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标准光源的颜色指标色温和显色性的关系

文章出处: 人气:73发表时间:2023-12-15

色温和显色性是标准光源两个重要的颜色指标,其中色温是衡量光源色的指标,它表示光线颜色的一种标志;而显色性是衡量光源视觉质量的指标,是指光源显现被照物体颜色的性能,也就是颜色逼真的程度。色温和显色性同为光源的颜色指标,那么它们之间有什么关系呢?下文为大家做了介绍。

色温和显色性

色温的含义及色温的评价方法:

色温(Color temperature)是表示光源光谱质量最通用的指标,当物体的吸收率a=1时,则表示该物体能全部吸收投射来的各种波长的光,这种物体称为绝对黑体,或简称黑体(Black body)。黑体是对光吸收能力最强的一种理想化物体,实际上没有绝对黑体。由黑体规律知,通过黑体辐射发出的光的颜色,可以推断出黑体温度的高低。

当光源在温度T时发呈现的颜色与黑体在某一温度Tc时的颜色相同时,则将黑体的绝对温度就称为该光源的颜色温度,简称色温(color temperature)

对于白炽灯等热辐射源而言由于其光谱分布与黑体比较接近,所以它们的色品坐标点基本处于黑体轨迹上,可见色温的概念能够恰当的描述白炽灯的光色。那么对于白炽灯以外的其他光源,其光谱分布与黑体相差较远,它们的温度T时的相对光谱功率分布所决定的色品坐标不一定准确地落在色品图的黑体温度轨迹上,所以只能用光源与黑体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温,称为相关色温(correlated color temperature,简称CCT)。

为了快速准确地计算出光源的相关色温,目前已经提出了几种比较典型计算方法,包括:三角垂足插值法、黑体轨迹法和模拟黑体轨迹法等,这几种方法虽然计算精确,但计算过程复杂,计算量大。为了更加高效准确地计算出相关色温,J.Smith、Macadam和Tamaru等人提出了几种计算相关色温的经验公式。

J.Smith等人提出的相关色温计算公式为:

相关色温计算公式

式中n=(x-0.3320)/(0.1858-y),x、y为CIE-1931的色坐标。

Macadam等人提出的相关色温计算公式为:

相关色温计算公式01

式中n=(x-0.329)/(y-0.187),x、y为CIE-1931的色坐标。

Tamaru等人提出的相关色温计算公式为:

相关色温计算公式02

式中n=(x-0.332)/(y-0.1858),x、y为CIE-1931的色坐标。

上述三种经验公式均可以直接计算出已知色品坐标光源的相关色温,且计算快速、准确。对于多基色混合光,其色品坐标只能落在混合光围成的色品坐标的连线区域内,故上述经验公式也可以用混合光相关色温的计算。


显色性的含义及显色性的评价方法:

物体反射的是光源的光谱,因此,人眼观察到的颜色在很大程度上取决于光源的光谱分布。很多情况下,人们是在人工光源下观察物体的,但人工光源的光谱分布和太阳光的光谱分布差异很大。不同的光源照明下,物体会呈现不同的颜色,而在日光下物体显现的颜色是最准确的。人工光源和太阳光相比,其显示同色能力的强弱叫做该光源的显色性。

通常,除连续光谱的光源具有较好的显色性外,有几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如450nm的蓝光、540nm的绿光、610nm的橘红光以适当比例混合所产生的白光,虽然为高度不连续光谱,但却具有良好的显色性。

光源的显色性指光源照射到物体上,由物体反射或透射后物体显示出的颜色效果。显色性直接影响物体的颜色外貌,因此在光源的评价中它有着重要的意义。

光源的显色性一般用显色指数来评价。显色指数是光源显色性的度量,以被测光源下物体的颜色和参考标准光源下物体颜色的相符程度来表示。计算显色指数的标准方法,是CIE制定的“测色法”。评价方法是将标准样品分别放在待测光源和参照标准光源下观察,较两个条件下的颜色,颜色偏差越小,则表明待测光源的显色性越好。这14个孟塞尔颜色的前8个颜色样品是明度基本相同、色调不同的颜色,用于计算一般显色指数Ra(即这8个颜色的平均色差),而用这14个颜色样品单独计算的色差称为特殊显色指数 Ri计算一般显色指数Ra和特殊显色指数Ri的公式见公式。

一般显色指数Ra和特殊显色指数Ri计算式

一般显色指数Ra反映了光源的平均照明效果,但不能反映对个别颜色的效果,因此,有时需要针对某个区域颜色照明有特殊要求时,除了要考虑一般显色指数外,还要考察相应的特殊显色指数。

CIE还规定:待测光源色温不高于5000K时,用完全辐射体(黑体)作为参照标准光源,待测光源色温高于5000K时,用标准照明体,作为参照标准光源。参照光源的显色指数Ra=100,当在待测光源下与参照标准光源下的标准样品颜色相同时,则此光源的显色指数为100,显色性最好,反之,颜色差异越大,显色指数越低。在计算显色指数时还要考虑不同光源照明引起的色适应,因此需要进行色适应修正,计算公式较复杂,在此不做介绍,可参考相应的资料及标准。


标准光源的颜色指标色温和显色性的关系:

色温是光源的重要指标,用来描述光源本身的颜色。一定的色光具有一定的相对能量分布:当黑体连续加热,温度不断升高时,它的相对光谱能量分布的峰值部位将由长波方向向短波方向变化,其所发光的颜色的变化顺序是红-黄-白-蓝。同一种颜色,在白炽灯、卤素灯、中午日光等不同光源照明下,所表现出来的颜色是不同的。而这种差异就是由光源的色温不同造成的。

有关光源颜色特性的评价的另一个指标是光源的显色性,它研究物体在光源照明下所呈现的颜色效果。光源的光谱分布决定了光源的显色性,具有连续光谱分布的光源均有较好的显色性,如白炽灯、日光等。另外,由特定的色光组成的混合光源也能有很好的显色性,如波长为610nm(橙)、540 nm(绿)和450nm(蓝)的光谱辐射对提高光源的显色性具有特殊效果,所以采用这三种色光以适当的比例混合所产生的白光与连续光谱的白炽灯或日光具有同样优良的显色性。光源的显色性影响着人眼所观察的物体颜色,在显色性好的光源照明下,物体颜色的失真就会小。

光源的色温和显色性是光源的两个重要的颜色指标。两者之间没有必然的联系,因为具有不同光谱分布的光源可能有相同的色温,但其显色性可能差别很大。

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