關(guān)于水溫的討論

關(guān)于水溫的討論

顏色包括物體顏色和光源顏色。色溫、相關(guān)色溫、顯色指數(shù)都是表述光源顏色的參數(shù)。本來,由光源的光譜分布就可以得到該光源在x-y色度圖的坐標(biāo)位置,已經(jīng)很完整地表述了光源的色調(diào)、飽和度、等色調(diào)波長等特性。但是,它不夠“通俗”。從事燈光行業(yè)的一般人員,希望用更加簡單的參數(shù)來表述光源的顏色,因此,產(chǎn)生了“色溫”及“顯色指數(shù)”的概念。1重、輕、輕兩重的對比表述光源顏色的方法有多種,用“色溫”的概念表述熱輻射光源的顏色是一種準(zhǔn)確而簡單的方法。光源的色溫是通過對比其色彩和理論的熱黑體輻射體(簡稱黑體,在任何溫度下對任何波長的輻射能的吸收率都等于1的物體,是一種理想的模型,也叫完全輻射體)來確定的。眾所周知,熱輻射光源發(fā)射的光譜是連續(xù)而光滑的。對黑體而言,溫度不同,顏色也就不一樣。黑體發(fā)光的顏色與溫度存在惟一的對應(yīng)關(guān)系。在表述某光源的顏色時(shí),常常把該光源的顏色與黑體發(fā)光的顏色進(jìn)行比較,如果該光源發(fā)出光的顏色與黑體在某一溫度下的顏色相同,就把該光源的顏色看作是黑體“在這個(gè)溫度下的顏色”,應(yīng)該叫“溫度顏色”,簡稱“溫色”。顯然,“溫色”指的是“顏色”,是黑體在某一溫度下的顏色。但是由于長期的約定俗成,現(xiàn)在普遍把這個(gè)概念稱作“色溫”。了解了色度圖,就會(huì)對“色溫”的概念有更加深刻的理解。如圖1所示,黑體的色溫在x-y色度圖上是一條近似弧形的曲線,稱作黑體軌跡,也叫黑體曲線或普朗克軌跡。隨著黑體溫度的升高,其光譜分布的最大功率向波長較短的方向移動(dòng),光的顏色向藍(lán)色方向變化。光的顏色變化順序是紅—白—藍(lán),即低色溫發(fā)紅,高色溫發(fā)藍(lán)。嚴(yán)格地說,只有黑體才有色溫的概念。鹵鎢燈的鎢絲是“灰體”,其與黑體顏色相同時(shí),坐標(biāo)點(diǎn)與黑體軌跡“非常接近”,因此,鎢絲燈光源發(fā)光的顏色通常也叫作“色溫”。色溫還有另一種表示方法,就是“倒度”——即色溫的倒數(shù)。由于這個(gè)單位量值太大,通常都用“微倒度”表示(MicroReciprocalDegree,縮寫為Mired,中文可譯成“麥瑞德”)。色溫與微倒度的關(guān)系是:式中:R——用微倒度表示的色溫,Mired(麥瑞德);T——用絕對溫度表示的色溫,K。表1給出了常用色溫值與微倒度的對應(yīng)關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)可知,按視覺可分辨的顏色差,把黑體軌跡劃分為許多視覺可分辨的單位,這就是“微倒度”。事實(shí)證明,人眼對色溫的感覺,用“微倒度”作單位是均勻的,用“絕對溫度”表示是不均勻的。例如,對于微倒度變化5Mired,不管從150Mired變化到155Mired(對應(yīng)色溫較高的光源),還是從300Mired變化到305Mired(對應(yīng)色溫較低的光源),人眼感覺到的變化是一樣的。從表1可以看出,從150Mired到155Mired,色溫變化215K,平均每變化1Mired,色溫變化21.5K;而從300Mired到305Mired,色溫只變化了54K,平均每變化1Mired,色溫變化5.4K。這之間的差別很大。對攝像機(jī)而言,在光源色溫為3200K時(shí)允許的色溫偏差較小,而在光源5600K時(shí)允許的色溫偏差較大,就是這個(gè)道理。在演出中用高色溫追光燈時(shí),常常要加濾色片降低色溫,濾色片也是用微倒度值標(biāo)注的,見表2和表3。表2是具有正微倒度值的《雷登》濾色片系列,表3是具有負(fù)微倒度值的《雷登》濾色片系列。選擇濾色片時(shí),可以這樣計(jì)算:用變化后的色溫微倒度值,減去變化前的色溫微倒度值,就是所選濾色片的微倒度值。如果所得數(shù)值為正,就選擇具有正微倒度值(紅色系列,降色溫)的濾色片;如果所得數(shù)值為負(fù),就選擇具有負(fù)微倒度值(藍(lán)色系列,升色溫)的濾色片。例如,追光燈光源的色溫為5600K,要把它變成3200K時(shí),計(jì)算如下:式中:ΔM——濾色片的微倒度值,Mired;M2——變化后光源的色溫微倒度值,Mired;M1——變化前光源的色溫微倒度值,Mired;T2——變化后光源的色溫絕對溫度值,K;T1——變化前光源的色溫絕對溫度值,K。此例中:將T2=3200K,T1=5600K代入(2)式得:選擇接近125Mired的雷登85B濾色片,其值為131Mired。將濾色片的實(shí)際微倒度值代入公式,計(jì)算變化后的色溫實(shí)際值:偏離3200K只有61K,遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許偏離150K,符合要求。2如何區(qū)別流體的染色?對于氣體放電燈、高顯色LED光源等,其顏色坐標(biāo)接近黑體軌跡,也可以用“相關(guān)色溫”表述其顏色。目前應(yīng)用的氣體放電光源,其發(fā)光的光譜分布通常呈“梳狀”,不光滑,與黑體發(fā)光的顏色相同時(shí),坐標(biāo)位置不在黑體軌跡上,只是比較“接近”,有些“相關(guān)”,所以,氣體放電燈發(fā)光的顏色都叫作“相關(guān)色溫”;LED光源的光譜分布坐標(biāo)雖不呈“梳狀”,也與黑體輻射的光譜有所不同,也可以用“相關(guān)色溫”表述它的顏色。因此應(yīng)該說,所有氣體放電燈及LED光源發(fā)光的顏色都不是色溫的概念,而應(yīng)用“相關(guān)色溫”表述,但通常在口語中也將其簡稱為“色溫”。那么,相關(guān)色溫在色度圖上是如何實(shí)現(xiàn)“相關(guān)”的呢?見圖2。相關(guān)色溫的坐標(biāo)點(diǎn)不在黑體軌跡上。如圖2,在x-y色度圖中的M點(diǎn),與黑體軌跡上的哪點(diǎn)相關(guān)呢?按照一般的理解,似乎跟最近點(diǎn)N相關(guān)。但實(shí)際上,前文介紹過,在x-y色度圖上,人眼的顏色感覺是不均勻的,M點(diǎn)實(shí)際與M′點(diǎn)相關(guān)。在u-v均勻色度圖上很清楚,見圖3,黑體軌跡外的M點(diǎn)與黑體軌跡的最近點(diǎn)M′相關(guān),N點(diǎn)偏離較遠(yuǎn)。圖2和圖3給出了相關(guān)色溫與黑體軌跡的關(guān)系圖。圖中粗弧線是黑體軌跡,與它相交的細(xì)直線是相關(guān)色溫線,每兩條細(xì)線的間隔為10微倒度?？梢钥闯?在均勻色度圖上,細(xì)直線間隔相等,且處處與黑體軌跡垂直;而在x-y色度圖上,細(xì)直線間隔不等,而且大多數(shù)地方與黑體軌跡不垂直。另外,圖2和圖3中與黑體軌跡相交的細(xì)線,表示與各個(gè)色溫點(diǎn)的微倒度值相對應(yīng)的絕對溫度值。應(yīng)當(dāng)指出,色溫在色度圖上只是一條曲線,相關(guān)色溫也只是靠近該曲線的一條很窄的“帶”(圖2和圖3中表示微倒度的細(xì)直線的長度放大了很多倍)。就如同中國地圖上的京滬線,只有離京滬鐵路線比較近的地方,才能叫作“京滬線附近”。同理,只有離黑體軌跡比較近的地方才能叫作相關(guān)色溫,離黑體軌跡遠(yuǎn)了,有顏色坐標(biāo),有它在色度圖中的位置,但不能稱之為相關(guān)色溫,更不能叫色溫。有些廠家的變色溫濾色片是純黃色,還稱之為“降色溫濾色片”,這顯然是不知道色溫的基本概念。3標(biāo)準(zhǔn)照明體色度坐標(biāo)位置從色度學(xué)上講,物體的顏色既與物體本身的反射特性有關(guān),也與照射它的光源的光譜分布有關(guān)。后者正是應(yīng)該關(guān)心的重要問題之一。另外,不同的光源下景物的顏色也不同。例如,日光在一天中隨時(shí)間的不同,色溫也不相同;日出時(shí)太陽光發(fā)紅,中午時(shí)太陽光發(fā)白,陰天時(shí)天空光偏藍(lán)。為了在約定的某些具有代表性的光源下標(biāo)定物體的顏色,CIE推薦了4種標(biāo)準(zhǔn)照明體(色度坐標(biāo)位置見本文圖1中的實(shí)心黑點(diǎn)):(1)標(biāo)準(zhǔn)照明體A:代表的是2856K黑體輻射時(shí)的光線,其色度坐標(biāo)點(diǎn)落在x-y色度圖的黑體軌跡上。(2)標(biāo)準(zhǔn)照明體B:代表相關(guān)色溫大約4874K的直射陽光,其色度坐標(biāo)點(diǎn)靠近黑體軌跡。(3)標(biāo)準(zhǔn)照明體C:代表相關(guān)色溫大約為6774K的平均日光,近似于陰天天空的日光,其色度坐標(biāo)點(diǎn)位于黑體軌跡的下方。(4)標(biāo)準(zhǔn)照明體D65:代表相關(guān)色溫大約為6504K的日光,其色度坐標(biāo)點(diǎn)位于黑體軌跡的上方。4種標(biāo)準(zhǔn)照明光源在x-y色度圖及u-v均勻色度圖的坐標(biāo)見表4。4氣體放電燈及l(fā)ed植物源對色樣的對比顯色指數(shù)是一種表述光源顏色的參數(shù)。對于LED光源來說,顯色指數(shù)顯得格外重要。(編者注:可參考本刊2010年11期《解析顯色指數(shù)CRI》和2010年12期《顯色指數(shù)CRI與色質(zhì)指數(shù)CQS》兩文。)人們通常認(rèn)為日光下物體的顏色“最正”,在定義顯色指數(shù)的時(shí)候,就把日光的顯色指數(shù)定為100,其他光源則是與日光比較。拿什么比較呢?當(dāng)然要拿幾種典型的物體色進(jìn)行比較。最初,用圖4中上面的8種色樣確定顯色指數(shù)。首先用日光照射“色樣1”,然后再用待測光源照射“色樣1”,看是否一樣,如果一樣,沒有色差,兩種光源的顯色指數(shù)一樣,用100(注意:不是百分?jǐn)?shù))表示;如果不一樣,根據(jù)待測光源與日光色差的大小,確定一個(gè)數(shù)值,例如95、90或50,表示待測光源與日光的色差大小,等等?！吧珮?”的顯色指數(shù)叫作“特殊顯色指數(shù)”,用R1表示。用同樣的方法得到R2至R8的這7個(gè)數(shù)值。然后取8個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值,叫做“綜合顯色指數(shù)”或“一般顯色指數(shù)”,即CRI,數(shù)值用Ra表示,即:色樣1至色樣8是具有中等飽和度的顏色。為增加CRI的準(zhǔn)確性,后來又增加了飽和度更高的6種色樣,即圖4中下面的6種色樣。然后取14種色樣的算術(shù)平均值。如果取14種色樣,公式(3)變?yōu)?這里存在一個(gè)問題,以公式(4)為例,如果某光源對于色樣9(紅色)的顯色性很差,如Ra=20。把Ra=20和其他特殊顯色指數(shù)均為100代入(4)式得:而另外一個(gè)光源對于色樣12(藍(lán)色)顯色性很差,如R12=20、其他特殊顯色指數(shù)均為100代入(4)式,得到的結(jié)果也是94.3。如果有第三個(gè)光源,R9=60、R12=60,其他12個(gè)特殊顯色指數(shù)都是100,得到的結(jié)果也是94.3。與日光相比,顯色指數(shù)越高,說明待測光源光譜越接近日光;顯色指數(shù)越低,說明待測光源比日光缺少的光譜越多。很顯然,顯色指數(shù)告訴我們,與日光相比,這些光源缺少的光譜成分及缺少的量多還是少,但卻不能顯示缺少的成分。如果把光源的顯色指數(shù)與光源的相關(guān)色溫“捆綁”在一起看就會(huì)發(fā)現(xiàn),第一個(gè)光源(缺紅光)相關(guān)色溫較高,第二個(gè)光源(缺藍(lán)光)相關(guān)色溫較低,第三個(gè)光源的相關(guān)色溫介于二者之間。由此可見,對于氣體放電燈及LED光源,把顯色指數(shù)與相關(guān)色溫“捆綁”在一起使用,能對光源的顏色做出更準(zhǔn)確的判斷。經(jīng)測試可以發(fā)現(xiàn),光源對于中等飽和度的顏色顯色指數(shù)很高,不代表高飽和度的顏色顯色指數(shù)也高;反之,光源對高飽和度的顏色顯色指數(shù)高,對于中、低等飽和度的顏色顯色指數(shù)肯定高?；谶@種情況,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所提出了“色質(zhì)指數(shù)”(CQS)的概念。在計(jì)算色質(zhì)指數(shù)的時(shí)候,另選了15種高飽和度的色樣,如圖5所示。與CRI的計(jì)算方法略有不同,CQS取的是15個(gè)特殊顯色指數(shù)的均方根值,即:如果某光源的15個(gè)特殊顯色指數(shù)中有2個(gè)為50,其他13個(gè)是100,取算術(shù)平均值為93.3,取均方根值為94.9;另一個(gè)光源有3個(gè)特殊顯色指數(shù)為50,其他12個(gè)是100,取算術(shù)平均值為90,取均方根值為92.2。取算術(shù)平均值和取均方根值,只有量的差別,沒有本質(zhì)差別。由此可見,有的光源CRI很高,CQS卻很低;另有一些光源CRI較低,CQS卻較高,這不是計(jì)算方法的原因,而是特殊顯色指數(shù)“數(shù)值的差異”造成的。在上面的計(jì)算中,假設(shè)2個(gè)或3個(gè)特殊顯色指數(shù)為50,不管是哪2個(gè)或哪3個(gè)特殊顯色指數(shù),計(jì)算結(jié)果都是一樣的。色質(zhì)指數(shù)同樣只能回答缺少的光譜成分,而不能回答缺少哪些光譜的問題。同理,把色質(zhì)指數(shù)與相關(guān)色溫“捆綁”使用效果會(huì)更好一些。事實(shí)上,如何表達(dá)光源的顯色性能,國際上還有不同看法。今年7月在南非太陽城舉行的第27屆CIE大會(huì)上,有關(guān)委員提出了表述顯色指數(shù)的9個(gè)不同提案?？梢?要在短期內(nèi)建