关于显色性和显色指数的文章

Blackbird · 发表于 2010-11-12 15:56

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本帖最后由 Blackbird 于 2010-11-12 22:00 编辑

光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。
　
  　当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

显色分两种

　忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。

效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。

显色指数与显色性的关系
　　
当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的color shift.色差程度越大，光源对该色的显色性越差。演色指数系数（Kau fman）仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

白炽灯的显色指数定义为100，视为理想的基准光源。此系统以8种彩度中等的标准色样来检验，比较在测试光源下与在同色温的基准下此8色的偏离（Deviation）程度，以测量该光源的显色指数，取平均偏差值Ra20-100，以100为最高，平均色差越大，Rr值越低。低于20的光源通常不适于一般用途。

指数（Ra）等级  显色性       一般应用

90-100    1A    优良需要色彩精确对比的场所
80-89    1B             需要色彩正确判断的场所
60-79    2    普通需要中等显色性的场所
40-59    3             对显色性的要求较低，色差较小的场所
20-39    4    较差对显色性无具体要求的场所

Blackbird · 发表于 2010-11-12 15:56

色温（CT-color temperature）
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，用绝对温度 K（kelvim）表示.黑体辐射理论是建立在热辐射基础上的，所以白炽灯一类的热辐射光源的光谱功率分布与黑体在可见区的光谱功率分布比较接近，都是连续光谱，用色温的概念完全可以描述这类光源的颜色特性。

相关色温（ CCT-correlated color temperature）
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温，单位为 K。由于气体放电光源一般为非连续光谱，与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合，所以都采用相关色温来近似描述其颜色特性。色温（或相关色温）在 3300K以下的光源，颜色偏红，给人一种温暖的感觉。色温超过5300K时，颜色偏兰，给人一种清冷的感觉。通常气温较高的地区，人们多采用色温高于4000K的光源，而气温较低的地区则多用4000K以下的光源。

显色指数（ Ra-color rendering index）
太阳光和白炽灯均辐射连续光谱，在可见光的波长（ 380nm-760nm）范围内，包含着红、橙、黄、绿、青、兰、紫等各种色光。物体在太阳光和白炽灯的照射下，显示出它的真实颜色，但当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下，颜色就会有不同程度的失真。我们把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性。为了对光源的显色性进行定量的评价，引入显色指数的概念。以标准光源为准，将其显色指数定为 100，其余光源的显色指数均低于100。显色指数用Ra表示，Ra值越大，光源的显色性越好。

Blackbird · 发表于 2010-11-12 15:59

作为照明光源，除了要求发光效率高之外，还要求它发出的光具有良好的颜色。光源的颜色有两方面的意思：色表和显色性。人眼直接观察光源时所看到的颜色，称为光源的色表；显色性是指光源的光照射到物体上所产生的客观效果。如果各色物体受照的效果和标准光源（黑体或重组日光）照射时一样，则认为该光源的显色性好（显色指数高）；反之，如果物体在受照后颜色失真，则该光源的显色性就差（显色指数低）。显色性也称演色性或传色性。

★色表和显色性对人们的生活有哪些意义？
　　现在街道上的路灯已逐步采用高压汞灯、高压钠灯等气体放电光源。如果从远处看高压汞灯，发出的光既亮且白。但是，当看到被它照射的人的面孔时，看起来好像在脸上抹了一层青灰，这说明高压汞灯的色表并不差，但显色性不好。钨丝灯恰恰与之相反，它的光看上去虽然偏红偏黄，如果将一块蓝布放到低压钠灯下面，蓝布就变成黑色。这说明低压钠灯的色表和显色性都不好。而氙灯的色表和显色性都很好。

　　从上面这4个例子可以看出，有些光源的色表和显色性都不好（低压钠灯），有些都很好（氙灯），有些色表好但显色性不好（高压汞灯），有些色表不好但显色性好（钨丝灯）。光源的色表和显色性既有区别，又有联系。

　　蓝色的布为什么到了低压钠灯下面就变黑了呢？要弄清这个问题，首先要对日光做一番分析。日光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种颜色的光按照一定的比例而成的。日光照到某一种颜色的物体（指非透明体）上，物体将其它颜色的光吸收，而将这种颜色的光反射出来。如蓝布受日光照射后，将蓝光反射出来，而将另外的光吸收，因此，在人眼里看到的这块布就是蓝色的。正是由于日光本身在包含了各种色光，再加上各种各种物体对不同色光的反射（在有些情况下是散射或透射）性能不一样，大自然才在日光的照射下显得五彩缤纷。低压钠灯则不然，低压钠灯发出的光主要是黄光，当黄光照到蓝布上时，蓝布将黄光全部吸收。蓝布虽能反射蓝光，但是因为低压钠灯发出的光中基本上没有蓝光，也就不能反射出蓝光来。因此，在低压钠灯照射之下，蓝布就变成黑色的了。

　　钨丝灯的光谱能量分布是连续的，各种色光都有，因此，一般的彩色都能反映出来，有较好的显色性。但是，因它的辐射能量分布偏重于长波方向，因此，整体上看来光色偏红偏黄，色表不很理想。

　　由此可知，光源的颜色从根本上来说是由它的光谱能量分布决定的。光源的的光谱能量分布确定之后，它的色表和显色性也就确定了。但是，不能倒过来认为，由光源的色表可以确定光源的光谱能量分布。光谱能量分布截然不同的光源可以产生相同的色表，这就是所谓的“同色异谱”现象。高压汞灯发出的光尽管色表和日光接近，但它的光谱能量分布和日光相差很大，它的光普中多青光、蓝光而缺少红光，这就是被它所照的人脸发青灰的缘故。

颜色是光线照射到物体上，经过物体的作用后再进入人眼，在人的视觉系统中产生的一种感觉。因此，这种颜色感觉不仅与被照射物体表面的光学性质有关，也与照明光的光谱特性有关。明光对物体颜色的影响是一个非常复杂的问题，其中有光学的问题，如光谱组成的差异，也有人类颜色视觉系统的生理原因，如颜色适应现象。简单地说，不同的光源所发出光的颜色不同，或者说，照明光中所包含的红、绿、蓝三原色的比例不同，照射到物体后被物体反射出的红、绿、蓝三原色比例也不同，所以会造成不同的颜色感觉。很多人都有过这样的经历，一件衣服的颜色在商场的照明条件下看着很满意，但买回家后看到的颜色却不一样，或者穿着同一件衣服在不同的照明环境下，衣服看上去的颜色感觉不同。这种现象主要就是由于照明光的不同所造成的。

　　如果用计算颜色的一般公式来表示，颜色受照明光的影响就更清楚了。设印刷样品的光谱反射率为ρ（λ），它代表印刷样品表面吸收光和反射光的光学性质，光源所发的光用相对光谱功率分布S（λ）表示，不同的S（λ），光的颜色感觉也不一样。此时的印刷样品颜色用CIE三刺激值表示为X=κ∫S (λ) ρ(λ)χ(λ)dλY＝κ∫S(λ) ρ(λ)y(λ)dλZ＝κ∫S(λ) ρ(λ)z(λ)dλ
(1)式中χ(λ)，y(λ)和z(λ)为CIE 1931标准观察者函数，分别代表人眼对红光、绿光、蓝光的光谱响应曲线，因此CIE三刺激值X，Y，Z分别对应人眼睛感觉到的红、绿、蓝三原色比例。由公式（l）可以看出，当物体和观察者不变时，改变照明光源，也就是改变式（1）中的S (λ)，则物体的 CIE三刺激值 X，Y，Z发生改变，即颜色感觉跟着发生变化。

标准光源

　　从上面的讨论可以看到，物体的颜色感觉会随照明光源的颜色（光源的光谱功率分布）而发生变化，在不同的照明条件下观察颜色的感觉就会不同。那么，究竟应该使用什么样的光源照明效果才好呢？或者说，什么是标准的照明条件呢？

　　原则上说，没有一种光源比另一种光源的颜色更好，只能够说人们更习惯于在什么样的照明条件下观察颜色，或者将观察颜色时的照明条件统一到相同的条件上。由于人类长期生活在日光照明的环境下，对日光最熟悉，最适应，人们大部分观察颜色都是在日光下进行的，因此日光被应该认为是最合适的光源，把日光作为照明的标准是非常合理的。换句话说，就是应该使用与日光的光谱功率分布相接近的光源作为观察颜色的照明条件，与日光越接近，则认为照明效果越好，观察颜色也就越准确。但是，由于时间、气候、季节等条件的不同，自然日光的光谱功率分布也不是完全一样的，只能用其中的一种作为标准，或用其平均值作为标准。通过大量的测量和实验，国际照明委员会（CIE）推荐了标准照明体D代表不同时段和条件下日光的光谱功率分布（相关色温不同，代表不同时段和条件的日光），其中推荐以标准照明体D65。（相关色温为 6504 K的D照明体）为首选照明体，应该尽可能地采用，因为它最接近大多数情况下日光照明的条件。

　　正因为如此，在CY／T3－1999《色评价照明与观察条件》中规定，使用标准照明体D65作为观察印刷品颜色的标准照明条件。但由于日光的光谱功率分布非常特别，目前没有任何一种人工光源能够发出与D65光谱功率分布完全相同的光，只能近似模拟。因此，模拟的近似程度就成为评价光源质量的重要参数，它直接关系到观察颜色的效果。

　　严格检查光源是否符合D65光谱功率分布的方法是测量光源的光谱功率分布曲线，将光源的光谱功率分布曲线与日光相比较。但这种检查方法非常复杂，需要专用的仪器设备且测量结果也不能代表眼睛实际看到的颜色效果，不便于应用。在实际应用中，一般使用两个参数表征光源的颜色特性。

　　（1）光源的色温／相关色温（TC）
　　表示光源发光的颜色，用绝对温标K表示。5000K以下为低色温光源，5000 K以上为高色温光源。色温低，光的颜色偏红黄；色温高，则颜色偏蓝。一般白炽灯泡所发光的色温低于3000 K，属于低色温光源，因此光的颜色偏红黄；而家用日光灯的相关色温大致在6000―7000 K，与白炽灯泡所发的光相比更加偏蓝。

　　（2）光源的显色指数
　　表示在某种光源照明条件下，被观察颜色的感觉与在日光下观察相同样品时颜色感觉的接近程度，用计算两种条件下的色差来表示。光源的显色指数的范围为0―I00，数值越高，表示在这种光源下观察颜色的效果越好（与日光越接近），反之则越差。由于规定以日光的照明为标准，因此这个参数表明了观察颜色的准确程度，在对颜色有很高要求的行业，这是照明光源非常重要的参数。按照CIE的规定，根据计算色差所使用的颜色样品不同，显色指数又分为一般显色指数R a和特殊显色指数R i，分别表示对不同颜色样品照明时产生的色差。

　　以上两个参数分别反映了光源颜色特性的两个方面，将它们共同使用就可以较全面地描述光源的颜色特性，在光源出厂时的技术参数中一般都会给出这两个参数。只有当光源的这两个参数都满足照明标准规定时，才适合印刷行业使用。例如，白炽灯的一般显色指数Ra≥95，满足要求，但其色温只有2800 K左右，光色偏红，因此不为印刷行业采用。而一般使用的荧光灯的相关色温可以达到 65OO K，接近日光的光色，但它的一般显色指数R a在70左右，低于标准的规定，在此光源下观察颜色与在日光下观察会有较大的偏差，不适合准确观察颜色时使用，因此也不建议采用。可以满足印刷业照明标准要求的荧光灯是一类特殊制造的荧光灯，称为高显色性荧光灯，在很多进口印刷机配套看样台上安装的灯管就是这种荧光灯。但这种荧光灯属于专用灯管，一般很难买到，价格昂贵，但由于其尺寸与一般家用灯管相同，所以当原装灯管用坏后，很多印刷厂就用普通荧光灯管代替，因而失去了观察颜色的准确性，应该引起印刷厂对此间题的重视。

Blackbird · 发表于 2010-11-12 16:03

转贴自照明技术论坛

ak47fans · 发表于 2010-11-12 16:25

好帖{:1_268:}

Aronn · 发表于 2010-11-12 16:33

学习了

kgje · 发表于 2010-11-12 16:41

马克学习。

joe9998 · 发表于 2010-11-12 19:17

好帖，又系统的补习了下！

cart · 发表于 2010-11-12 23:54

学习下先，LED现在的显色指数到底是多少

发小财 · 发表于 2010-11-13 10:55

断定:此贴要火

tangstrong · 发表于 2011-6-10 16:20

此贴没火起来......学习了。

HiVictory · 发表于 2011-8-18 12:03

学习了，多谢

stormkiller · 发表于 2011-8-18 15:07

好帖子，认真看完，长知识了

玉皇大帝 · 发表于 2011-8-18 15:11

好帖子

11521 · 发表于 2011-12-7 20:46

O(∩_∩)O谢谢

i111 · 发表于 2011-12-7 22:26

厉害啊

niankeke · 发表于 2011-12-7 22:49

好帖子，慢慢学习一下~~~

xufeng · 发表于 2011-12-8 11:47

学些学习。

sunmoon · 发表于 2011-12-8 13:37

学习了

mark_pc · 发表于 2014-11-25 04:14

mark字数要8个

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