光源有哪些色度指标?色温和显色性是评价光源性能的两个重要的色度指标,色温是光源自身显现的颜色,它是衡量光源色的指标,显色性是光源照射到物体表面时所显现的颜色,它是衡量光源视觉质量的指标。那么,色温和显色性什么关系?本文对光源色度指标及色温和显色性的关系作了介绍。
1.色温
色温概念由Hyde在1911最早提出,通常用Tc表示,是表示光源特性最常用的参数之一。定义为:光源发出光谱当与加热一个黑体所产生光谱相同时,此时的温度就是该光源的色温,单位为K。所以,通过黑体辐射发出的光的颜色,可判定黑体本身的温度大小。在CIE1931中,由色温与色品坐标对应的关系就称黑体轨迹,根据黑体轨迹可知,色温计算公式如下:
式中:n=(x-0.3320)/(y-0.1858),x、y为在CIE 1931中的色品坐标。
由光源光谱功率分布线性叠加原理可知,当目标光源由其它多种光源混合而成时,则合成光源相对光谱功率分布函数为:
式中:kn为参与合成的各光源光功率配比,Sn(λ)为相对光谱功率分布函数。若已知白光光源相对光谱功率分布函数,就可以计算出该光源的色温和特殊显色指数。
然而,对于绝大部分照明光源,其色品坐标并不是刚好落在黑体辐射线上,因此,不能严格用绝对色温表示此类光源,为此,人们又提出了相关色温的概念(简称CCT)。随着计算机技术飞速发展和颜色科学快速进步,到目前为止,相关色温已有几种较典型计算方法,包括:黑体轨迹Chebyshev法、内插法和三角垂足插值法等。
2.显色性
显色性是指光正确还原物体本来颜色的能力,通常用显色指数(CRI)来表示,其最大值为100。通常情况下,光的显色指数Ra越高,显色能力就越好。CRI的计算是由选定15种颜色样品决定,每个色样都有不同领域的使用要求,如在超市和商店的肉制品橱窗,R9(红色)尤为重要。某一标准光源样品和待测光源的色差为:
式中:△Ei为待测光源与某一标准样品的色差。
式中:(Wi,Ui,Vi)和(Wn,Un,Vn)分别为LED合成白光光源照明下和参考光源照明下试验色的颜色空间坐标。在上式中的Wi、Ui、Vi计算公式为:
式中:ur、vr为参考光源色品坐标,u'i、v'i为试验色的适应性色位移,其表达式如下:
上式中,混合光源的c、d,参考光源的cr、dr,参与光源混合各颜色样品的ci、di,均可以表示为:
上式中:u、v为CIE1960UCS图中色品坐标,其与CIE1931色品图中x,y的关系为:
上面式子中参考光源的色度学参数Wri、Uri、Vri、ur、vi,可以采用奥尔特斯经验公式f=b+pm+qm2计算,其中f可为ur、vr、Uri、Vri和Wri,b、p、g为所对应参数的系数,m=104/Tc。
在通常情况下,光源的显色指数为15种颜色样品中的前8个的均值,其表达式如下:
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。