一. 什么是光源的显色性？
20世纪，电光源取代蜡烛、油灯、燃气灯，成为室内与室外照明的主要人造光源。在降低成本、提高能效、保护环境的多重目标驱动下，先后出现了气体放电灯、弧光灯、白炽灯、卤素灯、荧光灯、半导体光源灯等多种类型的电光源。作为照明用光源，照明的品质无疑至关重要，而显色性是影响照明品质的关键因素，如何定义光源的显色性也就成为一个亟待解决的问题。当我们谈到颜色，一般是指在明视觉条件下，也就是在照明良好的环境下观察环境（如天气晴好的白天在道路上驾驶机动车，夜间在室内的台灯下读书），这些称作物体色，或在照明不良的环境但光源本身足够亮（如在影院观影，夜间在照明不良的道路上观察红绿灯），这些称作光源色。数学上，物体色形成的过程，可看作是光源的功率谱密度函数，被物体的光谱特性（如反射谱、透射谱等）与人眼的吸收谱加权而后积分的过程。在千百万年的进化中，人类色觉已适应了以日光为主的照明环境，而日光与曾广泛使用的白炽灯都属于热光源。热光源的功率谱密度是连续的且能量广泛分布于可见波谱，故可视作许多不同色的单色光源同时辐射能量，而物体的作用只是对其中一些单色光进行了选择性吸收。或者说，物体色其实是光源自带的，只是物体把这部分颜色显现出来了。试想，如果用单色光源（如绿色激光器）照明，那么，所有物体都将呈绿色。不难看出，光源的功率谱密度直接影响了物体色。
若将功率谱密度看作是高维空间的向量，那么光源色的形成，可以看作是一个高维空间的向量在三维空间的投影，这种多对一的投影正是同色异谱现象的成因，也就是说，颜色非常相近（甚至一致）的多个不同类型的光源，其功率谱密度可能相去甚远，导致了物体色的差异。若以功率谱密度来表征光源的显色性，存在两个问题：一是，功率谱密度是一个函数，不容易评价；二是，很难从功率谱密度直接看出它对物体色的影响。照明的目的是为视觉感知环境提供必要的辐射，因此，对于照明用光源，我们更关心其对物体色的影响。因此，在 CIE 发布的《国际照明词典》（第二版）中，光源显色性的定义为："effect of an illuminant on the perceived colour of objects by conscious or subconscious comparison with their perceived colour under a reference illuminant"，简言之，一个照明体的显色性，体现为它与参考照明体产生的物体色差异。因此，同一组物体，在一个照明体与参考照明体下的颜色差异愈小，它的显色性也就愈好。仍然以绿色激光器照明为例，除在热光源照明下本就呈绿色的物体外，对其他颜色的物体来说，绿色单色光源谈不上任何显色性。从这个意义上说，热光源是一种比较理想的参考照明体。
二.什么是 CRI（显色指数）？
CIE（国际照明委员会）于1948年推荐了一种波段法来评价光源的显色性，这种方法的实质是将可见光谱分为8段，并功率谱密度简化为8个数字，以便比较光源的差异。随后，CIE 请求各国进一步研究光源的显色性问题，并于 1955年为此设立了一个技术委员会，该委员会于 1964 年发布了一份中期报告，并决定从当时的两个提案（即波段法与色移法）中选择一种作为最终的显色性评价方法。色移法的实质是比较一组颜色样本在待评价光源与参考照明体下的色差。实验数据表明，波段法对某些荧光灯兼容性不佳，而色移法的结果令人满意。最终，该委员会决定使用孟塞尔色立体中的8个样本（这8个样本的色相平均分布，明度相似，饱和度不高），随后正式发布了技术报告CIE 13-1965 《Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources》，定义了光源显色性的测量与计算方法。这一版本使用CIE 1960 UCS (u, v)色品坐标，并使用平移法来补偿两种光源的差异对样本的影响。1967年，该委员会受命开始对第一版的修订，增加了6个样本（肤色、树叶与4个高饱和度样本），改用von Kries色适应来补偿两种光源的差异对样本的影响，并引入了CIE 1964 U*V*W*色空间，第二版于1974年发布，这一版定义的显色指数及计算方法一直沿用至今。1995年发布的第三版更正了此前的一些错误，并更新了术语与一些数据处理方法，关键技术部分未做更改。
显色指数的计算步骤如下：
1.  使用 CIE 1931 x(λ)y(λ)z(λ)2°标准观察者，在 CIE 1960 UCS 色彩空间中找到待评价光源的色度坐标；
2.  在 uv 色品图上找到最接近普朗克轨迹的点来确定测试源的 CCT（相关色温）；
3.  如果测试源的 CCT < 5000 K，则使用绝对黑体作为参考照明体，否则使用 CIE D 系列标准照明体作为参考照明体。待评价光源与参考照明体应具有相同的 CCT；
4.  确保测试源与普朗克轨迹的距离在 CIE 1960 UCS 中小于5.4×10-3，因为 CCT 及显色性仅针对近似“白色”的光源；
5.  将十五个标准样品中的前八个分别置于待评价光源与参考照明体下；
6.  使用CIE 1931 x(λ)y(λ)z(λ)2°标准观察者，在CIE 1964 （U*, V*, W*）色空间中确定每个样本的位置；
7.  通过 von Kries 色适应变换补偿待评价光源与参考照明体的差异给样本带来的影响；
8.  对于每个样本，计算每个样本在待评价光源与参考照明体下的色坐标之间的欧式距离△Ei；
9.  使用Ri=100- 4.6△Ei 计算某一个特定样本的 CRI（显色指数）；
10.  所有样本的显色指数的算术平均值，即为一般 CRI (Ra)。
由上述计算步骤可知，CRI 的最大值为 100，数值越大表示该光源的显色能力越强，在其照明下得到的物体色越接近日光或绝对黑体照明下的效果。由于 CRI 由一个数字构成，其简单易用性在照明光源的评价与对比中得到了广泛的应用。
三. 显色性评价方法的演进
近年来，以LED为代表的半导体光源，因其能效高、寿命长、外形小巧、耐振动等特点，在道路照明、建筑照明、城市照明等领域的应用越来越广泛，在很多场合已逐渐取代传统电光源。人们发现，如果使用 CRI 评价包括白色 LED 在内的多种类型的电光源并按照 CRI 数值排序，那么，这个排序与主观排序结果不一致。潜在原因之一是 CRI 是一个平均值，可能无法很好地表征每一个样本的色还原，假如某一种光源在某一个样本上的显色性不理想，其 CRI 受到的影响有限，然而主观上这个不理想的样本会导致对该光源的显色性整体评价不理想。潜在原因之二是，LED 的辐射的能量常集中在若干波段，这样的功率谱密度与绝对黑体差异明显，故 CRI 较低，然而，假如这些波段与物体反射谱的特征形成某种关系，其主观评价结果可能较参考照明体更为理想，例如一种白光 LED 在红色波段有相对集中的能量，可以非常好地呈现9号样本的高饱和红色。为此，CIE于2007年发布了177号技术报告《Colour Rendering of White LED Light Sources》，介绍了技术委员会1-62的结论，即对一组包含白色 LED 的光源进行显色性对比及排序时，CIE CRI 一般不适合用来预测排序结果。同时，该报告还对未来的显色性评价方法指出了方向，例如：
1.  颜色样本取自 Macbeth ColorChecker，而非 Munsell 色立体；
2.  使用了六种参考光源：D65、D50、4200K 普朗克辐射体 (P4200)、P3450、P2950 和 P2700，而非与待评价光源CCT相同的普朗克辐射体或日光照明体；
3.  使用 CIE 1994 色适应公式，而非 von Kries 变换；
4.  在 CIELAB 中计算色差；
5.  将待评价光源和参考照明体均转换为 D65 色度（因为 CIELAB 色空间在日光照明下的测试最为全面）。
2015年，CIE发表声明，公开了半个世纪前提出的 CIE CRI 需要改进的立场，并表示技术委员会TC 1-90、TC 1-91正在开发新的颜色忠实度及颜色偏好度评价方法。其中，TC 1-90 将 IES（美国照明学会）于2015年发布的 TM-30 作为其颜色忠实度评价方法的基础，这一工作的结果是 CIE 于 2017 年发布的 224 号技术报告《CIE 2017 Color Fidelity Index for Accurate Scientifc Use》。该报告提出了一个较 CIE CRI 更为现代、严谨的光源显色性评价方法，亮点包括更新的色差计算方法、更均匀的色空间，以及更丰富的颜色样本（99个），这一新的指数 Rf 用表示。
四.显色指数的要求
中华人民共和国国家标准 GB/T 26189-2010《室内工作场所的照明》（等同采用ISO 8995:2002／CIE S008／E:2001）、GB 50034《建筑照明设计标准》以及欧洲标准 EN 12464-1《工作场所的照明》均规定：Ra 小于 80 的光源不应用于人们长时间工作或停留的室内。意大利标准 UNI 10380:1994《采用人造光的室内照明》，根据不同应用对光源显色性的要求，将显色指数分为五个等级：
由于功率谱密度的差异，不同类型的光源，具有不同的显色指数。在照明工程中，可根据具体的照明需求来选择相应的光源，以满足工作任务对显色性的要求。
五.相机像质测试用光源的选择
对于物体色评价、相机颜色特性评估、ISP调优等应用，需要选择与目标照明体匹配的光源，方能得到预期的测量结果。此时，光源更像一台仪器，要精确还原出用户需要的照明体的光谱特性，而不是仅仅盲目追求高显色指数。光源如果采用多通道光谱拟合技术，可模拟包括绝对黑体在内的各种照明体的功率谱密度。在模拟D50-D75的标准日光时，显色指数非常优秀，具有卓越的显色能力。利用多光谱灯箱能够精确模拟自然光的功率谱密度，‌可以避免普通LED的光谱不连续、不均匀导致的颜色失真问题，有助于在需要精确颜色匹配的相机及传感器校准和测试等工作中提高准确性和可靠性。此外，多光谱光源也可模拟单色光等特殊光照条件，复现高饱和色环境下的色彩溢出等特殊问题。基于多光谱可调LED照明技术的光源，通过不同的LED发射的辐射照度进行拟合光谱，在实验室中可重现其他光源光谱。光源基于算法与模拟效果，采用优选的几十种不同峰值波长的 LED，模拟多种照明场景。其主要应用为影像测试、色彩还原、照明机构、物体色视觉评价、相机及传感器的测试和校准，具体如日光模拟器、多种光谱模拟、物体显色性、白度评价等等，包括从标准光源到不同单色光源的切换。
实测中，多光谱光源可以精确复现2000k-20000k范围内的标准光源，保证相同光品质下照度可调，可快速导入光谱模拟光源（可配合兼容的颜色传感器实现光环境采样或校准，如CL-500A），也可以单独调节各通道以设计定制化光源，相比传统荧光灯有数倍的寿命以及极佳的光源稳定性。多光谱光源可以支持双侧补光，灯箱，以及吊装等多种安装配置，用以实现图卡拍摄，自动化测试，对色和搭建标准光源房等实验室方案。通过30+的通道实现准确的CIE标准光源以及外采光源拟合。
研鼎MSL系列光源，有不同型式，满足各类测试需求：

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