ค่าไตรสติมูลัส XYZ และปริภูมิสี Yxy และ L*C*h*

ค่าไตรสติมูลัส XYZ และปริภูมิสี Yxy

ค่าไตรสติมูลัส XYZ และปริภูมิสี Yxy ถือว่าพัฒนามาจากระบบสี CIE ซึ่งมีแนวพื้ นฐานมาจากทฤษฎี 3 องค์ประกอบ (Three-component theory) ในการมองเห็น ได้กล่าวไว้ว่าตามนุษย์ประกอบด้วยเซลล์ไวแสงสามสี คือ สีแดง สีเขียวและสีน้าเงิน และสีทั้ งหมดที่เรามองเห็นเกิดจากการผสมของสามสีหลักดังกล่าว Color-Matching Function ที่ใช้แทนความไวของตามนุษย์ได้นั้ นได้กาหนดมา 2 ลักษณะตามมุมมองที่ 2 องศา และ 10 องศา ตามลาดับ

ในปี ค.ศ. 1931 CIE ได้ให้กาหนดมาตรฐานการมองเห็นของมนุษย์เพื่อให้ได้ฟังก์ชั่นความไวแสงของ

เซลล์ทั้ งสาม (Color-Matching Function) (), (), () ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ค่าไตรสติมูลัส XYZ

การวัดค่าไตรสติมูลัส ใช้หลักการพื้ นฐานบนทฤษฎีการมองเห็นของตามนุษย์ที่มีความไวแสงต่อสี 3 สี ได้แก่ แดง เขียว และน้าเงิน ซึ่งจะมากน้อยแค่ไหนขึ้ นอยู่กับสมบัติของกลุ่มเซลล์รูปทรงกรวยที่ตาแหน่งจอตา หรือเรตินา อนึ่งในปี 1931 ได้มีการค้นพบความไวแสงของกลุ่มเซลล์เหล่านี้จากองค์กร CIE พร้อมกับผลการ ทดลองได้กราฟฟังก์ชั่ นมาตรฐานความไวแสงของตามนุษย์ (Standard Observer) ฟังก์ชั่ นที่ได้นี้ เรียกว่า Color-matching function โดยกราฟแต่ละเส้นจะแทนด้วยรหัส x ( ), y ( ), z ( )ซึ่งค่าไตรสติมูลัส XYZ จะ คานวณมาจากฟังก์ชั่ นนี้

การวัดค่าไตรสติมูลัส ใช้หลักการพื้ นฐานบนทฤษฎีการมองเห็นของตามนุษย์ที่มีความไวแสงต่อสี สี ได้แก่ แดง เขียว และน้าเงิน ซึ่งจะมากน้อยแค่ไหนขึ้ นอยู่กับสมบัติของกลุ่มเซลล์รูปทรงกรวยที่ตาแหน่งจอตา หรือเรตินา อนึ่งในปี การวัดค่าไตรสติมูลัส ใช้หลักการพื้ นฐานบนทฤษฎีการมองเห็นของตามนุษย์ที่มีความไวแสงต่อสี 1931 การวัดค่าไตรสติมูลัส ใช้หลักการพื้ นฐานบนทฤษฎีการมองเห็นของตามนุษย์ที่มีความไวแสงต่อสี ได้มีการค้นพบความไวแสงของกลุ่มเซลล์เหล่านี้จากองค์กร

การคานวณค่าไตรสติมูลัส XYZ

การทา Color-matching function จะเป็นประโยชน์ต่อการสร้างปริภูมิสี (Color Space) และคานวณหา ค่าสัมประสิทธิ์สี (Chromaticity Coefficients) แต่เนื่องจากค่าไตรสติมูลัส XYZ นี้นาไปแปลความหมายของสีได้ ค่อนข้างยาก ดังนั้ นCIE จึงนาเสนอปริภูมิสีใหม่ในปี 1931 เป็นรูปกราฟสองมิติโดยไม่รวมความสว่างเข้ามาด้วย เรียกว่า ปริภูมิสี Yxy (Yxy Color Space) ทั้ งนี้ค่า Y หมายถึงความสว่าง (Lightness) และ xy เป็นค่า

ไดอะแกรมแสดงปริภูมิสีในระบบนี้ ได้แสดงในรูปด้านบน ซึ่งจากไดอะแกรมดังกล่าว บริเวณที่เข้าใกล้จุดกึ่งกลางจะไม่มีสีและสีจะสดเมื่อเข้าใกล้ขอบมากขึ้น

ถ้าเราวัดสีผลแอปเปิ้ล โดยใช้หลักการดังกล่าวเราจะได้ค่า x = 0.4832  y = 0.3045 เป็นจุดที่ค่าทั้งสองตัดกันที่จุด A บนแผนผังรูปด้านบน โดยค่า Y มีค่า = 13.37 หมายความว่า ผลแอปเปิ้ลมีค่าการสะท้อนที่ 13.37% (เปรียบเทียบกับการสะท้อนสัมบูรณ์ 100%)

ที่น่าสนใจจากระบบแผนภูมิสีนี้ คือ มีข้อจากัดตรงที่ระยะสเกลของแต่ละช่วงสีไม่เท่ากัน อาจทาให้การแปลค่าสีที่จุดพิกัดผิดพลาดได้โดยเฉพาะการพิจารณาช่วงระยะที่เท่ากันของความแตกต่างของคู่สีอาจจะไม่สอดคล้องกับระดับการรับรู้สีของมนุษย์

ในปี ค.ศ.1976  CIE ได้กาหนดปริภูมิสีระบบ L*a*b* หรือ CIELAB ขึ้น เพื่อใช้แก้ปัญหาการแปลค่าสีที่เกิดขึ้นในระบบ Yxy เพราะพบว่า ระยะห่างระหว่าง x กับ y บนไดอะแกรมสีจะไม่สอดคล้องกับความแตกต่างของสีที่เกิดจากการมองเห็นจริง ระบบสี L*a*b* เป็นระบบการบรรยายสีแบบ 3 มิติ และเป็นอีกระบบหนึ่งที่นิยมกันมากในการนามาใช้วัดค่าสีและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในหลายๆ วงการ โดยปริภูมิสีเป็นประเภทที่มีสเกลสม่าเสมอ (Uniform)

ในระบบสี L*a*b* นี้ ค่า L* จะหมายถึงความสว่าง ส่วน a* และ b* จะเป็นค่าสัมประสิทธิ์สี ดังแสดงในรูปด้านบน ไดอะแกรมดังกล่าว ค่า a* และ b* จะบอกทิศทางของสี เช่น +a* หมายถึงอยู่ในทิศของสีแดง -a* หมายถึงอยู่ในทิศของสีเขียว, +b* หมายถึงอยู่ในทิศของสีเหลือง และ –b* หมายถึงอยู่ในทิศของสีเหลือง (Achromatic) เมื่อค่า a* และ b* เพิ่มขึ้นและจุดดังกล่าวเคลื่อนที่ออกจากศูนย์กลางความอิ่มตัวของสีก็จะเพิ่มขึ้น ดังตัวอย่างรูปด้านล่าง ซึ่งแสดงให้เห็นค่าสีต่างๆ ของปริภูมิสี L*a*b* อย่างชัดเจน

รูปต่อไปเป็นภาพที่ตัดขวาง

โดยค่าความสว่าง L* มีค่าคงที่ เมื่อเราวัดสีของผลแอปเปิ้ล โดยใช้ระบบสี L*a*b*  เราได้ค่าตามตัวอย่างข้างล่าง ค่าที่ได้แทนตาแหน่งสีด้อย่างไร เมื่อเราพล็อตค่า a* และ b* (a* = +47.63, b* = +14.12) ลงบนแกน a* และ b* ในรูปที่ 8 จุด A เป็นจุดที่แสดงสีของผลแอปเปิ้ล

ปริภูมิสีระบบ L*C*h* ใช้ไดอะแกรมสีแบบเดียวกับระบบ L*a*b* แต่รูปร่างต่างกันที่เป็นรูปกรวยแหลมแทนรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ในระบบนี้ค่า L* จะหมายถึงความสว่าง โดย C* หมายถึง ค่าโครมา (Chroma) และ h หมายถึง มุมมองของฮิว (Hue angle) ค่า C* จะมีค่าเป็น 0 ที่จุดศูนย์กลางและมีสีอิ่มตัวมากขึ้น เมื่อออกห่างจากศูนย์กลางมากขึ้น ส่วนค่ามุมของฮิว ที่แทนค่าด้วย h จะเริ่มนับค่าบนแกนด้าน +a* จะเป็นสีแดง เมื่อเป็นมุม 90 องศา จะเป็นแกน +b* สีเหลือง ที่มุม 180 องศา จะเป็นแกน –a* สีเขียว และเมื่อเป็นมุม 270 องศา จะเป็น –b* สีน้าเงิน

เมื่อเราวัดสีขอแอปเปิ้ลด้วยขอบเขตตาแหน่งสีวิธี L*C*h* เราจะได้ค่าของสีดังแสดงข้างล่าง ถ้าเรานาค่าที่ได้มาพล็อตจุดบนกราฟในรูปที่ 11 ก็จะได้จุด A ตามต้องการ

นอกจากนี้ บริษัท Hunter lab ในอเมริกาก็เป็นอีกองค์กรหนึ่งซึ่งทาการวิจัยและพัฒนาระบบการวัดสี จนในที่สุดได้ระบบของ Hunter lab เอง ซึ่งเรียกว่า การวัดสีระบบ Hunter lab scale ซึ่งบรรยายแกนใน 3 มิติเช่นเดียวกับระบบ CIE โดยที่ Hunter lab จะใช้สเกล L-a-b บรรยายลักษณะสีเช่นเดียวกับ L*-a*-b* ของ CIE ข้อแตกต่างระหว่างระบบสีของ CIE และ Hunter lab คือสูตรการคานวณค่าสี ซึ่งทั้ง L-a-b และ L*-a*-b* ล้วนมีพื้นฐานการคานวณมาจากค่าจากระบบ X-Y-Z ทั้งสิ้น