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2023-12-08

光源有哪两个颜色指标?色温和显色性之间什么关系?

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光源有哪两个颜色指标?色温和显色性是光源两个重要的颜色指标,其中色温是衡量光源色的指标,它是以温度的数值来表示光源颜色特征的量。而显色性是衡量光源视觉质量的指标,一般用平均显色指数Ra来表示。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?本文对此作了详细的介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

标准光源箱

光源的颜色指标——色温:

1.色温的含义

光源的色温是人的视觉观察光源时所看到的表面颜色,当此表面颜色与黑色体火焰颜色相同时称此颜色的火焰温度叫光源的色温。常见光源的色温如下所示:

晴天光源自然光:色温11000~20 000K

阴天天空自然光:色温6500K

日光荧光灯:色温6500K

白色荧光灯:色温4500K

暖白色荧光灯:色温4500K

白炽灯:色温2900K

卤钨灯:色温3400K

高压汞灯:色温5500K

高压钠灯:色温2000~2100K

金属卤化灯:色温3800~6000K

光源色温的外观效果如下所示:

暖色光:暖色光的色温在3300K以下,暖色光与白炽灯相近,红光成分较多,能给人以温暖,健康,舒适的感受。适用与家庭,住宅,宿舍,宾馆等场所或温度比较低的地方。

冷白色光:又叫中性色,它的色温在3300K到5300K之间,中性色由于光线柔和,使人有愉快,舒适,安详的感受。适用与商店,医院,办公室,饭店,餐厅,候车室等场所。

冷色光:又叫日光色,它的色温在5300K以上,光源接近自然光,有明亮的感觉,使人精力集中及不容易睡着。适用与办公室,会议室,教室,绘图室,设计室,图书馆的阅览室,展览橱窗等场所。

2.光源色温的计算方法

色温是描述光源光谱质量最常用的指标,低色温光源的能量分布中红辐射较多,通常称为暖色光:高色温光源的能量分布中蓝辐射相对较多,通常称为冷色光。当知道待测光源的光谱分布后,可确定出光源的色度坐标(x,y)。若光源的色度坐标点位于两条相邻等温线M1和M2之间,则可用内插法求得光源的相关色温。

设d1为光源坐标点到等温线M1的距离,d2为到等温线M2的距离。则光源的相关色温T由下式表示:

光源的相关色温T的表达式

通常情况下用下面近似公式得到色温T:

光源色温T的表达式

其中:n=(x-0.3320)/y-0.1858。


光源的颜色指标——显色性:

1.显色性的含义

光源的显色性是指光源照在物体上所呈的颜色,即客观效果叫光源的显色性。为了量化表示光源的显色性,引入显色指数Ra,规定太阳光的显色指数为标准值100,光源的显色越接近自然光则Ra越接近100。常见光源的显色指数如下所示:

自然光:显色指数Ra100

日光色荧光灯:显色指数Ra77~80

白色荧光灯:显色指数Ra65

暖白色荧光灯:显色指数Ra65

白炽灯:显色指数Ra95

卤钨灯:显色指数Ra95

高压汞灯:显色指数Ra30~ 40

高压钠灯:显色指数Ra20~30

金属卤化灯:显色指数Ra65

2.光源显色性评价方法

光源的光谱分布决定光源的显色性,光源的显色性影响人眼观察的物体颜色,对光源显色性进行定量评价是光源制造部门评价光源质量的一个重要方面。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。

CIE评价光源显色指数时采用一套14种检验色样,选定8个色样为一组(i=1,……,8)作为评价一般显色指数用的检验色样,选定后6个色样(i= 9,……,14)分别作为特殊显色指数评价用的检验色样,如下图所示。

CRI选用的R1-R14颜色样品

通常在已知待测光源的光谱功率分布的情况下,进行显色性计算的主要步骤如下:

1.通过对待测光源的光谱辐射测量,计算待测光源的色度参数(xk,yk)、(uk,vk)、ck、dk及CCT(K),然后根据1~14号颜色样品的光谱辐亮度因数ρi(λ)的数据算出在待测光源下各样品的xk,i、yk,i和uk,i、vk,i色度坐标。计算公式如下:

颜色三刺激值计算式

其中k等于辐射功率的最大光效率Km=683(lm/W),P(λ)为光源光谱功率分布,x(λ)、y(λ)、z(λ)是CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值。在可见光谱内,波长间隔△λ是以λ为中心波长,波长范围为380nm至780nm,波长间隔△λ为5nm。色度坐标计算如下:

色度坐标计算式

其中k为常数,表达式如下,ρi(λ)为各样品的光谱辐亮度。

色度参数ck、dk的计算式如下:

色度参数ck、dk的计算式

2.根据CCT选择参照照明体,计算参照照明体的光谱功率分布,然后计算参照照明体的色度参数(xr,yr)、(ur、vr)和cr、dr。

3.适应性色位移的考虑:由于待测光源k和所选用的参照照明体r的色度不完全相同,而使视觉在不同照明下受到颜色适应的影响。为了处理两种照明下的色适应,必须将待测光源的色度坐标uk、vk调整为参照照明体的色度坐标ur、vr,即uk'=ur,vk'=vr,这时各颜色样品i的色度坐标uk,i、vk,i也要作相应的调整,成为uk,i'、vk,i'。这种色度坐标的调整叫做适应性色位移,用以下系数关系式进行转换:

转换关系式

上式中下标“r”代表参照照明体;“k”代表待测光源;“k,i”代表待测光源照明下第i种标准样品。在计算显色指数时,就用调整后的色度坐标计算。

4.计算在参照照明体r照明下颜色样品的的xr,i、yr,i和ur,i、vr,i色度坐标。

5.色差计算公式如下:

色差△Ei计算式

6.根据在参照光源下和待测光源下各检验色样的色差△Ei,计算出特殊显色指数:

特殊显色指数

一般显色指数(CIE1~8号颜色样品Ri的平均值):

一般显色指数01


光源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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