Индекс цветопередачи (CRI) является количественным показателем способности источника света четко отображать цвета различных объектов по сравнению с идеальным или естественным источником света. Источники света с высоким ЧРИ желательны в таких важных для цвета приложениях, как уход за новорожденными и восстановление предметов искусства. Он определяется Международной комиссией по освещению (МКО) следующим образом:

Цветопередача: влияние источника света на цветное изображение объектов путем сознательного или подсознательного сравнения с их цветным внешним видом под опорным источником света

CRI источника света не указывает на кажущийся цвет источника света; это информация, заданная коррелированной цветовой температурой (CCT). CRI определяется спектром источника света. На рисунках справа показан непрерывный спектр лампы накаливания и дискретный линейный спектр люминесцентной лампы; прежняя лампа имеет более высокий CRI.

Значение, часто цитируемое как «CRI» для коммерчески доступных осветительных приборов, правильно называется значением CIE Ra, а «CRI» является общим термином, а CIE Ra является международным стандартом цветопередачи.

В численном выражении максимально возможное значение CIE Ra равно 100, и оно будет передаваться только источнику, идентичному стандартизованному дневному свету или черному телу (лампы накаливания — это фактически черные тела), снижаясь до отрицательных значений для некоторых источников света. Низкое давление натрия имеет отрицательный CRI; флуоресцентные лампы варьируются от около 50 для базовых типов, до 98 для лучшего мультифосфорического типа. Типичные светодиоды имеют около 80+ CRI, в то время как некоторые производители утверждают, что их светодиоды достигли до 98 CRI.

Способность CIE Ra предсказать появление цвета была подвергнута критике в пользу мер, основанных на моделях внешнего вида, таких как CIECAM02 и для симуляторов дневного света, индекса Metamerism CIE. CRI не является хорошим показателем для использования в визуальной оценке, особенно для источников ниже 5000 кельвин (K). Была разработана новая версия CRI, R96, но она не заменила более известный общий индекс рендеринга Ra.

история
Исследователи используют дневной свет в качестве ориентира для сравнения цветопередачи электрического света. В 1948 году Бума описал дневной свет как идеальный источник освещения для хорошего цветопередачи, потому что «он (дневной свет) отображает (1) большое разнообразие цветов, (2) позволяет легко отличить небольшие оттенки цвета и (3) цвета предметов вокруг нас, очевидно, выглядят естественными ».

Около середины 20-го века ученые-цветники проявили интерес к оценке способности искусственных огней точно воспроизводить цвета. Европейские исследователи пытались описать источники света путем измерения спектрального распределения мощности (СПД) в «репрезентативных» спектральных диапазонах, тогда как их североамериканские коллеги изучали колориметрический эффект источников света на эталонных объектах.

CIE собрал комитет для изучения этого вопроса и принял предложение использовать последний подход, в силу которого не требуется спектрофотометрия, с набором образцов Munsell. Восемь образцов различного оттенка будут поочередно освещены двумя источниками света, а внешний вид по сравнению. Поскольку в то время не существовало модели внешнего вида цвета, было решено основать оценку цветовых различий в подходящем цветовом пространстве CIEUVW. В 1931 году ЦИВ принял первую формальную систему колориметрии, основанную на трихроматическом характере зрительной системы человека. CRI основан на этой системе колориметрии.

Чтобы справиться с проблемой сравнения источников света с различными коррелированными цветовыми температурами (CCT), CIE остановился на использовании эталонного черного тела с той же цветовой температурой для ламп с CCT менее 5000 K или фазы стандарта CIE источник света D (дневной свет) в противном случае. Это дало непрерывный диапазон цветовых температур, чтобы выбрать ссылку. Любая разница цветопередачи между исходными и опорными источниками света должна была быть сокращена с помощью преобразования цветного адаптационного типа фон Криса.

Принцип
Цветной вид освещенной поверхности зависит от ее физических характеристик, от освещенности света и от основного света с точки зрения наблюдателя. Дизайнер освещения и декоратор играют со всеми этими эффектами: свет лампы накаливания позолочен в свете дня, который исходит из окна; на сцене, серые поверхностные красители с цветным проектором. Поэтому трудно сравнивать абсолютно два источника света.

Чтобы упростить проблему, мы согласны с тем, что источники являются основными источниками света. Поверхность, окрашенную пигментом, может быть описана спектром поглощения, который указывает для каждой длины волны долю света, который он возвращает. Таким образом, поверхность, которая поглощает гораздо больше синего и зеленого цвета, чем красный, выглядит красноватой по сравнению с белой поверхностью или нейтральной серой, которая также отражает все длины волн. Это красноватое ощущение сохраняется, хотя свет, который его освещает, усиливается синим и зеленым, если красноватая поверхность занимает лишь небольшую часть поля зрения. В результате цвет кажется прикрепленным к объектам, в то время как свет, который попадает в глаза, отличается.

Способность различать два цвета зависит от количества света, которое освещает его в областях видимого спектра, которые его характеризуют. Таким образом, бледно-голубой, сделанный со смесью ультрамарина и белого, кажется серым в свете свечи. Свет свечи содержит незначительное количество синего света. За границей возвращается только синий цвет. Он ведет себя как черный в свете свечи. Этот эффект является основным различием между двумя источниками света. Чем больше цветовая температура приближается к температуре дневного света, тем больше мы можем различать оттенки в синем.

Проблема осложняется источниками света на основе флуоресценции. Освещая белую поверхность, которая также отражает свет всех видимых длин волн, они уравновешивают синюю, зеленую и красную области спектра, так что эта поверхность кажется белой по сравнению с освещенной днем. Но детали их спектра различны, поэтому два цвета, которые были бы похожими на один и тот же свет, теперь кажутся разными. Это то, что специалисты называют проблемой метамеризма.

Поэтому сравнение производительности двух огней для работы с цветами предполагает сравнение рендеринга нескольких цветных поверхностей. Выбор характеристик абспирации является решающим. Поскольку два разных спектра могут иметь один и тот же цвет, нам нужно определить их спектр, а не только их колориметрию. Некоторые пигменты дают спектры с зонами поглощения более заметными, но более узкими, чем другие, которые дают один и тот же цвет. Выбор спектров образцов должен был быть предметом многих экспериментов, так что индекс не слишком сильно противоречил опыту пользователя.

Цветовая температура является основным аспектом различий между источниками света, индекс рассчитывается по отношению к идеальному источнику с одинаковой цветовой температурой.

Для каждой полосы частот коэффициент излучения света умножается на дополнение к одному из коэффициентов поглощения в цветовом диапазоне, а результат умножается на коэффициент колориметрической функции. Полученная колориметрия представляет собой сумму всех результатов, полученных для каждой колориметрической функции. Эта операция повторяется с контрольным светом.

Индекс представляет собой среднее арифметическое отклонений цвета, вычисленных для каждого образца, между результатом с оцененным светом и контрольным светом, скорректированным с помощью преобразования фон Криса, который представляет собой визуализацию хроматической визуализации к разнице в цвете. между идеальным источником света и освещением его.

Измерение индекса цветопередачи

Оба источника используются для освещения нескольких стандартных образцов. Цвета, воспринимаемые с помощью ссылки и проверяемого источника (измеренные в соответствии со стандартом CIE 1931), сравниваются с использованием обычной формулы 5 и усредняются по всем образцам для получения ЧРИ источника, подлежащего количественному определению. Поскольку восемь образцов часто используются, производители обычно используют префикс «octo-» для своих высоких ламп IRC.

Поскольку солнце и лампы накаливания являются приблизительно черными телами, их CRI стоят 100.

Индекс цветопередачи был создан для сравнения «приблизительно белых» светильников, т. Е. Во время его определения, флуоресцентных ламп, что также относится к их варианту флюокомпакта. С момента своего появления специалисты по цвету отметили свою недостаточность, чтобы квалифицировать освещение и случаи метамеризма, показывая две цветные поверхности как одинаковые или разные под освещением, но с той же цветовой температурой и высоким индексом цветопередачи. Развитие светодиодного освещения привело к тому, что CIE определил индекс точности цвета, который включает цветовое пространство на основе цветовых различий, где наилучшим образом распределены 99 цветовых образцов и их спектры поглощения вместо 15, как правило, сокращены до 8 для CRI 1995 года. Однако Комиссия отмечает, что, точнее, индекс точности цвета по-прежнему не может использоваться в качестве показателя качества для освещения, и что группы пользователей могут оценивать разные светильники, результаты которых идентичны для индекса.

Исходный источник, такой как излучение черного тела, определяется как имеющий CRI 100. Именно поэтому лампы накаливания имеют этот рейтинг, поскольку они, по сути, являются почти черными радиаторами. Наилучшая возможная верность ссылки указана в CRI сто, в то время как самая бедная определяется CRI ниже нуля. Высокий CRI сам по себе не означает хорошего исполнения цвета, потому что сама ссылка может иметь несбалансированный SPD, если она имеет экстремальную цветовую температуру.

критика
Ohno (2006) и другие критиковали CRI за то, что они не всегда хорошо коррелируют с субъективным качеством цветопередачи на практике, особенно для источников света с острыми спектрами излучения, такими как люминесцентные лампы или белые светодиоды. Другая проблема заключается в том, что CRI прерывается при 5000 K, потому что цветность эталона перемещается из планковского локуса в ловушку дневного света CIE. Davis & Ohno (2006) идентифицируют несколько других вопросов, которые они рассматривают в своей шкале качества цвета (CQS):

Цветовое пространство, в котором вычисляется цветовое расстояние (CIEUVW), является устаревшим и неравномерным. Вместо этого используйте CIELAB или CIELUV.

Используемое преобразование хроматической адаптации (преобразование Von Kries) неадекватно. Вместо этого используйте CMCCAT2000 или CIECAT02.

Вычисление среднего арифметического ошибок уменьшает вклад любого одного большого отклонения. Два источника света с аналогичным CRI могут выполняться значительно по-разному, если в спектральной полосе, которая важна для приложения, имеет особенно низкий специальный CRI. Вместо этого используйте среднеквадратичное отклонение.

Метрика не воспринимается; все ошибки одинаково взвешены, тогда как люди предпочитают определенные ошибки над другими. Цвет может быть более насыщенным или менее насыщенным без изменения численного значения ΔEi, в то время как в целом насыщенный цвет считается более привлекательным.
CRI не может быть рассчитан для источников света, у которых нет CCT (не белый свет).
Восемь образцов недостаточно, так как производители могут оптимизировать спектры излучения своих ламп, чтобы воспроизводить их добросовестно, но в противном случае плохо работают. Используйте больше образцов (они предлагают 15 для CQS).

Образцы недостаточно насыщены, чтобы затруднить воспроизведение.

CRI просто измеряет верность любого источника света идеальному источнику с тем же CCT, но сам идеальный источник не может хорошо отображать цвета, если он имеет экстремальную цветовую температуру из-за недостатка энергии на коротких или длинных волнах (т. Е. он может быть слишком синим или красным). Нарисуйте результат по отношению площади гаммы многоугольника, образованного пятнадцатью образцами в CIELAB для 6500 K, к области спектра для источника теста. 6500 К выбран для сравнения, поскольку он имеет относительно равномерное распределение энергии по видимому спектру и, следовательно, высокую площадь гаммы. Это нормализует коэффициент умножения.

Rea и Freyssinier разработали еще один индекс — индекс области Гамут (GAI) в попытке улучшить недостатки, обнаруженные в CRI. Они показали, что GAI лучше, чем CRI, при прогнозировании цветовой дискриминации на стандартизованных тестах Fainsworth-Munsell 100 Hue и что GAI прогнозирует насыщенность цвета. Сторонники использования GAI утверждают, что при использовании в сочетании с CRI этот метод оценки цветопередачи предпочтительнее испытуемых над источниками света, которые имеют высокие значения только одного измерения. Исследователи рекомендуют нижний и верхний предел для GAI. Использование светодиодной технологии вызвало новый способ оценки цветопередачи из-за уникального спектра света, созданного этими технологиями. Предварительные тесты показали, что комбинация GAI и CRI, используемых вместе, является предпочтительным методом оценки цветопередачи.

Pousset, Obein & Razet (2010) разработали психофизический эксперимент, чтобы оценить качество света светодиодных светильников. Он основан на цветных образцах, используемых в «Цветовой шкале качества». Сравнивались предсказания CQS и результаты визуальных измерений.

CIE (2007) »рассматривает применимость индекса цветопередачи CIE к белым светодиодным источникам света на основе результатов визуальных экспериментов». Под председательством Дэвис , CIE TC 1-69 (C) в настоящее время изучает «новые методы оценки свойств цветопередачи источников белого света, используемых для освещения, в том числе твердотельных источников света, с целью рекомендовать новые процедуры оценки … к марту , 2010. »

Полный обзор альтернативных индексов цветопередачи см. В Guo & Houser (2004).

Smet (2011) рассмотрел несколько альтернативных показателей качества и сравнил их эффективность на основе визуальных данных, полученных в 9 психофизических экспериментах. Было обнаружено, что среднее геометрическое индекса GAI и CIE Ra лучше всего коррелирует с естественностью (r = 0,85), в то время как метрика качества цвета, основанная на цветах памяти (MCRI), коррелирует лучше всего для предпочтения (r = 0,88). Было установлено, что различия в производительности этих показателей с другими проверенными метриками (CIE Ra, CRI-CAM02UCS, CQS, RCRI, GAI, geomean (GAI, CIE Ra), CSA, Judd Flattery, Thornton CPI, MCRI) были статистически значимыми с р <0,0001. Дангол и др. (Dangol et al., 2013) провели психофизические эксперименты и пришли к выводу, что суждения о естественности и общем предпочтении людей не могут быть предсказаны с одной мерой, но необходимы совместное использование меры на основе верности (например, Qp) и меры, основанной на гамме (например, Qg или GAI.). Они провели дальнейшие эксперименты в реальных офисах, оценивая различные спектры, созданные для сочетания существующих и предлагаемых показателей цветопередачи (подробнее см. Dangol et al., 2013 и др., 2013 г., Baniya и др., 2013). Пленка и видео с высоким уровнем CRI Светодиодное освещение несовместимо Возникли проблемы с попыткой использовать в противном случае высокое светодиодное освещение CRI на пленочных и видеофайлах. Цветовые спектры основных цветов светодиодного освещения не соответствуют ожидаемым полосам пропускания длин волн пленочных эмульсий и цифровых датчиков. В результате цветопередача может быть совершенно непредсказуема в оптических отпечатках, передача на цифровые носители из фильма (DI) и записи видеокамеры. Это явление применительно к кинофильму было задокументировано в серии испытаний светодиодных осветительных приборов, академия из Киноискусство и научный персонал. С этой целью были разработаны различные другие показатели, такие как TLCI (Индекс согласованности телевизионного освещения), чтобы заменить наблюдателя на человека наблюдателем. Подобно CRI, метрика измеряет качество источника света, как это было бы на камере по шкале от 0 до 100. Некоторые производители говорят, что их продукция имеет значения TLCI до 99.