光源色温相关的几个概念及光源色温值计算方法

  DOHO标准光源箱     |      2024-02-27

色温是光源重要的颜色指标,我们在谈论到光源色温这个概念时,常常会涉及到与此相关的几个概念,即光源色温、相关色温和光源色温值,对此许多的朋友不太了解。本文对光源色温知识做了介绍,感兴趣的朋友不妨了解一下!

标准光源

光源色温相关的几个概念:

如果一个光源发射光的色品与某一温度下的黑体的色品相同,此时的黑体的绝对温度叫做光源的颜色温度,简称色温。

在某一波长范围内,如果光源发射的辐射与某一温度下黑体的辐射具有最接近的光谱功率分布,那么此时黑体的绝对温度定义为该光源在该波长范围内的光谱分布温度,简称分布温度。黑体发射光的相对光谱功率分布由普朗克定律给出:

普朗克定律01

式中,T为黑体的绝对温度(K);λ为波长(nm);c1为第一辐射常数,c1=3.7417749x10-16W/m2;c2为第二辐射常数,c2=1.4388x10-2m·K。

对于相对光谱功率分布与黑体相同的光源,颜色温度等于可见波长范围内的分布温度值,对于相对光谱功率分布与黑体相近的光源,如白炽钨灯,它的色温值与可见波长范围内的分布温度值相差很小,可认为是相同的。

除热辐射光源以外的其它光源具有线状光谱,其辐射特性与黑体辐射特性差别较大,所以这些光源的光色在色度图上不一定准确地落在黑体轨迹上。此类光源发射光的颜色和黑体不相同时,对这样一类光源,通常用相关色温和显色指数两个量来描述光源的颜色特性。在某一确定的均匀色度图中,如果光源与某一温度下的黑体具有最接近相同的光色,此时黑体的绝对温度值叫做光源的相关色温。

由于光源在发光时,颜色特性具有空间分布不均匀性,不同方向的颜色特性会有所不同,光源某一方向上的色温即为光源的单向色温;积分球和光谱辐射计配合使用,使光在积分球内的均匀漫反射涂层多次反射,达到空间积分的作用,从而测得的是光源的平均色温。


光源色温值的计算方法:

1.内插法

内插法是试图寻求距离被测光源的色坐标点最近的两条等色温线,利用几何作图法估算出该色坐标点的相关色温。具体计算法如下:

由于在CIE1960UCS色度图中,所有等色温线均垂直于黑体轨迹的直线,其斜率为k,是随着相关色温T变化(k=-1/l)其中l为黑体色轨迹与该等温线交点(垂足)处的切线的斜率。如下图所示。

CIE1960UCS色度图中的黑体轨迹和等色温线

当找到距离被测光源色坐标点(u,v)的最近的2条等温线后,就可以利用公式求出近似相关色温T。该方法的精度依赖于分区的数量,分区分的越多,则内插的精度就越高,但是同时计算量也相应增大。

2.逐点法

根据CIE色度学的相关定义,得到(u,v)色坐标后,逐点比较其与黑体轨迹点的距离,取最小值点对应色温即为相关色温值。该方法优点是精确度高,缺点是计算量极其庞大,由于我们的黑体轨迹色温是从1000K到25000K,每一个色温对应一个色坐标点,因此需要计算24000多个距离。

3.曲线拟合法

曲线拟合法是利用解析函数拟合色温计算中的一些变量和自变量,解析函数式可以方便的使用牛顿迭代法等算法得到最小距离点等结果,从而避免了逐点查找比较带来的计算量的增大,也不失为一种好的算法。


光源分布温度的表示方法:

分布温度的定义:在某一波长范围内[λ1,λ2],如果一个光源发出的辐射与某一温度下的黑体有最接近的相对光谱功率分布,那么,此时黑体的绝对温度就叫做该光源在该波长范围内的分布温度。分布温度的数学表达式为:

光源分布温度的数学表达式

其中E(λ)是被测光源的相对光谱辐射功率分布;P(λ,T)是黑体的光谱辐射功率分布;α是一个调整常数。选取适当的α、T值,使得上式的积分值最小,此时的T即为所求的被测光源的分布温度值。分布温度的计算方法可参考相关研究文献。


标准光源箱中光源相关色温怎么校准?

测量点与光照度校准时一致。开启对色灯箱电源开关,并开启被校标准光源,将标准光源预热15min。使对色灯箱处于暗室环境中,避免杂散光影响。然后将色温探头分别放置于各个测量点,逐点测量相关色温值。读数时,应将手远离探头,待显示稳定后记录9个点的测量值。若同时配置多种类型标准光源,应逐个重复上述步骤。

1.相关色温偏差

对上述校准记录的测量数据,按下列公式计算相关色温偏差。

相关色温偏差计算式

公式中:r——对色灯箱相关色温偏差,K;Tav——对色灯箱在9个测量点的相关色温平均值,K;Ts——对色灯箱所配置的标准光源的标称相关色温值,K。

2.相关色温均匀度

对上述校准记录的测量数据,按下列公式计算相关色温均匀度。

相关色温均匀度计算式

公式中:Tmin对色灯箱在9个测量点中的实测最低相关色温值,K。