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2022

LED顯色性標(biāo)準(zhǔn)CRI, TLCI, TM30, CQS？

來源：

　　1、什么是顯色指數(shù)？

　　顯色指數(shù)（Color Rendering Index），簡稱CRI。1965年CIE制定一種評價光源顯色性的方法，簡稱“測驗色”法，1974年修訂后，正式向國際推薦使用。此方法是用一個顯色指數(shù)量值表示光源的顯色性。光源的顯色指數(shù)是待評光源下物體的顏色與參照光源下物體顏色相符程度的度量。為了符合人類長期的照明習(xí)慣，ICE規(guī)定5000K以下的低色溫光源用普朗克輻射體作為參照光源，色溫5000K以上用標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照光源，設(shè)定參照光源的顯色指數(shù)為100。評價時采用一套15種試驗顏色樣品，其中1到8用于光源一般顯色指數(shù)Ra（Re為9-15），各試驗色樣的數(shù)值稱為特殊顯色指數(shù)Ri。顯色指數(shù)越高，說明光源顯色性越好，對物體的色彩還原能力越強(qiáng)。

　　對某一色樣i的顯色指數(shù)Ri稱為特殊顯色指數(shù)，由下式求得：

　　Ri=100-4.6?Ei

　　一般顯色指數(shù)Ra是由8個特殊顯色指數(shù)（i=1，2……8）去算數(shù)平均求得：

圖1CRI中采用的15種顏色樣品色卡

　　顯色指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)等級及使用場所：

指數(shù)(Ra)	等級	顯色性	一般應(yīng)用
90-100	1A	優(yōu)	需要色彩精確對比的場所
80-89	1B	良	需要色彩正確判斷的場所
60-79	2	普通	需要中等顯色性的場所
40-59	3	普通	對顯色性要求較低，色差較小的場所
20-39	4	較差	對顯色性無具體要求的場所

表1顯色指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)等級及使用場所

　　采用LED藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光可以實現(xiàn)Ra70，隨著紅色熒光粉的使用量不斷增加顯色指數(shù)逐漸提升達(dá)到Ra85，通過采用綠色熒光粉搭配紅色熒光粉組合方案，顯色指數(shù)可以達(dá)到Ra95甚至更高。下組圖為3000K與6000K的Ra80和Ra98的光譜對比圖，以及隨著顯色指數(shù)的提高，反映飽和紅色指數(shù)R9的變化。

圖2300K與6000K的Ra80和Ra98的光譜對比圖

不同顯色指數(shù)R9變化圖

　　通常我們所說的顯色指數(shù)Ra是基于光源對8塊標(biāo)準(zhǔn)色樣的顯色性得到的，8種顏色樣品都具有中等彩色和明度，都是非飽和色，它們用于衡量光譜連續(xù)且頻帶較寬的光源的顯色性具有不錯的效果，而對于波形陡峭且頻帶狹窄的光源則會產(chǎn)生問題，尤其體現(xiàn)在RGB LED光譜中。在國際照明委員會（CIE）2007年的技術(shù)報告中指出：目前使用的顯色指數(shù)CRI不能有效反映白光照明光源的顯色性好壞。

　　2、什么是CQS？

　　色質(zhì)指數(shù)（Color Quality Scale，縮寫為：CQS），由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所NIST（NationalInstituteof Standards and Technology）提出。與顯色指數(shù)CRI類似，CQS也是采用測顏色法，選取的是15種飽和色，它們平均分布于整個可見光譜中。所有15塊色樣都選自標(biāo)準(zhǔn)孟塞爾顏色樣品。

圖3CQS中采用的15種顏色樣品色卡

　　CRI是對8個特殊顯色指數(shù)取算術(shù)平均值，而CQS是先計算色差取15個數(shù)據(jù)的均方根值，即將n個值的平方和除以n后再開平方的結(jié)果，再通過相應(yīng)計算求得。這樣色差的權(quán)重得到增強(qiáng)，確保色樣間僅有的一些較大的色差，也對最終結(jié)果有較大影響。

　　對某一色樣i的色差采用均方根值計算，由下式求得：

　　CQS顯色指數(shù)的表達(dá)式為：

　　3、什么是TM-30？

　　TM30是北美照明工程學(xué)會（Illumination Engineering Society）提出的一套度量標(biāo)準(zhǔn)，全面評估光源顏色質(zhì)量的新指標(biāo)。IES評價照明光源顯色性方法（Methodfor Evaluating Lighting Source Color Rendition）于2015年8月發(fā)布，2015版本：TM30-15，2018版本：TM-30-18。使用顏色樣品以及比較它們在理想照明光源下的呈現(xiàn)效果，使用均衡分布在整個可見顏色空間和光譜中的99個顏色樣品。

圖4TM30中采用的99種顏色樣品色卡

　　1、保真度指數(shù)（Fidelity Index）Rf，是一個表明保真度從0到100，反映被檢測光源比較參照的白光光源對人眼所呈現(xiàn)的顯色效果，因使用的顏色樣品數(shù)量增加到99個，相較于CRI中采用的15個顏色樣品，其平均值顯得更合理。

圖5TM30-18與CRI中采用的顏色光譜曲線

　　特別值得注意的是，CES15和CES18更受關(guān)注，因為它們代表了人類膚色。與顯色指數(shù)Ri相比，TM-30-18的Rf、CESi更全面，可以評估更多顏色。

　　2、色域指數(shù)（Gamut Index）Rg，是一種被測試光源相對于參照光源所作的色域測量值，以評價呈現(xiàn)的顏色是過飽和還是欠飽和。對于色彩質(zhì)量良好的LED而言，Rg通常在80到120之間，分?jǐn)?shù)越高，表示整體飽和度越高。

　　為了更直觀地表現(xiàn)色域指數(shù)的效果，引入顏色矢量圖形CVG（Color Vector Graphic），顏色矢量圖形是非常直觀和信息豐富的工具，可以告訴我們顏色傾向于顯示某些顏色，使其看起來更生動，飽和度更高，相反其他顏色則顯得更暗淡，飽和度越低。對于要求顏色精度的照明應(yīng)用，需要平滑、均勻分布的矢量圖。另一方面，對于某些特定應(yīng)用，如零售業(yè)，為了增加其生動性，而使某些顏色過飽和。

　　矢量圖由16個顏色分類組成，黑色圓圈代表參考光源，紅色圈代表被測光源。黑圈以內(nèi)的顏色表示顏色欠飽和，黑圈以外的顏色表示顏色過飽和，相等為兩個光源無差別。

圖6TM30-18顏色矢量圖

　　3、參考光源：TM-30-18法將測試光源與不同的參考光源進(jìn)行比較，根據(jù)計算出的CCTs選擇不同的參考光源，以便進(jìn)行精確評估。

　　● CCT≤4000K普朗克輻射將作為參考光源。

　　● 4000K<CCT<5000K普朗克輻射與CIE日光光源的組合將作為參考光源。

　　● CCT≥5000K CIE日光光源為參考光源。

　　4、什么是TCLI？

　　TLCI（Television Lighting Consistency Index)全稱電視照明一致性指數(shù)，英國廣播公司BBC的工程師、光學(xué)專家羅伯特（AlanRoberts）先生與歐洲廣播聯(lián)盟（EBU，European Broadcasting Union）合作于2011年提出的色彩測量標(biāo)準(zhǔn)，與CRI以人眼觀測角度不同，TLCI由24個色彩測試樣本組成，通過數(shù)字化建模和軟件運算來評估攝影機(jī)對色彩響應(yīng)的結(jié)果，可以更加真實地反映LED光源在攝像機(jī)上的色彩表現(xiàn)。一般來說，TLCI越高，在攝像機(jī)拍攝節(jié)目時效果越好。它是通過光譜輻射測試儀對被測光源的光譜能量分布進(jìn)行測試，然后用分析軟件計算，得到TLCI的測試結(jié)果。

　　就TLCI的本質(zhì)而言，它規(guī)避了人眼和大腦非常寬容的動態(tài)觀看適應(yīng)性，而完全基于攝影機(jī)的響應(yīng)，因此一種光源宣稱有非常優(yōu)秀的CRI值，TLCI值卻很差，這種情況是非?？赡艿?，如果CRI與TLCI指標(biāo)都非常優(yōu)異，基本可以確定光源的素質(zhì)非常接近真實日光的光譜。因為不連續(xù)的光譜和光譜缺失，不可避免地會讓人眼和攝影機(jī)看上去不一樣。

圖8TLCI中采用的24種顏色樣品色卡

TLCI評分	應(yīng)用特點
85-100	色差非常小，達(dá)到廣播要求
75-85	需要少許后期調(diào)色
50-75	需要較多調(diào)色
25-50	色彩表現(xiàn)差，調(diào)色后很難達(dá)到廣播標(biāo)準(zhǔn)
0-25	色彩表現(xiàn)差，調(diào)色后無法達(dá)到廣播標(biāo)準(zhǔn)