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色彩课堂 | 光源应该怎么选?D65和TL84的区别是什么?
  • 分类:测试技术
  • 原作者:X-rite
  • 时间:2020-08-31
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“万物生长靠太阳”,太阳给予了地球无限的能量,万物方可显现出无限生机,人类才得以延续生存。太阳主要是通过光来传递能量的,不仅如此,太阳光带来的缤纷色彩让我们获得丰富的视觉享受。


今天课堂讲的题目是:  


光源


光是一种电磁波,一般以波长对电磁波进行分类,不同的波段有不同的应用:



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对于色彩,眼睛可以感受到的范围是380nm-780nm (其中400nm-700nm较为显著),可以说是电磁波的麟毛一角。在这个范围中,包含了几乎所有的色彩。日常看到的白光实际上都是由这个范围色光组成的。为了实现颜色评估的标准化,CIE(国际照明委员会)制定了应用于颜色评估的常用光源标准,并且制定了对不同光源的性能评价方法,下面分别予以介绍。



颜色评估常用的标准光源有四种:


(1)D65光源,平均日光。为各个行业常用光源,模拟白天的户外太阳光。


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(2)A光源  白炽灯光。色光偏黄,主要用来模拟橱窗射灯和同色异谱的评估。


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(3) F2,CWF光源,Cool White Fluorescent,冷白荧光。为北美商店常用光源,出口北美的产品通常有此光源要求。


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(4)F11,TL84光源,窄频带白荧光。为欧洲商店常用光源,欧洲产品通常要求在此光源下评估。


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光谱功率分布是指发光体的光谱密度(功率)与波长之间的关系,类似于物体的反射光谱。光谱功率分布是光源特性的最完整的表现,可以说是光源的指纹。不同类型的光源其分布曲线是不同的,380-780nm范围内的色光越平衡均匀,对于物体的颜色再现就越好。下面图是几种常用光源的光谱功率分布。


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无疑光谱功率分布对光源的色光特性进行了最完整的展示,但是数据量很大,以5nm为间隔,380-780nm范围内有101个数据,不易于交流和传播。


对于不同的光源,眼睛能一眼识别的是其综合的色光偏向。CIE的xy色度坐标可以用来表示光源的综合色度位置。这个色度坐标的x轴上越大越红,y轴上越大越绿,若两者同时变小则向蓝相移动。其中坐标点(0.33,0.33)为纯白色,所以D65坐标点(0.31,0.32)为白色略带蓝色光。我们把它定义为色品。

   

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常用的光源通常为白色,要么偏红偏黄,要么偏蓝,那么是否可以用一个参数来表征光源的色相呢?为此,CIE定义了色温CCT的概念来用一个参数表征光源色相特性。黑体(又称为完全辐射体)正常情况下是不发光的,当对其进行加热时,随着温度的不同,它会发出不同色相的光;那么就可以以对应的温度值来定义光源的颜色。当温度较低时,黑体会发出红光;当温度升高时,红光会向黄色转变;进一步升高,会发出白光;再高时,会发出蓝光。这样,随着温度的升高,发出的光的色相会在色度图中划出一个如下轨迹:


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这个温度用来表示光源颜色时,称之为色温,此处使用的温度单位为开尔文(Kelvin,K)。比如A光源,其色温为2890K;D65光源,对应色温为6500K;F2光源,色温为4150K。


即使目视为相同色光的光源,照射在同一个样品上,反射的色光也有可能是不同的;有的灯光下样品的颜色丰满饱和;有的灯光下颜色单调难看;也就是说,不同光源的显色性能是不同的,这是由于光源的光谱能量分布不同造成的。


比如下面同为D65光源,但左边的显然所含色光更加均匀分布,样品的颜色在这种灯光下显色性能更好;相反,右边的出现了很多波峰和波谷,丢失了一些色光,这种灯光下样品的颜色可能会有一定的丢失。


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基于此,CIE制定了显色指数CRI来描述光源的这种特性,指光源对于样品自然原色的呈现程度,范围为0-100,越大代表光源的显色性能越好。白炽灯及太阳光的颜色指数为100,TL84为86,CWF灯管只有65,所以在一般的荧光灯下样品的颜色无法得到很好的体现。


日光是各个行业最为常用的光源,但日光的模拟却是最难的。为了描述人造光源模拟CIE日光的相似程度,CIE制定了不同等级日光等级来评价模拟D65日光的品质。等级分为ABCDE级,其中A级最佳,与CIE的D65光源有很好的匹配;E级最差。


光源的强度或者亮度是很重要的指标,直接关系到照射到样品表面的光的强弱。国际单位是坎德拉(cd,candela)。1cd即1000mcd是指单色光源(频率540X10^12HZ)的光,在给定方向上(该方向上的辐射强度为(1/683)瓦特/球面度)的单位立体角发出的光通量。


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但我们更关心的是光照射到样品表面的强度,一般用照度来表示,指单位面积上所接受可见光的光通量。单位勒克斯(Lx,Lux)。ASTM制定了相关的照度标准,用来更加准确地评估不同颜色深浅的样品。根据样品颜色推荐照度从下表看的很清楚,其中样品颜色为浅色推荐照度为540 Lx,其中样品颜色中等深度颜色,普通评估推荐照度为810-1880 Lx,其中样品颜色为中等深度颜色,需精确评估推荐照度为1080-1340 Lx,其中样品颜色为深色推荐照度为2150 Lx。


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下表是各类光源的适用场所,大家可以根据需要选择相应的光源


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课程小结

(1)光是一种电磁波,对于色彩,我们眼睛可以感受到的范围是380nm-780nm (其中400nm-700nm较为显著)

(2)颜色评估常用的标准光源有四种:D65光源,A光源,CWF光源,TL84光源

(3)对于不同的光源我们可以从色品,色温,显色指数和光谱功率分布等方面进行评价

(4)一般根据客户要求或相关标准来选择合适的标准光源。



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