標準光源

標準光源は、公開されているプロファイル(そのスペクトルパワー分布)を有する可視光の理論的な源である。 標準光源は、異なる照明下で記録された画像または色を比較するための基礎を提供する。

CIE光源
国際照明委員会(通常、フランス語名のCIEと略記)は、よく知られている標準光源のすべてを公開する責任機関です。 これらはそれぞれ、文字または文字番号の組み合わせで知られています。

イルミナントA、B、およびCは、それぞれ平均白熱光、直射日光、および平均昼光を表すことを意図して、1931年に導入されました。 光源Dは昼光の位相を表し、光源Eは等エネルギ光源であり、光源Fは様々な組成の蛍光ランプである。

古い光源に対応する光源(「標準光源」)を実験的に生成する方法に関する説明があります。 比較的新しいもの(シリーズDなど)については、実験者は、そのソースのプロファイルを測定し、それらを公開されたスペクトルと比較する。

現在、人工光源は、CIE標準光源D65または異なるCCTの他の光源Dを実現するためには推奨されていない。 光源やフィルターの新しい開発が、最終的にCIE勧告のための十分な基礎を提供することが期待されています。

– CIE、技術レポート(2004)比色測定、第3版、出版物15:2004、CIE中央局、ウィーン
それにもかかわらず、Metamerism Indexと呼ばれる尺度を提供して、昼光シミュレータの品質を評価します。 メタメリズム指数は、試験光源と基準光源の下で5セットのメタマーサンプルがどれだけ一致するかをテストします。 演色評価数と同様の方法で、メタマー間の平均差が計算される。

光源A
CIEは、光源Aを以下の用語で定義しています。

CIE標準光源Aは、典型的な家庭用のタングステンフィラメント照明を表すことを意図している。 その相対スペクトルパワー分布は、約2856Kの温度でのPlanckian放射器のものです。CIE標準光源Aは、別の光源を使用する特定の理由がない限り、白熱電球の使用を含む測色のすべての用途に使用する必要があります。

– 測色用CIE、CIE標準光源
黒体の分光放射放出はプランクの法則に従う:


光源Aの標準化時には、  (これは相対SPDに影響しない)および  異なっていた。 1968年、c 2の推定値は、0.01438 m・Kから0.014388 m・Kに修正された(それ以前は、光源Aが標準化されていたとき0.01435 m・Kだった)。 この差は、プランク軌跡をシフトさせ、光源の色温度を公称2848Kから2856Kに変化させたものです。


色温度のさらなる変化を避けるために、CIEは元の(1931)値c2に基づいてSPDを直接指定します。


係数は、560nmで100nmのピークSPDを達成するように選択されている。 三刺激値は、(X、Y、Z)=(109.85,100.00,35.58)であり、標準オブザーバを用いた色度座標は(x、y)=(0.447,58,0.407,45)である。

光源BおよびC
光源BおよびCは容易に昼間のシミュレーションを達成する。 液体フィルターを使用して、光源Aを修正します。 Bは正午の太陽の代表者として機能し、相関色温度(CCT)は4874Kであり、Cは平均日光であり、CCTは6774Kであった。残念なことに、自然昼光のあらゆる段階、特に短波可視および紫外スペクトル範囲である。 より現実的なシミュレーションが可能になると、イルミナントB&CはDシリーズを支持して非難されました。 フィルター付き白熱電球を使用するSpectralight IIIのような照明キャビネットは、蛍光昼光シミュレーターよりも400nm〜700nmの範囲にあるD光源に適しています。

光源CはCIE標準光源の状態を持たないが、多くの実用的な測定機器および計算がこの光源を依然として使用しているので、そのスペクトルパワー分布、三刺激値および色度座標は表T.1および表T.3に示されている。

– CIE、出版物15:2004
イルミナントBは2004年にあまり名誉を与えられなかった。

1931年にRaymond Davis、Jr.およびKasson S. Gibsonによって設計された液体フィルターは、スペクトルの赤色端で比較的高い吸光度を有し、効果的に白熱電球のCCTを日光レベルまで上昇させる。 これは、撮影者や撮影技師が現在使用しているCTOカラージェルと機能は似ていますが、それほど便利ではありません。

各フィルターは、特定量の蒸留水、硫酸銅、マンサイト、ピリジン、硫酸、コバルトおよび硫酸アンモニウムを含む一対の溶液を使用する。 溶液は、無色のガラスシートによって分離される。 成分の量は、その組み合わせによって色温度変換フィルターが得られるように注意深く選択される。 すなわち、フィルタリングされた光は依然として白色である。

イルミナントシリーズD
Judd、MacAdam、Wyszeckiが派生したDシリーズの照明は、自然光を表現するように構築されています。 彼らは人工的に生産することは困難ですが、数学的に特徴づけるのは簡単です。

ニューヨーク州ロチェスターにあるEastman Kodak CompanyのHR ConditとF. Grum、EnfieldのThorn Electrical IndustriesのST HendersonとD. Hodgkissは、独立してスペクトルパワー分布を測定したSPD)を330nmから700nmに変化させ、そのうち622サンプルを集計した。 Judd et al。 これらのサンプルを分析し、(x、y)色度座標が単純な2次の関係を有することを見出した。


SimondsはSPDの特徴ベクトル解析を監督しました。 彼の方法を適用すると、SPDは平均(S0)と最初の2つの特性ベクトル(S1とS2)を使って満足に近似できることが明らかになった。


より単純な用語では、調査された昼光サンプルのSPDは、3つの固定SPDの線形結合として表すことができる。 第1のベクトル(S0)は、全てのSPDサンプルの平均であり、これは固定ベクトルのみで形成することができる最良の再構成SPDである。 第2のベクトル(S1)は、雲または直射日光の存在または不在による相関色温度の変化を説明する黄青変化に対応する。 第3のベクトル(S2)は、蒸気およびヘイズの形態の水の存在によって引き起こされるピンク – 緑の変化に対応する。

特定の相関色温度の昼光シミュレータを構成するには、特性ベクトルS1およびS2の係数M1およびM2を知るだけでよい。

色度xとyを次のように表す:


平均ベクトルの既知の三刺激値を利用して、以下のようにM1およびM2を表現することができた:

 

唯一の問題は、これが、昼光の特定のフェーズの座標(x、y)の計算を解決しなかったことです。 Judd et al。 5500K、6500K、および7500Kなどの一般的に使用される相関色温度に対応する特定の色度座標の値を単純に表にしたものである。他の色温度については、Kellyによる図を参照することができる。 この問題は、4000Kから25,000Kまで有効なx座標を近似した光源Dを公式化したCIE報告書に記載されています.y座標はジャッジの二次関係から少しずつ続きます。

Judd et al。 その後、地球の大気の月の分光吸光度データを用いて、再構成されたSPDを300nm〜330nmおよび700nm〜830nmに拡張した。

今日のCIEによって提示された表SPDは、5nmまでの10nmデータセットの線形補間によって導かれる。 測光データの限定された性質は、CIE標準比色計のカラーマッチング機能が380nmから780nmまで5nm刻みに集計されるだけなので、CIEXYZ三刺激値の計算の妨げにはならない。

同様の研究が世界の他の地域で行われているか、または現代の計算法によるJuddらの分析を繰り返す。 これらの研究のいくつかでは、昼光軌跡は、ジャッドらよりも著しくプランク軌跡に近い。

計算
相対スペクトルパワー分布(SPD)は、  Dシリーズ光源の色度座標は、CIE1931色空間の色度座標から導き出すことができ、  :


Tは光源のCCTである。 イルミナントDの色度座標は、CIE昼光軌跡を形成すると言われている。 相対SPDは次の式で与えられます。

   
どこで  上に描かれた平均2つの固有ベクトルSPDである。 すべての相対SPDがこの点について正規化されているので、特性ベクトルは両方とも560nmでゼロを有する。

正準光源であるD50、D55、D65、およびD75のCCTは、その名称が示すものとは若干異なります。 例えば、D50は5003K(「水平」光)のCCTを有し、D65は6504K(正午光)のCCTを有する。 前のセクションで説明したように、これはPlanckの法則の定数の値が、Planckの法則の元の値に基づくSPDを持つこれらの正準光源の定義からわずかに変更されたためです。 正準光源の公表されたデータのすべての有効桁を照合するために、M1とM2の値をSDの計算前に小数点第3位に四捨五入しなければならない。

イルミナントE
光源Eは等しいエネルギーの放射器である。 それは可視スペクトル内に一定のSPDを有する。 それは理論的な参考文献として有用である。 すべての波長に等しい重みを与える光源であり、偶数の色を呈する。 それはまた、等しいCIE XYZ三刺激値を有するので、その色度座標は(x、y)=(1 / 3,1 / 3)である。 これは設計によるものです。 XYZカラーマッチング関数は、可視スペクトル上の積分が同じになるように正規化される。

光源Eは黒体ではないため、色温度はありませんが、5455KのCCTを持つDシリーズ光源で近似することができます(正準光源のうち、D55が最も近い)。刺激純度を計算するために光源Eに対する光源。

照明シリーズF
Fシリーズの発光体は、様々なタイプの蛍光灯を表す。

F1-F6「標準」蛍光灯は、ハロリン酸カルシウム燐光体中のアンチモンおよびマンガン活性化の2つの半ブロードバンド放出からなる。 F4は、CIE演色評価指数を較正するために使用されているので特に興味深い(CRIの式は、F4が51のCRIを有するように選択された)。 F7-F9は、複数の蛍光体を有する「広帯域」(全スペクトル光)蛍光ランプ、およびより高いCRIである。 最後に、F10-F12は、可視スペクトルのR、G、B領域における3つの「狭帯域」放射(希土類蛍光体の三元組成によって引き起こされる)からなる狭いトライバンド光源である。 蛍光体の重量は、所望のCCTを達成するように調整することができる。

これらの光源のスペクトルは、出版物15:2004に掲載されている。

イルミナントシリーズL
Lシリーズの発光体の発表は2018年中頃に予定されている。 さまざまなタイプのLED照明を表現します。

ホワイトポイント

標準的な光源のスペクトルは、他の光のプロファイルと同様に、三刺激値に変換できます。 光源の3つの三刺激値の集合の集合を白色点と呼ぶ。 プロファイルが正規化されている場合、白色点は等価的に色度座標の対として表すことができる。

画像が三刺激値座標(またはそれと変換可能な値)で記録されている場合、使用される光源の白色点は、画像の任意の点に記録される三刺激値座標の最大値を与える。蛍光の欠如。 それは画像の白色点と呼ばれます。

白色点を計算するプロセスは、光源のプロファイルに関する多くの情報を捨てるので、すべての光源に対して正確な白色点を計算することは可能であるが、白色点の白色点を知ることは事実ではないイメージだけでは、それを記録するために使用された光源について大したことが分かります。

標準光源の白色点
CIE 1931 2° CIE 1964 10° CCT(K) 色相 RGB 注意
× 2 y 2 × 10 y 10
A 0.44757 0.40745 0.45117 0.40594 2856 白熱/タングステン
B 0.34842 0.35161 0.34980 0.35270 4874 {廃止}正午の直射日光
C 0.31006 0.31616 0.31039 0.31905 6774 {古い}天/晴れの日中
D50 0.34567 0.35850 0.34773 0.35952 5003 ホライズンライト。 ICCプロファイルPCS
D55 0.33242 0.34743 0.33411 0.34877 5503 午前中/午後中夏時間
D65 0.31271 0.32902 0.31382 0.33100 6504 正午の昼光:テレビ、sRGB色空間
D75 0.29902 0.31485 0.29968 0.31740 7504 ノース・スカイ・デイライト
E 1/3 1/3 1/3 1/3 5454 等しいエネルギー
F1 0.31310 0.33727 0.31811 0.33559 6430 昼光蛍光
F2 0.37208 0.37529 0.37925 0.36733 4230 クールホワイト蛍光
F3 0.40910 0.39430 0.41761 0.38324 3450 ホワイト蛍光
F4 0.44018 0.40329 0.44920 0.39074 2940 温白色蛍光
F5 0.31379 0.34531 0.31975 0.34246 6350 昼光蛍光
F6 0.37790 0.38835 0.38660 0.37847 4150 ライトホワイト蛍光
F7 0.31292 0.32933 0.31569 0.32960 6500 D65シミュレータ、昼光シミュレータ
F8 0.34588 0.35875 0.34902 0.35939 5000 D50シミュレータ、Sylvania F40 Design 50
F9 0.37417 0.37281 0.37829 0.37045 4150 クールホワイトデラックス蛍光灯
F10 0.34609 0.35986 0.35090 0.35444 5000 フィリップスTL85、ウルトラムーム50
F11 0.38052 0.37713 0.38541 0.37123 4000 フィリップスTL84、ウルトラムーム40
F12 0.43695 0.40441 0.44256 0.39717 3000 Philips TL83、Ultralume 30

標準化された光源のリスト、完全反射(または透過)ディフューザーのCIE色度座標(x、y)、およびそれらの相関色温度(CCT)を以下に示します。 CIE色度座標は、2度の視野(1931)および10度の視野(1964)の両方に与えられる。 カラースウォッチは、輝度Y = 0.54および標準オブザーバで計算された各白色点の色相およびRGBを表し、正しいsRGB表示較正を仮定している。