評價光源的性能指標有很多,其中最為主要的指標有三個:一是光源的相關色溫(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的介紹,對此感興趣的朋友不妨了解一下!
光源相關色溫的含義及評價方法:
如果某種黑體物質,能夠將落在其上面的全部熱量吸收而沒有損失,同時又能夠將所吸收的熱量以光的形式釋放出去的話,它便會因吸收到的熱量的多少不同而呈現不同的顏色。因此,當光源在溫度(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,稱為相關色溫(CCT)。
為了快速準確地計算出光源的相關色溫,目前已經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,但計算過程復雜,計算量大。為了更加高效準確地計算出相關色溫,J.Smith、Macadam和Tamaru等人提出了幾種計算相關色溫的經驗公式。
J.Smith等人提出的相關色溫計算公式為:
式中n=(x-0.3320)/(0.1858-y),x、y為CIE-1931的色坐標。
Macadam等人提出的相關色溫計算公式為:
式中n=(x-0.329)/(y-0.187),x、y為CIE-1931的色坐標。
Tamaru等人提出的相關色溫計算公式為:
式中n=(x-0.332)/(y-0.1858),x、y為CIE-1931的色坐標。
上述三種經驗公式均可以直接計算出已知色品坐標光源的相關色溫,且計算快速、準確。對于多基色混合光,其色品坐標只能落在混合光圍成的色品坐標的連線區(qū)域內,故上述經驗公式也可以用混合光相關色溫的計算。
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)射的光譜內容決定光源的光色,但同樣光色可由許多,少數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。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時,會使顏色產生明顯的色差。色差程度愈大,光源對該色的顯色性愈差。目前,顯色指數仍是定義評價光源顯色性的普遍方法。
評價光源顯色指數時采用一套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、淡藍綠色、淡藍色、淡紫藍色、淡紅紫色。
選定后 7 個色樣(i=9,…,15)分別作為特殊顯色指數評價用的檢驗色樣,它們分別代表深紅、深黃、深綠、深藍、白種人膚色、葉綠色、中國人女性膚色。根據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:
一般顯色指數(CIE1~8號顏色樣品Ri的平均值):
通常是在已知待測光源的光譜功率分布的情況下,進行顯色性計算的,主要步驟如下:
1.根據待測光源的光功率譜分布,計算待測光源的色度坐標(xc,yc)、(uc,vc)、相關色溫T;其中:
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,計算待測光源下1-14號試驗色的色度坐標(xci,yci)并求相應(uci,vci)。
3.根據T選擇參照照明體,查表得出參照照明體的色度參數(ur,vr,cr,dr),以及在參照照明體下試驗色的顏色空間坐標U*ri、V*ri、W*ri。
4.由待測光源色坐標(uc,vc),求(cc,dc)以及待測光源下試驗色的色坐標(uci,vci)求(cci,dci),并計算試驗色的適應色位移(u'ci,v'ci),其中有:
5.計算待測光源下試驗色的U*ci、V*ci、W*ci。
6.求U*ri、V*ri、W*ri與U*ci、V*ci、W*ci的色差△Ei。
7.由△Ei得特殊顯色指數Ri和一般顯色指數Ra。
光源光效的含義及評價方法:
光源的光效是指光電轉換效率,即輸出的光通量與輸入的電功率之比,它可由下式計算:
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:
其中,V(λ)為光譜光視效率,其值為CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值y(λ)函數曲線,p(λ)為光譜功率分布函數,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。