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自然光是显色指数最高的光源吗?

发表时间:2023-08-25

在提到光源的显色指数时,有客户疑惑;:自然光是显色指数最高的光源吗?关于这个问题,我们可以从显色指数的定义等角度进行了解。


自然光


显色指数是表示光源显色性高低的数值。为光源下物体颜色与参照光源下物体颜色相符程度的度量。CIE规定普朗克辐射体为参照光源,将其显色指数定为100,并规定8个颜色样品。如在一光源下,样品与参照光源下颜色相同,则该光源显色指数为100;若颜色改变,该光源显色指数低于100。

也就是说用来评判显色指数的“标准光源”,高色温时是Dxx天光模型,低色温时是黑体辐射体。

那么,显色指数最高的光源,也就分成两种:高色温时,是最接近天光的高压氙灯;低色温时是白炽灯/卤钨灯。因为他们本身就几乎是标准光源。

现在的LED,有很多“全光谱”的,也可以做到近乎接近理论最高值。

 

太阳光谱和黑体辐射光谱的比对


所以说显色指数最高的“光源”一定是自然光,它接近于黑体辐射。这是wiki上太阳词条下自然光谱和黑体辐射光谱的比对。可见非常接近但仍然有一点点差异。

此外,国际照明委员会规定5000K以下的低色温光源用普朗克辐射体作为参照光源,色温5000K以上的用标准照明体D作为参考光源。

 

可是实际上自然光仅仅指的是正午阳光 而不是夕阳 朝阳 因为那时候的大气折射使得红光更多 蓝光更少。这时候我们可以回头再看一下上面的图片 发现太阳的辐射实际上是接近一个特定的5777K的温度下的黑体辐射。大家都知道物体在加热的过程当中会发红(烧红)、发黄(钢水)、发白(灯丝)、最后发蓝(气割)。所以说我们所谓的理想光照应该是参照不同温度下的黑体辐射的光谱来看的。

但是很显然在低色温的情况下和高色温的情况下颜色是不同的。昏黄的白炽灯和明亮的卤素灯从原理上都非常接近黑体辐射 所以他们的CRI都很高。但是对于颜色的还原显然是不同的。不然相机的白平衡就没用了。这导致了不同色温下所谓的“显色性”更加见仁见智了。所以说这个CRI的参数也有不少人提出了相关的意见。

 

显色性探索


其中最重要的几条是:

1. 样本饱和度不够。CRI选取的8个颜色都是中等饱和度的。所以说现在选用15个颜色 其中就有某答主洋洋得意的R9红色。

2. 由于误差是平均分布的 所以相同CRI的两个光源的效果可能非常大。

3. 由于这个结果对于饱和度没有准确的指示 人更倾向于看到更加饱和的色彩 所以说低CRI的显色效果可能比高CRI更好。这是摘自北京大学绿色照明系统中心 金鹏先生的LED显色性探索一文的图片,很容易看出区别。

4. 不同色温下的标准光本身显色性就可能很差。最终的照明场景是给人看的而不是给机器看的。所以有了GAI(Gamut Area Index)。

 

显色性探索2


同样摘自金鹏先生的文章的对比图。一目了然。

事实上CRI这个标准的制定是在五六十年代搞出来的。那时候的光源类型还比较少 基本没有非连续光谱光源 故所以对于LED之类的光源的判定其实是很片面的。现如今显示器、数码影像以及光源的发展已经和那时天差地别 人们对于色彩还原的需求也是越来越高。现在主要采用色域和CRI相结合的方式来判定光源对于场景的颜色还原程度。

 

 

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