مفاهیم اصلی اندازه گیری رنگ

افرادی که با رنگ و فرآوری رنگ کار می کنند، به خصوصیات منحصر بفرد و روشن رنگ نیاز دارند تا بتوانند رنگ ها را بر اساس کدهای عددی ارائه نمایند. در این مقاله به مقوله های مرتبط با این بحث از جمله درک رنگ ها، نمایش رنگ ها و سایر مفاهیم جذاب پرداخته می شود.
امکان ندارد بتوانیم دنیایی بدون رنگ را در اطراف خود تصور کنیم. تمام ضروریات زندگی روزمره ما در بسته بندی های رنگی و جذاب وجود دارند که حتی اگر به آنها نیازی نداشته باشیم، برای خرید آنها وسوسه می شویم. حتی تصور تلویزیون بدون رنگ برایمان دشوار است. ما لباس ها، خودرو، نقاشی و مبلمان مان را بر اساس رنگ انتخاب می کنیم. رنگ الماس یا سنگ گرانبها نیز به فرد کمک می کند تا بر موانع زندگی خود غلبه کند.
علیرغم اهمیت بسیار زیاد و نزدیکی شدید به زندگی روزمره همه انسان ها، اما نمی توان رنگ ها را به زبان خاص یا منحصر بفردی بیان کرد. تا وقتی که به رنگ نگاه کنیم آن را در خاطر می سپاریم. لحظه ای که از آن رنگ دور شویم، از حافظه مان پاک می شود. دانشمندان حوزه رنگ تلاش کردند تا رنگ را به زبان جهانی و فراگیر بیان نمایند تا هر کسی که با رنگ و بازتولید رنگ سر و کار دارد، به راحتی رنگ ها را درک کند. این امر منجر به بیان عددی رنگ شد که یک ویژگی منحصر بفرد و روشن برای رنگ ها محسوب می شود.

درک بصری رنگ

منبع نور قادر به روشن ساختن شی است و انرژی آن در طول موج های مختلفی مشخص می شود که با اصطلاح “توزیع توان طیفی” (SPD) شناخته می گردد. وقتی پرتو نور به شی برخورد می کند، با توجه به ساخت فیزیکی و شیمیایی آن شی، توسط جذب، پراکندگی و سایر فرآیندهای فیزیکی دستخوش تغییر می شود. نور (محرک رنگی) که به چشم بیننده به شکل نور منعکس شده می رسد، با رنگدانه های حساس به نوری که در چشم وجود دارند، ارتباط می گیرد. این امر منجر به تکانه ای عصبی می شود که به مغز انتقال می یابد. مکانیزم مغز- چشم انسان به سرعت و پیوسته اقدام به ارزیابی ظاهر و رنگ آن شی می کند. نور که وارد چشمان می شود، شامل اثر مشخصه ای منبع نور و شی است. نور می تواند (بدون ارتباط با شی) مستقیماً به چشمان برخورد نموده و تکانه های عصبی ایجاد کند.

درک رنگ

کمیته رنگ سنجی انجمن نوری آمریکا در سال 1992، رنگ را اینگونه تعریف نمود: “یک اسم کلی برای تمام احساسات ناشی از فعالیت شبکیه چشم که متصل به مکانیزم های عصبی است. این فعالیت در هر چیزی در اطراف یک فرد عادی به صورت واکنش خاص نسبت به انرژی تابشی با شدت و طول موج خاص نمود پیدا می کند” (OSA، 1953).
گاهی اوقات رنگ به عنوان اسم موادی مثل رنگدانه و رنگ زنی مورد استفاده قرار می گیرد، اما در این موارد نام “رنگارنگ” مناسب تر است. مفهوم روانشناختی رنگ به صورت ویژگی نوری که بستگی به بینایی انسان دارد، مناسب ترین مفهوم محسوب می شود.

ترکیب رنگ

طبق یک برآورد مطمئن، می توانیم ده میلیون رنگ مختلف را از هم تفکیک کنیم (Judd و Wyszecki، 1976). کوهنی برآورد کرده که انسان های دارای بینایی عادی رنگ، وقتی رنگ ها را در مقابل زمینه نیمه خاکستری ببینند قادر به تفکیک دو میلیون رنگ هستند که این رنگ هنگام حضور زمینه کاملاً متفاوت، دو برابر خواهد شد (Kuehni، 2005).
درک رنگ برای انسان ها سه بعدی است، حقیقتی که ریشه از وجود شبکیه با سه دسته متفاوت از سلول های گیرنده نور دارد. لیبلون (1756) اولین کسی بود که تمایزی روشن بین ترکیب رنگ رنگدانه و ترکیب رنگ های نور ایجاد کرد. او گفت که تمام اشیاء مریی را می توان بر اساس سه رنگ زرد، قرمز و آبی نمایش داد و ترکیبی از این سه رنگ باعث تشکیل رنگ سیاه یا سایر رنگ ها می گردد. آنها را رنگ های مادی یا رنگ هایی که در پرینترها استفاده می شوند، نامگذاری کرد. او افزود که برای ترکیب رنگ های طیفی، مواردی که سر اسحاق نیوتن ارائه کرده، قادر به تولید رنگ سیاه نیست، بلکه می تواند رنگ کاملاً متضاد، یعنی رنگ سفید را تولید کند.
رنگ های اصلی (اولیه) مجموعه رنگ هایی هستند که با ترکیب شدن قادر به تولید دامنه مفیدی از رنگ ها خواهند بود. برای کاربردهای انسانی، سه رنگ اصلی معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا بینایی رنگ انسان، سه رنگی است.
بنابراین قوانین بنیادی ترکیب رنگ را می توان به دو نوع طبقه بندی کرد (شکل 1):

• ترکیب رنگ افزودنی زمانی اتفاق می افتد که دو یا چند نور (پرتو) با یکدیگر ترکیب شوند.
• ترکیب رنگ کاهشی زمانی اتفاق می افتد که رنگ ها باهم ترکیب گردند.

مسلماً می توان تمام رنگ های مرئی را با ترکیبی از این سه رنگ اصلی، در قالب فرآیندهای افزودنی یا کاهشی، تولید نمود.

برای ترکیب افزودنی رنگ ها، همانطور که همپوشانی رنگ های منعکس شده یا CRT نشان می دهد، رنگ های اصلی عبارتند از قرمز R، سبز G و آبی B. نتیجه ترکیب افزودنی رنگ های اصلی به صورت زیر است:

• R+G=Y زرد
• G+B=C فیروزه ای یا آبی- سبز
• B+R=M ارغوانی
• R+G+B=W سفید

برای ترکیب کاهشی رنگ ها، همانند ترکیب رنگدانه ها یا رنگرزی، نظیر چاپ یا رنگرزی، فیروزه ای C، ارغوانی M و زرد Y جزء رنگ های اصلی محسوب می شوند، گرچه مجموعه آبی، زرد، قرمز نیز در میان هنرمندان بسیار رواج دارد.
اصول کاهشی را می توان با حذف قرمز، سبز و آبی از نور سفید با استفاده از فیلترهای رنگی مربوطه حذف کرد، یعنی:

• W-R=C (-R)
• W-G=M (-G)
• W-B=Y (-B)

ترکیب رنگ های اصلی کاهشی زرد، فیروزه ای و ارغوانی را می توان به صورت ریاضیاتی به شرح زیر پیش بینی نمود:

• Y + M = (W – B) + (W – G) = W – B – G = R
• Y + C = (W – B) + (W – R)  = W – B – R = G
• M+ C  = (W – G) + (W – R)  = W – G – R = B
• Y + M + C = W – R – G – B = K

وقتی سه رنگ اصلی کاهشی به نسبت مناسب همانند ترکیب رنگارنگ، مخلوط می شوند، این ترکیب نمی تواند نور را منعکس نموده و مشکی (K) به نظر می رسد. به طور مشابه، وقتی نور سفید از فیلتر سه رنگ افزودنی عبور می کند، کل نور سفید از بین خواهد رفت. ترکیب دو رنگ اصلی، رنگ “ثانویه (فرعی)” نامیده می شود. پرکاربرد ترین رنگ های اصلی افزودنی عبارتند از رنگ های ثانویه پرکاربرد استفاده شده در رنگ های اصلی کاهشی و بالعکس.
این باور قدیمی که سه رنگ اصلی برای تولید رنگ سفید لازم هستند، نیز اشتباه بوده است (Helmholtz، 1852). سپس رنگ های طیفی مکمل بوجود آمد و توسط گراسمان (1853) به شرح زیر تعریف شد:
«هر رنگی به رنگ همسان دیگری تعلق دارد که در ترکیب با آن، نور بی رنگ را تولید می کند.»
بعدها هلموهلتز تایید کرد که هر رنگ طیفی نمی تواند مثل ادعای گراسمان دارای مکمل طیفی باشد. دامنه رنگ های سبز از حدود 484 nm تا حدود 570 nm تغییر می کند و رنگ های مکملی در دامنه بنفش غیر طیفی دارد.

ارتباط رنگ

در تولید رنگ و صنایع کاربردی، رنگ ها بر اساس مبنای منظم مبادله، مقایسه، ثبت و فرمول بندی می شوند. این موضوع مستلزم طبقه بندی قاعده مند رنگ هاست. اهداف را می توان از نظر رنگ به اشکال گوناگونی طبقه بندی کرد. این طبقه بندی می تواند بر اساس پارامترهای رنگی ارزیابی شده توسط ابزار یا به صورت بصری باشد (Roy Choudhury، 2000).
در زمان ارتباط یا صحبت درباره رنگ ها، به زبانی نیاز داریم تا برای تمام افراد حاضر قابل درک باشد. الگوی منطقی برای مرتب سازی و تعیین خصوصیات رنگ ها مبتنی بر برخی ویژگی های تعیین شده را “سیستم نمادگذاری رنگ” می نامند. تعداد این مشخصه ها عموماً سه مورد است، زیرا بینایی ما سه رنگی بوده و مختصات “فضای رنگی” برآیند را تشکیل می دهند. سیستم های نماد گذاری رنگ همچنین شامل “سیستم های ترتیب رنگ” هستند که معمولاً از استانداردهای مادی در قالب اطلس رنگی تشکیل شده اند. به سبب محدودیت های طیف رنگ، اطلس ها تنها زیرمجموعه قابل درک فیزیکی سیستم ترتیب رنگ را نشان می دهند.
برای اندازه گیری ابزاری رنگ یک شی، رنگ های اصلی افزودنی جهت پیش بینی تعداد رنگ های کاهشی مورد نیاز در بازتولید آن رنگ استفاده می شوند. این حالت شامل استفاده از منبع استاندارد نور، مشاهده هندسه و حضور یک بینند استاندارد است. بیان رنگ به صورت عدد توسط کمیسیون بین المللی روشنایی (CIE) استانداردسازی شد، کمیسیونی که در سال 1931 برای استانداردسازی بحث اندازه گیری رنگ تشکیل شده است. بنابراین اندازه گیری ابزاری رنگ در ارتباط با رنگ های سراسر کل زنجیره تامین و همچنین مقایسه نمونه ها و تعیین معیارهای رد یا قبول برای تامین منبع و تامین محصولات، سودمند است. به این شکل می توان آن را ابزاری سودمند برای کنترل کیفی بشمار آورد.
وقتی رنگ ها توسط نام های مشابه با اشیاء رایج نارنجی رنگ، لاجوردی، زیتونی، سبز مالاکیت (مالاخیت)، سبز تیره، بادام زمینی سبز، دریای سبز و غیره خوانده می شوند، راحت تر یادآوری شده و در ذهن می مانند. اما این نام ها برای رنگ بسیار تقریبی، غیرقابل اطمینان و موقتی هستند. معنای آنها نیز بر اساس بیننده، زمان، مکان، سبک، فناوری، زبان، فرهنگ و غیره تغییر می کنند.
وقتی با تعداد معقول نمونه مواجه هستیم، مثلاً چند صدتا، تا کل دامنه رنگ های احتمالی را پوشش دهیم (1 میلیون یا بیشتر)، نمونه باید طبق سیستم یا برنامه ای انتخاب شود. همچنین گفته می شود که رنگ ها سه بُعدی هستند. با این وجود، ابعاد رنگ ها در حوزه های مختلف به شیوه های گوناگونی بیان می شوند. برای آرایش قاعده مند، این ابعاد باید مستقل از یکدیگر باشند.

توصیف بصری رنگ

سیستم ترتیب رنگ یک روش منطقی و قاعده مند برای مرتب سازی تمام رنگ های احتمالی یا زیرمجموعه رنگ ها بر اساس نمونه های مادی است. وقتی رنگ ها به صورت قاعده مند مرتب سازی شوند، به صورت توصیفی و یا با عدد نامگذاری می گردند (Graham، 1985).
سیستم های ترتیب رنگ بر سه نوع هستند (Wyszecki، 1986):

• سیستم ترکیب رنگی براساس ترکیب کاهشی رنگ ها، مثل سیستم پانتون (شکل 2).

• سیستم ترکیب رنگ بر اساس ترکیب افزودنی محرک رنگی؛ مثل سیستم اوستوالد.
• سیستم ظهور رنگ بر اساس اصول درک رنگ یا ظهور رنگ، مثل سیستم مانسل (شکل 3)

نمونه سیستم های ترکیب رنگی، اطلس های رنگی هستند که توسط تولید کنندگان مختلف رنگ رزی توسعه یافته اند. اطلس رنگی ICI (1969) مجموعه ای از 1379 رنگ اصلی و 27580 نوع رنگ چاپ شده بروی کاغذ است.
سیستم انطباق رنگ پانتون (شکل 2) اساساً یک سیستم ترکیب رنگی است. سیستم پانتون (www.pantone.co.uk) در سال 1963 در آمریکا برای تعیین رنگ های چاپگر توسعه یافت، اما به سایر حوزه ها از جمله نساجی در سال 1984، پلاستیک در سال 1993 و معماری و نمای داخلی (1925 رنگ) در سال 2002 بسط یافت که هر کدام دارای نمادگذاری عددی شش رقمی (مثلاً # 19-1764) و نام الهام بخش رنگ هستند. از این سیستم به صورت گسترده ای در هنر گرافیکی و همچنین صنعت نساجی استفاده می شود که اساساً به خاطر هزینه پایین آن این اتفاق می افتد، هر چند که رنگ ها به صورت یکسان فاصله گذاری نمی شوند. سایه ها با استفاده از جوهر چاپ بر روی کاغذ آماده می گردند. این یک سیستم ترتیب رنگ نیست، زیرا شامل مقیاس پیوسته نیست. بلکه بیشتر یک سیستم نامگذاری نام محسوب می شود.
سیستم های ظهور رنگ مبتنی بر درک رنگ ها توسط بیننده ای که بینایی رنگی عادی دارد، مشاهده می شوند. مقیاس این سیستم ها برای نمایش ویژگی رنگ های درک شده، انتخاب می گردد. با این وجود، ویژگی های بیان شده در سیستم های مختلف، متفاوت هستند. تاکید اصلی بر سیستم های مبتنی بر ظهور رنگ، فاصله بینایی یکنواخت است. بنابراین سیستم ها امکان درون یابی آسان بین نمونه های نمایش داده شده و برون یابی رنگ هایی که در یک مجموعه خاص نشان داده نشده اند را ممکن می سازد. مجموعه نمونه ها عموماً در صفحات رنگی ثابت نشان داده می شوند.

شش سیستم رایج ترتیب رنگ، کشور منشاء و ویژگی های مربوط به رنگ به شرح زیر هستند (Roy Choudhury، 2010):

• مانسل (آمریکا)- رنگ، مقدار و کروما
• سیستم رنگ طبیعی (سوئد)- رنگ، سیاهی و رنگ پذیری
• سیستم استوالد (آلمان)- رنگ، روشنایی و اشباع
• سیستم DIN (آلمان)- رنگ، درجه اشباع و درجه سیاهی
• OSA-UCS (آمریکا)- هیچ مقیاس گذاری مستقلی غیر از سه ویژگی وجود ندارد
• سیستم کلرید (مجارستان)- رنگ، اشباع و روشنایی.

سیستم مانسل رایج ترین سیستم ترتیب رنگی مبتنی بر ظهور رنگ است. این سیستم (شکل 3) متشکل از سه بعد مستقل است که می توان به صورت استوانه ای آن را در سه بعد مثل یک جامد رنگی نامنظم نشان داد.

• رنگ (H)، که در محیط دایره های افقی اندازه گیری می شود
• کروما (C) یا خلوص رنگ که به صورت شعاعی خارج از محور عمودی خنثی (خاکستری) اندازه گیری می شود
• مقدار (V) که به صورت عمودی از 0 (سیاه) تا 10 (سفید) اندازه گیری می گردد.

خصوصیات کامل نمونه مانسل به صورت H V/C بیان می شود ( مثل 5R 4/8)
سیستم مانسل هر دایره رنگی افقی را به پنج رنگ اصلی یا منحصربفرد تقسیم می کند: قرمز 5R، زرد 5Y، سبز 5G، آبی 5B و بنفش 5P که در امتداد 5 رنج میانی (5YR، 5GY، 5BG، 5PB، 5RP) بین رنگ های اصلی مجاور هستند.

اطلس مانسل معمولاً به صورت صفحات چاپ شده در کاغذ گلاسه (1488 چیپ) و اشکال مات (1277 چیپ) وجود دارد. روشی برای تعیین رنگ های شی مات مثل نساجی، پنل های چاپ شده و غیره به وسیله سیستم رنگی مانسل، توسط ASTM تشریح شده است (1980).
نسخه ای از مانسل در نساجی، SCOTDIC است که از طریق ادغام دو سیستم کاملاً متفاوت به وجود می آید. همچنین رنگ استاندارد نساجی (ژاپن) و فرهنگ لغت بین المللی رنگ (فرانسه) نیز محسوب می شود که در بیش از 8 هزار شرکت سراسر جهان مورد پذیرش است. اکثر اطلس های مبتنی بر مواد به صورت دیجیتالی موجود هستند، از جمله اطلس دیجیتالی NCS (www.ncscolour.com) و اطلس رنگی دیجیتالی 3.0 (www. dtpstudio.de).

اندازه گیری ابزاری رنگ

نیوتن گفته است که اشعه ها (پرتوها) رنگی نیستند، بلکه صرفاً قدرت برانگیختن حس های خاص را در ذهن بیننده دارند. چشم انسان ردیاب بسیار متنوعی از نور و رنگ است. بیننده می تواند ویژگی های رنگ پذیری و عوامل مختلف هندسی (جهت، بافت، شکل و بسیاری عوامل دیگر) را به صورت همزمان مشاهده کند. ابزار موجود تنها می تواند یک ویژگی را در یک برهه زمانی اندازه گیری نماید. به عبارت دیگر، برای اندازه گیری جنبه های مختلف درک بصری نیاز به چندین ابزار داریم.
اساساً، سه نوع ابزار رنگ سنجی وجود دارد که عبارتند از: رنگ سنج، اسپکتروفتومتر (بیناب فروغ سنج) و طیف سنج. آنها با درجات مختلفی از اختصاصیت و پیچیدگی در بازار موجود هستند. درحالیکه طیف سنج در حالت روشنگر سبب اندازه گیری می شود، اما دو مورد دیگر در حالت شی اندازه گیری می کنند. روش اخیر در مورد کنترل فرآیند ابزاری منجر به استفاده از ابزارهای آنلاین شده است. با این وجود، اکثر ابزارهای رنگ سنج تاکنون آفلاین بوده و اکثراً در آزمایشگاه مورد استفاده قرار می گیرند. ابزارهای آزمایشگاهی باید بسیار دقیق و استاندارد شده باشند، درحالیکه ابزارهای آنلاین باید تحت محیط های مختلفی استوار بوده و از دقت و قاطعیت خوبی برخوردار باشند.
رنگ سنج ها قادر به اندازه گیری رنگ از نظر کمیت سه رنگ اصلی مورد نیاز برای انطباق با رنگ هستند. از سوی دیگر، درصد بازتاب یا انتقال شی ترسیم شده طبق طول موج در فواصل منظم nm 1، 5 nm، 10 nm و 20 nm در دامنه مرئی نور توسط طیف سنج اندازه گیری شود؛ یعنی 380-750 nm یا برای اهداف کاربردی 400-700 nm.

رنگ بر اساس اعداد

رنگ نوعی شی است که به مقدار نسبی نور منعکس شده در طول موج های مختلف درون دامنه مرئی بستگی دارد (400-700 nm)، اما درک رنگ ماهیت تحلیلی ندارد. ما نمی توانیم وجود رنگ های حاوی طول موج های مختلف را قضاوت کنیم. ما از تأثیر جمعی آنها احساس دریافت می کنیم. از آنجاییکه این مقدار جمعی با ترکیب سه نور اصلی منطبق می شوند، ثابت شده است که چشمان ما سه نوع مخروط رنگی دارند و محرک تولید شده توسط این مخروط ها قبل از رسیدن به مغز ترکیب خواهد شد. سایر پدیده های رنگی نیز منجر به این نتیجه گیری می شوند که چشمان ما فقط از سه نوع مخروط برخوردار است. هر رنگ شی توسط یک نوع مخروط به صورت جداگانه درک شده و هر نوع محرکی را به مغز ارسال می کند.
بنابراین برای هر رنگ شی، مغز سه محرک جداگانه را دریافت می کند. حفظ مشابهت با آزمایش ترکیب رنگ باعث می شود تا به سه نوع مخروط به صورت حساس به قرمز، حساس به سبز و حساس به آبی توجه کنیم که معادل سه رنگ اصلی افزودنی هستند. حساسیت طیفی سه مخروط ردیاب رنگی به عنوان داده تطبیق دهنده رنگ ، اندازه گیری و نام گذاری می شود (میله ای که میانگین داده آماری تعداد بینندگان دارای توانایی عادی درک رنگ را نشان می دهد) و در نتیجه به کارکردهای قابل استفاده تر برای بیننده استاندارد CIE،، تبدیل می شود. حوزه این کارکردها مقادیر سه محرک که باید به مغز منتقل شود تا وقوع نور دارای یک واحد انرژی در هر طول موج مرئی شود را مشخص می کند. این سه محرک توسط سه عدد به نام مقادیر سه گانه CIE (X، Y، Z) نشان داده می شوند.
یک منبع نور، مولفه حیاتی تصویرسازی و اندازه گیری رنگ محسوب می شود. منابع مختلف نور از جمله نور روز (D65)، لامپ تنگستن (A)، لامپ فلورسنت (F1 تا F12) و لامپ دپارتمانی (TL84)، مقادیر مختلف انرژی را در منطقه مرئی طیف عبور می دهند که می توانند به شکل منحنی توزیع توان طیفی نسبی (SPD) نشان داده شوند. یک روشنگر، شکل ایده آل منبع نور با SPD معین است. SPD منبع نور می تواند متفاوت باشد، اما برای روشنگر، ثابت یا معین است، در نتیجه برای تعیین کمیت رنگ به صورت فوق مورد استفاده قرار می گیرد.
در موقعیت مشاهده بصری، بیننده چشم انسان است که نور منعکس شده یا انتقال یافته از شی را دریافت نموده و مغز آن چشم انداز (صحنه) را درک می کند. از آنجایی که انسان ها به صورت های مختلفی رنگ را درک می کنند، در نتیجه اقداماتی برای استانداردسازی بیننده انسانی به صورت نمایش عددی آنچه افراد عادی می بینند، صورت گرفته است. این بیننده استاندارد به جای ناظر انسانی در هنگام ارزیابی مورد استفاده قرار گرفته است. در سال 1931، CIE تابع بیننده استاندارد 2 CIE را بر اساس تطبیق رنگ با مشاهده سوراخ 2 درجه میدان دید، منتشر کرد. بعدها مشخص شد که مخروط ها در ناحیه بزرگتری از چشم نمایش داده می شوند. در نتیجه در سال 1964، تابع بیننده استاندارد 10 درجه توسعه یافت که امروزه در سطح جهانی مورد استفاده قرار می گیرد.
وقتی دو شی دارای مقدار محرک سه گانه رنگ یکسان تحت یک روشنگر خاص هستند، تحت همان روشنگر مشابه دیده می شوند. اگر منحنی انعکاس آنها یکی باشد، تحت هر روشنگر مشابه مشاهده می گردند (تطبیق جهانی). ضمناً ممکن است با تغییر روشنگر، رنگ متفاوت شود. از سوی دیگر، دو رنگ مشابه با روشنایی متفاوت ممکن است مقادیر سه گانه رنگ متفاوتی داشته باشند. برای نمایش رنگ ها در فضای دو بُعدی مستقل از روشنایی، مختصات رنگ پذیریک را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
از آنجاییکه x+y+z=1 است، تنها دو مختصات رنگ پذیریک x و y توسط CIE برای تعیین رنگ پذیریک توصیه شده است. بجای مقادیر سه گانه رنگ (X، Y، Z)، رنگ ها توسط پارامتر روشنایی Y و دو مختصات رنگی x و y مشخص می شوند (فضای رنگی Yxy).
وقتی مختصات رنگ پذیری رنگ های طیفی در چنین نموداری ترسیم می شوند، منحنی نعل اسبی شکل به نام نمودار رنگ پذیری بدست می آید. نمودار رنگ پذیری در پیدا کردن رنگ هایی که توسط ترکیب رنگی افزوده بدست می آیند بسیار سودمند است. اگر دو نور توسط دو نقطه بر روی نمودار رنگ پذیری نشان داده شوند، هر ترکیب افزوده از آن دو، متناظر با نقطه ای بر روی خط مستقیم خواهد بود که دو نقطه را بهم وصل می کند. چون مکان هندسی رنگ های طیفی مقعر است، پس تمام رنگ های واقعی باید در ناحیه ای که محدود به مکان طیف هستند و پایانه ها را بهم وصل می کند، قرار گیرند.

این شکل، منطقه مکان های مختلف رنگ های مختلف سطحی را نشان می دهد که در نور روز دیده می شوند. تقریباً در مرکز منحنی یک نقطه خنثی قرار دارد که رنگ پذیری سفید، خاکستری و مشکلی را مشخص می کند. روشنگر C دارای مختصات مشترک رنگ پذیری x=0.310 و y=0.317 است که در مرکز منحنی قرار می گیرد (نقطه C). مکان سایر روشنگرها بستگی به دماهای رنگی شان دارد. نمودار رنگ پذیری با خطی بسته می شود که مکان های رنگ های بنفش غیر طیفی را نشان می دهد.
شکل 4: نمودار رنگ پذیری CIE و موقعیت های رنگ های شی در هنگام مشاهده در طول روز.
سیستم CIE در تعیین خصوصیات رنگ بسیار موفق بوده و به صورت جهانی برای اندازه گیری رنگ مورد استفاده قرار می گیرد. به غیر از اندک تغییرات این سیستم در سال 1964، از سال 1931 تاکنون بدون تغییر مانده است. مقادیر سه گانه رنگی CIE تنها مرتبط با رنگ است و سایر جنبه ها از جمله بستر سطحی، شیشه و غیره را که می تواند تاثیر بسزایی بر رنگ بگذارد، نادیده می گیرد. همچنین به آرایش هندسی برای روشنایی کاری نداشته و مشاهده معیارهای ابزاری تنها زمانی منطبق با ارزیابی های بصری هستند که هندسه های فوق مشابه باشند.
محدودیت اصلی سیستم CIE در عدم یکنواختی بصری است. تغییرات یکسان در فضای رنگی Yxy متناظر با درک رنگی یکسان نیست. به عبارت دیگر، توزیع رنگ ها در فضای رنگی CIE با توجه به درک بصری غیر یکنواخت است.

مقیاس های یکنواخت رنگ

مقادیر سه گانه رنگی CIE یا مختصات رنگ پذیری برای شناسایی رنگ اشیاء خیلی راحت نیستند، زیرا برای محرک رنگی در حالت های مختلف طراحی شده اند. هیچ یک از مقادیر مستقیماً با مشخصه های بصری رنگ رابطه ندارند. تنها مقدار Y دارای همبستگی بالایی با روشنگر و روشنایی شی است. فاصله گذاری رنگ ها در نمودار رنگ پذیری به صورت یکنواخت قابل روئیت نیست، بنابراین چند مقیاس یکنواخت رنگی توسعه یافته اند که رنگ ها با فاصله گذاری بصری یکسان را نشان داده و ارتباط مستقیمی با مشخصه های معنی دار ظهور رنگ دارند.
در سال 1976، CIE فاصله یکنواخت رنگی CIELUV و CIELAB را معرفی کرد. صنایع رنگی، طرفدار فرمول مشابه با فرمول آدام- نیکرسون (An40) بودند که در آن زمان رواج داشت. فرمول CIELAB قابل قبول بود، زیرا مقادیر اختلاف رنگی حدود 1.1 برابر مقادیر تولید شده توسط AN40 داشت. از سوی دیگر، صنایع تلویزیون یک فضای رنگی (CIELUV) مرتبط با نمودار رنگ پذیری را ترجیح میدادند که به خاطر سادگی نمایش، ترکیب افزوده ای بود که در تلویزیون و سایر دستگاه های نمایشگر پدید می آمد. هیچ رابطه ساده ای بین دو مقیاس رنگی وجود ندارد.

هر دو فرمول CIELUV و CIELAB بر روی مختصات مستطیلی ترسیم می شوند. تابع روشنایی L* برای هر دو فضا یکسان بوده و توسط فرمول زیر نشان داده می شود:
L* = 116(Y/Yn)1/3 – 16 اگر Y/Yn = 0.008856
برای فضای رنگی CIELAB، مشخصه قرمز- سبز، a* = 500[f(X/Xn) – f(Y/Yn)]
مشخصه زرد- آبی، b* = 200[f(Y/Yn) – f(Z/Zn)]
زیروند n اشاره به محرک رنگی شی سفید دارد که توسط پخش کننده فوق العاده به عنوان سطح مرجعی که توسط روشنگر استاندارد روشن شده است، ارائه می شود. برای روشنگر استاندارد در نور روز D65، مقادیر اینگونه هستند: Xn = 95.047، Yn = 100.000، Zn =108.883. شی به صورت سفید در نظر گرفته می شود، زیرا ما رنگ ها را در ارتباط با رنگ های پیرامونی درک می کنیم.
در سال های اخیر اقداماتی در خصوص تعیین روابط CIE برای مشخصه های ادراکی از جمله روشنایی، رنگ پذیری و رنگ صورت گرفته است. در نتیجه، دو مشخصه جدید متناظر با مشخصه های بصری از مقادیر a* و b* به شرح زیر بدست می آیند:
معیار رنگ پذیری، C*_ab = [(a*)² + (b*)²] ^1/2.
زاویه رنگ، h = tan -1 (b*/a*).
فضای رنگی CIELAB در شکل 5 نشان داده شده است. روشنایی L* در محور عمودی با سفید (L*=100) در بالا و سیاه (L*=0) در پایین نشان داده شده است. رنگ های کروماتیک توسط دو محور a* و b* نشان داده می شوند. قرمز و سبز توسط محور a* مشخص شده اند- مقادیر مثبت برای قرمز و منفی برای سبز هستند. به طور مشابه، مقادیر مثبت b* برای زرد و مقادیر منفی b* برای آبی تعیین شده اند.

تفاوت رنگ

اندازه گیری تفاوت رنگ بین دو شی یکی از پیچیده ترین جنبه های بینایی رنگی است. تمایز رنگ می تواند یک ویژگی کلی یا ویژگی روانشناختی خاص مانند رنگ، رنگ پذیری یا روشنایی باشد. برای کاربران رنگی نظیر صنایع نساجی، چرم، کاغذ یا چاپ، تفاوت رنگ دو نمونه استاندارد یا سهم متفاوت نمونه رنگی می تواند مهم تر از اندازه گیری رنگ مطلق باشد (Luo، 1986). مشکل اصلی اینجاست که درک تفاوت رنگی توسط فرد، پدیده دقیقی نبوده و ممکن است براساس ارزیابی های متوالی متغیر باشد (Zeller  و Hemmendinger، 1976). درک تفاوت رنگ و ارزیابی آن در میان افراد نیز بسیار فرق می کند.
ارزیابی تفاوت رنگ برای کنترل هر روزه رنگ و برای تطبیق رنگ در صنایع رنگ رزی نظیر نساجی و چاپ بسیار اهمیت دارد. فرمول تفاوت رنگ توسط دستگاه های ابزاری، رد یا قبول می شود. تفاوت رنگ با تفریق مقادیر استاندارد از مقادیر مربوط به نمونه محاسبه می شود. کل تفاوت رنگ (ΔE) یک معیار عددی برای تصمیم رد/قبول بوده و در سیستم CIElAB (ΔE) توسط معادله زیر بدست می آید:
ΔE = [ (ΔL*)² + (Δa*)² + (Δb*)² ]^1/2
علاوه بر تفاوت کلی رنگ (ΔE)، تفاوت در تک تک پارامترهای استاندارد و نمونه نیز تخمین زده می شود، یعنی ΔL = L (sample) – L (standard).:
این موضوع ممکن است سبب ایجاد تفاوت بصری خاص به صورت زیر شود:

• اگر ΔL < 0 or > 0 باشد، نمونه به ترتیب تیره تر یا روشن تر است
• اگر Δa* < 0 or > 0 باشد، نمونه به ترتیب سبزتر یا قرمزتر است
• اگر Δb* < 0 or > 0 باشد، نمونه به ترتیب آبی تر یا زردتر است

مقادیر ΔE (CIELAB)، همیشه در پیش بینی تفاوت های محسوس بین رنگ های شی قابل اطمینان نیستند، به خصوص زمانیکه انواع ویژگی های بصری متفاوت وجود داشته باشد. این مسئله بدین خاطر است که فاصله گذاری بصری در محورهای L، a* و b* غیریکسان است.
هدف فرمول مبتنی بر داده های تمایز رنگ در حالت سطح، تعیین یک عدد برای گذر از سایه است. بسیاری از داده های موجود مرتبط با نمونه های فیزیکی، توسط صنایع رنگ رزی و نساجی تامین شده اند که در آن معیار اصلی این است که آیا رنگ ها نسبت به استانداردهای مربوطه قابل قبول هستند یا خیر.
علت اصلی برای همبستگی ضعیف با داده های بصری فرمول قبلی، وزن دهی یکسان پارامترهای رنگی بوده است. مقادیر وزنی روشنایی، رنگ پذیری و رنگ، نشان دهنده بهبود قابل توجه در عملکرد معادلات تفاوت رنگ است. وزن ها را می توان با تطبیق تجربی با مجموعه داده های آزمایشی، تعیین نمود. این فرمول ها توسط مقیاس بندی درک پذیری/ مقبولیت بصری بهینه سازی می شوند. آنها نزدیک ترین نتایج بصری میانگین در خصوص قضاوت های مربوط به تفاوت رنگ نساجی و سایر نمونه های فیزیکی را تحت شرایط ارزیابی عادی نشان می دهند (Kuehni، 1984).
چند فرمول تفاوت رنگ مبتنی بر داده های تمایز رنگ در حالت سطح به شرح زیر می باشند:

• فرمول تفاوت رنگ JPC79
• فرمول تفاوت رنگ CMC (1:c)
• فرمول تفاوت رنگ BFD (1:c)
• فرمول تفاوت رنگ CIE 94
• فرمول تفاوت رنگ CIE 2000

با این وجود، هیچ یک از فرمول های فوق کاملاً رضایت بخش نبوده و مقبولیت فرمول باید توسط تولید کنندگان و کاربران/فروشندگان تعیین گردد.
رنگ سنجی علم اندازه گیری کمی رنگ است. گرچه مطالعه در خصوص علم رنگ به عصر نیوتنی بر می گردد، اما تحقیقات همچنان تا امروز نیز ادامه دارند. علم رنگ یک حوزه وسیع است. هانت (1977) سه مرحله از توسعه رنگ سنجی را شناسایی کرده است- تطبیق رنگ، ارزیابی تفاوت رنگ و پیش بینی ظهور رنگ. حالا می توان ظهور رنگ یک شی تحت روشنگر آزمایشی از طریق داده های ظهور رنگ تحت روشنگر مرجع به کمک تبدیل های ریاضیاتی پیچیده را پیش بینی نمود.