การวัดสี

กรวยถูกจัดกลุ่มออกเป็นสามประเภท แต่ละประเภทตอบสนองต่อสเปกตรัม โดยที่มีการตอบสนองสูงสุดที่สอดคล้องกับแสงสีน้ำเงิน เขียว และแดง ปฏิสัมพันธ์ของกลุ่มเหล่านี้จะรับผิดชอบต่อสิ่งเร้าที่สมองตีความว่าเป็นสี ทฤษฎีการมองเห็นสีที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางนี้เรียกว่าทฤษฎีไตรโครมาติก

การผสมสี

ไอแซกนิวตัน ได้สาธิตและอธิบายองค์ประกอบของแสงสีขาวเป็นคนแรกโดยการนำเสนอการหักเหของแสงผ่านปริซึมแก้วจนกลายเป็นสีสเปกตรัม หากมีการเพิ่มแสงสี นั่นหมายความว่ามีการเพิ่มแสงต่างๆ ที่มีองค์ประกอบสีสเปกตรัมต่างกัน และมีผลลัพธ์ต่อสมองอาจเป็นสีสเปกตรัมใดๆก็ตามที่อยู่ในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เช่น สีเหลือง หรือสีที่ไม่ใช่สเปกตรัมซึ่งไม่ปรากฏในสเปกตรัมที่เป็นแสงสีเดียว เช่น สีม่วง การสร้างสีโดยการเติมแสงสีที่เรียกว่าการผสมแบบเติมแต่ง จะพบว่าดวงตามีพฤติกรรมเหมือนเป็น ‘เอาท์พุต’ ของกรวยทั้งสามประเภทนั้นรวมกันเป็นการเติมแต่งสี

รูปที่ 2.4.3a แสดงให้เห็นผลลัพท์ของการผสมไฟสีสามสี ได้แก่ แดง เขียว และน้ำเงิน ซึ่งทั้งสามสีนี้เราเรียกว่าแม่สี ส่วนสีเหลือง ฟ้า และม่วงแดงที่เกิดขึ้นเป็นสีรอง

สีของวัตถุถูกกำหนดโดยเม็ดสีและสิ่งเหล่านี้คือองค์ประกอบที่สร้างสี ซึ่งกำหนดโดยการลบบางส่วนของสเปกตรัมของแสงที่ตกกระทบ แต่แสงที่เหลืออยู่จะสะท้อนและทำให้วัตถุมีลักษณะสี

การสร้างสีโดยการผสมเม็ดสี จึงอาจอธิบายได้ว่าเป็นกระบวนการผสมแบบลบ (ดูรูปที่ 2.4.3b) เนื่องจากเม็ดสีที่เติมเข้าไปแต่ละสีจะลบออกจากแสงที่ตกกระทบมากขึ้น และปล่อยให้สะท้อนเข้าตาน้อยลง ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างบางส่วน (แสงตกกระทบในตัวอย่างนี้จะเป็นสีขาว):

ข้อกำหนดสีของแหล่งกำเนิดแสง

ในอดีต หลายๆคนได้คิดค้นวิธีการวัดปริมาณสีเพื่อให้การสื่อสารเรื่องสีทำได้ง่ายและแม่นยำยิ่งขึ้น วิธีการเหล่านี้พยายามจัดเตรียมวิธีการแสดงสีเป็นตัวเลข ในลักษณะเดียวกับที่เราแสดงความยาวและน้ำหนัก

ข้อมูลจำเพาะและการวัดสีของแหล่งกำเนิดแสงสามารถแบ่งได้เป็นสามวิธีหลักๆ ได้แก่

• การวัดสีไตรสติมูลัส
• อุณหภูมิสี
• สเปกโตรเรดิโอเมทรี

การวัดสีไตรสติมูลัส

การวัดสีแบบไตรสติมูลัสมีพื้นฐานอยู่บนทฤษฎีการมองเห็นสีสามองค์ประกอบ ซึ่งระบุว่าดวงตามีตัวรับสีหลักสามสี (แดง เขียว น้ำเงิน) และสีทั้งหมดจะถูกมองว่าเป็นส่วนผสมของสีหลักทั้งสามนี้

CIE 1931 แผนภูมิ Yxy Chromaticity

ค่าการวัดสีแบบไตรสติมูลัส XYZ มีประโยชน์ในการกำหนดสี แต่ผลลัพธ์ไม่สามารถแสดงเป็นภาพได้ง่าย ด้วยเหตุนี้ CIE จึงกำหนดปริภูมิสีในปี 1931 สำหรับการสร้างกราฟสีเป็นสองมิติโดยไม่ขึ้นกับความสว่าง นี่คือปริภูมิสี Yxy โดยที่ Y คือความสว่าง และ x และ y คือพิกัดสีที่คำนวณจากค่าไตรสติมูลัส XYZ พิกัดสี x และ y คำนวณจากค่าไตรสติมูลัส XYZ ตามสูตรต่อไปนี้:

ข้อเสียเปรียบหลักของระบบปี 1931 คือระยะทางที่เท่ากันบนแผนที่ไม่ได้แสดงถึงความแตกต่างของสีที่รับรู้ได้เท่ากัน เนื่องจากการรับรู้สีในสายตามนุษย์ที่ไม่เท่ากัน

CIE 1976 แผนภูมิ UCS Chromaticity

Uniform Chromaticity Scale (UCS) ได้รับการพัฒนาเพื่อลดข้อจำกัดของระบบปี 1931 ให้เหลือน้อยที่สุด มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ระยะห่างของสีที่สม่ำเสมอมากขึ้นสำหรับสีที่มีความสว่างเท่ากันโดยประมาณ แผนภูมิ CIEUCS ปี 1976 ใช้พิกัด u’ และ v’ สัญลักษณ์ u’ และ v’ ถูกเลือกเพื่อแยกความแตกต่างจากพิกัด u และ v ของระบบ CIE-UCS ปี 1960 ที่คล้ายกันแต่ระยะสั้นกว่า พิกัดสี u’ และ v’ ยังคำนวณจากค่าไตรสติมูลัส XYZ ตามสูตรต่อไปนี้:

การวัดสี

พิกัดเฮล์มโฮลทซ์

ชุดพิกัดทางเลือกอื่นในระบบ CIE ความยาวคลื่นที่โดดเด่นและความบริสุทธิ์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อพิกัดเฮล์มโฮลทซ์) มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดมากขึ้นกับลักษณะการมองเห็นของเฉดสีและโครมา ความยาวคลื่นเด่น (DW) ของสีคือความยาวคลื่นของสีสเปกตรัมซึ่งมีสีอยู่บนเส้นตรงเดียวกันกับจุดตัวอย่าง (S) และจุดส่องสว่าง (N) (สำหรับการวัดแหล่งกำเนิดแสง จุดส่องสว่างคือ x= 0.333 และ y=0.333) ความบริสุทธิ์หรือที่เรียกว่าความบริสุทธิ์จากการกระตุ้น คือระยะห่างจากจุดส่องสว่าง (N) ไปยังจุดตัวอย่าง (S) หารด้วยระยะทางจากจุดส่องสว่าง (N) ไปยังตำแหน่งสเปกตรัม (DW)

ความบริสุทธิ์ = (NS) / (N-DW)

วิธีการข้างต้นใช้ได้กับสีสเปกตรัมเท่านั้น นั่นคือสีที่ปรากฏในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เมื่อทำการวัดสีที่ไม่ใช่สเปกตรัม ซึ่งเป็นสีที่ไม่ปรากฏในสเปกตรัมที่มองเห็นได้และอยู่ภายในพื้นที่สามเหลี่ยมที่ล้อมรอบด้วยจุด3จุดคือ N, R และ B ส่วนที่เกี่ยวข้องจะใช้ความยาวคลื่นเสริม (CDW) เนื่องจากจุดตัดกัน P ซึ่งควรจะเป็นความยาวคลื่นเด่นนั้นไม่มีความยาวคลื่นที่สอดคล้องกัน เส้นจาก N ถึง P จึงถูกขยายไปข้างหลังเพื่อกำหนดความยาวคลื่นเสริม (CDW) เพื่อความบริสุทธิ์ของสีที่ไม่ใช่สเปกตรัมคำนวณจาก:

ความบริสุทธิ์ = (N-S’) / (NP)

ความยาวคลื่นที่โดดเด่นและความบริสุทธิ์มักใช้ในข้อกำหนดสีของ LED

อุณหภูมิสี

สีจะเปลี่ยนจากสีแดงเข้มมากมาเป็นสีส้ม สีเหลือง และสีขาว และสุดท้ายเป็นขาวอมฟ้าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติส่วนใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ ดาว และไฟ จะอยู่ใกล้กับเส้นลักษณะแพลงค์

บางแหล่งกำเนิดแสงมีสีที่สอดคล้องกับวัตถุเรืองแสงเมื่อวัตถุนั้นอยู่ที่อุณหภูมิหนึ่ง สำหรับวัตถุประสงค์บางอย่าง การจัดประเภทแหล่งกำเนิดแสงดังกล่าวโดยการบอกอุณหภูมิสี (วัดเป็นเคลวิน) จะสะดวก เส้นโค้งอุณหภูมิสีจาก 1,500K ถึง 10,000K สามารถถูกจัดทำขึ้นได้ ตราบใดที่แสงที่ถูกวัดใกล้เคียงกับแหล่งกำเนิดวัตถุดำ ผลลัพธ์จะมีความแม่นยำ ดังนั้น เส้นลักษณะนี้จึงมีประโยชน์อย่างยิ่งในการจัดประเภท ‘สีขาว’ อุณหภูมิสีถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหมู่ผู้ผลิตโคมไฟและจอแสดงผล

อุณหภูมิสีที่สัมพันธ์กัน

เส้นอุณหภูมิ (Iso Temperature Lines) เป็นเส้นตรงที่สีทั้งหมดบนเส้นนี้ปรากฏให้เห็นว่าเท่ากันทางสายตา ค่า *uv ใช้เพื่อระบุการเบี่ยงเบนจากเส้นลักษณะของวัตถุดำ (Black Body Locus) โดยการเบี่ยงเบนสูงสุดสำหรับค่า *uv ถูกกำหนดไว้ที่ ±0.02

CCT ไม่เหมาะสมสำหรับการวัดแหล่งกำเนิดแสงที่มีเส้นโค้งการปล่อยแสงแบบแถบแคบซึ่งไม่ใกล้เคียงกับเส้นโค้งของวัตถุดำ (เช่น LED)

สเปกโตรเรดิโอเมทรี

กราฟการกระจายกำลังสเปกตรัม (Spectral Power Distribution) ที่หลากหลายสามารถให้ผลลัพธ์ทางสายตาคล้ายกันซึ่งเราเรียกว่าสี ซึ่งหมายความว่าสีของแหล่งกำเนิดแสงไม่ได้บอกถึงลักษณะของการกระจายกำลังสเปกตรัมของมัน