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色温

光源的色温(Color temperature)是理想的黑体辐射体的温度,其发射与光源相当的颜色的光。色温是可见光的一个特征,在照明,摄影,录像,出版,制造,天体物理学,园艺等领域具有重要应用。实际上,色温仅对于实际上与某些黑体的辐射对应的光源有意义,即,从红/橙到黄,或多或少白到蓝白的线上的那些;谈论例如绿色或紫色光的色温是没有意义的。色温通常以开尔文表示,使用符号K(绝对温度的测量单位)。

超过5000 K的色温称为“冷色”(蓝白色),而较低的色温(2700-3000 K)称为“暖色”(黄白色至红色)。在这种情况下,“温暖”与传统白炽灯照射的热通量类比,而不是温度。暖色光的光谱峰值接近红外线,大多数天然暖色光源发出明显的红外辐射。这种意义上的“温暖”照明实际上具有“较冷”的色温常常导致混淆。

分类不同的照明
从理想黑体发出的电磁辐射的色温定义为其以凯尔文为单位的表面温度,或者也可以是微孔(微倒易开尔文)的表面温度。这允许定义比较光源的标准。

就热表面散发热辐射但不是理想的黑体散热器而言,光的色温不是表面的实际温度。白炽灯的光是热辐射,灯泡接近理想的黑体散热器,所以它的色温基本上是灯丝的温度。因此,相对较低的温度会发出暗淡的红色,而高温会散发出传统白炽灯泡的几乎白色。金属工人能够根据颜色从深红色到橙白色然后是白色来判断热金属的温度(参见红热)。

许多其他光源,如荧光灯或LED(发光二极管)主要通过除热辐射以外的过程发光。这意味着发射的辐射不遵循黑体光谱的形式。这些源被分配了所谓的相关色温(CCT)。 CCT是黑体辐射体的色温,它对人体颜色的感知最接近灯的光线。由于白炽灯不需要这样的近似值,所以白炽灯的CCT就是其未调节的温度,与黑体散热器相比较。

太阳
太阳近似于黑体散热器。由每平方单位总辐射功率定义的有效温度约为5780K。高于大气的日光色温约为5900K。

当太阳穿过天空时,根据其位置,它可能看起来是红色,橙色,黄色或白色。太阳在一天中变化的颜色主要是光散射的结果,并不是由于黑体辐射的变化。天空的蓝色是由大气对日光的瑞利散射引起的,这种散射蓝光比红光更倾向于散射。

由于Tyndall效应引起的低波长光散射增加,一些清晨和傍晚的光(黄金小时)具有较低的色温。由于1815年的坦博拉火山和1883年的喀拉喀托火山喷发后,大气中的小尘埃颗粒增加,这种影响尤为明显,这引起了世界各地的强烈日落。

日光具有与相关色温为6500K(D65观看标准)或5500K(日光平衡照相胶片标准)的黑体相似的光谱。

应用

灯光
对于照明建筑物内部,考虑照明的色温通常是重要的。在公共场所经常使用较暖的(即较低的色温)光来促进放松,而使用较冷(较高色温)的光来增强浓度,例如在学校和办公室中。

LED技术的CCT调光被认为是一项艰巨的任务,因为LED的分档,年龄和温度漂移效应会改变实际颜色值输出。这里使用反馈回路系统,例如用颜色传感器来主动监视和控制多个混色LED的颜色输出。

水产养殖
在鱼类养护中,色温在各分支中具有不同的功能和焦点。

在淡水水族箱中,色温通常只是为了制造更具吸引力的显示器。灯光往往被设计成能产生有吸引力的光谱,有时还需要二次注意保持水族箱中的植物活着。

在盐水/珊瑚礁水族箱中,色温是坦克健康的重要组成部分。在约400至3000纳米范围内,较短波长的光可以穿透较长波长的水,从而为珊瑚(并维持)珊瑚中的藻类提供必需的能源。这相当于在该光谱范围内水深随着色温的增加。由于珊瑚通常生活在浅水区,并接受强烈的直接热带阳光,所以重点是用6500 K灯模拟这种情况。与此同时,更高温度的光源变得越来越流行,首先是10000K,最近是16000K和20000K。在可见光范围(420-460nm)的紫端使用光化光照可以在不增加藻类的情况下观看夜景绽放或增强光合作用,并使许多珊瑚和鱼的荧光颜色“流行”,创造出更明亮的展示槽。

数码摄影
在数码摄影中,术语“色温”有时与白平衡可互换使用,它允许重新映射颜色值以模拟环境色温的变化。大多数数码相机和RAW图像软件都提供了模拟特定环境值(例如,阳光,阴天,钨等)的预设,而其他模式允许在开尔文中明确输入白平衡值。这些设置会沿着蓝色 – 黄色轴改变颜色值,而某些软件包括添加洋红色 – 绿色轴的其他控件(有时标记为“色调”),并且在某种程度上是任意的并且是艺术解释的问题。数字摄影师不可能使用绝对色温值,因为具有物理科学背景的人会注意到。然而,高K(蓝白)和低K(红橙)的总体思路将告诉所有试图尝试自己的硬件和软件的人。

摄影胶片
照相乳剂胶片有时会夸大光线的颜色,因为它不会以人类视觉感知的方式对照明颜色做出反应。一张看起来像是白​​色的物体在照片中可能会变得非常蓝或橙。在打印期间可能需要校正色彩平衡以实现中性彩色打印。这种修正的范围是有限的,因为彩色胶片通常具有对不同颜色敏感的三层,并且在“错误”光源下使用时,每层可能不会按比例响应,从而在阴影中产生奇怪的偏色,尽管中间色调可能在放大器下正确地进行了白平衡。具有不连续光谱的光源(如荧光灯管)在打印时也无法完全校正,因为其中一层可能几乎没有记录图像。

摄影胶片是为特定的光源(最常见的是日光胶片和钨膜)制作的,并且正确使用后会制作出中性彩色照片。匹配电影的灵敏度与光源的色温是平衡色彩的一种方法。如果在室内使用白炽灯钨膜,钨白炽灯的黄橙色灯在照片中显示为白色(3200 K)。彩色负片几乎都是日光平衡的,因为它假定可以在印刷时调整颜色(有限制,参见上文)。彩色透明胶片作为该过程中的最终产品,必须与光源相匹配,或者必须使用滤光片来校正颜色。

相机镜头上的过滤器或光源上的彩色凝胶可用于校正色彩平衡。在阴天,窗口灯光下或使用白色或蓝色光线的钨膜时,如果使用蓝光(高色温)来源进行拍摄,则可以使用黄橙色滤光片进行校正。对于日光膜(校准为5600 K)在较暖(低色温)光源(如日落,烛光或钨灯)下拍摄,可使用带蓝色(如#80A)的滤光片。需要使用更细微的滤光片来校正3200 K和3400 K钨灯之间的差异,或者纠正一些闪光管的略偏蓝光,可能是6000 K.

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如果有多个光源具有不同的色温,则平衡色彩的一种方法是使用日光薄膜并将颜色校正凝胶过滤器放置在每个光源上。

摄影师有时会使用色温表。这些通常被设计为仅读取沿着可见光谱(红色和蓝色)的两个区域;更昂贵的阅读三个区域(红色,绿色和蓝色)。但是,它们对荧光灯或放电灯等光源不敏感

摄影师有时会使用色温表。这些通常被设计为仅读取沿着可见光谱(红色和蓝色)的两个区域;更昂贵的阅读三个区域(红色,绿色和蓝色)。但是,它们对荧光灯或放电灯等光源不起作用,光源颜色不同,可能难以校正。由于这种光线通常呈绿色,洋红色滤光片可能会纠正它。如果缺乏这种仪表,可以使用更复杂的比色测量工具。

桌面出版
在桌面出版行业,了解显示器的色温非常重要。颜色匹配软件(例如Apple的ColorSync for Mac OS)会测量显示器的色温,然后相应地调整其设置。这使得屏幕上的颜色更接近地匹配打印的颜色。常见的显示器色温以及括号中的标准光源如下:

5000 K(D50)
5500 K(D55)
6500 K(D65)
7500 K(D75)
9300 K

D50是标准光源的科学速记:相关色温为5000 K的日光光谱。D55,D65和D75也有类似的定义。 D50等名称用于帮助分类光照表和观看亭的色温。在轻便桌子上观看彩色幻灯片时,重要的是适当平衡光线,以便颜色不会偏向红色或蓝色。

数码相机,网络图形,DVD等通常设计为6500 K色温。通常用于因特网上图像的sRGB标准规定(除其他之外)6500K显示白点。

电视,视频和数码相机
NTSC和PAL电视规范要求兼容的电视屏幕在6500 K的色温下显示电黑白信号(最小色彩饱和度)。在许多消费级电视机上,与此要求存在非常明显的偏差。然而,通过使用预编程设置或自定义校准,更高端的消费级电视可将其色温调节至6500 K.当前版本的ATSC明确要求将色温数据包括在数据流中,但旧版本的ATSC允许省略这些数据。在这种情况下,当前版本的ATSC引用默认比色法标准取决于格式。所引用的两个标准都指定了6500 K的色温。

大多数视频和数码相机可以通过放大白色或中性色物体并设置手动“白平衡”(告诉相机“此物体是白色的”)来调节色温。相机会将白色显示为白色,并相应地调整所有其他颜色。白平衡是必要的,特别是在荧光灯照明下的室内和将照相机从一种照明状态移动到另一种情况时。大多数相机还具有自动白平衡功能,可尝试确定光线的颜色并进行相应的校正。虽然这些设置曾经是不可靠的,但它们在今天的数码相机中得到了很大的改进,并且在各种各样的照明环境中产生了精确的白平衡。

通过控制色温进行艺术应用

摄像机操作员可以白平衡不是白色的物体,淡化用于白平衡的物体的颜色。例如,他们可以通过对浅蓝色的东西进行白平衡来为图片带来更多的温暖,比如褪色的蓝色牛仔布;通过这种方式,白平衡可以取代过滤器或照明凝胶,当这些不可用时。

电影摄影师不像摄像机操作员那样“白平衡”;他们使用滤光片,电影胶片选择,预闪,以及拍摄后的颜色分级等技术,既可以通过实验室曝光也可以数字方式进行。电影摄影师还与布景设计师和灯光团队密切合作,以实现理想的色彩效果。

对于艺术家来说,大多数颜料和纸张都具有凉爽或温暖的色调,因为人眼甚至可以检测到微量的饱和度。与黄色,橙色或红色混合的灰色是“暖灰色”。绿色,蓝色或紫色创造“酷灰色”。请注意,这种温度感与实际温度相反;尽管它对应于较高温度的黑体,但蓝色被描述为“较冷”。

照明设计师有时会根据色温来选择滤光片,通常用于匹配理论上为白色的光。由于使用放电型灯具的灯具产生的色温比钨灯具高得多,所以使用这两种灯具可能会产生鲜明的对比,所以有时候安装具有通常产生6000-7000K光的HID灯具的灯具使用3200 K滤光片模拟钨光。具有混色功能或多种颜色(如果包括3200 K)的灯具也可以生产类似钨的灯。选择灯时色温也可能是一个因素,因为每个色温可能会有不同的色温。

显色指数
CIE显色指数(CRI)是一种确定8个样品斑块的光源照度与参考源提供的照明相比有多好的方法。引用在一起,CRI和CCT给出了参考(理想)光源最佳接近特定人造光的数值估计,以及它们的区别是什么。

光谱功率分布
光源和光源可以用其光谱功率分布(SPD)来表征。许多制造商提供的相对SPD曲线可能是在其光谱辐射计上使用10 nm或更多的增量生成的。其结果是看起来比灯实际上更平滑(“更全谱”)的功率分布。由于它们的尖端分布,测量荧光灯时建议更精细的增量,这需要更昂贵的设备。
天文学中的色温

与黑体光谱相比,A0V星(Teff = 9501K,参见Vega)的特征光谱功率分布。 15000 K黑体光谱(虚线)与恒星SPD的可见光部分相比,比9500 K的黑体更好。所有光谱都归一化为相交于555纳米。

在天文学中,色温由SPD在给定波长处的局部斜率或实际上的波长范围限定。举例来说,对于A0V星(例如Vega)校准为相等的颜色大小B和V,恒星色温T_ {C}由黑体的颜色指数BV散热器适合恒星。除了B-V之外,其他颜色指标也可以使用。色温可能与恒星表面的辐射通量给出的有效温度大不相同。例如,与约9500K的有效温度相比,A0V星的色温约为15000K。

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