光源的光谱特性对颜色评估的影响

颜色是一种感知,我们看到的颜色,是物体反射出来的光。光源不同,颜色的呈现就不同。

光是一种电磁波,不同波段的光有不同的应用:

人眼可以感知的部分是可见光,波长范围通常为380nm-780nm。自然光源和人造光源大多是复色光,是不同波长下不同能量的单色光的组合。例如,下雨后,阳光通过空气中的水滴,经折射、反射和色散,不同波长的可见光被分离,我们就看见了彩虹。

光源光谱特性直接影响人眼或仪器对物体颜色的感知与判断:

光谱功率分布(Spectral Power Distribution, SPD)

不同颜色的光在不同波长下辐射不同的能量,能量与波长之间的关系就是光源的光谱功率分布(SPD),它是光源特性的完整的表现,也是决定光源色彩特性的核心参数。物体颜色由其反射的光谱决定,若光源缺少某段光谱,物体对应的颜色可能无法显现,因此,光源的光谱组成决定了物体颜色的呈现效果

在色彩管理技术中,光源(光谱功率分布)的选择成为评估颜色的首要问题。

色温(Correlated Color Temperature ,CCT)

色温是描述光源颜色的物理量,单位是开尔文(K)。当理想黑体被加热时,随着温度升高呈现出从红、橙、黄、白到蓝的颜色变化,这种颜色对应的温度就被称为该光源的色温。例如,加热到2800K的温度下发出的光近似于白炽灯泡的颜色,在5000K的温度下发出的光近似于正午日光。色温低,颜色偏黄暖,色温高,颜色偏蓝冷。


随着黑体温度的升高,发出的光的色相在色度图中的轨迹如下:


要注意的是,光源的色温相同并不代表它们的光谱组成一样。比如下面同为D65光源,光谱组成是不同的,色光分布更加连续和均匀的光谱(a和b),样品颜色的显色更好。

    

                   a                                     b                             c

显色指数(Color Rendering Index, CRI,Ra)

显色指数是衡量光源还原物体真实颜色的能力(0-100,数值越高显色性越好)。CIE规定太阳光的显色指数为100,白炽灯、卤素灯等连续光谱光源的Ra值接近100。为了确保对色的准确性,对色用的D65光源灯管要求显色指数Ra必须达到90以上。这样,在观察和评估物体颜色时,才能最大程度地接近物体在自然光线下的真实色彩状态。

日光是各个行业最常用的光源,但日光的光谱是不稳定的,不同气候、不同时间,相对光谱功率分布也不同,因此色彩评价要在标准统一的人工照明下观察。CIE基于同色异谱指数MIVIS和MIUV,将日光模拟器分为 ABCDE 五级(CIE S 012/E-2004,ISO/CIE 23603:2024),评价人造光源对CIE日光光源的复现程度和品质,其中A级最佳,E级最低

参考文献:CIE S 012/E-2004,ISO/CIE 23603:2024 Standard method of assessing the spectral quality of daylight simulators for visual appraisal and measurement of colour

我们看到的物体的颜色取决于光源的颜色,光源的光谱特性决定了颜色评估的准确性,选择并统一合适的光源,是颜色沟通和管理的关键。

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