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【LED名詞解釋】解析顯色指數(shù)CRI參數(shù)

作者: 時(shí)間:2012-11-05 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  對(duì)于從事照明行業(yè)人士而言,CRI是常用術(shù)語(yǔ),大家經(jīng)常在光源的數(shù)據(jù)資料上見(jiàn)到CRI值,并且知道它反映了光源在顯色性方面的好壞,但是它的實(shí)際含義是什么?CRI值有助于人們判斷在一款照明設(shè)備中應(yīng)采用什么光源,CRI值越高越好,但人們是否知道它實(shí)際要測(cè)量些什么,如何測(cè)量?比如,一個(gè)光源的CRI值為95,這到底傳達(dá)了一些什么信息呢?

  ● CRI的定義

  國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)對(duì)顯色性的定義是:與標(biāo)準(zhǔn)的參考光源相比較,一個(gè)光源對(duì)物體顏色外貌所產(chǎn)生的效果。換句話說(shuō),CRI是一個(gè)光源與標(biāo)準(zhǔn)光源(例如日光)相比較下在顏色辨認(rèn)方面的一種測(cè)量方式。CRI是一種得到普遍認(rèn)可的度量標(biāo)準(zhǔn),也是目前評(píng)價(jià)與報(bào)告光源顯色性的惟一途徑。CRI這一度量標(biāo)準(zhǔn)的確立并不遙遠(yuǎn),起初制定這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的目的是用它來(lái)描述20世紀(jì)60年代開(kāi)始大量使用的熒光燈的顯色性,并幫助用戶理解光譜分布呈線狀的熒光燈可應(yīng)用于哪些場(chǎng)合。

【LED名詞解釋】解析顯色指數(shù)CRI參數(shù)  

圖1:14塊標(biāo)準(zhǔn)顏CRI色樣

  CRI的測(cè)量與規(guī)定的14塊顏色樣品(以下簡(jiǎn)稱“色樣”)在被測(cè)光源下呈現(xiàn)出的外貌與標(biāo)準(zhǔn)的參考光源下呈現(xiàn)出的外貌之間的差異密切相關(guān)。雖然CRI的推導(dǎo)都是通過(guò)數(shù)學(xué)方法,而且一張實(shí)際的色卡圖也不能用于測(cè)定CRI值,但是這些色樣的顏色都真實(shí)存在,它們都選自孟塞爾顏色樣品。如圖1展示了14塊標(biāo)準(zhǔn)CRI色樣,前8塊色樣通常用來(lái)測(cè)定一般(通常人們提到的CRI值就是指一般),選取的TCS01—TCS08具有中等飽和度與大致相同的明度,并且顏色范圍涵蓋了整個(gè)可見(jiàn)光譜。最后6塊是特殊顏色樣品,TCS09—TCS14很少使用,它們中除了有模仿歐洲人膚色與樹(shù)葉綠色外,還包括了飽和度更高的原色。

  ● CRI的計(jì)算

  盡管認(rèn)真仔細(xì)地規(guī)定了這些色樣,并且真實(shí)物體可以產(chǎn)生這些色樣的顏色,但是CRI值完全通過(guò)計(jì)算推導(dǎo)出來(lái),明白這點(diǎn)非常重要,無(wú)須用真實(shí)光源照射真實(shí)色樣,人們要做的就是使用測(cè)得的光源光譜與指定色樣的光譜相比較,然后通過(guò)數(shù)學(xué)分析的方法推導(dǎo)計(jì)算出CRI值。因此,對(duì)CRI值的測(cè)量是量化的、客觀的,它絕不是一種主觀測(cè)量(主觀測(cè)量?jī)H憑借一位受過(guò)訓(xùn)練的觀察者,由其判斷哪個(gè)光源的顯色性更好)。

  基于顏色知覺(jué)的比較也很有意義,前提是被測(cè)光源與參考光源兩者的色溫必須相同。例如,試圖比較色溫為2900K的暖白色光源與色溫為5600K的冷白色光源(日光)照射下的兩塊相同色樣的外貌差異完全是浪費(fèi)時(shí)間。它們看上去一定是不一樣的。因此,第一步就是要通過(guò)被測(cè)光源的光譜計(jì)算出它的相關(guān)色溫(CCT)。一旦有了這個(gè)色溫,另一個(gè)相同色溫的參考光源就可以通過(guò)數(shù)學(xué)方法創(chuàng)建出來(lái)。對(duì)于色溫低于5000K的被測(cè)光源,參考光源選擇黑體(普朗克)輻射體;而對(duì)于色溫高于5000K的被測(cè)光源,參考光源選擇CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D。

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圖2:14塊標(biāo)準(zhǔn)CRI色樣中前8塊色樣的光譜分布

  現(xiàn)在可以把參考光源的光譜與每塊色樣相結(jié)合,產(chǎn)生一組理想的參考顏色坐標(biāo)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱色點(diǎn))。對(duì)于被測(cè)光源也是如此,把被測(cè)光源的光譜與每塊色樣相結(jié)合,得到另一組色點(diǎn)。如果被測(cè)光源下的色點(diǎn)與參考光源下的色點(diǎn)完全對(duì)應(yīng)一致,我們就認(rèn)為它們的顯色性相同,并把其CRI值定為100。在色圖中,被測(cè)光源下的色點(diǎn)離對(duì)應(yīng)的理想位置越遠(yuǎn),那么顯色性就越差,CRI值就越低。8對(duì)色樣的顏色位移量單獨(dú)計(jì)算,然后算出8個(gè)特殊顯色指數(shù)(光源對(duì)某一塊色樣的CRI值稱為特殊顯色指數(shù)),再取它們的算術(shù)平均值,這樣得到的數(shù)值就是最終的CRI值。CRI值為100表示,在被測(cè)光源與參考光源下,8對(duì)色樣中的任意一對(duì)色樣之間都不存在色差。

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圖4:參考光源與白熾燈照射下色樣外貌的對(duì)比

  解釋明白這些需要敘述很多內(nèi)容,并極有可能引起混淆,因此,筆者覺(jué)得用一些圖片輔助說(shuō)明會(huì)有很大幫助,現(xiàn)在先從CRI值為100的白熾燈開(kāi)始。理論上一盞白熾燈等同于一個(gè)黑體輻射體,因此,根據(jù)定義它擁有最理想的顯色性。如圖3展示了測(cè)試到的色點(diǎn)與參考色點(diǎn);圖4展示了色樣的外貌。測(cè)試到的色點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的參考色點(diǎn)完全對(duì)應(yīng)一致,因此,在圖上它們覆蓋了8個(gè)參考色點(diǎn)。

  為了便于比較,圖5、圖6展示了一盞汞燈的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù),它的CRI值為43,相當(dāng)差。

  汞燈的光譜分布不連續(xù)且呈線狀,這樣的光譜很容易使一些顏色的飽和度提高(色點(diǎn)向外移動(dòng)),比如標(biāo)號(hào)為T(mén)CS03的飽和黃綠色,或使一些顏色的飽和度降低(色點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)),比如標(biāo)號(hào)為T(mén)CS05的淡藍(lán)綠色,以致它們看上去像被沖刷過(guò)一樣,幾乎都呈現(xiàn)灰色。沒(méi)有一塊色樣的顏色能得到正確顯現(xiàn),并且顏色位移量相當(dāng)大。

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(從左至右)圖3:參考色點(diǎn)與白熾燈照射下測(cè)試到的色點(diǎn)

  圖5:參考色點(diǎn)與汞燈照射下測(cè)試到的色點(diǎn)

  圖7:參考色點(diǎn)與低壓鈉燈照射下測(cè)試到的色點(diǎn)

  顯色性的另一極端就是低壓鈉燈的顯色性,如圖7、圖8所示。低壓鈉燈是一種輻射橙黃色光的老式光源,以前的路燈中經(jīng)常采用這種光源。從本質(zhì)上說(shuō),它是由起主導(dǎo)作用的兩條緊靠在一起的波長(zhǎng)分別為589.0nm與589.6nm的黃色光譜線所構(gòu)成的單色光。

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圖6:參考光源與汞燈照射下色樣外貌的對(duì)比

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圖8:參考光源與低壓鈉燈照射下色樣外貌的對(duì)比

  低壓鈉燈根本不具備顯色能力,事實(shí)上通過(guò)計(jì)算得到它的CRI值為-47。所有8塊被測(cè)色樣看上去都像被混濁的黃色所籠罩。這就解釋了為什么在晚上很難在由這些光源照明下的停車場(chǎng)里找到自己的車。無(wú)論車是什么顏色,在低壓鈉燈的照射下所有的車看上去都一樣。(雖然CRI的定義中允許CRI值為負(fù)數(shù),但它們通常聚攏到零點(diǎn)。這種情況是非常糟糕的。)低壓鈉燈讓負(fù)責(zé)任的燈光設(shè)計(jì)師有點(diǎn)左右為難:其發(fā)光效率極高,達(dá)到150lm/W,但是由于在其照明下物體顯現(xiàn)出難看的外貌以及顯色性的缺失而普遍不受歡迎。在許多照明設(shè)備中,它們已被發(fā)光效率略低一些的高壓鈉燈和其他一些CRI值更高的光源所取代。表1列舉出一些常用光源的色溫與CRI值。

  ● CRI的局限性

  CRI并不是一個(gè)完美的度量標(biāo)準(zhǔn),事實(shí)上它僅僅反映了光源對(duì)一小段中等飽和度顏色的顯色性,而且光源的色點(diǎn)最好要靠近黑體輻射軌跡,并且光源的色溫既不能太高也不能太低。另外,CRI不是一個(gè)普遍適用的度量標(biāo)準(zhǔn),盡管白熾燈的CRI值為理想的100,但是如果嘗試辨認(rèn)出不同的深藍(lán)色,人們就會(huì)知道選用白熾燈是非常不理想的。因?yàn)?,白熾燈的光譜中缺少藍(lán)色光譜。對(duì)于藍(lán)色,日光是更好的選擇,但是如果觀察深紅色,那么,同樣的偏藍(lán)色調(diào)的日光就可能不是最佳選擇。事實(shí)上,沒(méi)有哪個(gè)單一色溫的光源對(duì)整個(gè)光譜范圍內(nèi)的顏色辨認(rèn)都是理想的。人們需要嘗試制定一種計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),使顯色性能指標(biāo)能在最普遍的領(lǐng)域內(nèi)適用。

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表1:常用光源的色溫與CRI值

  最近,新光源(尤其是)的引入使人們要更仔細(xì)地審視CRI定義中的要點(diǎn)。CRI這一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不是為測(cè)量RGB 組合光源投出的白光而設(shè)計(jì),假如把CRI應(yīng)用于,可能會(huì)引起誤導(dǎo)。例如,既然最終的CRI值是8個(gè)特殊顯色指數(shù)的算術(shù)平均值,那么


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