顯色指數(shù)的討論

顯色指數(shù)的討論

1光柵顯色性與相干合成的矛盾我們觀察到，顏色是眼睛光源刺激眼睛細胞的結(jié)果。一物體給眼睛顏色的感覺除了與其本知“顏色”外,還與不同的光有不同的吸收、反射能力有關(guān),又與照射此物體的光源等其它因數(shù)有關(guān)。例如對能反射紅色光而對其它光色大部分吸收的紅色物體,如照射光中無紅色光,眼睛也無法感覺到它是紅色。光源顯色性,故名思義,是旨在該光源照射下,各種顏色物體能給眼睛以原顏色刺激的性能。如何評判“各種顏色物體能給眼睛以原顏色刺激”?CIE在1965年提出,1974年修訂后正式推薦的“測驗色”法,即現(xiàn)下使用的“顯色指數(shù)”來評價光源顯色性。由于種種原因,顯色指數(shù)數(shù)值大小不能精確反映顯色性,通常用一個數(shù)值范圍表明一種顯色質(zhì)量。有人誤認為顯色指數(shù)值大小就表示光源顯色性的差別,不問青紅皂白,追求2～3顯色指數(shù)值。這種誤解有可能犧牲光源更重要的光效、壽命等性能,得不償失。2顯色指數(shù)的“cie統(tǒng)一”人們每天都會觀感到各種顏色。顏色是什么,如何測量,卻是20世紀20年代起開始研究的新科學——色度學。色度學涉及到視覺生理、視覺心理、心理物理,與人的感覺密切相關(guān)。顏色是來之外界物體的輻射光對人眼錐體細胞刺激引起的感覺。這種感覺不僅與前言中敘說的光刺激人眼錐體細胞的光譜有關(guān)(孔色或原色),并與周圍環(huán)境有關(guān)(心理顏色)。物體表面原色取決于它的反射光譜,這與物體本身的光譜輻亮度系數(shù)β(λ)及照明條件有關(guān)。不論兩不同光譜輻亮度系數(shù)的物體在同樣照明條件下的顏色差別,還是同一個物體在兩個不同光源照明下引起的顏色差別,我們都稱之為色差ΔE。CIE推薦數(shù)個顏色空間,在不同顏色空間,色差表達式不同,以用來計算顯色指數(shù)的“CIE1964顏色空間”為例(以下未說明色差均指此顏色空間):ΔU*=U*1-U*2ΔV*=V*1-V*2ΔW*=W*1-W*2}(1)ΔU?=U?1?U?2ΔV?=V?1?V?2ΔW?=W?1?W?2???????(1)那么色差ΔE=[(ΔU*)2+(ΔV*)2+(ΔW*)2+]1/2(2)ΔE=[(ΔU?)2+(ΔV?)2+(ΔW?)2+]1/2(2)式中U*、V*、W*可由我們熟悉的XYZ色度系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到:u=4x/(12y-2x+3)v=6y/(12y-2x+3)](3)W*=25Y1/3-171≤Y≤100U*=13W*(ui-uo)V*=13W*(vi-vo)}(4)u=4x/(12y?2x+3)v=6y/(12y?2x+3)](3)W?=25Y1/3?171≤Y≤100U?=13W?(ui?uo)V?=13W?(vi?vo)?????(4)式中ui、vi是樣品色坐標,uo、vo是照明光源色坐標。從這些式中我們可發(fā)現(xiàn),只有兩物體反射光譜的X、Y、Z三刺激值都相同才能使色差ΔE=0(在色度空間位置重疊)。這種情況我們稱之為“理論同色”。由于人眼對顏色分辨能力的局限,理論不同色而位置距離很接近時,人眼仍認為是同樣顏色,我們稱之為“實際同色”。在CIE推薦的顏色空間,理論上每個點表示一種顏色;而對人眼來說,一種個顏色是一個范圍。人們把這個人眼感覺不出差異的范圍稱為“顏色寬容量”或簡稱“色容量”,把理論顏色之間的距離稱之為“色差”?？梢韵胂?若C顏色到A、B兩顏色距離相同,但方向不一樣,那么A、B并不同色。即色差有方向性,是矢量?？茖W家們發(fā)現(xiàn)人眼對不同顏色的色容量不等,而且某顏色各方向的分辨力也不是等色差的,經(jīng)麥克亞當(MacAdam)等科學家們試驗,某點各方向色品分辨力近似地組成一個橢圓形,可用下式表示((X-X1)cosβ+(Y-Y1)Sinβ)2a2+((Y-Y1)cosβ+(X-X1)Sinβ)2b2=1(5)上式中X1、Y1為XYZ系統(tǒng)的中心位置,a、b為長、短軸,β為傾角。按式(5)算得的UVW系統(tǒng)的相應(yīng)數(shù)據(jù)與使用數(shù)據(jù)見表1。3uvw法測定覆蓋比水劑在待評水源與參照水源照明下ra顯色指數(shù)光源顯色性定義:是指與參照標準下相比較,一個光源對物體顏色外貌所產(chǎn)生的效果。1965年CIE制定一種評價光源顯色性的方法,簡稱“測驗色”法,1974年修訂后,正式向國際上推薦使用。此方法是用一個顯色指數(shù)量值表示光源的顯色性。光源的顯色指數(shù)是待評光源下物體的顏色與參照光源下物體顏色相符程度的度量。為了符合人類長期的照明習慣,CIE規(guī)定5000K以下的低色溫光源用普郎克輻射體作為參照光源,色溫5000K以上的用標準照明體D作為參照光源,設(shè)定參照光源的顯色指數(shù)為100。評價時采用一套14種試驗顏色樣品,其中1到8用于光源一般顯色指數(shù)(8個數(shù)平均值),各試驗色樣的數(shù)值稱之為特殊顯色指數(shù)。我們平時說的“顯色指數(shù)”,即是一般顯色指數(shù)的簡稱。若某個試驗色樣在待評光源與參照光源照明下有顏色差ΔEi,那么:特殊顯色指數(shù)Ri=100-46*ΔEi(6)一般顯色指數(shù)Ra=(∑81Ri)/8(7)測得待評光源的光譜D(λ)并算得其色坐標xk、yk,顯色指數(shù)計算步驟如下:(1)用上述(3)式算出UVW系統(tǒng)的色坐標uk、vk;(2)找出離待評光源色坐標最近的參照光源,得到ux、vx;(3)設(shè)待評光源的Y為100,算得其照射下14種試驗色樣品反射光譜的Wki、uki、vki;(4)算出適應(yīng)性色位移后14種試驗色樣品的u′ki、v′ki,設(shè)FC=cr*cki/ckFD=dr*dki/dk所有c=(4-u-10*v)/vd=(1.708*v+.404-1.481*u)/v那么u′ki=10.872+.404*FC-4*FD16.518+1.481*FC-FDv′ki=5.52016.518+1.481*FC-FD(5)待評光源色坐標作適應(yīng)性色位移后為u′k、v′k,分別等于ur、vr;(6)用(4)式算出14試驗色樣品在待評光源照射下的CIE1964顏色空間坐標W*ki、U*ki、V*ki;(7)算出參照光源照射下14種試驗色樣品的Wxi、uri、vri;(8)查表或算出14試驗色樣品在參照光源照射下的CIE1964顏色空間坐標W*ri、U*ri、V*ri,如查表(7)略;(9)用(1)、(2)式算出ΔEi;(10)用(6)、(7)式算出顯色指數(shù)Ri,及一般顯色指數(shù)Ra.以某三基色燈為例,其光譜見圖1,算得色坐標x=0.3149、y=0.3215。按上述步驟:(1)算得uk=0.2023、vk=0.3097,相關(guān)色濕為6394K;(2)取標準照明體D65為參照光源,得ur=0.1978、vr=0.3122;(3)、(4)算得的待評光源照射下14種試驗色樣品反射光譜的Wki、uki、vki及適應(yīng)性色位移后的u′ki、v′ki,數(shù)據(jù)見表2;(5)得u′k=0.1978、v′k=0.3122;(6)算得W*ki、U*ki、V*ki;(7)算出Wri、uri、vri,數(shù)據(jù)見表3;(8)算出W*ri、U*ri、V*ri;(9)、(10)算出的顯色指數(shù)Ri見表2,一般顯色指數(shù)Ra=82。4皮膚單因素對織物的顏色與顏色的影響以上已敘說過,光源的顯色性是指與參照標準下相比較,一個光源對物體顏色外貌所產(chǎn)生的效果。有心理顏色因數(shù)。顯色指數(shù)表征了顯色性,但其表征程度-顯色指數(shù)值與顏色變化效果對應(yīng)程度如何,以下我們進行探討。(1)色位移方向的變化,傳統(tǒng)顯色指數(shù)法顯色CIE光源顯色指數(shù)是基于顏色空間上對待評光源和參照光源下顏色樣品色差矢量長度的比較。其實色位移的方向也很重要,可顯色指數(shù)不包括色拉移方向的度量,當兩光源對某顏色的顯色指數(shù)相同且數(shù)值不很大,而色位移方向相異時,它們所顯出的顏色不同。使得顯色指數(shù)相同而所顯顏色不同-對顏色外貌所產(chǎn)生的效果相異。(2)人眼色容量vt顯色3.①從表1的U、V系統(tǒng)得色品寬容量的平均半軸為0.00119;②設(shè)亮度寬容量為ΔY/Y=.01,取表3中1到8號樣品亮度平均值Yr=30,那么Yl=29.7,得W*r=60.68、W*k=60.42;③(ΔU*)2=(13W*r(ur-uo)-13W*k(uk-uo))2≈(13W*k(ur-uk))2同理(ΔV*)2≈(13W*k(vr-vk))2④已設(shè)(ur-ul)2+(vr-vk)2=.001192ΔW*=W*r-W*k=0.26⑤ΔE=[(ΔU*)2+(ΔV*)2+(ΔW*)2]1/2=[(13W*k)2*.001192+.262]1/2=0.97⑥人眼色容量相當顯色指數(shù)的數(shù)值=4.6*ΔE≈4可得出,當色位移方向相同,顯色指數(shù)差4以內(nèi)時,顯色指數(shù)不同而所顯顏色相同-對顏色外貌所產(chǎn)生的效果一樣。麥克亞當做色品分辨力時,是在觀察者有相當?shù)姆直娼?jīng)驗,觀察條件很好的情況下進行的。人們?nèi)粘；顒又械姆直媪σ绕湫?通常色容量增大約一倍。(3)顯色指數(shù)值大而顯色性差的可能性見附表一,X、Y系統(tǒng)中25種顏色的色品容量大小、長短軸差別都很大,轉(zhuǎn)換到U、V系統(tǒng)后有很大改善,但仍有差別-長軸平均值為0.00159,短軸平均值為0.00078。我們用2.方法考察其影響:ΔE長?4.6=[(13W*k)2*0.001592+0.262]1/2*4.6≈6ΔE短?4.6=[(13W*k)2*0.001592+0.262]1/2*4.6≈3當甲、乙兩燈照某顏色的反射亮度相同,甲燈所顯的顏色與參照色的色差方向同長軸,顯色指數(shù)為83(三倍分辨力),乙燈所顯顏色與參照色的色差方向同短軸,顯色指數(shù)87(四倍分辨力)?？梢?有顯色指數(shù)值大而顯色性差的可能。盡管用8種顏色顯色指數(shù)平均值,都發(fā)生這種情況的可能性很小。但平均后的一般顯色指數(shù)差1到2,難以肯定顯色指數(shù)值大的顯色性一定優(yōu)于數(shù)值小的。(4)參照體光色距離計算中所用的公式,例如適應(yīng)性色位移,不論何種顏色,也不管離參照色的距離與方向都用一樣的計算式,似乎與色度學原理相忌。見附表二可,適應(yīng)性色位移的色坐標變化量不小。由于尚未查到有關(guān)數(shù)據(jù),難以用以上方式進行數(shù)學性推導(dǎo)。不過,CIE推薦此計算顯色指數(shù)方法時還指出:待評光源色與參照體光色距離超過0.0054(15麥勒德)將引起偏差,超過0.038顯色指數(shù)無意義的說明。①這種偏差或無意義不會是突變,0.0054內(nèi)精確,到0.0055產(chǎn)生偏差;而是0.0054內(nèi)的偏差我們能接受,超過0.0054偏差明顯而已。②我們?nèi)粘Ｋ脽晒鉄舸蠖鄶?shù)發(fā)光色離參照光色0.005以上,其中超過0.0054的不是少數(shù)。例如6500K熒光燈,國家規(guī)定的發(fā)光色范圍中心x=0.313、y=0.337,離參照色D65為0.0039但是范圍中離參照色(離其光色最近的參照色)最遠達0.006以上。制燈廠為了提高發(fā)光效率(亮度),通常在允許范圍內(nèi)把y提高,使得發(fā)光色離參照色的距離拉大,造成許多燈的發(fā)光色離其參照色達0.005以上。對這些光源我們?nèi)杂矛F(xiàn)行的顯色指數(shù)法。因而,我們算得的顯色指數(shù)通常存在偏差。5顯色指數(shù)測定樣品測定本文主要結(jié)論為:由于色差矢量度的影響、人眼色容量的影響、非圓型色品容量引起的矛盾、計算中偏差等原因,顯色指數(shù)的數(shù)值相差2、3說明不了什么,不必數(shù)數(shù)計較。應(yīng)該如同有關(guān)文獻對顯色指數(shù)的分類,即,用一般顯色指數(shù)把光源顯色性粗略分為三類:50以下為“劣”、50到75為“一般”、75以上為“優(yōu)”。需要指出:本文中所說的“顯色指數(shù)相差2、3說明不了什么,不必數(shù)數(shù)計較”不包括已定的指標,例如國家規(guī)定的6500K熒光燈的一般顯色指