关于光源的参数指标: CRI和Ra

显色指数(CRI)是一个经常被误解的色彩质量指标。然而,对于任何颜色外观很重要的应用,考虑CRI是至关重要的。我们制定了以下指南,以帮助你了解它是什么,以及它如何能帮助你提高光的质量。
什么是显色指数(CRI)?
简单地说,显色指数(CRI)衡量的是一个光源准确再现它所照亮的物体的颜色的能力。这是一个看似简单的定义,但有很多事情要做,所以我们将帮助把它分解成三个部分

第一部分:显色指数(CRI)是一个分数,最高为100分

衡量一个事物的能力是什么意思?就像考试成绩一样,CRI是在一个量表上测量的,数字越大代表能力越高,100是最高的。CRI是一个方便的指标,因为它以一个单一的、量化的数字表示。CRI值在90及以上被认为是优秀的,而低于80的分数一般被认为是差的。(下面有更多关于这方面的内容)。

第二部分:显色指数(CRI)用于测量人工、白光源

光源可以分为人工光源和自然光源。在大多数情况下,我们关注的是人工照明形式的色彩质量,如LED和荧光灯。这是与日光或太阳光–自然光源相比。

第三部分:显色指数(CRI)测量和比较人工照明下物体的反射颜色

首先,快速复习一下颜色的工作原理。自然光,如太阳光,是可见光谱中所有颜色的组合。阳光本身的颜色是白色的,但物体在阳光下的颜色是由它所反射的颜色决定的。例如,一个红苹果看起来是红色的,因为它吸收了光谱中所有的颜色,只有红色是它反射的。

当我们使用人工光源(如LED灯)时,我们试图 “再现 “自然日光的颜色,使物体看起来与自然日光下的颜色相同。有时,再现的颜色会显得非常相似,有时则非常不同。CRI所衡量的正是这种相似性。正如你在我们上面的例子中所看到的,我们的人工光源(5000K CCT的LED灯)并不能像自然日光(也是5000K CCT)那样再现红苹果的红色。但是请注意,LED灯和自然日光具有相同的5000K颜色。这意味着光的颜色是相同的,但物体看起来仍然不同。这怎么可能呢?

如果你看一下我们上面的图形,你会发现我们的LED灯与自然日光相比有不同的光谱组成,尽管它是相同的5000K白颜色。特别是,我们的LED灯缺乏红色。当这种光从红苹果上反弹时,没有红光可以反射。因此,红苹果不再具有自然日光下的那种鲜艳的红色外观。CRI试图通过测量各种物体在光源下被照亮时的颜色的一般准确性来描述这种现象。

CRI是看不见的,直到你把它照到一个物体上,正如我们上面提到的,同样的光色可以有不同的光谱组成。

因此,你不能仅仅通过观察光线的颜色来判断一个光源的CRI。只有当你把光照到各种具有不同颜色的物体上时,它才会变得明显。

CRI是如何测量的?

计算CRI的方法与上面给出的视觉评估的例子非常相似,但一旦测量了有关光源的光谱,就会通过算法计算来完成。首先必须确定有关光源的色温。这可以从光谱测量中计算出来。必须确定光源的色温,这样我们才能选择适当的日光光谱来进行比较。然后,有关的光源将被虚拟地照射到一系列被称为测试色样(TCS)的虚拟色块上,并测量其反射的颜色。一共有15个色样。

我们还将准备好一系列相同色温的自然日光的虚拟反射色测量。最后,我们比较反射色,并通过公式确定每个色块的 “R “分数。这些TCS分数中的每一个都被称为Ri,其中R代表渲染分数,i是TCS指数编号。例如,TCS4(”中度黄绿色”)的分数将被计算并标为R4。一旦每个R值被计算出来,就可以计算出两种类型的CRI,称为一般CRI和扩展CRI。

一种特定颜色的R值表示光源忠实地呈现该特定颜色的能力。因此,为了描述一个光源在各种颜色中的整体显色能力,CRI公式采用R值的平均值。哪些R值和多少R值被平均化取决于你使用的CRI定义–一般CRI(Ra)或扩展CRI。

一般CRI
一般CRI计算为R1到R8的平均值。在公式上,这通常被称为Ra,其中a是 “平均 “的缩写。
注意,只有R1到R8被使用,R9-R15在计算Ra时不被使用。

扩展CRI
扩展CRI是以R1到R14的平均值计算的。有时使用符号 “Re”,其中字母 “e “表示 “扩展”。
值得注意的是,扩展显色指数可以捕捉到饱和颜色的影响,如深红(R9)和强蓝(R12),而一般显色指数却没有。
这是一般CRI的批评之一,因此,在进行色彩质量重要的项目时,查看扩展CRI和具体的R值总是一个好主意。

什么是Ra?

从技术上讲,Ra只是一般CRI计算公式中的一个符号,但已被广泛用作一般CRI的同义词。
换句话说,Ra也是R1到R8的平均值。在美国,CRI一词被用来指一般的CRI(R1-R8),而在世界其他地区则不一定如此。例如,在中国和欧洲,CRI通常用于描述扩展CRI(R1-R14)。

根据你的谈话对象,CRI可能具有非常不同的含义。我们的建议是,在与制造商和客户讨论这些指标时要明确。当讨论一般CRI时,最好使用 “CRI(Ra)”或一般CRI(R1-R8)。当讨论扩展CRI时,使用术语 “CRI(e)”、”Re “或扩展CRI(R1-R14)。通常情况下,扩展CRI比一般CRI使用的频率低,但当有疑问时,最好是澄清一下

非日光色温的情况如何?

为了简单起见,我们在上面的例子中假设了5000K的色温,并将其与5000K的自然日光光谱进行比较以计算CRI。但是,如果我们有一个3000K的LED灯,并想测量它的CRI呢?CRI标准规定,5000K以上的色温使用日光光谱,但对于低于5000K的色温,使用普朗克辐射光谱。普朗克辐射基本上是指任何通过产生热量而产生光线的光源。这包括白炽灯和卤素灯源。因此,当我们测量一个3000K的LED灯的CRI时,它是与一个 “自然 “光源进行评判的,该光源具有与3000K卤素聚光灯相同的光谱。(这是正确的–尽管卤素和白炽灯的能源效率很差,但它们产生了一个完整的、自然的和优秀的光谱)。

什么是常见的CRI值,什么是可以接受的?

对于大多数室内和商业照明应用,80CRI(Ra)是可接受的显色性的一般基线。对于色彩外观对室内工作很重要的应用,或有助于提高美感的应用,90CRI(Ra)或以上可以是一个好的起点。在这个CRI范围内的灯通常被认为是高CRI灯。出于专业原因,可能需要90CRI(Ra)的应用类型包括医院、纺织厂、印刷厂或油漆店。改善美感可能很重要的领域包括高端酒店和零售店、住宅和摄影工作室。在比较CRI值高于90的照明产品时,比较构成CRI分数的各个R值,特别是CRI R9,会有很大帮助。

CRI R9是用于计算扩展CRI的测试色样(TCS)之一。然而,许多制造商只报告一般的CRI,其中不包括CRI R9得分。(见这里的CRI扩展与CRI一般)。因此,CRI R9通常是判断光源显色能力的一个有用的补充分数,特别是当它涉及到反射光谱包含红色波长的物体时。仔细看看R9是如何计算的,以及其相应的测试色样(TCS9)是对任何需要了解光源色彩质量的人的一个共同建议。

什么是CRI R9?

R9是代表一个光源再现强红颜色的准确程度的分数。”准确 “的定义是与日光或白炽灯相似,这取决于色温。

就像每一个CRI R值的计算一样,R9是通过计算理论物体的反射颜色来计算的,其反射谱定义为TCS9。下面提供了反射光谱。

值得注意的是,TCS9的光谱几乎完全由红光组成。从光谱上看,我们把它看作是波长超过600纳米的光。这意味着,如果光源中没有足够的红光,就会使红色显得 “不正常 “或不同。下面是一个典型的LED光谱与参考光源(日光)的比较。在波长超过600纳米的地方,LED发出的红光非常明显地缺乏。因此,该LED的CRI R9值为-1.4。(这是正确的,一个负数!)尽管事实上,一般的CRI(Ra)为79。

为什么CRI R9很重要?

CRI R9是一个非常重要的指标,因为许多光源会缺乏红色内容,但由于CRI计算的平均值不包括R9,这一事实会被掩盖。如下图所示,一个光源实际上可以在前8个测试颜色样本中表现得相当好,在R1-R8中得分相当高。对于一般的CRI Ra指标,这意味着一个红色显色性差的LED仍然可以获得80的CRI(Ra)评级。

什么是好的CRI R9值?

尽管R9的最大可能值也是100,但与平均CRI数字不同,R9的判断方法应该有点不同。

在数学上,与构成CRI计算的其他R值相比,R9更难获得高分,而且对光谱变化更敏感。因此,50分或以上的R9分数将被认为是 “好”,而90分或以上的R9分数将被认为是 “优”。

因此,你会发现,市场上的大多数民用照明产品很少会指定R9值,而当他们指定时,很少会保证高于50的值。即使在专业照明产品(例如正印科技推出的用于专业图像质量测试用的光源产品),我们的普通级标准光源常常是R9>80或R9>90,由于R9的敏感性,我们仅对于极高要求的高端光源产品才能达到高于R9>95的光源,例如我们的多光谱光源,或者Premium 系列的定性化灯珠才能达到。

正印科技(ColorSpace) CS- SPLE系列多光谱光源箱

这是由于CRI利用了CIE 1960 uv色彩空间的计算,该空间的倾斜方式夸大了色度图中红色区域的色彩差异。由于CRI是对光源和参考源之间的色差进行量化的计算,计算出的色差越大,R值的下降幅度就越大。

为什么红色是如此重要的颜色?

红色是许多应用的关键颜色,包括摄影、纺织品和人类肤色的再现。

许多看起来不是红色的物体实际上是各种颜色的组合,包括红色。例如,肤色在很大程度上受到流淌在我们皮肤下的血液的红色的影响。

因此,缺乏红色的光线会使一个人看起来很苍白,甚至是绿色。这对医疗应用来说是有问题的,因为颜色外观对准确诊断至关重要。在其他应用中,如摄影,审美的外观是至关重要的,许多时候甚至在后期制作和数字编辑中也无法纠正。

在寻找高色彩质量的LED时,一定要询问CRI以及其R9值是比较好的参考。

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