标准光源有哪些性能指标?色温和显色性什么关系?

  DOHO标准光源箱     |      2023-11-09

标准光源是国际照明委员会规定的用于颜色测量和色度计算的一类光源,是标准光源箱和测色仪中常用的光源,这类光源对性能指标有着严格的要求。那么,标准光源有哪些性能指标?色温和显色性什么关系?本文对标准光源的性能指标及色温和显色行的关系作了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

标准光源

标准光源的性能指标介绍:

标准光源的性能指标有很多,常见主要有以下几个:

1.光通量

表示光源在单位时间内发射出的光量,单位:流明(lm)。这个量是对光源而言,用来描述光源发光总量的大小。

2.光强

发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量,单位:坎德拉(cd)。光强表明发光体在空间发射的会聚能力,光强越大,光源看起来就越亮。

3.光亮度

表示发光面明亮程度,等于发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。单位:坎德拉/平方米(cd/m2),也称尼特(nt)。亮度不仅取决于光源的光通量,更取决于等价发光面积和发射的会聚程度。

4.照度

表示物体被照亮的程度,用单位面积所接受的光通量来表示,分为水平照度和垂直照度,单位:勒克斯(1x),照度是以垂直面所接受的光通量为标准,若倾斜照射则照度下降。照度的数值可以用照度计直接测得。

5.色温

黑体即完全辐射体,是一种能够把落在它表面上的任何波长的辐射全部吸收的物体。随温度增加,黑体发光的颜色变化顺序依次为红→橙→黄→白→蓝。当某种光源的颜色(色品坐标)与某一温度下的黑体颜色(色品坐标)相同时,就称此时黑体的温度为该光源的颜色温度,简称色温,用符号Tc表示,单位为开尔文,用“K”表示。色温是由光谱功率分布所决定,色温越高,颜色越偏向短波部分,色温越低,光色越趋向于长波,即趋于红黄色。

但是,不同温度下,绝对黑体的色度坐标是不同的,但是非热辐射光源,它们的光谱功率分布形式与黑体辐射相差很大,其色度坐标不一定落在黑体辐射迹线上,这时常用相关色温来表示,即在色度图上,和某一光源的色度坐标点相距最近的那个黑体的绝对温度就定义为该光源的相关色温。

6.显色性

光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼真的程度。光源的显色性是由显色指数来表明的,它表示物体在该光源下颜色比基准光(太阳光)照明时颜色的偏离程度,能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好,我们所见到的颜色也就接近自然色;显色性低的光源对颜色表现较差,我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会把太阳的显色指数定为100,各类光源的显色指数各不相同,如:高压钠灯显色指数是23,荧光灯管显色指数为60~90。用光源显色性指数区分:100~75,显色良好;75~50,显色一般;50以下,显色性差。


色温和显色性的关系:

色温是光源的重要指标,用来描述光源本身的颜色。一定的色光具有一定的相对能量分布:当黑体连续加热,温度不断升高时,它的相对光谱能量分布的峰值部位将由长波方向向短波方向变化,其所发光的颜色的变化顺序是红-黄-白-蓝。同一种颜色,在白炽灯、卤素灯、中午日光等不同光源照明下,所表现出来的颜色是不同的。而这种差异就是由光源的色温不同造成的。

有关光源颜色特性的评价的另一个指标是光源的显色性,它研究物体在光源照明下所呈现的颜色效果。光源的光谱分布决定了光源的显色性,具有连续光谱分布的光源均有较好的显色性,如白炽灯、日光等。另外,由特定的色光组成的混合光源也能有很好的显色性,如波长为610nm(橙)、540 nm(绿)和450nm(蓝)的光谱辐射对提高光源的显色性具有特殊效果,所以采用这三种色光以适当的比例混合所产生的白光与连续光谱的白炽灯或日光具有同样优良的显色性。光源的显色性影响着人眼所观察的物体颜色,在显色性好的光源照明下,物体颜色的失真就会小。

光源的色温和显色性是光源的两个重要的颜色指标。两者之间没有必然的联系,因为具有不同光谱分布的光源可能有相同的色温,但其显色性可能差别很大。各种色温的光源都可能有较好的显色性,也可能有较差的显色性。如:钨丝灯色温低,显色性好;高压钠灯色温低,而显色性差;马路上的高压汞灯,从远处看它发出的光既亮又白(色温高),但被它照射的人的脸色却象抹了一层青灰色(显色性差);而高压缸灯,发出的光亮白(色温高),灯下的颜色也不失真(显色性好)。


光源色温计算方法:

色温是描述光源光谱质量最常用的指标,低色温光源的能量分布中红辐射较多,通常称为暖色光:高色温光源的能量分布中蓝辐射相对较多,通常称为冷色光。当知道待测光源的光谱分布后,可确定出光源的色度坐标(x,y)。若光源的色度坐标点位于两条相邻等温线M1和M2之间,则可用内插法求得光源的相关色温。

设d1为光源坐标点到等温线M1的距离,d2为到等温线M2的距离。则光源的相关色温T由下式表示:

光源的相关色温T的表达式

通常情况下用下面近似公式得到色温T:

光源色温T的表达式

其中:n=(x-0.3320)/y-0.1858。


光源显色性评价方法:

光源显色性的评价方法是将标准样品分别放在待测光源和参照标准光源下观察,较两个条件下的颜色,颜色偏差越小,则表明待测光源的显色性越好。这14个孟塞尔颜色的前8个颜色样品是明度基本相同、色调不同的颜色,用于计算一般显色指数Ra(即这8个颜色的平均色差),而用这14个颜色样品单独计算的色差称为特殊显色指数 Ri计算一般显色指数Ra和特殊显色指数Ri的公式见公式。

一般显色指数Ra和特殊显色指数Ri计算式

一般显色指数Ra反映了光源的平均照明效果,但不能反映对个别颜色的效果,因此,有时需要针对某个区域颜色照明有特殊要求时,除了要考虑一般显色指数外,还要考察相应的特殊显色指数。

CIE还规定:待测光源色温不高于5000K时,用完全辐射体(黑体)作为参照标准光源,待测光源色温高于5000K时,用标准照明体,作为参照标准光源。参照光源的显色指数Ra=100,当在待测光源下与参照标准光源下的标准样品颜色相同时,则此光源的显色指数为100,显色性最好,反之,颜色差异越大,显色指数越低。在计算显色指数时还要考虑不同光源照明引起的色适应,因此需要进行色适应修正,计算公式较复杂,在此不做介绍,可参考相应的资料及标准。