigenschappen: licht/donker en warm/koel.

• "Warm" wordt onderverdeeld in rood en geel, voordat "koel" wordt onderverdeeld in groen en blauw. (Er is een consistente trend dat lexiconen meer kleurlabels bieden voor "warme" kleuren dan voor "koele" kleuren.)

• Alle unieke kleuren van Hering (rood, geel, groen, blauw, zwart en wit) worden naast elkaar geplaatst en benoemd voordat andere kleurnamen worden toegevoegd.

De etymologische wortels van al deze kleurnamen gaan terug tot het Indo-Europese lexicon, maar ze kregen pas in het Middelengels (1100-1500) afzonderlijke betekenissen die op kleur duiden.

• Als er zeven of meer kleurconcepten zijn, worden de woorden voor paars , bruin , oranje , roze (allemaal warme kleuren) en grijs toegevoegd voordat groen of blauw verder worden onderverdeeld (bijvoorbeeld in 'ultramarijn', 'turkoois' of 'chartreuse'). Dit zijn allemaal binaire kleuren die zijn samengesteld uit de zes unieke tinten: paars is een roodblauw, bruin is een geelzwart, oranje is een geelrood, roze is een witrood en grijs is een witzwart.

In het Engels verschijnen deze samengestelde kleuren – namen voor mengsels van de basiskleuren – pas in het late Middelengels (1350-1500).

• Ten slotte verschijnt de taalkundige aanduiding van chroma , oftewel intense versus doffe kleuren, pas relatief laat in een kleurenlexicon. In het Engels duikt deze aanduiding pas op aan het einde van de 17e eeuw (Newtons "fiery hues"), en zelfs de 19e-eeuwse Engelse kunstcriticus John Ruskin worstelt er nog mee.

Waargenomen kleurgelijkenis komt ook tot uiting in de alternatieve of verkeerde namen die kinderen en volwassenen gebruiken voor een ambigue kleur. Het is heel gemakkelijk om een ​​kleur te vinden die sommige mensen groen noemen en anderen blauw, maar het is onmogelijk om een ​​groen te vinden dat iemand met normaal zicht rood zou noemen. Deze kleurbenoemingstaken ondersteunen opnieuw Herings uitsluiting van rood/groen of geel/blauw kleurcombinaties. Bovendien kunnen mensen in veel verschillende culturen "zuivere" voorbeelden van de Hering-kleuren sneller en consistenter benoemen dan samengestelde of grenskleuren. En wanneer hen wordt gevraagd om de "beste" gele, rode, groene of blauwe kleur te kiezen uit een groot scala aan kleuren, kiezen individuen de kleur die het meest overeenkomt met hun perceptueel unieke kleur, zoals gemeten met een kleurannulerings- of kleurvergelijkingsmethode.

CIELAB-tintenbereik: een reeks unieke tinten, gekozen door individuele proefpersonen in verschillende kleurstudies.

De stippen geven de gemiddelde of consensuslocatie van unieke kleuren weer; naar Kuehni, 2004.

Het is niet verwonderlijk dat, net zoals we nog steeds meer op het oude wiel vertrouwen dan op de moderne computer, de vroegste woorden ook de meest gebruikte woorden van vandaag zijn, met een paar kanttekeningen. Frequentietellingen van woorden in geschreven Engels (rechts) laten zien dat zwart en donker (plus wit en licht ) de lijst aanvoeren. De enige kleurtinten die hieraan gelijkwaardig zijn, zijn rood, blauw en groen. De overige kleuren zijn allemaal 'warme' tinten: bruin (doffe oranje), geel, roze, oranje en het goud dat niet in de zakelijke sectie voorkomt. Wanneer deze bij rood worden opgeteld, is hun 'warme' totaal (0,031%) groter dan het gecombineerde 'koele' totaal van blauw, groen en paars (0,022%).

De groep academici die elke versie van de hypothese van Berlin en Kay betwist, richt zich doorgaans op het feit dat de onderzoeksmethoden niet aantonen hoe kleurnamen kunnen verwijzen naar diverse uiterlijke kenmerken, zoals sappigheid of glans, en op verschillende metaforische manieren kunnen worden gebruikt – rood voor woede, groen voor jaloezie. Maar het is nauwelijks redelijk om de anatomische studie van honden te verwerpen omdat anatomen de vacht en vlooien negeren. Het benoemen van gekleurde chips lijkt voor mensen in alle culturen een eenvoudige taak te zijn, en de uniformiteit van het oppervlak van de chips beperkt de belangrijkste kenmerken tot kleurverschillen .

De waarneming van kleur lijkt altijd verbonden te zijn aan objecten, dus is het praktisch en logisch voor culturen om onderscheid te maken tussen objecten op basis van eigenschappen die belangrijker zijn dan kleur — de rotte appel in plaats van de bruine appel, de lentebladeren in plaats van de geelgroene bladeren, mijn shirt in plaats van het rode shirt, enzovoort — of op basis van grootte, vorm en ruimtelijke locatie die objecten in context onderscheiden. Indien nodig kunnen vergelijkbare objecten worden onderscheiden door relatieve verschillen in lichtheid of helderheid, oppervlaktestructuur of -patroon, of verschillen in eigendom of staat.

Zelfs in westerse culturen zijn kleurnamen vrijwel nooit essentieel voor het dagelijkse werk en gesprek. Abstracte kleurconcepten lijken pas nodig te worden en in een taal op te duiken nadat een nieuwe culturele praktijk, taak of vaardigheid – zoals mode, versiering, productie, kunst, landbouw of medische diagnose – kleuronderscheidingen binnen dezelfde soorten dingen (textiel, edelstenen, metselwerk, verf, planten, wijn of huidlaesies) belangrijk maakt. Het lijkt er zelfs op dat verschillende culturen kleurnamen daadwerkelijk zijn kwijtgeraakt, hoewel dit lijkt te gebeuren door kleurnamen te schrappen die relatief complexer zijn in het schema van Berlin & Kay.

Als we aannemen dat het menselijk oog tot wel een miljoen unieke kleuren kan onderscheiden, dan dekt onze woordenschat minder dan een fractie van 1% van die diversiteit. Dit betekent dat kleurbenamingen inherent een verbijsterende mate van onnauwkeurigheid met zich meedragen: we kunnen niet verwachten dat we om "witte" verf vragen en een kleur kopen die daadwerkelijk bij onze muren past. In plaats daarvan heeft elke taalcultuur (en technische subcultuur) een complex systeem van conventies ontwikkeld dat bepaalt hoe kleurperceptie en kleuronderscheidingen moeten worden gedefinieerd, beschreven en gecommuniceerd in relatie tot objecten of taken – in het Engels zijn bijvoorbeeld een "rode" wijn, een "rode" zonsondergang en een "rood" gezicht absoluut niet dezelfde kleur. Deze complexe regels worden in de kleurenliteratuur helemaal niet onderzocht.

De frequentie van kleurnamen in modern geschreven Engels

percentage voorkomen in
100 miljoen woorden

Ten slotte zijn niet alle kleuronderscheidingen of labeltaken gelijk. De tegenovergestelde gradaties van het onderscheid tussen licht en donker zijn mogelijk fundamenteel omdat ze terug te vinden zijn in de zonnecyclus en omdat ze aansluiten bij het universele semantische vermogen om tegenstelling of ontkenning te definiëren. Daarentegen vereisen categorische onderscheidingen zoals tint of 'kleur' ​​de herkenning van gecombineerde eigenschappen, die mogelijk zijn aangescherpt of genegeerd omdat de cultuur meer of minder nadruk legt op bepaalde kleuronderscheidingen. Tot slot zijn chroma-onderscheidingen niet goed onderzocht in kleurvocabularia (wellicht een culturele vooringenomenheid van de kleuronderzoekers), hoewel de beste conclusie waarschijnlijk is dat ze in de meeste talen relatief onbelangrijk zijn; de natuurlijke omgeving, die overwegend bestaat uit doffe kleuren, kan chroma-onderscheidingen hier irrelevant maken.

Als we al deze complicerende factoren bij elkaar optellen, lijkt het mij echter dat we het argument voor de perceptuele opvallendheid van de unieke kleuren eerder versterken dan verzwakken. Immers, als ze niet opvallend waren, zou de consistentie in de experimentele taken overschaduwd worden door de culturele complexiteit. Het feit dat er patronen ontstaan ​​ondanks de culturele eigenaardigheden bewijst dat er een universele basis is, ongeacht de variaties in de culturele structuren.

Het doorslaggevende punt: er is weinig overeenstemming tussen verschillende taalculturen wat betreft de waargenomen grenzen tussen de verschillende kleurnamen: hetzelfde oranje kan in de ene cultuur bij rood worden ingedeeld, maar in een andere bij geel (of "bruin", "warm" of "licht"). Maar in alle culturen bevindt de focuskleur , of het beste voorbeeld van een kleur, wanneer gekozen uit een complete reeks verzadigde kleurstalen, zich consistent binnen een klein gebied van het kleuroppervlak, zoals hieronder weergegeven voor de meest verzadigde Munsell-kleurstalen in verschillende tinten en lichtheden.

culturele variatie in Munsell-focuskleuren

Het academische debat over de voorrang van unieke kleuren lijkt mij grotendeels af te hangen van hoe het probleem en het bewijsmateriaal worden beschouwd. In dat verband heb ik een eigen observatie. Het feit dat kleurenblindheid pas aan het einde van de 18e eeuw werd erkend, wijst op de relatief onbelangrijke rol die kleurherkenning speelt in het dagelijks leven en in technische taken die tot dan toe gangbaar waren in de menselijke geschiedenis. Paradoxaal genoeg is deze trivialiteit van kleur de reden waarom kleuren als willekeurige symbolen kunnen worden gebruikt in veel verschillende aspecten van een cultuur – keuken, cosmetica, uniformen, ceremoniële of rituele kleding, mode, interieurinrichting, architectuur, reclame... en natuurlijk kunst.

Het meest recente overzicht van onderzoek naar taal en kleur is de bundel onder redactie van CL Hardin en Luisa Maffi . Robert MacLaury presenteert daarin op een positieve academische manier onderzoek naar taal en kleur, met voorbeelden van bevestigende en tegenstrijdige bevindingen . Voor een diepere analyse, zie ook de afwijkende meningen van Barbara Saunders en Jan van Brakel .

VOLGENDE:   synthese van oppervlaktekleuren

Laatst herzien 08.1.2015 • © 2015 Bruce MacEvoy