光源顯色性的評價方法及顯色指數(shù)的計算

? DOHO標準光源箱 ????|???? ?2024-04-11

光源的顯色性是指光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果和對物體真實色彩的顯現(xiàn)程度,也就是顏色逼真的程度。顯色性高的光源對顏色表現(xiàn)較好,顏色逼真;而顯色性低的光源對顏色表現(xiàn)較差,顏色偏差較大。光源的顯色性一般用顯色指數(shù)來表示,其符為Ra。本文對光源顯色性的含義及顯色指數(shù)的計算方法作了介紹。

光源顯色性

光源顯色性的含義:

物體反射的是光源的光譜,因此,人眼觀察到的顏色在很大程度上取決于光源的光譜分布。很多情況下,人們是在人工光源下觀察物體的,但人工光源的光譜分布和太陽光的光譜分布差異很大。不同的光源照明下,物體會呈現(xiàn)不同的顏色,而在日光下物體顯現(xiàn)的顏色是最準確的。人工光源和太陽光相比,其顯示同色能力的強弱叫做該光源的顯色性。

通常,除連續(xù)光譜的光源具有較好的顯色性外,有幾個特定波長色光組成的混合光源也有很好的顯色效果。如450nm的藍光、540nm的綠光、610nm的橘紅光以適當比例混合所產(chǎn)生的白光,雖然為高度不連續(xù)光譜,但卻具有良好的顯色性。

光源的顯色性指光源照射到物體上,由物體反射或透射后物體顯示出的顏色效果。顯色性直接影響物體的顏色外貌,因此在光源的評價中它有著重要的意義。


光源顯色性的評價方法:

顯色性是評價光源的重要特性,人們習慣認為物體在日光下的顏色為真實顏色,因此用物體在燈光下和日光下的顏色的接近程度表示燈光的顯色性,顏色越接近,顯色性越高。光源的光譜分布決定了光源的顯色性,具有連續(xù)光譜分布的光源具有較好的顯色性,如日光燈,白熾燈等。顯色性的評價方法大體上可以分為兩種:基于光譜分布之差的方法和基于作為標準的物體色外貌之差的方法。目前在光源顯色性評價上多采用后一種方法。

CIE推薦顯色指數(shù)CRI來評價光源的顯色性。CIE提出把普朗克輻射體作為評價低色溫光源顯色性的參照標準。當相對色溫低于5000K時,將同等色溫下的普朗克輻射體在作為參考光源;當相對色溫高于5000K時,將標準照明體D作為參考光源。若樣本在測試光下的顏色和參考光下的顏色完全相同,則認為顯色指數(shù)為100。在評價光源的顯色性時,采用14種試驗色,如下圖所示。

CRI選用的R1-R14顏色樣品

其中前8種不同顏色,它們明度值接近,彩度適中,圍繞色相環(huán),用于光源一般顯色指數(shù)和特殊顯色指數(shù)的計算;而后6種是一些飽和色和皮膚色,如四個心理基礎(chǔ)色(純紅、黃、綠、藍)、皮膚色和樹葉顏色,用于特殊顯色指數(shù)的計算。通過測量并計算這些試驗色在測試光和參考光下的色差,便可求出光源的顯色指數(shù),用以表征光源顯色性的優(yōu)劣程度。

假設(shè)第i中試驗色在參考光和測試光下的色差為△Ei(i= 1,2,3,……,14),則可以計算出各種試驗色的特殊顯色指數(shù)Ri:Ri=100-4.6△Ei。

顯色指數(shù)越高,代表顯色性越好,如果Ri=100,表示該樣本在測試光合參考光下的色差為0。將前8個樣本的顯色指數(shù)取平均值,得到常用的一般顯色指數(shù)Ra,顯色指數(shù)Ra是評價光源的重要指標。


光源顯色指數(shù)的計算:

CIE推薦定量評價光源顯色性的“測驗色”法規(guī)定用黑體或標準照明體D作為參照光源,將其顯色指,數(shù)定為100,并規(guī)定了若干測試用的標準顏色樣品;通過在參照光源下和待測光源下對標準樣品形成的色差,評定待測光源顯色性,用顯色指數(shù)值來表示。顯色指數(shù)的計算涉及對原始數(shù)據(jù)和導(dǎo)出性參數(shù)的運用以及很多中間參量的計算,主要有三種方法計算光源的顯色指數(shù):標準方法,特征矢量法和沃爾特斯法,下面主要介紹一下標準方法計算顯色指數(shù)。

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(shù)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(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,進行顯色性計算,主要步驟如下:

1.通過對待測光源的光譜輻射測量,計算待測光源的色度參數(shù)(xk,yk)(uk,vk)、ck dk及CCT(K),然后根據(jù)1~15號顏色樣品的光譜輻亮度因數(shù)ρi(λ)的數(shù)據(jù)算出在待測光源下各樣品的xk,i、yk,i和uk,i、vk,i色度坐標。計算公式如下:

光源色度坐標(u,v)計算:

光源色度坐標計算式01

其中k等于輻射功率的最大光效率Km=683(lm/W),P(λ)為光源光譜功率分布,x(λ)、y(λ)、z(λ)是CIE 1931標準色度觀察者光譜三刺激值。在可見光譜內(nèi),波長間隔△λ是以入為中心波長,波長范圍為380nm至780nm,波長間隔△λ為5nm。色度坐標計算如下:

光源色度坐標計算式02

2.根據(jù)CCT選擇參照照明體,計算參照照明體的光譜功率分布,然后計算參照照明體的色度參數(shù)(xr,yr)、(ur、vr)和cr、dr。

3.適應(yīng)性色位移的考慮:由于待測光源k和所選用的參照照明體r的色度不完全相同,而使視覺在不同照明下受到顏色適應(yīng)的影響。為了處理兩種照明下的色適應(yīng),必須將待測光源的色度坐標uk、vk調(diào)整為參照照明體的色度坐標ur、vk,即uk'=ur,Vk'=Vr,這時各顏色樣品i的色度坐標uk,i vk,i也要作相應(yīng)的調(diào)整,成為uk,i'、vk,i'。這種色度坐標的調(diào)整叫做適應(yīng)性色位移,用以下系數(shù)關(guān)系式進行轉(zhuǎn)換:

適應(yīng)性色位移系數(shù)關(guān)系式

上式中下標“r”代表參照照明體;“k”代表待測光源;“k,i”代表待測光源照明下第i種標準樣品。在計算顯色指數(shù)時,就用調(diào)整后的色度坐標計算。

4.計算在參照照明體r照明下顏色樣品的的xr,i、yr,i和ur,i vr,i色度坐標。

5.色差計算公式如下:

色差△Ei計算式002

6.由△Ei得特殊顯色指數(shù)Ri和一般顯色指數(shù)Ra。

光源的一般顯色指數(shù)越高,其顯色性就越好,對顏色的還原性越好。不過最近國外專家研究表明,特殊顯色指數(shù)也是影響顏色還原性的重要指數(shù)。