评价光源质量主要指标有哪些?分别怎么计算?

  DOHO标准光源箱     |      2023-11-28

评价光源的性能指标有很多,其中最为主要的指标有三个:一是光源的相关色温(CCT);二是光源的显色性;三是光源的光效(η)。本文对光源的色温、显色性及光效的含义及计算方法做了相应的介绍,对此感兴趣的朋友不妨了解一下!

光源

光源相关色温的含义及评价方法:

如果某种黑体物质,能够将落在其上面的全部热量吸收而没有损失,同时又能够将所吸收的热量以光的形式释放出去的话,它便会因吸收到的热量的多少不同而呈现不同的颜色。因此,当光源在温度(T)时发射光的颜色与黑体在某一温度(Tc)下辐射光的颜色相同时,黑体的绝对温度就被称为该光源的颜色温度,即绝对色温(CT)。白炽灯以外的其他光源,其光色在色度图上不一定准确地落在绝对黑体轨迹上,所以只能用光源与黑体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温,称为相关色温(CCT)。

为了快速准确地计算出光源的相关色温,目前已经提出了几种比较典型计算方法,包括:三角垂足插值法、黑体轨迹法和模拟黑体轨迹法等,这几种方法虽然计算精确,但计算过程复杂,计算量大。为了更加高效准确地计算出相关色温,J.Smith、Macadam和Tamaru等人提出了几种计算相关色温的经验公式。

J.Smith等人提出的相关色温计算公式为:

相关色温计算公式

式中n=(x-0.3320)/(0.1858-y),x、y为CIE-1931的色坐标。

Macadam等人提出的相关色温计算公式为:

相关色温计算公式01

式中n=(x-0.329)/(y-0.187),x、y为CIE-1931的色坐标。

Tamaru等人提出的相关色温计算公式为:

相关色温计算公式02

式中n=(x-0.332)/(y-0.1858),x、y为CIE-1931的色坐标。

上述三种经验公式均可以直接计算出已知色品坐标光源的相关色温,且计算快速、准确。对于多基色混合光,其色品坐标只能落在混合光围成的色品坐标的连线区域内,故上述经验公式也可以用混合光相关色温的计算。


光源显色性的含义及评价方法:

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。色差程度愈大,光源对该色的显色性愈差。目前,显色指数仍是定义评价光源显色性的普遍方法。

评价光源显色指数时采用一套15种检验色样,选定8个色样为一组(I=1,……,8)作为评价一般显色指数用的检验色样,它们分别代表淡灰红色、暗灰黄色、饱和黄绿色、中等黄绿色、淡蓝绿色、淡蓝色、淡紫蓝色、淡红紫色。

选定后 7 个色样(i=9,…,15)分别作为特殊显色指数评价用的检验色样,它们分别代表深红、深黄、深绿、深蓝、白种人肤色、叶绿色、中国人女性肤色。根据在参照光源下和待测光源下各检验色样的色差△Ei,计算出特殊显色指数:

特殊显色指数计算式

一般显色指数(CIE1~8号颜色样品Ri的平均值):

一般显色指数Ra计算式

通常是在已知待测光源的光谱功率分布的情况下,进行显色性计算的,主要步骤如下:

1.根据待测光源的光功率谱分布,计算待测光源的色度坐标(xc,yc)、(uc,vc)、相关色温T;其中:

光源的色度坐标计算式

2.由待测光源的光功率谱分布和1-14试验色的光谱辐亮度因数,计算待测光源下1-14号试验色的色度坐标(xci,yci)并求相应(uci,vci)。

3.根据T选择参照照明体,查表得出参照照明体的色度参数(ur,vr,cr,dr),以及在参照照明体下试验色的颜色空间坐标U*ri、V*ri、W*ri。

4.由待测光源色坐标(uc,vc),求(cc,dc)以及待测光源下试验色的色坐标(uci,vci)求(cci,dci),并计算试验色的适应色位移(u'ci,v'ci),其中有:

光源的色度坐标计算式01

5.计算待测光源下试验色的U*ci、V*ci、W*ci。

光源的色度坐标计算式01)

6.求U*ri、V*ri、W*ri与U*ci、V*ci、W*ci的色差△Ei。

色差△Ei

7.由△Ei得特殊显色指数Ri和一般显色指数Ra。


光源光效的含义及评价方法:

光源的光效是指光电转换效率,即输出的光通量与输入的电功率之比,它可由下式计算:

光源光效的计算式

式中η为光源的光效;ηc为光源的辐射效率,即电功率到光功率的转换效率;K为光视效能,是指光源单位辐通量所得到的光通量,它可通过下式计算得出:

光视效能的计算式

其中,V(λ)为光谱光视效率,其值为CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值y(λ)函数曲线,p(λ)为光谱功率分布函数,Km=683lm/W为最大光视效能(在555nm 处的取值)。

光效η是描述光源将电能转换为光能的能力高低,对于辐射效率一定的光源,光视效能K直接反映了光效η的变化情况。