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显色指数(CRI)及其对图像色彩的影响
  • 分类:测试技术
  • 原作者:Maver Jiang
  • 时间:2020-10-16
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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R R8的均值。(美国的CRI指Gerneral CRI)

Extended CRI 是R 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

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Maver Jiang
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