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【技术】关于LED照明产品色彩清晰度的定性研究

2015-03-09 11:34
野明月
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  人类的照明技术从第一个灯泡发明到现在已经经过了135年的发展,光源的种类也从白炽灯、荧光灯、气体放电灯发展到新一代的LED照明光源。照明技术的发展有三个重要的指标,第一个是光效,第二个是寿命,第三个是显色指数。对于前两个个指标来说,随着照明技术的发展不断提高的,但是第三个指标显色指数并没有随着照明计算的发展而不断提高,主要原因是受限与显色指数这个指标的理论定义。

  国际照明委员会CIE对于显色性 CR(colorrendering)的定义是[9]:“与标准的参考光源相比较,一个光源对物体颜色外貌所产生的有意识和无意识的效果”。照明行业目前只有一个普遍接受的评价显色性的方法--显色指数CRI(colorrenderingindex),这个评价方法是通过一些科学家与光源制造企业共同努力下,在1960年提出。CRI基于“测试样品色彩位移法”,比较样品颜色在参考照明体和测试光源下的色差来评价光源的显色性,即色彩“真实性”或者称之为“自然度”[1]。显色指数中的“标准的参考光源”在5000K以下是黑体辐射的光谱,5000K以上是平均日光的光谱。白炽灯的发光机理属于黑体辐射,那么很显然,无论照明技术如何发展,白炽灯的显色性或显色指数都是最高的,其他先进的照明技术只要其光谱形态偏离参考光源的光谱其显色指数就将下降。

  P.J.Boum在1947年描述了日光作为理想的照明光源的几个原因:“在日光的照射下物体的颜色(1)有非常丰富的颜色,(2)能够轻易的分辨颜色的细微差异,并且(3)使我们周围的物体的颜色看起来非常自然”[2]。在Bouma的描述中我们能够知道,除了CR的概念外,还有其他概念描述光源的 “色彩质量CQ(colorquality)”[3],例如色彩清晰,色彩丰富等。

  本文调研了国内外关于照明光源的色彩清晰指标的相关研究现状,并借鉴相关研究方法进行视觉工效实验,分别对显色指数和色温与色彩清晰的关系进行了定性分析。实验结果表明,高色温的白光LED照明产品比低色温的有更加高的色彩分辨能力而且主观感受色彩更加清晰,并且显色指数与色彩清晰度相关性不大,因此不能用显色指数来评价LED照明光源的色彩清晰度。

  一、国内外研究现状

  色彩清晰可以分为两个方面,第一个为照明光源对于观察者分辨颜色能力的影响,第二个为照明光源对于观察者在此整体光环境下色彩清晰的主观感受。国内外许多研究者们对于LED照明光源的色彩分辨进行了许多研究工作。

  法国的研究者ElodieMahler[4]等人对单色的LED组成的白光光源的色彩分辨能力进行了研究。他们选用的测试光源是RGB(红、绿、蓝 LED)、RGBA(A为琥珀色)、WR(两个冷白色荧光粉LED和红色LED)、WWARGB(两个冷白光、两个暖白光荧光粉LED和琥珀色、红、绿、蓝LED组合),色温保持在4000±40K,照度在660±9lux,并且选用卤钨灯加滤光片作为参考光源。他们使用自制的C32色棋作为排序实验的工具。其结果显示RGB型的色分辨能力最差,WR和WWARGB的色分辨能力比参考光源更好。

  美国的MarkS.Rea[5,6]等人推荐使用CRI作为色彩自然的评价指数,GAI作为色彩鲜艳的评价指数,FSCI作为色彩分辨的评价指数,为此他们进行了许多相关的视觉实验。在一个实验中他们选用了5种白光LED和2种荧光灯,并且分为暖白、冷白、混合色温组,并且设置两种不同的照度。被试者在这些光源下进行FM100-huetest的色彩分辨能力测试,实验结果表明色彩分辨能力与照度有很大关系,照度提升色彩分辨能力也相应提高,同时结果表明CRI与色彩分辨没有相关性,但是GAI和 FSCI与色彩分辨有较好的相关性。

  目前的对于光源照明色彩质量的视觉心理实验的实验设计方法为:保持光环境桌面照度相同,并且将测试光源按照相近的色温分组。使用FM100色棋测试分析光源光谱对视觉色彩分辨能力的影响。

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