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光源色温和显色性怎么理解?光源色温和显色性怎么计算?

发布日期:2023-11-15 浏览次数:504

光源色温和显色性怎么理解?色温和显色性是光源两个重要的颜色指标,其中色温是衡量光线颜色的指标,而显色性是衡量源视觉质量的指标。那么,光源色温和显色性怎么计算?本文对光源色温和显色性的含义及它们的计算方法做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

色温和显色性

光源色温和显色性怎么理解?

1.光源色温的含义

色温是光源的重要颜色指标,色温分为绝对色温与相关色温。当光源发出的光谱与加热一个黑体使其产生同样光谱时,加热黑体所需要的温度就是该光源的绝对色温,绝对色温的概念是在1911年由Hyde提出的,一般用T表示,单位为开尔文(K),是表示光源特性最基本的参数之一。这里的黑体是指对外来辐射或光线完全吸收的一种理想物体,是不存在的。

绝对色温虽然可以准确地描述光源的颜色,然而对于大部分光源来说,光源的色品坐标不可能与某一绝对温度下的黑体辐射色品坐标完全相同,为此,Raymond Davis等人提出了相关色温的概念,一般用Tc来表示,单位为开尔文(K),它表示与光源具有最相似颜色刺激的黑体辐射的温度。

2.光源显色性的含义

光源的显色性是描述光源颜色特性的另一个方面,即物体在光源照明下所呈现颜色的真实性。可表述为:在某光源照明下所呈现颜色效果与在日光或黑体辐射照明下的一致性。光源显色性一般用显色指数来表示,该指标代表相同样品在某种光源下与日光下观察时接近程度,显色指数的范围为0-100,数值越高,表示在这种光源下观察颜色的效果越好(与日光越接近),反之则越差。


光源色温计算方法:

1.绝对色温计算方法

绝对色温在CIE-1931色品图上是一条连续的弧形轨迹,这条轨迹称为黑体轨迹线。光源的色品坐标如果落于黑体轨迹上,则对应的黑体温度就为此光源的绝对色温。绝对色温的计算公式为:

绝对色温的计算公式

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

2.相关色温计算方法

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。


光源显色性的计算方法:

CIE于1965年推荐CRI用于评价光源的显色性,并先后于1974和1995年对其作了一些改进和修正。尽管CIE显色指数存在一些不足和缺陷,但其仍是当前唯一在国际上被普遍认可和广泛采用的光源显色性评价标准方法。原理上,CIE显色指数是一种测试样本法,其计算流程如下:

1.计算测试光源的相关色温,并依据其相关色温值选择相应的参考照明体。具体而言,若其相关色温小于5000K,则将对应温度的普朗克辐射体作为参考照明体;否则,将对应色温的CIE日光照明体作为参考照明体。

2.采用CIE1931标准色度系统分别计算14个测试样本在测试光源和参考照明体下的CIE1931三刺激值,分别记为(Xk,i、Yk,i,Zk,i)和(Xr,i、Yr,i、Zr,i),其中i=1,2,3,…,14。

3.按照下式将14个测试样本在测试光源和参考照明体下的三刺激值转换为对应的CIE1960UCS色品坐标,并分别记为(uk,i、vk,i)和(ur,i、Vr,i)。

000000101

4.由于测试光源的色品坐标一般与参考照明体的色品坐标是不相同的,所以在进行显色性评价时,需要对测试光源下测试样本的颜色进行色适应处理。CIE显色指数采用简单的von Kries色适应变换模型来对测试光源下测试样本的色品坐标进行变换,即:

色品坐标计算式0010

式中(u'k,i,v'k,i)为第i个测试样本经过色适应变换后的CIE1960UCS色品坐标,cr、dr、ck、dk、ck,i、dk,i可由参考照明体的色品坐标(ur,vr)、测试光源的色品坐标(uk,vk)以及测试光源下各测试样本的色品坐标(uk,i、vk,i)计算得到:

c、d计算式

5.通过下式分别将参考照明体和测试光源下各测试样本的色度参数转换到CIE1964WUV颜色空间,分别记为(W*r,i、U*r,i、V*r,i)和(W*k,i、U*k,i、V*k,i),即:

CIE1964WUV颜色空间色品坐标

式中测试光源的色品坐标(uk,vk)被调整为参考照明体的色品坐标(ur,vr),即:

参考照明体的色品坐标

6.按照下式计算在测试光源和参考照明体下各测试样本间的色差△Ei。

测试样本间的色差△Ei

7.各测试样本对应的特殊显色指数Ri可计算为:

特殊显色指数Ri计算式

8.一般显色指数Ra可计算为:

一般显色指数Ra计算式

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