CQS修正CRI.doc

CQS色质指数1. CRI存在问题CIE显色指数广泛用于评价荧光灯和HID灯。但是，显色指数已有40多年的历史，而白光LED却是照明业的新型光源，利用显色指数来评价LED的显色性是否合适尚不明确，并且传统显色指数的计算方法是否适用于白光LED也有待研究。CIE规定，Ra的数值范围是0100，Ra值越高，光源的显色性就越好。一般认为Ra80，光源的显色性优良；50Ra79，光源的显色性一般；Ra50，光源的显色性较差。按照CIE显色指数计算法，光源的显色指数值与光谱分布密切相关，越接近自然光谱（或者说是标准光谱），显色指数越高。但是利用显色指数评价LED显色性时，却存在一定的问题。以蓝光芯片加黄色荧光粉生成的白光LED为例，如果荧光粉轻微的变化一点点，释放波长虽然只是移动一点点，但显色指数值就会明显的下降，而人眼却几乎观察不到显色性的变化。更需要引起我们注意的是，实际测试中发现，有时候显色指数低的LED甚至会比显色指数高的LED具有更完美的显色性8。我们在测试LED灯具时就曾发现，显色指数低的LED灯具照射的物体，有时看起来反而更亮、更生动。究其原因，是因为CRI值是基于光源对八块标准色样的显色性而得到的，8个颜色相对而言均为非饱和色，他们用于衡量连续且频带较宽的光源的显色性是相当不错的，而对于波形陡峭，频带狭窄的光谱而言可能会产生问题。如果一个RGB组合光源对非饱和色的显色性很差，仍然能获得很高的CRI值。CRI只是简单的对八块色板的特殊显色指数Ri去求算术平均值。那么，即使光源对其中的一块或两块色样的显色性很差，它还是有可能获得一个高的CRI值。显色指数CRI只能用来评价黑体辐射类连续发射谱光源，不能用于评价LED光源，要突破CRI的局限，推动LED照明评价标准，开辟更大的创新空间。美国NIST(美国国家标准技术研究院)已证实以下结论：即使光源对非饱和色的显色性好，它对饱和色的县色性可能会差，但反过来，不存在这样的光源，它对饱和色的显色性好，对非饱和色的显色性不好。这个结论表明：要使用饱和色为新的颜色样品，对显色性的测量就会更准确。故NIST提出用CQS(Color Quality Scale)色品质度来评价光源颜色的质量。2.NIST提出CQS修正CRI为了弥补CRI方法中的问题，CQS选取了15种饱和色，他们平均分布于整个可见光谱中，将测试样品扩大到15种，将样板颜色变成连续的偏饱和的变化.由偏饱和的红到紫的构成几乎连续的变化。图1 CQS与CRI色板图2.1. CQS与CRI色板的区别1. 15块色板的颜色基本均匀分布在红到紫的范围内2. 选择的色板的饱和度较高3. 红到黄之间的分档多一点2.2. 计算方法区别就CRI而言，简单的对8个特殊显色指数取算数平均值即使其中有一对或者两对色样之间的色差很大，也会得到一个较高的CRI值。而CQS是取15个数据的均方根植，即将n个值得平方和除以n后再开方的结果，取算术平均值之前先对每个数据进行开方，这样一来色差的权重得到增强，确保了色样间的有一些较大的色差，也将对最终结果产生较大的影响。图2. CQS色品质度计算用15种测试样式图3.不同光源CRI与CQS测试数据比较3.ASSIST提出GAI改进CRI美国ASSIST(美国固态照明技术与系统联合会)提出在CRI的基础上增加GAI(Gamut Area Index)全色域指数，目的是将照明目标物加以区分。通过观察者试验的统计分析表明，低色温和高色温光源的CRI和GAI都比较高时，观测者接受度较高，如图4和图5所示。图4.低色温的CRI和GAI数值及观测者接受度图5.高色温的CRI和GAI数值及观测者接受度除了CQS、GAI以外，这些年也有提出夫勒特利指数Rf、颜色偏爱指数CPI(colour preference index)、色分辨指数CDI(colour discrimination index)等，这些都是对CRI修补。目前NIST正致力于CQS的测试与开发，并希望将该法推荐应用到固态照明行业中来。4.评价LED显色性时需注意三点：1.在没有制定出更适合评价LED显色性的标准方法前，可以考虑用显色指数值来评估白光LED产品，但是需要根据实际应用来评估和选择，不能简单的认为显色指数低的LED其显色性就差，更应该尊重实际的视觉感受；2. LED是一种新型光源，在制定标准时可宽松一些，比如传统光源显色指数分出的三个等级可以适当放低要求，可认为显色指数大于70即为显色性优良，从而保证其拥有良好的发展空间；3. 制定LED显色性评价方法时需要注意人种的区别，颜色反映在人的视觉系统才有意义，不同种色的人群其视觉感受会有所差别。LED在关注技术指标发光效率“量”的提升的同时，需要更加注重光“质”的发展。CIE关于色度、色差修正等标准是随着光源的视觉认知和非视觉感知的发展而发展的，标准制定需要与时俱进。半导体照明产品的应用尚处于起步阶段，其测试评价方法和标准方面的研究还处于动态研究阶段。目前针对白光LED显色性方面的评价，主要是依据CIE的显色指数测试法，但实际测量中已经发现了诸多问题，新的测试方法正在研究中。要制定一个更好的显色质量测试评价方法，还需要一个长期的研究和发展过程。参考文献1 CIE No.13-2-1974.Method of measuring and specifying color rendering properties of light sources.2 Davis,W. and Ohno,Y.,“Development of a Color Quality Scale(CQS)”,Sixth International Lighting Research Symposium