显色指数的讨论

显色指数的讨论

1光栅显色性与相干合成的矛盾我们观察到，颜色是眼睛光源刺激眼睛细胞的结果。一物体给眼睛颜色的感觉除了与其本知“颜色”外,还与不同的光有不同的吸收、反射能力有关,又与照射此物体的光源等其它因数有关。例如对能反射红色光而对其它光色大部分吸收的红色物体,如照射光中无红色光,眼睛也无法感觉到它是红色。光源显色性,故名思义,是旨在该光源照射下,各种颜色物体能给眼睛以原颜色刺激的性能。如何评判“各种颜色物体能给眼睛以原颜色刺激”?CIE在1965年提出,1974年修订后正式推荐的“测验色”法,即现下使用的“显色指数”来评价光源显色性。由于种种原因,显色指数数值大小不能精确反映显色性,通常用一个数值范围表明一种显色质量。有人误认为显色指数值大小就表示光源显色性的差别,不问青红皂白,追求2～3显色指数值。这种误解有可能牺牲光源更重要的光效、寿命等性能,得不偿失。2显色指数的“cie统一”人们每天都会观感到各种颜色。颜色是什么,如何测量,却是20世纪20年代起开始研究的新科学——色度学。色度学涉及到视觉生理、视觉心理、心理物理,与人的感觉密切相关。颜色是来之外界物体的辐射光对人眼锥体细胞刺激引起的感觉。这种感觉不仅与前言中叙说的光刺激人眼锥体细胞的光谱有关(孔色或原色),并与周围环境有关(心理颜色)。物体表面原色取决于它的反射光谱,这与物体本身的光谱辐亮度系数β(λ)及照明条件有关。不论两不同光谱辐亮度系数的物体在同样照明条件下的颜色差别,还是同一个物体在两个不同光源照明下引起的颜色差别,我们都称之为色差ΔE。CIE推荐数个颜色空间,在不同颜色空间,色差表达式不同,以用来计算显色指数的“CIE1964颜色空间”为例(以下未说明色差均指此颜色空间):ΔU*=U*1-U*2ΔV*=V*1-V*2ΔW*=W*1-W*2}(1)ΔU∗=U∗1−U∗2ΔV∗=V∗1−V∗2ΔW∗=W∗1−W∗2⎫⎭⎬⎪⎪⎪⎪(1)那么色差ΔE=[(ΔU*)2+(ΔV*)2+(ΔW*)2+]1/2(2)ΔE=[(ΔU∗)2+(ΔV∗)2+(ΔW∗)2+]1/2(2)式中U*、V*、W*可由我们熟悉的XYZ色度系统中的数据转换得到:u=4x/(12y-2x+3)v=6y/(12y-2x+3)](3)W*=25Y1/3-171≤Y≤100U*=13W*(ui-uo)V*=13W*(vi-vo)}(4)u=4x/(12y−2x+3)v=6y/(12y−2x+3)](3)W∗=25Y1/3−171≤Y≤100U∗=13W∗(ui−uo)V∗=13W∗(vi−vo)⎫⎭⎬⎪⎪(4)式中ui、vi是样品色坐标,uo、vo是照明光源色坐标。从这些式中我们可发现,只有两物体反射光谱的X、Y、Z三刺激值都相同才能使色差ΔE=0(在色度空间位置重叠)。这种情况我们称之为“理论同色”。由于人眼对颜色分辨能力的局限,理论不同色而位置距离很接近时,人眼仍认为是同样颜色,我们称之为“实际同色”。在CIE推荐的颜色空间,理论上每个点表示一种颜色;而对人眼来说,一种个颜色是一个范围。人们把这个人眼感觉不出差异的范围称为“颜色宽容量”或简称“色容量”,把理论颜色之间的距离称之为“色差”。可以想象,若C颜色到A、B两颜色距离相同,但方向不一样,那么A、B并不同色。即色差有方向性,是矢量。科学家们发现人眼对不同颜色的色容量不等,而且某颜色各方向的分辨力也不是等色差的,经麦克亚当(MacAdam)等科学家们试验,某点各方向色品分辨力近似地组成一个椭圆形,可用下式表示((X-X1)cosβ+(Y-Y1)Sinβ)2a2+((Y-Y1)cosβ+(X-X1)Sinβ)2b2=1(5)上式中X1、Y1为XYZ系统的中心位置,a、b为长、短轴,β为倾角。按式(5)算得的UVW系统的相应数据与使用数据见表1。3uvw法测定覆盖比水剂在待评水源与参照水源照明下ra显色指数光源显色性定义:是指与参照标准下相比较,一个光源对物体颜色外貌所产生的效果。1965年CIE制定一种评价光源显色性的方法,简称“测验色”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评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。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。评价时采用一套14种试验颜色样品,其中1到8用于光源一般显色指数(8个数平均值),各试验色样的数值称之为特殊显色指数。我们平时说的“显色指数”,即是一般显色指数的简称。若某个试验色样在待评光源与参照光源照明下有颜色差ΔEi,那么:特殊显色指数Ri=100-46*ΔEi(6)一般显色指数Ra=(∑81Ri)/8(7)测得待评光源的光谱D(λ)并算得其色坐标xk、yk,显色指数计算步骤如下:(1)用上述(3)式算出UVW系统的色坐标uk、vk;(2)找出离待评光源色坐标最近的参照光源,得到ux、vx;(3)设待评光源的Y为100,算得其照射下14种试验色样品反射光谱的Wki、uki、vki;(4)算出适应性色位移后14种试验色样品的u′ki、v′ki,设FC=cr*cki/ckFD=dr*dki/dk所有c=(4-u-10*v)/vd=(1.708*v+.404-1.481*u)/v那么u′ki=10.872+.404*FC-4*FD16.518+1.481*FC-FDv′ki=5.52016.518+1.481*FC-FD(5)待评光源色坐标作适应性色位移后为u′k、v′k,分别等于ur、vr;(6)用(4)式算出14试验色样品在待评光源照射下的CIE1964颜色空间坐标W*ki、U*ki、V*ki;(7)算出参照光源照射下14种试验色样品的Wxi、uri、vri;(8)查表或算出14试验色样品在参照光源照射下的CIE1964颜色空间坐标W*ri、U*ri、V*ri,如查表(7)略;(9)用(1)、(2)式算出ΔEi;(10)用(6)、(7)式算出显色指数Ri,及一般显色指数Ra.以某三基色灯为例,其光谱见图1,算得色坐标x=0.3149、y=0.3215。按上述步骤:(1)算得uk=0.2023、vk=0.3097,相关色湿为6394K;(2)取标准照明体D65为参照光源,得ur=0.1978、vr=0.3122;(3)、(4)算得的待评光源照射下14种试验色样品反射光谱的Wki、uki、vki及适应性色位移后的u′ki、v′ki,数据见表2;(5)得u′k=0.1978、v′k=0.3122;(6)算得W*ki、U*ki、V*ki;(7)算出Wri、uri、vri,数据见表3;(8)算出W*ri、U*ri、V*ri;(9)、(10)算出的显色指数Ri见表2,一般显色指数Ra=82。4皮肤单因素对织物的颜色与颜色的影响以上已叙说过,光源的显色性是指与参照标准下相比较,一个光源对物体颜色外貌所产生的效果。有心理颜色因数。显色指数表征了显色性,但其表征程度-显色指数值与颜色变化效果对应程度如何,以下我们进行探讨。(1)色位移方向的变化,传统显色指数法显色CIE光源显色指数是基于颜色空间上对待评光源和参照光源下颜色样品色差矢量长度的比较。其实色位移的方向也很重要,可显色指数不包括色拉移方向的度量,当两光源对某颜色的显色指数相同且数值不很大,而色位移方向相异时,它们所显出的颜色不同。使得显色指数相同而所显颜色不同-对颜色外貌所产生的效果相异。(2)人眼色容量vt显色3.①从表1的U、V系统得色品宽容量的平均半轴为0.00119;②设亮度宽容量为ΔY/Y=.01,取表3中1到8号样品亮度平均值Yr=30,那么Yl=29.7,得W*r=60.68、W*k=60.42;③(ΔU*)2=(13W*r(ur-uo)-13W*k(uk-uo))2≈(13W*k(ur-uk))2同理(ΔV*)2≈(13W*k(vr-vk))2④已设(ur-ul)2+(vr-vk)2=.001192ΔW*=W*r-W*k=0.26⑤ΔE=[(ΔU*)2+(ΔV*)2+(ΔW*)2]1/2=[(13W*k)2*.001192+.262]1/2=0.97⑥人眼色容量相当显色指数的数值=4.6*ΔE≈4可得出,当色位移方向相同,显色指数差4以内时,显色指数不同而所显颜色相同-对颜色外貌所产生的效果一样。麦克亚当做色品分辨力时,是在观察者有相当的分辨经验,观察条件很好的情况下进行的。人们日常活动中的分辨力要比其小,通常色容量增大约一倍。(3)显色指数值大而显色性差的可能性见附表一,X、Y系统中25种颜色的色品容量大小、长短轴差别都很大,转换到U、V系统后有很大改善,但仍有差别-长轴平均值为0.00159,短轴平均值为0.00078。我们用2.方法考察其影响:ΔE长⋅4.6=[(13W*k)2*0.001592+0.262]1/2*4.6≈6ΔE短⋅4.6=[(13W*k)2*0.001592+0.262]1/2*4.6≈3当甲、乙两灯照某颜色的反射亮度相同,甲灯所显的颜色与参照色的色差方向同长轴,显色指数为83(三倍分辨力),乙灯所显颜色与参照色的色差方向同短轴,显色指数87(四倍分辨力)。可见,有显色指数值大而显色性差的可能。尽管用8种颜色显色指数平均值,都发生这种情况的可能性很小。但平均后的一般显色指数差1到2,难以肯定显色指数值大的显色性一定优于数值小的。(4)参照体光色距离计算中所用的公式,例如适应性色位移,不论何种颜色,也不管离参照色的距离与方向都用一样的计算式,似乎与色度学原理相忌。见附表二可,适应性色位移的色坐标变化量不小。由于尚未查到有关数据,难以用以上方式进行数学性推导。不过,CIE推荐此计算显色指数方法时还指出:待评光源色与参照体光色距离超过0.0054(15麦勒德)将引起偏差,超过0.038显色指数无意义的说明。①这种偏差或无意义不会是突变,0.0054内精确,到0.0055产生偏差;而是0.0054内的偏差我们能接受,超过0.0054偏差明显而已。②我们日常所用荧光灯大多数发光色离参照光色0.005以上,其中超过0.0054的不是少数。例如6500K荧光灯,国家规定的发光色范围中心x=0.313、y=0.337,离参照色D65为0.0039但是范围中离参照色(离其光色最近的参照色)最远达0.006以上。制灯厂为了提高发光效率(亮度),通常在允许范围内把y提高,使得发光色离参照色的距离拉大,造成许多灯的发光色离其参照色达0.005以上。对这些光源我们仍用现行的显色指数法。因而,我们算得的显色指数通常存在偏差。5显色指数测定样品测定本文主要结论为:由于色差矢量度的影响、人眼色容量的影响、非圆型色品容量引起的矛盾、计算中偏差等原因,显色指数的数值相差2、3说明不了什么,不必数数计较。应该如同有关文献对显色指数的分类,即,用一般显色指数把光源显色性粗略分为三类:50以下为“劣”、50到75为“一般”、75以上为“优”。需要指出:本文中所说的“显色指数相差2、3说明不了什么,不必数数计较”不包括已定的指标,例如国家规定的6500K荧光灯的一般显色指