Índice de renderização de cores

Um índice de renderização de cores (CRI) é uma medida quantitativa da capacidade de uma fonte de luz para revelar as cores de vários objetos fielmente em comparação com uma fonte de luz ideal ou natural. As fontes de luz com um CRI alto são desejáveis ​​em aplicações de cores críticas, tais como cuidados neonatais e restauração de arte. É definido pela Comissão Internacional de Iluminação (CIE) da seguinte forma:

Representação de cores: efeito de um iluminante na aparência de cores de objetos por comparação consciente ou subconsciente com a aparência de cor sob um iluminante de referência

O CRI de uma fonte de luz não indica a cor aparente da fonte de luz; aquela informação dada pela temperatura de cor correlacionada (CCT). O CRI é determinado pelo espectro da fonte de luz. As imagens à direita mostram o espectro contínuo de uma lâmpada incandescente e o espectro de linha discreta de uma lâmpada fluorescente; A lâmpada anterior possui o CRI mais alto.

O valor frequentemente citado como “CRI” em produtos de iluminação disponíveis comercialmente é chamado de valor CIE Ra, “CRI” sendo um termo geral e CIE Ra sendo o índice de renderização de cores padrão internacional.

Numericamente, o valor CIE Ra mais elevado é 100 e só seria dado a uma fonte idêntica à luz do dia padronizada ou a um corpo preto (as lâmpadas incandescentes são efetivamente corpos negros), caindo para valores negativos para algumas fontes de luz. A iluminação de sódio de baixa pressão tem CRI negativo; As luzes fluorescentes variam de cerca de 50 para os tipos básicos, até cerca de 98 para o melhor tipo de multi-fósforo. Os LEDs típicos têm cerca de 80 + CRI, enquanto alguns fabricantes afirmam que seus LEDs alcançaram até 98 CRI.

A capacidade da CIE Ra de prever a aparência da cor tem sido criticada em favor de medidas baseadas em modelos de aparência de cores, como CIECAM02 e para simuladores de luz diurna, o CIE Metamerism Index. O CRI não é um bom indicador para uso em avaliação visual, especialmente para fontes abaixo de 5000 kelvin (K). Uma versão mais recente do CRI, R96, foi desenvolvida, mas não substituiu o índice de renderização de cores Ra geral mais conhecido.

História
Os pesquisadores usam a luz do dia como referência para comparar a renderização de cores das luzes elétricas. Em 1948, Bouma descreveu a luz do dia como a fonte ideal de iluminação para uma boa renderização de cores porque “ele (luz do dia) exibe (1) uma grande variedade de cores, (2) facilita a distinção de pequenas tonalidades de cor e (3) a As cores dos objetos ao nosso redor, obviamente, parecem naturais “.

Em meados do século 20, os cientistas da cor se interessavam em avaliar a habilidade das luzes artificiais para reproduzir cores com precisão. Pesquisadores europeus tentaram descrever os iluminantes medindo a distribuição de energia espectral (SPD) em bandas espectrais “representativas”, enquanto suas homólogas norte-americanas estudaram o efeito colorimétrico dos iluminantes em objetos de referência.

A CIE reuniu um comitê para estudar o assunto e aceitou a proposta de usar a última abordagem, que tem a virtude de não precisar de espectrofotometria, com um conjunto de amostras de Munsell. Oito amostras de matiz variável seriam iluminadas alternadamente com dois iluminantes, e a aparência da cor comparada. Como nenhum modelo de aparência de cores existia no momento, foi decidido basear a avaliação nas diferenças de cores em um espaço de cores adequado, o CIEUVW. Em 1931, a CIE adotou o primeiro sistema formal de colorimetria, que se baseia na natureza tricromática do sistema visual humano. O CRI é baseado nesse sistema de colorimetria.

Para lidar com o problema de ter que comparar fontes de luz de diferentes temperaturas de cores correlacionadas (CCT), o CIE estabeleceu o uso de um corpo preto de referência com a mesma temperatura de cor para lâmpadas com CCT de menos de 5000 K ou uma fase de padrão CIE iluminante D (luz do dia) caso contrário. Isso apresentou uma gama contínua de temperaturas de cores para escolher uma referência de. Qualquer diferença de cromaticidade entre os iluminantes fonte e referência deveria ser resumida com uma transformada de adaptação cromática de tipo von Kries.

Princípio
A aparência colorida de uma superfície iluminada depende das suas características físicas, da luz que a ilumina e da luz principal do ponto de vista do observador. O designer de iluminação e o decorador jogam com todos esses efeitos: a luz de uma lâmpada incandescente é dourada à luz do dia que vem de uma janela; em um palco, uma superfície cinza corante com um projetor a cores. Por isso, é difícil comparar absolutamente duas fontes de luz.

Para simplificar o problema, concordamos que as fontes são as principais luzes. Uma superfície colorida por um pigmento pode ser descrita pelo seu espectro de absorção, que indica, para cada comprimento de onda, a proporção de luz que retorna. Assim, uma superfície que absorve muito mais azul e verde do que vermelho aparece avermelhada, em comparação com uma superfície branca, ou cinza neutro, que também reflete todos os comprimentos de onda. Esta sensação avermelhada persiste mesmo que a luz que a ilumina seja reforçada em azul e verde, desde que a superfície avermelhada ocupe apenas uma pequena parte do campo de visão. Como resultado, a cor parece se conectar aos objetos, enquanto a luz que vem aos olhos é diferente.

A capacidade de distinguir duas cores depende da quantidade de luz que a ilumina nas regiões do espectro visível que a caracterizam. Assim, um azul pálido feito com uma mistura de ultramarino e branco aparece cinza à luz de uma vela. A luz da vela contém uma quantidade insignificante de luz azul. Overseas retorna apenas azul. Ele se comporta como preto à luz da vela. Este efeito é a principal diferença entre duas fontes de luz. Quanto mais a temperatura da cor se aproxima da luz do dia, mais podemos distinguir as máscaras no azul.

O problema é complicado por fontes de luz à base de fluorescência. Iluminando uma superfície branca, que também reflete a luz de todos os comprimentos de onda visíveis, equilibram as áreas azul, verde e vermelha do espectro, de modo que esta superfície parece branca em comparação com a iluminada pelo dia. Mas o detalhe de seu espectro é diferente, de modo que duas cores que seriam semelhantes sob a mesma luz agora aparecem diferentes. Isto é o que os especialistas chamam de problema de metamerismo.

Comparando o desempenho de duas luzes para trabalhar com cores, portanto, envolve comparando a renderização de várias superfícies coloridas. A escolha das características de absopção é decisiva. Uma vez que dois espectros diferentes podem produzir a mesma cor, precisamos definir o seu espectro, não apenas a colorimetria. Alguns pigmentos conferem espectros com zonas de absorção mais marcadas, mas mais estreitas do que outras que dão a mesma cor. A escolha dos espécimes de espécimes teve que ser objeto de muitas experiências, de modo que o índice não contradisse muito a experiência do usuário.

A temperatura de cor é o aspecto principal das diferenças entre iluminantes, o índice é calculado em relação a uma fonte ideal da mesma temperatura de cor.

Para cada banda de frequência, o coeficiente de emissão de luz é multiplicado pelo complemento de um dos coeficientes de absorção da faixa de cores e o resultado é multiplicado pelo coeficiente da função colorimétrica. A colorimetria resultante é a soma de todos os resultados obtidos para cada função colorimétrica. Esta operação é repetida com a luz de referência.

O índice representa a média aritmética dos desvios de cor calculados para cada amostra entre o resultado com a luz a ser avaliada e com a luz de referência, corrigida pela transformação de von Kries, que representa a adaptação visual cromática à diferença de cor. entre o iluminante ideal e iluminando-o.

Medição do índice de renderização de cores

Ambas as fontes são usadas para iluminar várias amostras padrão. As cores percebidas com a referência e a fonte a ser testada (medidas de acordo com a norma CIE 1931) são comparadas usando uma fórmula convencional5 e em média sobre todas as amostras para obter o CRI da fonte a quantificar. Uma vez que oito amostras são freqüentemente usadas, os fabricantes geralmente usam o prefixo “octo-” para suas lâmpadas IRC altas.

Como o sol e as lâmpadas incandescentes são aproximadamente corpos pretos, seus CRIs valem 100.

O índice de renderização de cor foi criado para permitir uma comparação das luminárias “aproximadamente brancas”, ou seja, no momento da sua definição, os tubos fluorescentes, que também se aplicam à sua variante de fluocompact. Desde a sua introdução, os profissionais de cores notaram sua insuficiência para qualificar a iluminação e os casos de metamerismo mostrando duas superfícies coloridas como idênticas ou diferentes sob iluminação ainda da mesma temperatura de cor e alto índice de renderização de cores. O desenvolvimento da iluminação LED levou a CIE a definir um índice de fidelidade de cor, que inclui um espaço de cores baseado em diferenças de cores onde as melhores amostras coloridas de 99 cores e seus espectros de absorção em vez de 15 geralmente reduzidos para 8 para CRI de 1995. No entanto, a Comissão observa que, ainda mais precisamente, o índice de fidelidade de cores ainda não pode ser utilizado como índice de qualidade para a iluminação e que grupos de usuários podem julgar diferentes luminárias cujos resultados são idênticos para o índice.

Uma fonte de referência, como a radiação do corpo negro, é definida como tendo um CRI de 100. É por isso que as lâmpadas incandescentes possuem essa classificação, como são, de fato, quase radiadores de corpo negro. A melhor fidelidade possível a uma referência é especificada por um CRI de cem, enquanto o muito mais pobre é especificado por um CRI abaixo de zero. Um CRI elevado, por si só, não implica uma boa interpretação da cor, porque a própria referência pode ter um SPD desequilibrado se tiver uma temperatura de cor extrema.

Crítica
Ohno (2006) e outros criticaram o CRI por não estar sempre correlacionando bem com a qualidade de renderização de cor subjetiva na prática, particularmente para fontes de luz com espectros de emissão espiantes, como lâmpadas fluorescentes ou LEDs brancos. Outro problema é que o CRI é descontínuo em 5000 K, porque a cromaticidade da referência se move do locus de Planckian para o locus da luz do dia CIE. Davis & Ohno (2006) identificam vários outros problemas, que eles abordam na Escala de Qualidade de Cor (CQS):

O espaço de cores em que a distância de cor é calculada (CIEUVW) é obsoleta e não uniforme. Use CIELAB ou CIELUV em seu lugar.

A transformada de adaptação cromática usada (Von Kries transform) é inadequada. Use CMCCAT2000 ou CIECAT02 em vez disso.

O cálculo da média aritmética dos erros diminui a contribuição de qualquer desvio grande. Duas fontes de luz com CRI semelhante podem apresentar-se de forma significativamente diferente se tiverem um CRI especial particularmente baixo em uma banda espectral importante para a aplicação. Use o desvio quadrático médio em vez disso.

A métrica não é perceptiva; Todos os erros são igualmente ponderados, enquanto os seres humanos favorecem certos erros em relação aos outros. Uma cor pode ser mais saturada ou menos saturada sem uma alteração no valor numérico de ΔEi, enquanto, em geral, uma cor saturada é mais atraente.
O CRI não pode ser calculado para fontes de luz que não possuem uma CCT (luz não branca).
Oito amostras não são suficientes, uma vez que os fabricantes podem otimizar os espectros de emissão de suas lâmpadas para reproduzi-los fielmente, mas, de outra forma, funcionam mal. Use mais amostras (sugerem quinze para CQS).

As amostras não são suficientemente saturadas para dificultar a reprodução.

O CRI meramente mede a fidelidade de qualquer iluminante a uma fonte ideal com o mesmo CCT, mas a própria fonte ideal pode não renderizar as cores se tiver uma temperatura de cor extrema, devido à falta de energia em comprimentos de onda curtos ou longos (isto é, pode ser excessivamente azul ou vermelho). Pesar o resultado pela proporção da área de gama do polígono formado pelas quinze amostras em CIELAB para 6500 K para a área de gama para a fonte de teste. 6500 K é escolhido para referência, uma vez que tem uma distribuição de energia relativamente uniforme sobre o espectro visível e, portanto, área de gama alta. Isso normaliza o fator de multiplicação.

Rea e Freyssinier desenvolveram outro índice, o Gampon Area Index (GAI), em uma tentativa de melhorar as falhas encontradas no CRI. Eles mostraram que o GAI é melhor do que o CRI na previsão de discriminação de cores em testes de Farnsworth-Munsell 100 Hue padronizados e que GAI é preditivo de saturação de cor. Os defensores do uso de GAI afirmam que, quando usado em conjunto com o CRI, este método de avaliação da representação de cores é preferido por sujeitos de teste em fontes de luz que possuem valores altos de apenas uma medida. Os pesquisadores recomendam um limite inferior e superior ao GAI. O uso da tecnologia LED exigiu uma nova maneira de avaliar a renderização de cores devido ao espectro exclusivo de luz criado por essas tecnologias. Testes preliminares mostraram que a combinação de GAI e CRI usada em conjunto é um método preferido para avaliar o processamento de cores.

Pousset, Obein & Razet (2010) desenvolveram uma experiência psicofísica para avaliar a qualidade da luz de iluminação LED. É baseado em amostras coloridas usadas na “Escala de Qualidade de Cor”. Foram comparadas as previsões do CQS e os resultados das medidas visuais.

CIE (2007) “analisa a aplicabilidade do índice de renderização de cores CIE a fontes de luz LED brancas com base nos resultados de experimentos visuais”. Presidido por Davis CIE TC 1-69 (C) está atualmente investigando “novos métodos para avaliar as propriedades de rendição de cores de fontes de luz branca usadas para iluminação, incluindo fontes de luz de estado sólido, com o objetivo de recomendar novos procedimentos de avaliação … até março , 2010. ”

Para uma revisão abrangente de índices alternativos de renderização de cores, consulte Guo & Houser (2004).

Smet (2011) analisou várias métricas de qualidade alternativas e comparou seu desempenho com base em dados visuais obtidos em 9 experimentos psicofísicos. Verificou-se que uma média geométrica do índice GAI e CIE Ra correlacionaram-se melhor com naturalidade (r = 0,85), enquanto uma métrica de qualidade de cor baseada em cores de memória (MCRI) correlacionou-se melhor para preferência (r = 0,88). As diferenças no desempenho dessas métricas com as demais métricas testadas (CIE Ra; CRI-CAM02UCS; CQS; RCRI; GAI; geomean (GAI, CIE Ra); CSA; Judd Flattery; Thornton CPI; MCRI) foram estatisticamente significativas com p <0,0001. Dangol et al (2013) realizaram experimentos psicofísicos e concluíram que os julgamentos das pessoas sobre a naturalidade e a preferência geral não podiam ser preditos com uma única medida, mas exigiam o uso conjunto de uma medida baseada na fidelidade (por exemplo, Qp) e uma medida baseada em gama (por exemplo, Qg ou GAI). Eles realizaram experimentos adicionais em escritórios reais, avaliando vários espectros gerados para a combinação de métricas de renderização de cores existentes e propostas (ver Dangol et al. 2013, Islam et al., 2013, Baniya et al. 2013 para detalhes). Incompatibilidade de iluminação LED de alto e alto filme e filme Problemas foram encontrados tentando usar iluminação LED CRI de outra forma elevada em conjuntos de filmes e vídeos. Os espectros de cores das cores primárias de iluminação LED não correspondem às bandas de faixa de onda de cores esperadas de emulsões de filme e sensores digitais. Como resultado, a reprodução de cores pode ser completamente imprevisível em impressões ópticas, transferências para mídia digital de filmes (DI) e gravações de câmeras de vídeo. Este fenômeno em relação ao filme cinematográfico foi documentado em uma série de testes de iluminação LED de testes produzidos pela Academia do Artes cinematográficas e pessoal científico científico. Para esse fim, várias outras métricas, como o TLCI (Television Lighting Consistency Index), foram desenvolvidas para substituir o observador humano por um observador de câmera. Semelhante ao CRI, a métrica mede a qualidade de uma fonte de luz, uma vez que apareceria na câmera em uma escala de 0 a 100. Alguns fabricantes dizem que seus produtos possuem valores TLCI de até 99.