評價光源質(zhì)量主要指標(biāo)有哪些?分別怎么計算?

? DOHO標(biāo)準(zhǔn)光源箱 ????|???? ?2023-11-28

評價光源的性能指標(biāo)有很多,其中最為主要的指標(biāo)有三個:一是光源的相關(guān)色溫(CCT);二是光源的顯色性;三是光源的光效(η)。本文對光源的色溫、顯色性及光效的含義及計算方法做了相應(yīng)的介紹,對此感興趣的朋友不妨了解一下!

光源

光源相關(guān)色溫的含義及評價方法:

如果某種黑體物質(zhì),能夠?qū)⒙湓谄渖厦娴娜繜崃课斩鴽]有損失,同時又能夠?qū)⑺盏臒崃恳怨獾男问结尫懦鋈サ脑?,它便會因吸收到的熱量的多少不同而呈現(xiàn)不同的顏色。因此,當(dāng)光源在溫度(T)時發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度(Tc)下輻射光的顏色相同時,黑體的絕對溫度就被稱為該光源的顏色溫度,即絕對色溫(CT)。白熾燈以外的其他光源,其光色在色度圖上不一定準(zhǔn)確地落在絕對黑體軌跡上,所以只能用光源與黑體軌跡最近的顏色來確定該光源的色溫,稱為相關(guān)色溫(CCT)。

為了快速準(zhǔn)確地計算出光源的相關(guān)色溫,目前已經(jīng)提出了幾種比較典型計算方法,包括:三角垂足插值法、黑體軌跡法和模擬黑體軌跡法等,這幾種方法雖然計算精確,但計算過程復(fù)雜,計算量大。為了更加高效準(zhǔn)確地計算出相關(guān)色溫,J.Smith、Macadam和Tamaru等人提出了幾種計算相關(guān)色溫的經(jīng)驗公式。

J.Smith等人提出的相關(guān)色溫計算公式為:

相關(guān)色溫計算公式

式中n=(x-0.3320)/(0.1858-y),x、y為CIE-1931的色坐標(biāo)。

Macadam等人提出的相關(guān)色溫計算公式為:

相關(guān)色溫計算公式01

式中n=(x-0.329)/(y-0.187),x、y為CIE-1931的色坐標(biāo)。

Tamaru等人提出的相關(guān)色溫計算公式為:

相關(guān)色溫計算公式02

式中n=(x-0.332)/(y-0.1858),x、y為CIE-1931的色坐標(biāo)。

上述三種經(jīng)驗公式均可以直接計算出已知色品坐標(biāo)光源的相關(guān)色溫,且計算快速、準(zhǔn)確。對于多基色混合光,其色品坐標(biāo)只能落在混合光圍成的色品坐標(biāo)的連線區(qū)域內(nèi),故上述經(jīng)驗公式也可以用混合光相關(guān)色溫的計算。


光源顯色性的含義及評價方法:

光源對物體的顯色能力稱為顯色性,是通過與同色溫的參考或基準(zhǔn)光源(白熾燈或畫光)下物體外觀顏色的比較。光所發(fā)射的光譜內(nèi)容決定光源的光色,但同樣光色可由許多,少數(shù)甚至僅僅兩個單色的光波縱使而成,對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成,光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當(dāng)光源光譜中很少或缺乏物體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時,會使顏色產(chǎn)生明顯的色差。色差程度愈大,光源對該色的顯色性愈差。目前,顯色指數(shù)仍是定義評價光源顯色性的普遍方法。

評價光源顯色指數(shù)時采用一套15種檢驗色樣,選定8個色樣為一組(I=1,……,8)作為評價一般顯色指數(shù)用的檢驗色樣,它們分別代表淡灰紅色、暗灰黃色、飽和黃綠色、中等黃綠色、淡藍(lán)綠色、淡藍(lán)色、淡紫藍(lán)色、淡紅紫色。

選定后 7 個色樣(i=9,…,15)分別作為特殊顯色指數(shù)評價用的檢驗色樣,它們分別代表深紅、深黃、深綠、深藍(lán)、白種人膚色、葉綠色、中國人女性膚色。根據(jù)在參照光源下和待測光源下各檢驗色樣的色差△Ei,計算出特殊顯色指數(shù):

特殊顯色指數(shù)計算式

一般顯色指數(shù)(CIE1~8號顏色樣品Ri的平均值):

一般顯色指數(shù)Ra計算式

通常是在已知待測光源的光譜功率分布的情況下,進(jìn)行顯色性計算的,主要步驟如下:

1.根據(jù)待測光源的光功率譜分布,計算待測光源的色度坐標(biāo)(xc,yc)、(uc,vc)、相關(guān)色溫T;其中:

光源的色度坐標(biāo)計算式

2.由待測光源的光功率譜分布和1-14試驗色的光譜輻亮度因數(shù),計算待測光源下1-14號試驗色的色度坐標(biāo)(xci,yci)并求相應(yīng)(uci,vci)。

3.根據(jù)T選擇參照照明體,查表得出參照照明體的色度參數(shù)(ur,vr,cr,dr),以及在參照照明體下試驗色的顏色空間坐標(biāo)U*ri、V*ri、W*ri。

4.由待測光源色坐標(biāo)(uc,vc),求(cc,dc)以及待測光源下試驗色的色坐標(biāo)(uci,vci)求(cci,dci),并計算試驗色的適應(yīng)色位移(u'ci,v'ci),其中有:

光源的色度坐標(biāo)計算式01

5.計算待測光源下試驗色的U*ci、V*ci、W*ci。

光源的色度坐標(biāo)計算式01)

6.求U*ri、V*ri、W*ri與U*ci、V*ci、W*ci的色差△Ei。

色差△Ei

7.由△Ei得特殊顯色指數(shù)Ri和一般顯色指數(shù)Ra。


光源光效的含義及評價方法:

光源的光效是指光電轉(zhuǎn)換效率,即輸出的光通量與輸入的電功率之比,它可由下式計算:

光源光效的計算式

式中η為光源的光效;ηc為光源的輻射效率,即電功率到光功率的轉(zhuǎn)換效率;K為光視效能,是指光源單位輻通量所得到的光通量,它可通過下式計算得出:

光視效能的計算式

其中,V(λ)為光譜光視效率,其值為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值y(λ)函數(shù)曲線,p(λ)為光譜功率分布函數(shù),Km=683lm/W為最大光視效能(在555nm 處的取值)。

光效η是描述光源將電能轉(zhuǎn)換為光能的能力高低,對于輻射效率一定的光源,光視效能K直接反映了光效η的變化情況。