经常有网友提一些图像色彩重建质量分析的实际案例，大家的关注点往往在图像传感器、成像系统pipeline以及白平衡算法对色彩的影响，忽略了环境光源对色彩重建质量的影响。这一期我们就讲一下光源的color rendering index（CRI）对图像色彩的影响。
 
什么是color rendering index(CRI):
 
简言之，显色指数（CRI）是衡量光源准确体现其照明对象的颜色的能力。
也就是说CRI是给光源打分的一个指标，CRI越高（最高100），说明在这个光源下，物体呈现出来的颜色越准确。所谓‘准确’，就是人造光源与日光（自然光源）的比较。CRI是用来给人造光源打分的。
 
如何测量CRI
 
前面说过：CRI体现的是人造光与日光的比较。日光不是一个单一不变的光源，不同时间不同地理位置的的日光也不同，所以为了明确这种比较的对应关系，就要引入色温的概念。黑体加热到某个温度辐射出可见光，这个温度就用来表征对应可见光的特征，这就是色温的概念，单位是Kelvin或者Mired。
 
如下图人造光源X与日光ｏ都在6000k的等色温线上，对光源X的CRI测量即其与6000k日光的比较。


把人造光源X照射到测试色彩样板（TCS）上，TCS共有15个色块构成。
日光o照射下的TCS颜色是已经测量好的，只需要把人造光源X照射下的TCS反射颜色测量出来，与日光下的色彩进行逐一比较，每一个色块会计算出一个TCS分数Ri：这样每个色块的色彩准确度都有一个分数。


General CRI 是R1 到 R8的均值。（美国的CRI指Gerneral CRI）
Extended CRI 是R1 到 R14的均值。（欧洲和中国的CRI指Extended CRI）
TCS15这个patch是日本学者提出的亚洲人肤色，但是这个颜色并不难复现，所以在美、欧、中的计算体系中都未引入这个色块。
 
对于非日光色温的光源如何来计算CRI
 
CRI标准定义了5000K及以上的色温，用日光光谱为参照来做比较。对于5000K以下，用Plankian Radiation Spectrum来做比较。PlankianRadiation也就是前面说的用加热的方法得到的光源，我们常见的白炽灯（incandescent），卤素灯（Halogen）都是这类光源。
比如待测光源色温是3000K，就用3000K的Halogen作为比较参照。
 
色差与光谱
不论是相机还是人眼，成像设备的色彩重建准确性都会受到光源的影响，要得到某个颜色的响应，这个波长的光一定是在光源中存在，物体反射这个波长的光到成像系统，这样成像系统才能准确重建该颜色。
对于日光，它包含了全部可见光波长的光（如下图所示），所以人类感知到所有的这些颜色，进而颜色科学准确定义了每一个颜色。


而人造光源，由于使用材料，发光原理的不同，在光谱上的分布千差万别，在某个波长上强度也差异很大，从而影响了成像系统的色彩重建准确性，对于相机来说，图像色差会严重地被光源所影响。
5000K色温，CRI85的光源与CRI95的光源光谱比较如下图所示。


同样5000K色温，CRI85（左）与CRI95（右）光源得到的图像色彩比较如下图所示。

CRI的应用
CRI评价光源显色性优劣，用来选择光源应用在不同的场合。比如大部分的室内商业照明环境，光源CRI要大于80。
对于一些审美要求比较高的场景，比如服装展示，博物馆等，对色彩准确性要求高，要用CRI大于90的光源。
对于某些医院，纺织，印刷工业的工作场合，不仅CRI要高，对每个特定颜色的Ri也要有特定要求，这就需要在选择光源时参考更精细的测试报告。

--文章转载自微信公众号《大话成像》，知乎专栏《all in camera》原创文章