Что такое индекс цветопередачи? 4 основных показателя.

Четыре основных показателя цветопередачи

Освещение - неотъемлемая часть жизни любого человека. Без света невозможно работать или заниматься домашними делами. В 21 веке с развитием технологий качество освещения стало одним из важных показателей при установке оборудования. Например, показатель цветопередачи напрямую влияет на качество при покраске деталей или при производстве полиграфических работ, при фото и видео съемках, передача цветов в оригинале при продаже дизайнерских вещей и объектов, и многих других аспектов жизни.

Полезные статьи:

Как мы видим цвета, особенности зрения человека

Что такое диапазон рабочих температур светодиодного светильника

Все статьи

Какая связь между цветопередачей и уровнем освещенности?

В целом, как уровень освещенности, так и цветопередача лампы играют решающую роль в восприятии цвета. При слабом освещении получить хорошую цветопередачу сложно независимо от используемого источника света. При высоких уровнях освещенности почти каждый источник света обеспечивает определенный уровень цветопередачи (за исключением монохроматических источников света, таких как натриевая лампа низкого давления). Даже источник света с очень низкими значениями цветопередачи может работать лучше при высоких уровнях освещения, чем источник света с высокими значениями цветопередачи при низких уровнях освещенности.

Фраза «Цвет - это всего лишь пигмент вашего воображения» (Инглинг, около 1977 г.) - это юмористический и удобный способ вспомнить, что цвет - это не физическое свойство объектов, а, скорее, физиологическая и психологическая реакция человека на свет. Как мы видим цвет описано в следующей статье.

Цветопередача - это общий термин для описания способности источника света предоставлять информацию о цвете человеку-наблюдателю, когда объекты освещаются этим источником. Свойства цветопередачи источника света нельзя точно оценить визуальным осмотром источника света или беглым исследованием его спектрального распределения мощности (SPD). 

Всего существует 4 основных показателя цветопередачи освещения:

• Индекс цветопередачи (CRI)
• Индекс полного спектра (FSI)
• Индекс цвета полного спектра (FSCI)
• Область цветового охвата гаммы (GA).

1. Индекс цветопередачи

Согласно исследованным спецификаторам, наиболее полезным показателем цветовых характеристик источника света является индекс цветопередачи (CRI). В общих чертах, CRI - это мера способности источника света отображать цвета объекта «реалистично» или «естественно» по сравнению со знакомым эталонным источником, будь то лампа накаливания или дневной свет.

CRI рассчитывается из разницы в цветности восьми стандартных цветовых образцов CIE (CIE 1995) при освещении источником света и эталонным источником света с одинаковой коррелированной цветовой температурой (CCT). Чем меньше средняя разница в цветностях, тем выше индекс цветности. CRI, равный 100, представляет максимальное значение. Более низкие значения CRI указывают на то, что некоторые цвета могут выглядеть неестественно при освещении лампой. Лампы накаливания имеют индекс цветопередачи (CRI) выше 95. Холодные белые люминесцентные лампы имеют индекс цветопередачи 62, однако люминесцентные лампы, содержащие редкоземельные люминофоры, доступны со значениями CRI 80 и выше.

Для CCT менее 5000 K эталонными источниками света, используемыми в процедуре расчета CRI, являются SPD излучателей черного тела; для CCT выше 5000 K используются воображаемые SPD, рассчитанные на основе математической модели дневного света. Эти эталонные источники были выбраны для приближения ламп накаливания и дневного света соответственно. Дополнительную информацию можно прочитать в этой статье.

2. Индекс полного спектра

Индекс полного спектра (FSI) - это математическая мера того, насколько спектр источника света отклоняется от спектра равной энергиии. Спектр равной энергии - это воображаемый спектр, который обеспечивает одинаковую мощность излучения на всех длинах волн, таким образом представляя «полный» спектр. Следовательно, чтобы люди могли видеть цвета объектов, источник света должен генерировать свет из более чем одной области видимого спектра. Незначительные различия в воспринимаемых цветах объектов возникают из-за небольших различий в спектральной отражательной способности этих объектов. Если источник света не обеспечивает мощность излучения на тех длинах волн, где спектральные коэффициенты отражения этих объектов немного различаются, объекты будут иметь одинаковый цвет. Следовательно, можно ожидать, что лампа, излучающая мощность излучения на всех видимых длинах волн, будет иметь хорошие свойства цветопередачи.

Среди электрических источников света свет от ксеноновых ламп больше всего напоминает полный спектр. То же самое можно сказать и о фазе дневного света 5500 К. Экспериментально было показано, что оба этих источника превосходно обнаруживают тонкие различия в цвете, которые нельзя увидеть при других типах спектров ламп. Источники света с недостатками в некоторых частях спектра будут иметь худшие значения FSI и будут менее эффективны при визуализации тонких различий в цветах объектов.

Ниже приводится пошаговая процедура расчета FSI:

1. Начните с относительного спектрального распределения мощности (SPD). Нормализовать значения так, чтобы общая мощность от 380 до 730 нм была равна 1.

2. Рассчитайте совокупную мощность как функцию длины волны от коротких до длинных волн.

3. Вычислите возведенный в квадрат разность совокупного распределения мощности SPD и совокупного распределения мощности равного энергетического спектра, также с полной мощностью 1, в диапазоне длин волн от 380 до 730 нм.

Где совокупный равный энергетический спектр, C _EE рассчитывается как

4. Интегрируйте квадрат разницы от 380 до 730 нм.

5. По кругу сдвиньте значения SPD на единицу длины волны дельта и повторите шаги 2–4 для одного полного кругового цикла. Циклический сдвиг означает перемещение первого значения SPD в ряду в конец этого ряда. Например, при использовании дельта-длины волны 1 нм и SPD, определенного от 380 до 730 нм, значение на 380 нм перемещается в положение 730 нм, и прежнее значение 381 нм теперь становится новым значением 380 нм. Это повторяется до тех пор, пока серия не начнется с того, что изначально было значением 730 нм. В этом примере это повторяется 350 раз для пределов дельты и длины волны.

Если SPD определен в конечном интервале длин волн (в данном случае от 380 до 730), можно реализовать круговой сдвиг, сделав SPD периодическим и простирающимся на удвоенный интервал длин волн.

6. FSI равняется среднему значению результирующих интегрированных квадратов разностей из шага 4 при циклическом сдвиге в течение одного полного цикла. Когда значения дельта-сдвига длины волны приближаются к бесконечно малым, среднее значение будет вычисляться как интеграл. Объединение этого в интегральную форму дает следующее:

Для практических вычислений значения дельта-сдвига длины волны представляют собой небольшие приращения длины волны, и среднее значение вычисляется с суммированием. LRC использовал значение дельта-сдвига длины волны 1 нм.

3. Индекс цвета полного спектра

Индекс полного спектра цвета (FSCI) - это математическое преобразование индекса полного спектра в шкалу от нуля до 100. Полученные значения сравниваются напрямую с индексом цветопередачи. FSCI - это вариант FSI, который имеет обратную шкалу, начинающуюся с 100 и масштабируемую таким образом, что теплая белая люминесцентная лампа имеет значение приблизительно 50, а любые значения меньше нуля (например, монохроматический свет) устанавливаются на ноль. FSCI рассчитывается следующим образом:

FSCI = 100 - 5,1 х FSI

4. Область гаммы

Область гаммы - мера цветопередачи, основанная на объеме в цветовом пространстве. Это диапазон цветов, достижимый на данном носителе воспроизведения цвета (или присутствующий в изображении на этом носителе) при заданном наборе условий просмотра.

Область гаммы (GA) чаще используется в Японии, чем в Северной Америке. В принципе, GA определяется как область, заключенная в пределах трех или более координат цветности в данном цветовом пространстве. GA обычно рассчитывается по площади многоугольника, определяемой цветностью восьми стандартных цветовых образцов CIE в цветовом пространстве CIE 1995 при освещении заданным источником света. Используется цветовое пространство CIE 1995, поскольку предполагается, что эквивалентные расстояния в этом цветовом пространстве «воспринимаются одинаковыми». В целом, чем больше GA, тем более насыщенными будут цвета объекта. Этот фактор особенно важен при записи фото или видео картинок.

Как лучше всего передать свойства цветопередачи источника света?

В зависимости от контекста человек может задать несколько разных вопросов о свойствах цветопередачи источника света, например:

• Объекты кажутся естественными при свете?
• Можно ли увидеть тонкие различия в оттенках цветов?
• Насколько красочными выглядят предметы?

Учитывая нынешнее состояние знаний о прогнозировании цветопередачи объектов при различных источниках света, ни одна метрика не может охватить многомерные аспекты цветопередачи, подразумеваемые этими вопросами. В очень общих чертах, высокий индекс цветопередачи CRI означает, что цвета будут выглядеть естественными. Низкий индекс полного спектра (FSI) означает, что источник света обеспечивает хорошее различение небольших цветовых вариаций. Наконец, большая область охвата (GA) означает, что цвета будут очень насыщенными.

На практике иногда может показаться, что доступные меры цветопередачи противоречат друг другу. Например, лампа накаливания имеет максимально возможное значение CRI, равное 100, но имеет низкую оценку по FSI, поскольку ей не хватает коротковолнового диапазона. Недавнее исследование показало, что CRI является плохим предсказателем, а GA - хорошим предсказателем точности присвоения цветов (Deng 2001). В другом исследовании источники света с высокими значениями GA и низкими значениями CRI были высоко оценены с точки зрения цветового предпочтения (Нарендран и Денг, 2002).

В зависимости от приложения и желаемого эффекта один из этих показателей цветопередачи может быть более подходящим, чем другие. Например, в домашнем освещении CRI может быть наиболее подходящей метрикой, тогда как GA может быть наиболее подходящей метрикой для улучшения цвета мяса в супермаркете. Таким образом, источник света с высоким значением одного показателя и низким значением двух других не обязательно будет плохо отображать цвета для конкретного приложения. Тем не менее, одна метрика может ввести в заблуждение. NLPIP рекомендует использовать все три показателя для представления свойств цветопередачи источников света. Рекомендуя все три, NLPIP предполагает, что спецификаторы с большей вероятностью будут «триангулировать» наиболее полезный источник света для конкретного цветового приложения.