造成測(cè)量與視覺反差現(xiàn)象的技術(shù)機(jī)理分析
全球紡織采購(gòu)供應(yīng)鏈色彩解決方案商——天友利,近幾年來(lái),越來(lái)越多的頂尖零售商和服裝品牌廠家選擇天友利作為自己的優(yōu)選或共選色彩技術(shù)提供商。產(chǎn)品涉及行業(yè):塑料、 涂料、 紡織、 汽車、 化妝品、 數(shù)碼影像、 印前 、印刷、 油墨、 色覺測(cè)試、 包裝等。
一是, T 8 直管日光燈發(fā)出的光頻譜,寬于高頻率節(jié)能燈的光頻譜。包括部分不可見光的光頻譜,有效瞳孔流明倍數(shù)(有效視覺光效)低 。
二是, 三基色高頻率大功率工業(yè)專用節(jié)能燈,發(fā)出的光頻譜。大都集中在可見光的光頻譜范圍,不可見光的光頻譜很少。因爾,三基色高頻率大功率工業(yè)專用節(jié)能燈,有效瞳孔流明倍數(shù)(有效視覺光效)高。
三是, 數(shù)字式照度計(jì),測(cè)量到的光能量,是光源發(fā)出的全部光頻譜的光能量。而人的視覺,只能感覺到光頻譜中,可見光頻譜部分的光能量。不可見光頻譜的光能量,人的視覺是感覺不到的。
四是, 由于光源含不可見光頻譜的光能量多少,頻閃效應(yīng)大小,顯色性能高低等多種因素作用。T 8 直管日光燈有效瞳孔流明倍數(shù)(有效視覺光效),低于高頻率節(jié)能燈有效瞳孔流明倍數(shù)(有效視覺光效)。因而,有效照度,T 8 直管日光燈也就低于高頻率節(jié)能燈。
正是由于上述四個(gè)方面的技術(shù)原因,才出現(xiàn)用數(shù)字式照度計(jì)測(cè)量,T 8 直管日光燈的照度值,高于三基色高頻率大功率工業(yè)專用節(jié)能燈的照度值。但是,實(shí)際地面照度,T 8 直管日光燈,沒(méi)有高頻率節(jié)能燈明亮,這樣一個(gè)事實(shí)。
有效瞳孔流明倍數(shù)(有效視覺光效)物理概念的含義,祥見< 科學(xué)選用大功率節(jié)能燈構(gòu)建綠色照明環(huán)境基本概念>一文。
三、對(duì)測(cè)量與視覺反差現(xiàn)象的技術(shù)分折結(jié)論:
通過(guò)上述技術(shù)分析得知:采用數(shù)字式照度計(jì),測(cè)量勒克斯(Lx)數(shù)值高低,來(lái)比較鑒別電光源的光效高低。
u 只能在同一種類光源中,在同樣的環(huán)境中。在使用同樣的燈具的前提下,在同樣的地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。計(jì)算出光源,每瓦特的勒克斯數(shù)值,
即:每瓦特照度值:Cd=E/P;(單位是:Lx/W)。
式中:E:地面照度值, 單位是 勒克斯 Lx
P:電光源功率, 單位是 瓦特W
Cd: 每瓦特照度值,單位是 勒克斯 /瓦特(Lx/W)
在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行比較鑒別,才能得出科學(xué)的結(jié)論。
電光源每瓦特照度值Cd越高,電光源光效越高,越節(jié)省電能。
u 對(duì)不同種類的電光源,應(yīng)充分考慮電光源,有效瞳孔流明倍數(shù)(有效視覺光效)的影響。和不同種類電光源之間,互相替代的功率比例,進(jìn)行綜合技術(shù)估算。
有關(guān)技術(shù)參數(shù),參見 < 綠色光源基本概念 >、< U型管螺旋管節(jié)能燈應(yīng)用設(shè)計(jì)方案 > 、 < T5節(jié)能燈直接替代T8日光燈應(yīng)用設(shè)計(jì)方案 >等專題文獻(xiàn)
顏色是人的感覺之一,它總是與觀察者個(gè)人的主觀體驗(yàn)有關(guān)。每個(gè)人看到一種顏色后的感覺,別人難以知曉。所以顏色的研究總是充滿了神秘的想象。同時(shí),顏色又使世界變得五彩繽紛,視覺藝術(shù)、圖象顯示與傳輸、紡織品印染、彩色印刷等,都離不開顏色的研究。因此顏色的研究、對(duì)顏色進(jìn)行客觀的定量的描述,成為許多科學(xué)家研究的對(duì)象。
牛頓在1664年用棱鏡把白色的太陽(yáng)光色散成不同色調(diào)的光譜,奠定了光顏色的物理基礎(chǔ)。1860年麥克斯韋用不同強(qiáng)度的紅、黃、綠三色光配出了從白光一直到各種顏色的光,奠定了三色色度學(xué)的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,1931國(guó)際照明委員會(huì)建立了CIE色度學(xué)系統(tǒng),并不斷完善。如今CIE色度系統(tǒng)已廣泛用于定量地表達(dá)光的顏色。
顏色離不開照明,只有在光照下物體才有可能顯示出顏色,而且光的顏色對(duì)人們的心理有非常大的影響。同濟(jì)大學(xué)楊公俠教授已在他的專著視覺與視覺環(huán)境一書的第五章中,作了非常精采的描述。(1) 在不同光源照射下,同一個(gè)物體會(huì)顯示出不同的顏色。例如綠色的樹葉在綠光照射下,有鮮艷的綠色,在紅光照射下近于黑色。由此可見,光源對(duì)被照物體顏色的顯現(xiàn),起著重要的作用。光源在照射物體時(shí),能否充分顯示被照物顏色的能力,稱為光源的顯色性。1965年,國(guó)際照明委員會(huì)推薦在CIE色度系統(tǒng)中,用一般顯色指數(shù)Ra來(lái)描述光源的顯色性。一般顯色指數(shù)Ra應(yīng)用得還很成功,已被照明界廣泛接受,但是也存在一些問(wèn)題,本文將為光源顯色性的評(píng)價(jià)方法,以及近年來(lái)的進(jìn)展作一介紹。
一、一般顯色指數(shù)Ra
光源顯色性的評(píng)價(jià)方法,希望能夠既簡(jiǎn)單又實(shí)用。然而簡(jiǎn)單和實(shí)用往往是兩個(gè)互相矛盾的要求。在CIE顏色系統(tǒng)中,一般顯色指數(shù)Ra就是這樣一個(gè)折衷的產(chǎn)物:它比較簡(jiǎn)單,只需要一個(gè)100以內(nèi)的數(shù)值,就可以表達(dá)光源的顯色性能,Ra=100被認(rèn)為是理想的顯色性。但是,有時(shí)候人們的感覺并非如此。例如在白熾燈照射下的樹葉,看上去并不太鮮艷。問(wèn)題在哪里?我們來(lái)討論影響什么是一般顯色指數(shù)。
為簡(jiǎn)便起見,我們這里只討論一般顯色指數(shù)Ra的主要構(gòu)成方法,而不討論它的具體計(jì)算方法。事實(shí)上,我們?cè)谌粘I罾?,常常在檢驗(yàn)光源的顯色性。許多人都有這樣的經(jīng)驗(yàn),細(xì)心的女士在商場(chǎng)買衣服的時(shí)候,常常還要到室外日光下再看一看它的顏色。她這樣做,實(shí)際上就是在檢驗(yàn)商場(chǎng)光源的顯色性:看一看同樣一件衣服,在商場(chǎng)光源的照明下和在日光的照明下,衣服的顏色有什么不同。所以描述光源的顯色性,需要兩個(gè)附加的要素:日光(參考光源)和衣服(有色物體)。在CIE顏色系統(tǒng)中,為確定待測(cè)光源的顯色性,首先要選擇參考光源,并認(rèn)為在參考光源照射下,被照物體的顏色能夠完善的顯示。CIE顏色系統(tǒng)規(guī)定,在待測(cè)光源的相關(guān)色溫低于5000K時(shí),以色溫接近的黑體作為參考光源;當(dāng)待測(cè)光源的相關(guān)色溫大于5000K時(shí),用色溫相近的D光源作為參改光源。這里D光源是一系列色坐標(biāo)可用數(shù)字式表示、并與色溫有關(guān)的日光。
在選定參考光源后,還需要選定有色物體。由于顏色的多樣性,需要選擇一組標(biāo)準(zhǔn)顏色,使它們能充分代表常用的顏色。CIE顏色系統(tǒng)選擇了8種顏色,它們既有多種色調(diào),又具有中等明度值和彩度。在u-v顏色系統(tǒng)中,測(cè)定每一塊標(biāo)準(zhǔn)色板,在待測(cè)光源照射下和在參考光源照射下色坐標(biāo)的差別,即色位移ΔEi,就可得到該色板的特殊顯色指數(shù)Ri。Ri=100—4.6ΔEi
對(duì)8塊標(biāo)準(zhǔn)色板所測(cè)得的特殊顯色指數(shù)Ri取算術(shù)平均,就得到了一般顯色指數(shù)Ra??梢姽庠吹囊话泔@色指數(shù)Ra的大值為100,認(rèn)為這時(shí)光源的顯色性更好。
二、一般顯色指數(shù)Ra的局限性
盡管一般顯色指數(shù)Ra簡(jiǎn)單實(shí)用,但是它在許多方面表現(xiàn)出嚴(yán)重不足。首先,顏色是人們主觀的感覺,不是物體固有的屬性,它與照明條件、觀察者、輻照度、照度、周圍物體和觀察角度等有關(guān),并不存在什么所謂“真實(shí)顏色”。但是由于在CIE系統(tǒng)中,已定義Ra在近似黑體的輻射下達(dá)更高值100,所以燈泡制造商都有意識(shí)地設(shè)計(jì)燈泡,使在用它照射物體時(shí)的顯色性與黑體或日光照射時(shí)盡可能相近。這意味著光源的光譜分布與黑體或日光有偏離時(shí),會(huì)使顯色指數(shù)下降。例如用紅、綠、蘭三個(gè)單色LED組成的白光LED,當(dāng)在它的一般顯色指數(shù)Ra較低時(shí),它的顯色性有時(shí)并不一定很壞。
但是事實(shí)上,許多研究者Judd(2)、Thorntou(3)和Jerome(4) 已證實(shí)人們不一定喜歡CIE所規(guī)定的參考光源照明時(shí)的顏色。例如前面已經(jīng)提到的用色溫很低的白熾燈照射綠色的樹葉,并不一定是更好的選擇。規(guī)定在黑體或日光照射時(shí)顯色指數(shù)為更佳值Ra = 100,存在疑問(wèn)。
CIE規(guī)定的參考光源是與待測(cè)光源的相關(guān)色溫接近的黑體或日光,它們都是輻射連續(xù)光譜的光源,具有多種顏色的光譜成分。當(dāng)色溫在6500K時(shí),其長(zhǎng)短波的光譜功率分布較為均衡,作為參考光源應(yīng)該說(shuō)較為合理。但當(dāng)色溫在400K以下時(shí),光譜功率分布嚴(yán)重不對(duì)稱,蘭色的短波光譜功率遠(yuǎn)小于紅色的長(zhǎng)波光譜功率,其顏色偏向紅色,作為參考光源存在疑問(wèn)。
在CIE顏色系統(tǒng)中,8塊標(biāo)準(zhǔn)色板都是處在中等明度和色飽和度,在u~v 系統(tǒng)中為等距離間隔。它們對(duì)于室內(nèi)照明,可認(rèn)為已能充分代表各種常用顏色。但在室外照明時(shí),往往存在一些色飽和度較高的顏色,這8塊標(biāo)準(zhǔn)色板已不能充分代表常用顏色。許多學(xué)者認(rèn)為標(biāo) 色板數(shù)太少,是一般顯色指數(shù)的另一個(gè)不足。雖然CIE還有9—14號(hào)色飽和度較高的6塊色板,但它們并不包含在一般顯色指數(shù)Ra之中。在照明實(shí)踐中,人們熟知的顏色為皮膚、樹葉、食品等,它們的顏色極為重要,但它們都被排除在一般顯色指數(shù)之外。Seim曾提議用20快標(biāo)準(zhǔn)色板,(5)但由于這會(huì)使計(jì)算變得太復(fù)雜而被拒絕。當(dāng)前,計(jì)算機(jī)普遍使用,似乎這個(gè)提議又得重新考慮。
由于光源的顯色性評(píng)價(jià)存在這兩大問(wèn)題、許多其它的評(píng)價(jià)方法引起廣泛興趣,本文將就作者所知作一簡(jiǎn)要介紹。
三、夫勒特利指數(shù)Rf
研究表明人們傾向于記住比較熟悉的物體的顏色,而且是記住它的生動(dòng)的、飽和度較高時(shí)的顏色。這種記憶色與喜愛色往往相一致,而且傾向于向飽和度高方向偏移。如人們膚色的記憶色,傾向于向紅方向偏移,樹葉色向綠色方向偏移。顯然與CIE中的Ra方法不同。Rf事實(shí)上是對(duì)Ra的修正,這個(gè)修正包括二個(gè)方面:第一,在參考光源的照明下定義Rf = 90,只有在假想的“完美光源”照明下,才有Rf = 100。第二,選擇10塊標(biāo)準(zhǔn)色板,即除了原來(lái)1-8號(hào)標(biāo)準(zhǔn)色板外,還加上13號(hào)14號(hào)二塊色板,相應(yīng)于皮膚色和樹葉色。這時(shí),“完美光源”就是指在它的照射下,能把10塊標(biāo)準(zhǔn)色板的顏色向喜愛方向偏移的光源。由此可見,對(duì)每塊標(biāo)準(zhǔn)色板來(lái)說(shuō),相應(yīng)的“完美光源”的色坐標(biāo)是各不相同的,可以由實(shí)驗(yàn)確定。這也說(shuō)明了這樣的“完美光源”只能是假想的。Rf的計(jì)標(biāo)方法與Ra相似,但有二點(diǎn)不同:(1)對(duì)于每塊標(biāo)準(zhǔn)色板,參考光源的色坐標(biāo)都需要調(diào)整,即根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的“完美光源”色坐標(biāo)。然后,在待測(cè)光源照明時(shí),每塊色板的色差是與其相應(yīng)的“完美光源”相比較后得到。(2)在計(jì)算Rf時(shí),取10塊色板的色差平均值,但是每塊色板的權(quán)重不同。13號(hào)色板是膚色,權(quán)重是35%、2號(hào)是15%、14號(hào)是15%、其余是每塊5%。這里特別強(qiáng)調(diào)了膚色的重要性。所以待測(cè)光源的Rf可以高于參考光源Rf = 90,但小于100。
四、顏色偏愛指數(shù)(CPI)
顏色偏愛指數(shù)CPI(colour preference index)利用上節(jié)提出的喜愛色概念,定義在D65光源照明下,顏色偏愛指數(shù)CPI =100。于是待測(cè)光源的CPI可以這樣得到:在待測(cè)光源照射下,計(jì)算8塊標(biāo)準(zhǔn)色板的色坐標(biāo)與喜愛色的色坐標(biāo)之差,并求其矢量和的
平均值( ):
CPI=156-7.18( )
以上計(jì)算都是在CIE的UV色度系統(tǒng)中進(jìn)行。
雖然CPI與Rf都利用了喜愛色這一概念,但兩者有很大差別:
?。?)在計(jì)算Rf時(shí),用1—8號(hào)和13、14共10塊標(biāo)準(zhǔn)色板,而CPI只用1—8塊標(biāo)準(zhǔn)色板。
?。?)技術(shù)Rf時(shí),色差(ΔE)取實(shí)驗(yàn)值的1/5,而CPI取原始實(shí)驗(yàn)值。
?。?)計(jì)算Rf時(shí),各塊色板的權(quán)重不同,而CPI取相同權(quán)重
?。?)根據(jù)定義Rf的大值為100,而CPI的大值為156
后要指出提出Rf與CPI兩個(gè)指數(shù)的研究人員,都用實(shí)驗(yàn)確定喜愛色,而在實(shí)驗(yàn)中采用的是日光色照明?,F(xiàn)在有證據(jù)表明喜愛色與光源的相關(guān)色溫有關(guān)。所以在使用Rf和CPI來(lái)恒量顯色性時(shí),僅僅適用高色溫的光源。
五、色分辯指數(shù)(CDI)
用Ra、Rf或CPI來(lái)描述光源的顯色性,參考光源必須與待測(cè)光源有相同的色溫。顏色分辯指數(shù)CDI(colour discrimination index)克服了這個(gè)局限性。
該指數(shù)的提出,基于這樣一個(gè)假定:在某種光源的照明下,能區(qū)別顏色的能力愈強(qiáng),則此光源的顯色性愈好。在某個(gè)光源照明時(shí),8塊標(biāo)準(zhǔn)色板在CIE的UV色度圖中,所包圍的面積為:
GA =0.5Σ(UiVj-UjVi) i,j=1,2,…8; i≠j
在C光源照明下,該面積GA=0.005,定義這時(shí)CDI=100,于是在待測(cè)光源的照明下,其色分辯指數(shù)為:
CDI=(GA/0.005)×100
六、結(jié)束語(yǔ)
由上述討論可知,光源顯色性的評(píng)價(jià)方法很多,而且在不斷發(fā)展和完善之中,本文介紹的僅僅是其中的一部分,它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。即使目前廣為采用的一般顯色指數(shù)Ra,也還有許多缺點(diǎn)。它主要的缺點(diǎn),是參考光源的選擇:參考光源是一個(gè)光譜連續(xù)的光源,用它作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量光譜不連續(xù)的光源,不很合適。參考光源的色溫必須與待測(cè)光源的相關(guān)色溫相近,而事實(shí)上,對(duì)于一定的照明作業(yè),色溫本身對(duì)顯色性就有很大的影響,這個(gè)方法限制了只能用在光源色溫已經(jīng)確定的條件下使用。它的第二個(gè)缺點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)色板的選擇:對(duì)于室內(nèi)照明,可認(rèn)為8塊標(biāo)準(zhǔn)色板已能充分
代表各種常用顏色。但在室外照明時(shí),對(duì)一些色飽和度較高的顏色,不能充分代表常用顏色。
因作者水平的限制,只能作此簡(jiǎn)要介紹,供大家參考。
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