إنارة قياسية

إن الإنارة المعيارية هي مصدر نظري للضوء المرئي بمظهر جانبي (توزيع طيفي للطاقة) والذي يتم نشره. توفر الإنارة القياسية أساسًا لمقارنة الصور أو الألوان المسجلة تحت إضاءة مختلفة.

إضاءات CIE
إن اللجنة الدولية للإضاءة (عادة ما تختصر CIE باسمها الفرنسي) هي الجهة المسؤولة عن نشر جميع الإنارات المعيارية المعروفة جيداً. كل واحد من هؤلاء يعرف بحرف أو من خلال تركيبة رقم إلكتروني.

تم تقديم إضاءات A و B و C في عام 1931 ، مع نية على التوالي تمثل متوسط ​​الضوء المتوهج ، وأشعة الشمس المباشرة ، ومتوسط ​​ضوء النهار. تمثل إضاءات D أطوار ضوء النهار ، والإنارة E هي إنارة متساوية الطاقة ، في حين أن Illuminants F تمثل مصابيح فلورية مختلفة التكوين.

هناك تعليمات حول كيفية إنتاج مصادر الضوء تجريبياً (“المصادر القياسية”) المقابلة للمانعات القديمة. بالنسبة إلى الأحدث منها نسبيًا (مثل السلسلة D) ، يُترَك المجربون لقياس البيانات الشخصية لمصادرهم ومقارنتها بالأطياف المنشورة:

في الوقت الحاضر لا يوصى بأي مصدر اصطناعي لتحقيق CIE إنارة قياسية D65 أو أي إضاءات D أخرى من CCT مختلفة. ومن المأمول أن توفر التطورات الجديدة في مصادر الضوء والفلاتر أساسًا كافيًا لتوصية CIE.

– CIE، Technical Report (2004) Colorimetry، 3rd ed.، Publication 15: 2004، CIE Central Bureau، Vienna
ومع ذلك ، فإنها توفر مقياسًا يسمى “مؤشر المتقمة” لتقييم جودة محاكيات ضوء النهار. يختبر مؤشر Metarmism مدى توافق خمس مجموعات من عينات metameric تحت الاختبار والمرجع المنور. بطريقة مشابهة لمؤشر عرض اللون ، يتم حساب متوسط ​​الفرق بين المحسّبين.

إنارة A
تعرف CIE المنحنى A في هذه الشروط:

يهدف معيار CIE إنارة A لتمثيل الإضاءة النموذجية ، المحلية ، التنغستن. توزيع الطاقة الطيفية نسبيًا لها هو جهاز مشعاع بلانكي عند درجة حرارة تقارب 2856 كيلوجرام. يجب استخدام الإنارة القياسية CIE في جميع تطبيقات قياس الألوان التي تنطوي على استخدام الإضاءة المتوهجة ، إلا إذا كانت هناك أسباب محددة لاستخدام إنارة مختلفة.

– CIE، CIE Standard Illuminants for Colorimetry
الخروج الطيفي الإشعاعي لجسم أسود يتبع قانون بلانك:


في وقت توحيد معيار A ، على حد سواء  (التي لا تؤثر على SPD النسبي) و  كانت مختلفة. في عام 1968 ، تم تعديل تقدير c 2 من 0.01438 m · K إلى 0.014388 m · K (وقبل ذلك ، كان 0.01435 m · K عندما تم توحيد الإنارة A). أدى هذا الاختلاف إلى تغيير موضع Planckian ، وتغيير درجة حرارة اللون من illuminant من الاسمية 2848 K إلى 2856 K:


لتجنب المزيد من التغييرات الممكنة في درجة حرارة اللون ، تحدد CIE الآن SPD مباشرة ، بناءً على القيمة الأصلية (1931) من c2:


وقد تم اختيار المعامل لتحقيق أقصى قيمة للحزمة SPD تبلغ 100 نانومتر عند 560 نانومتر. قيم tristimulus هي (X، Y، Z) = (109.85 ، 100.00 ، 35.58) ، وإحداثيات اللونية باستخدام المراقب القياسي هي (x، y) = (0.447،58، 0.407،45).

إضاءات B و C
تتحقق بسهولة إضاءات B و C المحاكاة ضوء النهار. تعديل Illuminant A باستخدام عوامل تصفية السائلة. خدم B كممثل لأشعة الشمس الظهيرة ، مع درجة حرارة لون مترابطة (CCT) من 4874 K ، في حين كان C يمثل ضوء النهار العادي مع CCT من 6774 K. لسوء الحظ ، فهي تقريبية ضعيفة لأي مرحلة من ضوء النهار الطبيعي ، ولا سيما في الموجات القصيرة المرئية وفي النطاقات الطيفية فوق البنفسجية. مرة واحدة يمكن إجراء عمليات محاكاة واقعية أكثر ، تم إهمال B & C Illuminated لصالح سلسلة D:. خزانات الإضاءة ، مثل Spectralight III ، التي تستخدم المصابيح المتوهجة المفلترة ، تتناسب بشكل أفضل مع إضاءات D في نطاق يتراوح بين 400 nm و 700 nm مقارنة بمحاكاة ضوء النهار الفلوري.

لا يوجد لدى الإنارة C حالة الإنارات المعيارية لـ CIE ولكن توزيع القدرة الطيفية النسبية وقيم المراحل الانتقالية وإحداثيات اللونية مذكورة في الجدول T.1 والجدول T.3 ، حيث أن العديد من أدوات القياس العملية والحسابات لا تزال تستخدم هذا الإنارة.

– CIE، Publication 15: 2004
لم يتم تكريم الإنارة B في عام 2004.

الفلاتر السائلة ، التي صممها ريمون ديفيس ، الابن و Kasson S. Gibson في عام 1931 ، تتمتع بامتصاص عالي نسبيًا عند الطرف الأحمر من الطيف ، مما يزيد من فعالية CCT للمصباح المتوهج إلى مستويات ضوء النهار. هذا يشبه في وظيفته جل ملون CTO الذي يستخدمه المصورون والمصورون السينمائيون اليوم ، وإن كان ذلك أقل ملاءمة.

يستخدم كل مرشح زوجًا من المحاليل ، يشتمل على كميات محددة من الماء المقطر وكبريتات النحاس ، والمانيت ، والبيريدين ، وحمض الكبريتيك ، والكوبالت ، وكبريتات الأمونيوم. يتم فصل الحلول بواسطة لوح من الزجاج غير الملون. يتم اختيار كميات المكونات بعناية بحيث ينتج عن توليفتها مرشح تحويل درجة اللون. أي أن الضوء المفلتر لا يزال أبيض.

سلسلة مضيئة د
تم إنشاء سلسلة D من الضوءيات المشتقة من Judd و MacAdam و Wyszecki لتمثل ضوء النهار الطبيعي. يصعب إنتاجها بشكل مصطنع ، ولكن من السهل وصفها رياضياً.

كان HW Budde من المجلس الوطني للبحوث في كندا في أوتاوا ، و HR Condit و F. Grum من شركة Eastman Kodak في روشستر ، نيويورك ، و ST Henderson و D. Hodgkiss من شركة Thorn للصناعات الكهربائية في Enfield قد قاسوا توزيع الطاقة الطيفية بشكل مستقل ( SPD) من ضوء النهار من 330 نانومتر إلى 700 نانومتر ، وبلغ مجموعها 622 عينة. جود وآخرون. حللت هذه العينات ووجدت أن إحداثيات اللونية (x، y) لها علاقة بسيطة وتربيعية:


أشرفت سيموندز على تحليل المتجهات المميز للأجهزة الخاصة بالأجهزة. وقد أظهر تطبيق أسلوبه أنه يمكن تقريب النتائج بشكل مرضي باستخدام المتوسط ​​(S0) وأول ناقلتين مميزتين (S1 و S2):


بعبارات أبسط ، يمكن التعبير عن SPD لعينات ضوء الشمس المدروسة كمجموعة خطية من ثلاثة ، SPDs ثابتة. المتجه الأول (S0) هو متوسط ​​جميع عينات SPD ، وهو أفضل SPD المعاد تشكيله والذي يمكن تشكيله بواسطة ناقل ثابت فقط. يتطابق الموجه الثاني (S1) مع التباين الأصفر- الأزرق ، وهو ما يمثل التغيرات في درجة حرارة اللون المرتبطة بسبب وجود أو غياب السحب أو أشعة الشمس المباشرة. يناظر المتجه الثالث (S2) الاختلاف بين اللونين الوردي والأخضر الناتج عن وجود الماء في شكل بخار وسديم.

لإنشاء محاكي ضوء النهار لدرجة حرارة لون مرتبطة ببعضها ، يحتاج المرء فقط إلى معرفة المعاملين M1 و M2 للمتجهات المميزة S1 و S2.

معربا عن اللونيين x و y على النحو التالي:


والاستفادة من قيم المثلثات المعروفة للمتجهات المتوسطة ، تمكنوا من التعبير عن M1 و M2 على النحو التالي:

 

المشكلة الوحيدة هي أن هذا ترك دون حل حساب الإحداثيات (س ، ص) لمرحلة معينة من ضوء النهار. جود وآخرون. ببساطة جدولة قيم إحداثيات اللونية معينة ، المقابلة لدرجات حرارة اللون المرتبطة عادة ، مثل 5500 ك ، 6500 ك ، و 7500 ك. لدرجات حرارة لون أخرى ، يمكن للمرء أن يستشير الأرقام التي قدمتها كيلي. تم تناول هذه المشكلة في تقرير CIE بأن المنور D الرسمي ، مع تقريب الإحداثي x من حيث درجة حرارة اللون التبادلية ، صالح من 4000 K إلى 25،000 K. يتبع تنسيق y بشكل بسيط من علاقة Judd التربيعية.

جود وآخرون. ثم مددت SPDs المعاد تشكيلها إلى 300 نانومتر – 330 نانومتر 700 نانومتر – 830 نانومتر باستخدام بيانات الامتصاص الطيفي القمر من الغلاف الجوي للأرض.

يتم استخلاص SPDs المجدولة المقدمة من CIE اليوم من خلال الاستكمال الداخلي الخطي لبيانات 10 نانومتر المحددة إلى 5 نانومتر. إن الطبيعة المحدودة للبيانات الضوئية ليست عائقًا لحساب قيم CIEXYZ tristimulus حيث إن وظائف مطابقة الألوان القياسية لمعيار اللونية CIE يتم جدولتها فقط من 380 إلى 780 nm بزيادات 5 nm.

وقد أجريت دراسات مماثلة في أجزاء أخرى من العالم ، أو تكرار تحليل جود وآخرون للطرق الحسابية الحديثة. في العديد من هذه الدراسات ، يكون موضع ضوء النهار أقرب إلى موقع بلانك أكثر من موقع Judd et al.

حساب
توزيع القدرة الطيفية النسبية (SPD)  يمكن استخلاص إنارة من سلسلة D من إحداثيات اللونية في الفضاء اللوني CIE 1931 ،  :


حيث T هي CCT المنور. ويقال إن إحداثيات اللونية من Illuminants D لتشكيل CIE Daylight Locus. يتم إعطاء SPD النسبية بواسطة:

   
أين  هي أول واثنين من أجهزة SPDs الذاتية ، المبينة أعلاه. إن المتجهات المميزة لها صفر عند 560 نانومتر ، حيث تم تطبيع جميع النبضات SPDs النسبية حول هذه النقطة.

تختلف CCTs من الإنارات القانونية ، D50 ، D55 ، D65 ، و D75 ، قليلاً عن ما تشير إليه أسماءهم. على سبيل المثال ، D50 لديها CCT من 5003 K (“الأفق” الضوء) ، في حين أن D65 لديها CCT من 6504 K (ضوء الظهر). كما تم شرحه في قسم سابق ، يرجع ذلك إلى أن قيمة الثوابت في قانون بلانك قد تغيرت قليلاً منذ تعريف هذه الإنارات الكنسية ، التي تستند SPDs إلى القيم الأصلية في قانون بلانك. لمطابقة جميع الأرقام الهامة للبيانات المنشورة من الإنارات القانونية ، يجب تقريب قيم M1 و M2 إلى ثلاث خانات عشرية قبل حساب SD.

إنارة E
إن Illuminant E هو مشعاع مساوٍ للطاقة ؛ لديها SPD المستمر داخل الطيف المرئي. من المفيد كمرجع نظري ؛ إنارة تعطي وزناً متساوياً لكل الأطوال الموجية ، مما يعطي لوناً متساوياً. كما أن لديها قيم Cist XYZ tristimulus ، وبالتالي إحداثيات اللونية هي (x، y) = (1 / 3،1 / 3). هذا حسب التصميم يتم تطبيع وظائف مطابقة الألوان XYZ بحيث تكون التكاملات الخاصة بها على الطيف المرئي هي نفسها.

لا يعتبر جهاز الإنارة E جسمًا أسود اللون ، لذا فهو لا يحتوي على درجة حرارة اللون ، ولكن يمكن تقريبه من خلال سلسلة D مضيئة مع CCT من 5455 K. (من بين الإنارات الأساسية ، D55 هو الأقرب). مصادر ضد E مضيئ لحساب نقاء الإثارة.

سلسلة إنارة F
تمثل سلسلة F من الإنارة أنواعًا مختلفة من الإضاءة الفلورية.

تتكون مصابيح الفلورسنت F1-F6 “القياسية” من اثنين من انبعاثات النطاق العريض شبه الأحيائي من منشطات الأنتيمون والمنغنيز في فوسفور هالوفوسفات الكالسيوم. F4 له أهمية خاصة لأنه تم استخدامه لمعايرة مؤشر تقديم الألوان CIE (تم اختيار صيغة CRI بحيث F4 سيكون CRI 51). F7 – F9 هي مصابيح فلورية “ذات نطاق ترددي عريض” (ضوء كامل الطيف) مع فوسفورات متعددة ، وأعلى CRIs. وأخيرًا ، F10 – F12 عبارة عن إضاءات تضيبية ضيقة تتكون من ثلاثة انبعاثات “ضيقة النطاق” (تنتج عن التركيب الثلاثي للفوسفورات الأرضية النادرة) في مناطق R و G و B من الطيف المرئي. يمكن ضبط أوزان الفوسفور لتحقيق CCT المطلوب.

تنشر أطياف هذه الأضواء في المنشور 15: 2004.

سلسلة مضيئة L.
ومن المتوقع نشر سلسلة L من illuminants منتصف عام 2018. وسوف تمثل أنواع مختلفة من الإضاءة LED.

نقطة بيضاء

يمكن تحويل طيف الإنارة المعيارية ، مثل أي صورة أخرى للضوء ، إلى قيم ثلاثية الأبعاد. تسمى مجموعة الإحداثيات الثلاثية للإنارة باسم نقطة بيضاء. إذا تم تطبيع المظهر الجانبي ، فيمكن التعبير عن النقطة البيضاء بشكل مكافئ كزوج من إحداثيات اللونية.

إذا تم تسجيل صورة في إحداثيات ثلاثي القرائن (أو في القيم التي يمكن تحويلها إلى ومن خلالها) ، فإن النقطة البيضاء للمُنور المستخدمة تعطي القيمة القصوى لإحداثيات ثلاثية الأبعاد والتي سيتم تسجيلها في أي نقطة في الصورة ، عدم وجود مضان. يطلق عليه النقطة البيضاء للصورة.

تتجاهل عملية حساب النقطة البيضاء قدرًا كبيرًا من المعلومات حول ملف تعريف الإنارة ، وعلى الرغم من أنه صحيح أنه بالنسبة لكل إنارة يمكن حساب النقطة البيضاء الدقيقة ، فليس من المعروف أن معرفة النقطة البيضاء الصورة وحدها يخبرك الكثير عن الإنارة التي كانت تستخدم لتسجيله.

النقاط البيضاء من illuminants القياسية
اسم CIE 1931 2 ° CIE 1964 10 ° CCT (K) مسحة RGB ملحوظة
س 2 ذ 2 × 10 ذ 10
ا 0.44757 0.40745 0.45117 0.40594 2856 ساطع / التنغستن
ب 0.34842 0.35161 0.34980 0.35270 4874 {obsolete} ضوء الشمس المباشر عند الظهر
C 0.31006 0.31616 0.31039 0.31905 6774 {obsolete} متوسط ​​/ شمال سماء النهار
D50 0.34567 0.35850 0.34773 0.35952 5003 الأفق ضوء. ICC الملف الشخصي PCS
D55 0.33242 0.34743 0.33411 0.34877 5503 منتصف الصباح / منتصف النهار بعد الظهيرة
D65 0.31271 0.32902 0.31382 0.33100 6504 ظهر النهار: التلفزيون ، الفضاء sRGB اللون
D75 0.29902 0.31485 0.29968 0.31740 7504 شمال سماء النهار
E 1/3 1/3 1/3 1/3 5454 طاقة متساوية
F1 0.31310 0.33727 0.31811 0.33559 6430 ضوء النهار نيون
F2 0.37208 0.37529 0.37925 0.36733 4230 كول وايت نيون
F3 0.40910 0.39430 0.41761 0.38324 3450 الفلورسنت الأبيض
F4 0.44018 0.40329 0.44920 0.39074 2940 دافئ أبيض نيون
F5 0.31379 0.34531 0.31975 0.34246 6350 ضوء النهار نيون
F6 0.37790 0.38835 0.38660 0.37847 4150 لايت وايت فلورسنت
F7 0.31292 0.32933 0.31569 0.32960 6500 D65 محاكاة ، محاكاة ضوء النهار
F8 0.34588 0.35875 0.34902 0.35939 5000 D50 محاكاة ، سيلفانيا F40 تصميم 50
F9 0.37417 0.37281 0.37829 0.37045 4150 كول وايت ديلوكس نيون
F10 0.34609 0.35986 0.35090 0.35444 5000 فيليبس TL85 ، Ultralume 50
F11 0.38052 0.37713 0.38541 0.37123 4000 فيليبس TL84 ، Ultralume 40
F12 0.43695 0.40441 0.44256 0.39717 3000 فيليبس TL83 ، Ultralume 30

وترد أدناه قائمة بالمصابيح المعيارية ، وإحداثيات اللونية CIE الخاصة بها (x، y) للناشر العاكس (أو النافذ) بشكل مثالي ، ودرجات حرارة اللون المرتبطة بها (CCTs). يتم إعطاء إحداثيات اللونية CIE لكل من مجال الرؤية 2 (1931) ومجال الرؤية 10 درجة (1964). تمثل عينات الألوان الصبغة و RGB لكل نقطة بيضاء ، محسوبة مع النصوع Y = 0.54 والمراقب القياسي ، بافتراض معايرة شاشة sRGB الصحيحة.