白光LED 颜色质量评价方法研究

By | 2020年7月24日

  1 显色指数与光源颜色品质评估


  现在人们对室内照明品质的要求愈来愈高,照明评估也从过来以照度为次要目标,向基于温馨性的综合评估倒退。此中光源的颜色品质( colorquality) 是决议室内照明成果的首要目标之一。


  1. 1 显色指数(CRI) 存正在的缺点


  正在过来数十年, 国内照明学会( CIE) 制订的显色指数(CRI) 是最罕用的评估颜色品质的指数。但跟着新光源的呈现以及钻研的深化,其存正在的成绩也日趋凸显[1]。依据CIE 关于显色性( colorrendering) 的界说,它是指与参考照明体下的色表相比拟,一个光源关于物体的色表孕育发生的成果[2]。用于评估的指数即显色指数CRI ( Color RenderingIndex)。


  美国[3,4]、匈牙利[5 ~ 8]、法国[9 ~ 11] 等钻研者均发现,CRI 正在用于评估光源,尤为是LED 的显色性时,存正在许多成绩,如色空间没有平均、颜色样品数目少且饱以及渡过低等。不只如斯,用光源的显色性来评估颜色品质自身存正在着成绩。依据显色性的界说,其评估的是光源关于物体正在参考照明体下的颜色复原性( color fidelity) ,以是不论物体的色表往甚么标的目的偏偏离,显色指数城市升高。但实际运用中,假如光源使颜色饱以及度添加,能够进步视觉明晰度以及视亮度,以是单纯用显色指数来评判光源颜色品质是没有片面的[12]。基于以上思考,CIE 正在2007 年的技巧陈诉[13]中明白提出: 今朝的显色指数CRI 不克不及无效反映包罗白光LED 正在内的白光照明光源的显色性好坏。


  1. 2 新的光源颜色品质评估体系的构成


  为了修改CRI 的一些成绩,美国NIST 的WendyDavis 以及Yoshi Ohno[14,15] 开发了一套新的评估零碎CQS (Color Quality Scale)。但该零碎次要基于数学较量争论开发,其牢靠性仍有待更多的视觉试验验证。例如Nicola Pousset 等人[16] 将其颜色偏偏好度试验后果与各光源的CQS 值进行比拟,后果发现CQS 值正在反映实在颜色品质上没有尽人意。


  要片面地评估光源的颜色品质,需求思考不少要素, 如颜色复原性, 色彩的区别度( huediscrimination) ,颜色娇艳度( vividness) ,人们对颜色的偏偏好度( preference ) , 视觉明晰度( visualclarity) ,视觉温馨度等等。今朝为止国内上未构成对立的光源颜色品质评估体系,但有一点能够一定:决议光源颜色品质的是人的视觉感触。因而,咱们需求基于年夜量的视觉试验来确定该评估体系。


  今朝的钻研次要采纳的办法可演绎为: 放弃桌面照度或眼帘标的目的亮度相反; 并保障各待测光源具备靠近的色温或色坐标; 被试进行的视觉义务次要有: 调查颜色复原性( 即显色) 的色差评估; 调查偏偏好度、娇艳度、调和度等的客观评分; 调查颜色区别度的辨色试验。但今朝年夜多钻研均为视觉试验后果与显色指数CRI 的比拟,并已取得明白论断,关于CQS 体系的验证仅含颜色偏偏好度,没有含颜色复原性等其余方面的钻研,因而另有待欠缺。别的,年夜局部视觉试验针对欧洲人群,因为货色方人群的颜色偏偏好差别,其后果未必实用于亚洲人。因而,本试验对光源的CRI 以及CQS 均进行了较量争论,并基于视觉试验考量了颜色复原性以及颜色偏偏好度两方面特点,以期正在CQS 零碎的牢靠性验证方面作出欠缺,并为颜色品质评估的视觉试验增补亚洲人样本。


  2 试验办法


  试验拔取了5 种光源,此中2 种卤素灯、2 种LED 以及1 种松散型荧光灯(CFL) ,均为市场上的高端产物,此中卤素灯作为相反色温下的参考光源。光源根本信息见表1, 依照色温将5 种光源分为6500K 组与5000K 组两组进行,离开进行视觉试验。起首采集了各光源的绝对光谱功率散布, 见图一、图2,光谱采集仪器为STC3000 光谱仪,而后基于光谱较量争论了CRI 以及CQS 两类指数。


  



  视觉试验正在一暗室内进行,制成两个自力的隔间,如图3 所示。隔间顶部装置有光源,没有孕育发生眩光,平均照耀正在桌面上,两隔间桌面均匀照度均为500lx。


 





  试验采纳被试者内设计( within-subjects design)的办法,拔取10 名被试,此中5 男5 女,春秋为20至24 岁,均具备失常的视力或改正视力,且通过挑选,无色盲等其余眼疾。行使对消试验前提的设计( reversal experimental condition design) ,每一位被试均参加一切试验前提下的三组试验义务。第一项为色差的评分。试验采纳的MCC 色卡是CIE 规则的用以比拟待测光源与参考光源色差的规范办法。试验时,正在两个隔间桌面上辨别搁置MCC 色卡,隔间一边搁置待测光源( CFL 或LED) ,另外一边搁置相反色温的卤素灯作为参考光源,令被试察看两套色卡中的24 对颜色样品,并对每一一对的色差进行打分。打分的规定是,起首将色差感触纳入VS ( very small,十分小),S ( small,较小),M (medium,中等) , L( large,年夜) ,VL ( very large,很年夜) 五个年夜类( 表2) ,而后再进行5 个等级的细分,最初以诸如VS4,L2 的方式示意。为便于统计数据,统计过过期将患上分转换为末尾行1 ~ 25 的数字。


  三项试验均为偏偏好度的评估。隔间内搁置了仿真花朵以及生果, 便于被试察看并作出判别。此中第二项为对各个光源的独自评分, 包罗从0( 十分没有喜爱) 到100 ( 十分喜爱) 的评分,以及从1( 十分没有喜爱) 到5 ( 十分喜爱) 的评分。第三项为两两比拟,令被试选出更喜爱的光源编号。



  

 

  3 试验后果与剖析


  3. 1 CRI 以及CQS 较量争论后果


  表3 显示了各个光源的CRI 以及CQS 较量争论值。关于显色指数CRI,除了了较量争论了普通显色指数(Ra) ,还较量争论了4 个高饱以及度非凡显色指数的均匀值R (9~ 12) ,另外还独自列出了9 号样品的非凡显色指数R9,由于R9 是高饱以及度白色样品,而今朝LED往往正在白色区域的显色性较差。由表可见,因为9号样品正在5 号光源下孕育发生过年夜的色差,R9 出现了负值。这也正证实了CRI 指数存正在成绩。CQS 的较量争论值里包罗了Qa,Qp,Qf 三种。CRI 中存正在的一个成绩是把无益于视亮度添加的饱以及度添加也作为色差,惹起CRI 值的升高,因而Qa 较量争论中将由饱以及度添加惹起的色差去除了正在外,而Qf ( fidelity) 则齐全按照显色性的颜色复原性这肯定义,未剔除了此类色差, 而Qp ( preference ) 则从偏偏好度角度思考,鉴于添加饱以及度能够进步偏偏好度,以是饱以及度添加惹起的色差岂但没有减小分数,反而额定添加分数。因而从后果能够发现, 三个CQS 值没有尽相反,1,2,3,4 号光源从全体上看都使颜色样品的饱以及度正在没有同水平上有所添加。


    


      3. 2 视觉试验后果与剖析


  24 个颜色样品正在没有同光源( 2 号6500K LED,3 号6500K CFL,5 号5000K LED) 与对应的参考光源( 同色温的卤素灯) 下的色差患上分后果如图4 所示。方差剖析( ANOVA) 显示, 对此中8 个样品,三种光源正在0. 05 的明显程度下有明显差别( 见表4)。经过进一步的两两比拟失去各光源正在一些颜色样品下的复原性好坏( 见图5) : (1) 关于样品4,11,16, 2 号( 6500K LED ) 优于3 号( 6500KCFL) ; (2) 关于样品7,18,3 号(6500K CFL) 优于2 号( 6500K LED) ; ( 3 ) 关于样品1,2,4,16,21, 2 号( 6500K LED ) 优于5 号( 5000KLED) ; (4) 关于样品1,2,7,18,3 号(6500KCFL) 优于5 号(5000K LED)。因而可知,关于没有同颜色样品,三种光源(6500K LED; 6500K CFL;5000K LED) 正在显色功能上各无利弊,显色指数高的CFL,未显示出特地劣势。


 





  3. 3 视觉试验与CRI、CQS 较量争论值的比拟


  对于颜色复原性, 基于显色指数CRI 以及美国NIST 提出的CQS 指数的较量争论,6500K 以及5000K 的LED 样品比6500K 荧光灯样品的显色性( 颜色复原性) 差,但基于颜色样品色差评估的视觉试验,该荧光灯样品较LED 未见显著劣势,关于没有同颜色的样品,它们的复原性各无利弊。


  人们对百般品的偏偏好度更是与CRI 以及CQS 天壤之别。此中,对饱以及度要素进行弥补的Qp 的较量争论值与Qa 有所区分,然而依然与实际的偏偏好度没有合乎。具备很高的CRI 以及CQS 值的6500K 卤素灯反而比同色温的荧光灯、LED 偏偏好度低。可能的缘由是,荧光灯以及LED 的光谱具备一些峰值,进步了一些颜色的饱以及度,使颜色更娇艳,物体更明晰。


  4 论断


  (1) 显色指数CRI 无奈反映光源显色性( 即对被照物体的颜色复原性) 的实际状况,更不克不及用以评估人们的偏偏好度;


  (2) 针对本次测试的样品,CQS 指数与显色指数CRI 较量争论值靠近,正在评估光源颜色品质的精确性上,与CRI 相比未见劣势。若CQS 要庖代CRI 成为新的规范评估体系,仍有待进一步的欠缺,进步其普适性;


  (3) 光源的颜色品质是一项综合性的评估,需思考显色性、偏偏好度等多种要素;


  (4) LED 正在进步某些颜色饱以及度、从而添加人们偏偏好度方面有肯定劣势,正在实际使用中可加以行使,如正在贸易照明中,提供白光一般照明的同时,正在照明蓝色、黄绿色商品时,可添加其颜色饱以及度,以进步商品吸引力。