光源颜色特性主要包括两个方面的内容:一是人眼直接看到的颜色,即光源色表;另一是指物体在光源的照明下所表现的客观颜色效果,即光源色品。前者为光源色温,后者为光源显色性。本文对光源颜色特性色温和显色性做了介绍。
光源颜色特性主要包括两个方面的内容:一是人眼直接看到的颜色,即光源色表;另一是指物体在光源的照明下所表现的客观颜色效果,即光源色品。前者的评价方法同物体颜色的评价方法类似,通过色坐标和相关色温来表述;后者的评价方法是研究光源对被照射物体的颜色影响,即光源的显色性。光源的显色性采用显色指数的值来评价,光源的显色性越好,则显色指数的值越高,其最大值为100。
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。
光源是有颜色的,在照明领域,光源的颜色采用色温与相关色温来描述。黑体在加热过程中,由于绝对温度的不断上升,黑体的颜色将呈现不同的变化,后来,前人便将这种变化与白光色温关联起来。光源发出的光都有对应的光谱,当加热一个黑体所产生的光谱与光源发出的光谱相同时,将此时黑体的绝对温度值定义为光源的色温值。色温符号用T表示,单位为开尔文(K),是表示光源特性最常用的参数之一。
在1931CIE-XYZ色度图中,存在一条黑体轨迹线,该轨迹线便代表了白光色温与色品坐标的对应关系,垂直黑体轨迹线的直线为等色温线,在实际应用过程中,光源的色温值并不会严格遵循黑体轨迹线进行变化,而只是无限接近某一绝对温度下的黑体辐射颜色,与理论值存在一定偏差,为了对这种情况进行描述,实际中采用与光源光谱最接近的黑体辐射的绝对温度来表征光源的色温大小,这种情况下的绝对温度称为光源的相关色温(简称 CCT),用符号Tcp表示。
针对相关色温的计算方法,前人做了很多研究,目前相对比较典型、应用较多的有以下三种:内插法、黑体轨迹的Chebyshev法以及三角垂足插值法。下面简单的介绍一下内插法。
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:
通常情况下用下面近似公式得到色温T:
其中:n=(x-0.3320)/y-0.1858。
为了定量比较光源显色性的优劣,1965年CIE制定一种“测验色”法作为评价光源显色性的方法,1974年修订后,正式向国际上推荐使用,此方法是用一个显色指数量值表示光源的显色性。
光源的显色指数是待测光源下物体的颜色与参照光源下物体颜色相符程度的度量,是物体在待测光源下和参照照明体下颜色外貌一致程度的量化。为了符合人类长期的照明习惯,CIE规定5000K以下的低色温光源用普郎克辐射体作为参照光源,色温5000K以上的用标准照明体D作为参照光源,设定参照光源的显色指数为100。
CIE规定了14种试验色样品,1~8号样品代表了各种常见色,这8种颜色样品是从孟塞尔颜色图册中选出来的明度为6,并具有中等彩度的颜色样品,用于光源的一般显色指数(又称综合显色指数)的计算,一般显色指数就是光源对CIE规定的这8个颜色样品的显色指数的算术平均值。9~14号样品代表肤色和一些高彩度的颜色,专用于特殊显色指数的计算。
通常所提及的光源显色指数就是指光源的一般显色指数。显色指数越大,表明光源的显色性越好,反之,则表明光源的显色性越差。显色指数最大值为100,即光源的显色性最好。
另外,还应考虑到人眼颜色适应对显色性评价的影响,例如,在白炽灯下观察某一颜色物体后,将该颜色物体移到卤钨灯下观察,开始会感到与白炽灯下颜色的差别,但是过一段时间人眼适应了这种环境后感觉原来的颜色并没有发生变化。