光源的色度学性能指标有几个？色温和显色性怎么计算？

评价光源的性能指标有很多，归结起来主要有光度学指标和色度学指标两大类型，其中色度学指标主要包括色温和显色性，它们是光源两个重要的颜色指标，色温是衡量光源色的指标，显色性是衡量光源视觉质量的指标。本文对光源色度学性能指标及它们的计算方法做了相应的介绍，对此感兴趣的朋友不妨了解一下！

光源色温：

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。

光源色温的计算方法：

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：

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：

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：

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：

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：

显色性是评价光源的重要特性，人们习惯认为物体在日光下的颜色为真实颜色，因此用物体在灯光下和日光下的颜色的接近程度表示灯光的显色性，颜色越接近，显色性越高。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具有较好的显色性，如日光灯，白炽灯等。显色性的评价方法大体上可以分为两种：基于光谱分布之差的方法和基于作为标准的物体色外貌之差的方法。目前在光源显色性评价上多采用后一种方法。

CIE推荐显色指数CRI（colour rendering index）来评价光源的显色性。CIE提出把普朗克辐射体作为评价低色温光源显色性的参照标准。当相对色温低于5000K时，将同等色温下的普朗克辐射体在作为参考光源；当相对色温高于5000K时，将标准照明体D作为参考光源。若样本在测试光下的颜色和参考光下的颜色完全相同，则认为显色指数为100。在评价光源的显色性时，采用14种试验色。其中前8种不同颜色，它们明度值接近，彩度适中，围绕色相环，用于光源一般显色指数和特殊显色指数的计算；而后6种是一些饱和色和皮肤色，如四个心理基础色（纯红、黄、绿、蓝）、皮肤色和树叶颜色，用于特殊显色指数的计算。通过测量并计算这些试验色在测试光和参考光下的色差，便可求出光源的显色指数，用以表征光源显色性的优劣程度。

假设第i中试验色在参考光和测试光下的色差为△Ei（i=1，2，3，…，14），则可以计算出各种试验色的特殊显色指数Ri，即Ri=100-4.6△Ei。

显色指数越高，代表显色性越好，如果Ri=10，表示该样本在测试光和参考光下的色差为0。将前8个样本的显色指数取平均值，得到常用的一般显色指数Ra。显色指数Ra是评价光源的重要指标，在学术交流和工业生产中广泛使用。

光源显色性计算方法：

光源的显色性一般用显色指数表示，计算显色指数的标准方法，是CIE制定的“测色法”。评价时采用一套14种试验颜色样品，根据在参照光源下和待测光源下各试验色的色差△E，计算出光源特殊显色指数Ri：

一般显色指数Ra的计算公式：

光源的一般显色指数越高，其显色性就越好，对颜色的还原性越好。

通常是在已知待测光源的光谱能量分布P（λ）的情况下，进行显色指数计算的，其主要步骤如下：

1.根据待测光源的光功率谱分布，计算待测光源的色度坐标（xc，yc）、（uc,vc）、相关色温T；其中：

2.由待测光源的光功率谱分布和1-14试验色的光谱辐亮度因数，计算待测光源下1-14号试验色的色度坐标（xci，yci）并求相应（uci，vci）。

3.根据T选择参照照明体，查表得出参照照明体的色度参数（ur，vr，cr，dr），以及在参照照明体下试验色的颜色空间坐标U*ri、V*ri、W*ri。

4.由待测光源色坐标（uc，vc），求（cc，dc）以及待测光源下试验色的色坐标（uci，vci）求（cci，dci），并计算试验色的适应色位移（u'ci，v'ci），其中有：

5.计算待测光源下试验色的U*ci、V*ci、W*ci。

6.求U*ri、V*ri、W*ri与U*ci、V*ci、W*ci的色差△Ei。

7.由△Ei得特殊显色指数Ri和一般显色指数Ra。