يعتبر مؤشر تجسيد اللون (CRI) مقياسًا كميًا لقدرة مصدر الضوء على الكشف عن ألوان الكائنات المختلفة بإخلاص بالمقارنة مع مصدر الضوء المثالي أو الطبيعي. من المستحسن استخدام مصادر الضوء ذات CRI عالية في التطبيقات الحرجة للألوان مثل رعاية الأطفال حديثي الولادة واستعادة الفن. يتم تعريفه من قبل اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) على النحو التالي:

تجسيد اللون: تأثير إنارة على مظهر لون الكائنات بمقارنة واعية أو لاشعورية مع مظهر لونها تحت إنارة مرجعية

لا يشير CRI لمصدر الضوء إلى اللون الظاهر لمصدر الضوء ؛ تلك المعلومات المقدمة من درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT). يتم تحديد CRI بواسطة طيف مصدر الضوء. تعرض الصور الموجودة على اليمين الطيف المستمر للمصباح المتوهج وطيف الخط المنفصل لمصباح فلورسنت. المصباح السابق لديه CRI أعلى.

غالباً ما يشار إلى القيمة “CRI” على منتجات الإضاءة المتوفرة تجارياً بشكل صحيح تسمى قيمة CIE Ra ، “CRI” كونه مصطلح عام و CIE Ra هو مؤشر تجسيد اللون الدولي القياسي.

عدديا ، أعلى قيمة ممكنة لـ CIE Ra هي 100 ولن تعطى إلا لمصدر مطابق لضوء النهار الموحد أو جسم أسود (المصابيح المتوهجة هي بالفعل أجسام سوداء) ، تنخفض إلى قيم سلبية لبعض مصادر الضوء. إن إضاءة الصوديوم منخفضة الضغط لها CRI سلبي ؛ تتراوح أضواء الفلورسنت من حوالي 50 لأنواع أساسية ، حتى حوالي 98 لأفضل نوع متعدد الفوسفور. تحتوي LEDs النموذجية على أكثر من 80+ CRI ، في حين يدعي بعض الشركات المصنعة أن مصابيح LED الخاصة بها قد حققت ما يصل إلى 98 CRI.

وقد تم انتقاد قدرة CIE Ra على التنبؤ بمظهر الألوان لصالح التدابير القائمة على نماذج المظهر اللوني ، مثل CIECAM02 وللمحاكيات النهارية ، CIE Metermism Index. CRI ليست مؤشرا جيدا للاستخدام في التقييم البصري ، وخاصة بالنسبة لمصادر أقل من 5000 كلفن (K). وقد تم تطوير نسخة جديدة من CRI ، R96 ، ولكنها لم تحل محل مؤشر Ra color color العام الأكثر شهرة.

التاريخ
يستخدم الباحثون ضوء النهار كمقياس لمقارنة أداء الألوان للأضواء الكهربائية. في عام 1948 ، وصف بوما ضوء النهار بأنه المصدر المثالي للإضاءة لتقديم ألوان جيدة لأنه “(ضوء النهار) يعرض (1) مجموعة كبيرة ومتنوعة من الألوان ، (2) يجعل من السهل التمييز بين ظلال طفيفة من اللون ، و (3) يبدو أن ألوان الأشياء حولنا تبدو طبيعية “.

في منتصف القرن العشرين ، اهتم علماء الألوان بتقييم قدرة الأضواء الاصطناعية على إعادة إنتاج الألوان بدقة. حاول الباحثون الأوروبيون وصف المواد المضيئة من خلال قياس توزيع القدرة الطيفية (SPD) في النطاقات الطيفية “التمثيلية” ، في حين قام نظرائهم في أمريكا الشمالية بدراسة التأثير اللوني للمضوئين على الأجسام المرجعية.

جمعت لجنة CIE لجنة لدراسة المسألة وقبلت اقتراح استخدام النهج الأخير ، الذي يتمتع بميزة عدم الحاجة إلى القياس الطيفي ، مع مجموعة من عينات Munsell. ستتم إضاءة ثمان عينات من ألوان متفاوتة بالتناوب مع اثنين من المصابيح ، ومقارنة لون المظهر. نظرًا لعدم وجود نموذج مظهر لون في ذلك الوقت ، فقد تقرر تأسيس التقييم على اختلافات الألوان في فراغ لوني مناسب ، CIEUVW. في عام 1931 ، تبنت الـ CIE أول نظام رسمي لقياس الألوان ، والذي يعتمد على الطبيعة ثلاثية الألوان للنظام البصري البشري. ويستند CRI على هذا النظام من قياس الألوان.

للتعامل مع مشكلة الاضطرار إلى مقارنة مصادر الضوء لدرجات حرارة اللون المترابطة (CCT) ، استقر CIE على استخدام جسم أسود مرجعي بنفس درجة حرارة الألوان للمصابيح ذات CCT أقل من 5000 K ، أو طور من معيار CIE الانارة D (ضوء النهار) على خلاف ذلك. هذا عرض نطاق مستمر من درجات حرارة اللون لاختيار مرجع من. كان ينبغي اختصار أي اختلاف في اللونية بين المنبعين المصدر والمرجع مع تحويل تكيف لوني من نوع Kries.

المبدأ
يعتمد المظهر الملون لسطح مضاء على خصائصه الفيزيائية ، تلك الخاصة بالضوء الذي ينيرها ، والضوء الرئيسي من وجهة نظر الراصد. مصمم الإضاءة والديكور يلعبان مع كل هذه التأثيرات: ضوء المصباح المتوهج مذهب في ضوء النهار الذي يأتي من النافذة. على المسرح ، الأصباغ سطح رمادي مع جهاز عرض اللون. لذلك من الصعب المقارنة بين مصدرين للضوء.

لتبسيط المشكلة ، نتفق على أن المصادر هي الأضواء الرئيسية. يمكن وصف السطح الملون من الصباغ بطيف الامتصاص الذي يشير ، لكل طول موجي ، إلى نسبة الضوء التي يعود إليها. وهكذا ، فإن السطح الذي يمتص الأزرق والأخضر أكثر بكثير من الأحمر يبدو محمرًا ، مقارنة بالسطح الأبيض ، أو الرمادي المحايد ، والذي يعكس أيضًا جميع الأطوال الموجية. يستمر هذا الإحساس المحمر على الرغم من أن الضوء الذي يضيء باللون الأزرق والأخضر ، طالما أن السطح المحمر يحتل جزءًا صغيرًا فقط من مجال الرؤية. نتيجة لذلك ، يبدو أن اللون يعلق على الكائنات ، في حين أن الضوء الذي يأتي للعين يختلف.

تعتمد القدرة على تمييز لونين على مقدار الضوء الذي ينيرها في مناطق الطيف المرئي الذي يميزها. وهكذا ، يظهر اللون الأزرق الشاحب المصنوع من خليط من اللونين الأزرق والأبيض بلون رمادي في ضوء الشمعة. يحتوي ضوء الشمعة على قدر ضئيل من الضوء الأزرق. عودة الخارج الأزرق فقط. يتصرف مثل الأسود في ضوء الشمعة. هذا التأثير هو الفرق الرئيسي بين اثنين من مصادر الضوء. كلما اقتربت درجة حرارة اللون من ضوء النهار ، كلما كان بإمكاننا تمييز درجات اللون في اللون الأزرق.

المشكلة معقدة بسبب مصادر الضوء المستندة إلى الفلورة. يضيء السطح الأبيض ، الذي يعكس أيضًا ضوء جميع الأطوال الموجية المرئية ، ويوازن بين المناطق الزرقاء والخضراء والحمراء من الطيف ، بحيث يظهر هذا السطح باللون الأبيض مقارنة بتلك التي ينيرها اليوم. لكن التفاصيل الخاصة بطيفهم مختلفة ، بحيث يظهر لونان متشابهان تحت الضوء نفسه الآن مختلفين. هذا هو ما يسميه المتخصصون مشكلة التطفل.

ولذلك ، فإن مقارنة أداء اثنين من الأضواء للعمل مع الألوان ينطويان على مقارنة تقديم العديد من الأسطح الملونة. اختيار خصائص absoption هو حاسم. بما أن طيفين مختلفين يمكن أن ينتجان نفس اللون ، فإننا نحتاج إلى تحديد طيفهما ، وليس فقط قياس ألوانهما. بعض الأصباغ تعطي أطياف مناطق امتصاص أكثر وضوحا ، ولكنها أضيق من غيرها تعطي نفس اللون. يجب أن يكون اختيار أطياف العينة موضوعًا للعديد من التجارب ، بحيث لا يتعارض المؤشر مع تجربة المستخدم أكثر من اللازم.

درجة حرارة اللون هي الجانب الرئيسي من الاختلافات بين illuminants ، يتم حساب المؤشر فيما يتعلق بمصدر مثالي لنفس درجة حرارة اللون.

لكل نطاق تردد ، يتم ضرب معامل انبعاث الضوء من خلال تكملة واحدة من معامل الامتصاص لمدى اللون ، ويتم ضرب النتيجة بمعامل الدالة اللونية. القياس اللوني الناتج هو مجموع كل النتائج التي تم الحصول عليها لكل وظيفة لونية. تتكرر هذه العملية مع الضوء المرجعي.

يمثل المؤشر المتوسط ​​الحسابي للانحرافات الملونة المحسوبة لكل عينة بين النتيجة مع الضوء المراد تقديره ومع الضوء المرجعي ، المصحح بتحويل فون كريس ، والذي يمثل التكيف البصري اللوني لفرق اللون. بين المنور المثالي وإلقاء الضوء عليه.

قياس مؤشر تجسيد اللون

يتم استخدام كلا المصدرين لإلقاء الضوء على عدة عينات قياسية. تتم مقارنة الألوان المدركة مع المرجع والمصدر المراد اختباره (تم قياسه وفقًا لمعيار CIE 1931) باستخدام صيغة تقليدية 5 ومتوسطها في جميع العينات للحصول على قيمة CRI للمصدر كميا. بما أن ثماني عيّنات تُستخدم غالباً ، يستخدم المصنّعون عموماً البادئة “octo-” لمصابيح IRC العالية.

بما أن الشمس والمصابيح المتوهجة عبارة عن أجسام سوداء تقريبًا ، فإن قيم CRI تبلغ قيمتها 100.

تم إنشاء مؤشر تجسيد اللون للسماح بإجراء مقارنة بين وحدات الإنارة “البيضاء تقريباً” ، أي في وقت تعريفها ، الأنابيب الفلورية ، والتي تنطبق أيضًا على متغير fluocompact الخاص بها. منذ ظهوره ، لاحظ اختصاصيو الألوان عدم كفاءته في التأهل للإضاءة وحالات التطهير التي تظهر سطحين ملونين كأنهما متطابقان أو مختلفان تحت الإضاءة حتى الآن من نفس درجة حرارة اللون ومؤشر تجسيد اللون العالي. أدى تطوير إضاءة LED CIE إلى تحديد مؤشر دقة الألوان ، والذي يتضمن فضاء لون يعتمد على اختلافات الألوان حيث يتم توزيع 99 عينة لونية أفضل وأطياف الامتصاص الخاصة بهم بدلاً من 15 أطوال عامة إلى 8 لـ CRI عام 1995. ومع ذلك ، تلاحظ اللجنة أنه ، على نحو أدق ، لا يمكن استخدام مؤشر دقة الألوان كمؤشر جودة للإضاءة ، وأن مجموعات المستخدمين قد تحكم على وحدات إنارة مختلفة تكون نتائجها متطابقة بالنسبة للمؤشر.

يُعرَّف مصدر مرجعي ، مثل الإشعاع الأسود ، بأنه يحتوي على CRI مقداره 100. وهذا هو السبب في أن المصابيح المتوهجة لها هذا التصنيف ، كما هي ، في الواقع ، مشعات سوداء تقريباً. يتم تحديد أفضل إخلاص ممكن للمرجع من قبل CRI من مائة ، بينما يتم تحديد الأكثر فقراً بواسطة CRI تحت الصفر. لا يعني ارتفاع CRI في حد ذاته تسليمًا جيدًا للون ، لأن المرجع نفسه قد يكون له علاقة غير متوازنة إذا كان له درجة حرارة لون متطرفة.

نقد
وقد انتقد Ohno (2006) وغيره CRI لأنه لم يكن دائمًا مرتبطًا جيدًا بجودة تقديم الألوان الذاتية في الممارسة ، خاصةً بالنسبة لمصادر الضوء ذات أطياف انبعاث شائك مثل المصابيح الفلورية أو LEDs البيضاء. هناك مشكلة أخرى هي أن CRI غير متقطع عند 5000 K ، لأن لونية المرجع تنتقل من موضع Planckian إلى موضع ضوء النهار CIE. يحدد Davis & Ohno (2006) العديد من القضايا الأخرى التي تتناولها في مقياس جودة الألوان (CQS) الخاص بها:

إن فراغ اللون الذي تحسب فيه مسافة اللون (CIEUVW) عتيق وغير منتظم. استخدم CIELAB أو CIELUV بدلاً من ذلك.

إن تحويل التكيف اللوني المستخدم (تحويل Von Kries) غير ملائم. استخدم CMCCAT2000 أو CIECAT02 بدلاً من ذلك.

إن حساب المتوسط ​​الحسابي للأخطاء يقلل من مساهمة أي انحراف كبير واحد. قد يؤدي مصدران ضوئيان مع CRI مشابهان بشكل مختلف بشكل ملحوظ إذا كان أحدهما يحتوي على CRI منخفض بشكل خاص في نطاق طيفي مهم للتطبيق. استخدم انحراف الجذر الرئيسي للمربع بدلاً من ذلك.

المقياس ليس إدراكيًا ؛ جميع الأخطاء موزونة بالتساوي ، في حين أن البشر يفضلون أخطاء معينة على الآخرين. يمكن أن يكون اللون أكثر تشبعًا أو أقل تشبعًا بدون تغيير في القيمة العددية لـ ∆Ei ، في حين أن اللون المشبع يكون بشكل عام أكثر جاذبية.
لا يمكن حساب CRI لمصادر الضوء التي لا تحتوي على CCT (الضوء الأبيض).
لا تكفي ثمانية عينات لأن المصنّعين يمكنهم تحسين أطياف انبعاث مصابيحهم من أجل إعادة إنتاجها بإخلاص ، ولكن بطريقة أخرى تؤدي بشكل سيء. استخدام المزيد من العينات (يقترحون خمسة عشر ل CQS).

لا تكون العينات مشبعة بما فيه الكفاية لتشكل صعوبة في التكاثر.

تقيس CRI فقط مدى إخلاص أي مصدر إنارة إلى مصدر مثالي له نفس CCT ، ولكن المصدر المثالي نفسه قد لا يجعل الألوان جيدة إذا كانت درجة حرارة لونه متطرفة ، وذلك بسبب نقص الطاقة على الأطوال الموجية القصيرة أو الطويلة (أي ، قد يكون زرقاء أو حمراء بشكل مفرط). وزن النتيجة بواسطة نسبة نطاق التدرج من المضلع التي شكلتها العينات الخمسة عشر في CIELAB لـ 6500 K لمنطقة التدرج لمصدر الاختبار. يتم اختيار 6500 كلفن كمرجع لأن لديها توزيعًا نسبيًا للطاقة على الطيف المرئي وبالتالي منطقة النطاق المرتفع. هذا تطبيع عامل الضرب.

طورت Rea و Freyssinier مؤشر آخر ، هو مؤشر منطقة Gamut (GAI) ، في محاولة لتحسين العيوب الموجودة في CRI. وقد أظهروا أن GAI أفضل من CRI عند توقع التمييز اللوني على اختبارات Farnsworth-Munsell 100 Hue القياسية وأن GAI تنبئ بتشبع اللون. يدعي أنصار استخدام GAI أنه عند استخدامها مع CRI ، يفضل استخدام هذه الطريقة لتقييم تجسيد الألوان من قبل أشخاص الاختبار عبر مصادر الضوء التي لها قيم عالية من قياس واحد فقط. يوصي الباحثون بحد أدنى وعلوي من GAI. وقد دعا استخدام تقنية LED إلى طريقة جديدة لتقييم تجسيد اللون بسبب الطيف الفريد من الضوء الذي أنشأته هذه التقنيات. أظهرت الاختبارات الأولية أن الجمع بين GAI و CRI معًا هو طريقة مفضلة لتقييم تجسيد اللون.

طوّر دوسيت و أوبين و رازِت (2010) تجربة نفسية فيزيائية من أجل تقييم جودة الإضاءة في إضاءات LED. ويستند إلى عينات ملونة تستخدم في “مقياس جودة الألوان”. وتمت مقارنة التوقعات من CQS والنتائج من القياسات البصرية.

تقوم CIE (2007) “بمراجعة قابلية تطبيق فهرس تقديم الألوان CIE إلى مصادر الضوء LED البيضاء استنادًا إلى نتائج التجارب البصرية.” برئاسة ديفيس تبحث CIE TC 1-69 (C) حاليًا في “طرق جديدة لتقييم خصائص التسليم اللوني لمصادر الضوء الأبيض المستخدمة للإضاءة ، بما في ذلك مصادر الضوء من الحالة الصلبة ، بهدف التوصية بإجراء إجراءات تقييم جديدة … بحلول مارس ، 2010. ”

لمراجعة شاملة لفهارس تجسيد اللون البديلة ، انظر Guo & Houser (2004).

استعرض سميت (2011) العديد من مقاييس الجودة البديلة وقارن أدائها بناءً على البيانات المرئية التي تم الحصول عليها في 9 تجارب نفسية فيزيائية. وقد وجد أن المتوسط ​​الهندسي لمؤشر GAI و CIE Ra مرتبطان بشكل أفضل بالطبيعة (r = 0.85) ، في حين أن متري جودة اللون المرتكز على ألوان الذاكرة (MCRI) مرتبط بشكل أفضل بالأفضلية (r = 0.88). الاختلافات في أداء هذه المقاييس مع المقاييس الأخرى التي تم اختبارها (CIE Ra ؛ CRI-CAM02UCS ؛ CQS ؛ RCRI ؛ GAI ؛ geomean (GAI ، CIE Ra) ؛ CSA ؛ Judd Flattery ؛ Thornton CPI ؛ MCRI) تم العثور عليها لتكون ذات دلالة إحصائية مع P <0.0001. أجرت دانغول وآخرون (2013) تجارب نفسية فيزيائية وخلصت إلى أنه لا يمكن التنبؤ بأحكام الناس المتعلقة بالطبيعة والتفضيل العام بمقياس واحد ، ولكنها تتطلب استخدامًا مشتركًا لقياس يعتمد على الإخلاص (مثل Qp) وتدبيرًا يستند إلى التدرج (على سبيل المثال ، Qg أو GAI.). قاموا بتجارب إضافية في مكاتب حقيقية لتقييم مختلف الأطياف التي تم تكوينها لتجميع مقاييس تقديم الألوان الحالية والمقترحة (انظر Dangol et al. 2013، Islam et al. 2013، Baniya et al. 2013 للتفاصيل). فيلم وفيديو عالية CRI LED الإضاءة غير متوافق حدثت مشاكل أثناء محاولة استخدام إضاءة CRI LED عالية على مجموعات الأفلام والفيديو. لا تتطابق أطياف الألوان للألوان الأساسية للإضاءة LED مع عدد موجات طول الموجة المرتقبة لمستحلبات الأفلام وأجهزة الاستشعار الرقمية. ونتيجة لذلك ، لا يمكن التنبؤ بالألوان تمامًا في المطبوعات البصرية ، أو النقل إلى الوسائط الرقمية من الأفلام (DI) ، وتسجيلات كاميرات الفيديو. وقد تم توثيق هذه الظاهرة فيما يتعلق فيلم فيلم الحركة في سلسلة تقييم الإضاءة LED من الاختبارات التي تنتجها الأكاديمية من فنون الصور المتحركة والعلوم العلمية. ولهذه الغاية ، تم تطوير مقاييس أخرى مختلفة مثل TLCI (مؤشر تناسق الإضاءة في التلفزيون) لاستبدال المراقب البشري بمراقب كاميرا. على غرار CRI ، يقيس المقياس جودة مصدر الضوء كما يظهر على الكاميرا على مقياس من 0 إلى 100. يقول بعض المصنعين أن منتجاتهم لها قيم TLCI تصل إلى 99.