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光源对颜色感知的影响分析
来源:
https://www.sh133.cn
作者:
印象传递
发表时间:
2019-06-27
 
  锦州印刷认为光源的颜色特性光源对颜色感知的影响主要从光源的光谱功率分布、色温、显色性这三个方面来分析。

  1、光谱功率分布一般光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成的复合光,且各个波长的辐射功率也不同。光源的光谱辐射功率按波长的分布规律称为光谱功率分布。在色彩学中,主要讨论光源的相对光谱功率分布,因为光源的颜色取决于它所发出的不同波长光的相对能量比例。在人类所经历的漫长进化过程中,由于长期处于自然光环境中,形成了人的视觉器官的特殊结构,适应自然光强度的变化。

  自然光的最大特点是具有连续的光谱,在清晨和黄昏时色温较低约为2000K~4500K,中午色温较高约为5000K~7000K,在夜晚人们开始是用火把, 随后发明了蜡烛与油灯。这些燃烧火光都是色温较低的连续光谱。而在印刷中所用到的光源是人造光源,它的光谱功率分布曲线很难和日光的光谱功率分布曲线完全的重合,如白炽灯光源在短波蓝色波段的功率较低,所以白炽灯光源的光色带有黄红色,使印刷品偏色。所以印刷使用的光源的光谱功率分布与日光的接近程度决定了印刷品的偏色程度。

  2、色温黑体(完全辐射体)black body是指入射的电磁波能全部吸收的物体,既没有反射也没有透射,其吸收能力在所有物体中是最大的,因此它也是物体中发射本领最强的物体。所以可以将黑体作为参考标准。一定的光谱功率分布表现一定的光色,而黑体辐射的光谱功率分布由温度决定。所以人们将光源的相对光谱功率分布与某温度下黑体辐射的相对光谱功率分布相比较,如果某一光源与黑体在某一温度时的相对光谱功率分布相吻合,那么这一光源的光色就可以用此时黑体的温度来表示,该黑体的温度称为该光源的色温。有许多光源,其色度不一定能与黑体加热时的色度完全相同,只能用与之最接近的黑体的温度的色温来确定光源的色温,这个色温叫做相关色温。色温表征了光源的光谱特性,与光源的光谱成分有关。光源的光谱成分又决定的光源的光色,因此色温表达了光源的光我。色温低的光源,蓝光成分少,红光成分多;色温高的则相反。

  在印刷复制的过程中,对光源色温也有很高的要求。分色用光源的色温应与分色胶片的感色性相匹配,色温过高或过低都会影响分色效果。色温在5000K~6500K的光源,其光谱能量分布较符合照相分色的要求。印刷时用作看样的照明光源,色温以5000K或6500K为好,否则所呈现的色彩将会出现偏差。

  3、 显色性

  (1)显色性的定义

  照明光源不仅要求光效高、发光强度大,而且具有良好的色表和显色性。锦州印刷表示:光源的色表取决于光源的色温,光源的色温低,偏红色,反之,偏蓝色。光源的显色性是指光源对于物体色彩呈现的程度,也就是色彩逼真的程度。印刷中需要应用各种各样的人工光源,由于人工光源的光谱功率分面不同,同一个物体表面在不同的光源照射下,人眼会产生不同的色觉。人们把日光作为最理想的光源,或选择标准参照光源,将人工光源与之相比较,显示同色能力的强弱就是该人工光源的显色性。显色性的高低用平均显色指数(Ra)或特征显色指数来表示。显色性高的光源对于色彩的再现较好,我们所看到的色彩也就越接近自然色,显色性低的光源对色彩的再现则较差,因而我们所看到的物体色彩偏差也就会较大。通常按一般显色指数可将光源的显色性分成:优(R =100—75),一般(R =75—5o),劣(R<50)三个质量等级,作为对光源显色性的定性评价。如白炽灯、卤钨灯和镉灯等光源的显色指数较高,一般为85左右,常用于彩色电影、彩色印刷、纺织工业等色重现要求高的场合;荧光灯的显色指数为70~80,可用于一般的照明;高压汞灯和钠灯等的显色指数较低,通常低于50,故不宜用于辨色等视觉工作显色指数是定量地评价光源色还原性能质量的重要指标。

  在一些被照场所如印刷、摄影、印染、展厅等场所要求将物体的颜色真实地显现出来,所以选显色系数较高的光源,可将物体的原色真实的反应出来, 以达到良好的照明效果。现在街道上的路灯已逐步采用高压汞灯、高压钠灯等气体放电光源。如果从远处看,高压汞灯发出的光既亮且白。但是,当看到被它照射的人面孔时,看起来好像在脸上抹了一层青灰,这说明高压汞灯的色表并不差,但显色性不好。钨丝灯恰恰与之相反,它的光看上去虽然偏红偏黄,但是受照物体的特色却很少失真,也就是说钨丝灯的色表不很好,但显色性很好。低压钠灯的光色非常黄,如果将一块蓝布放到低压钠灯下面,蓝布就变成黑色。这说明低压钠灯的色表和显色性都不好。而氨灯的色表和显色性都好。这就是说,在灯光照明中,有些光源的色表和显色性都不好,有些都很好,有些色表好但显色性不好,有些色表不好但显色性好。光源的色表和显色性既有区别,又有联系。光源的颜色从根本上来说是由它的光谱能量分布决定的。光源的光谱能量分布确定之后,它的色表和显色性也就确定了。但是,不能倒过来认为,由光源的色表可以确定光源的光谱能量分布。光谱能量分布截然不同的光源可以产生相同的色表,这就是所谓的“同色异谱”现象。高压汞灯发出的光尽管色表和日光接近,但它的光谱能量分布和日光相差很大,它的光谱中多青光、蓝光而缺少红光,所以被它所照的人脸会发青灰的颜色。[next]

  (2)一般显色指数Ra的局限性

  尽管一般显色指数简单实用,但是它在方面表现出严重不足。首先,颜色是人们主观的感觉,不是物体固有的属性,它与照明条件、观察者、辐照度、照度、周围物体和观察角度等有关,并不存在什么所谓“真实颜色”。但是由于在CIE系统中,已定义在近似黑体的辐射下达最高值100,所以灯泡制造商都有意识地设计灯泡,使在用它照射物体时的显色性与黑体或日光照射时尽可能相近。这意味着光源的光谱分布与黑体或日光有偏离时,会使显色指数下降。例如用红、绿、蓝三个单色LED组成的白光LED,当在它的一般显色指数Ra较低时,它的显色性有时并不一定很坏。但是事实上,许多研究者Judd、Thorntou和Jerome已证实人们不一定最喜欢CIE所规定的参考光源照明时的颜色。例如前面已经提到的用色温很低的白炽灯照射绿色的树叶,并不一定是最好的选择。规定在黑体或日光照射时显色指数为最佳值Ra=100,存在疑问。CIE规定的参考光源是与待测光源的相关色温最接近的黑体或日光,它们都是辐射连续光谱的光源,具有多种颜色的光谱成分。当色温在6500 K时,其长短波的光谱功率分布较为均衡,作为参考光源应该说较为合理。但当色温在4000 K以下时,光谱功率分布严重不对称,蓝色的短波光谱功率远小于红色的长波光谱功率,其颜色偏向红色,作为参考光源存在疑问。在CIE颜色系统中,8块标准色板都是处在中等明度和色饱和度,在u~v系统中为等距离间隔。它们对于室内照明,可认为已能充分代表各种常用颜色。但在室外照明时,往往存在一些色饱和度较高的颜色,这8块标准色板已不能充分代表常用颜色。许多学者认为标色板数太少,是一般显色指数的另一个不足。虽然CIE还有9—14号色饱和度较高的6块色板,但它们并不包含在一般显色指数 n之中。在照明实践中,人们熟知的颜色为皮肤、树叶、食品等,它们的颜色极为重要,但它们都被排除在一般显色指数之外。Seim曾提议用20快标准色板,但由于这会使计算变得太复杂而被拒绝。当前,计算机普遍使用,似乎这个提议又得重新考虑。由于光源的显色性评价存在这两大问题、许多其它的评价方法引起广泛兴趣,本文将就作者所知作一简要介绍。

  (3)夫勒特利指数

  研究表明人们倾向于记住比较熟悉的物体的颜色,而且是记住它的生动的、饱和度较高时的颜色。这种记忆色与喜爱色往往相一致,而且倾向于向饱和度高方向偏移。如人们肤色的记忆色,倾向于向红方向偏移,树叶色向绿色方向偏移。显然与CIE中的R方法不同。事实上是对Ra的修正,这个修正包括二个方面:第一,在参考光源的照明下定义Rf=90,只有在假想的“完美光源”照明下,才有Rf=100。第二,选择10块标准色板,即除了原来1~8号标准色板外,还加上l3号l4号二块色板,相应于皮肤色和树叶色。这时,“完美光源”就是指在它的照射下,能把10块标准色板的颜色向喜爱方向偏移的光源。由此可见,对每块标准色板来说,相应的“完美光源”的色坐标是各不相同的,可以由实验确定。这也说明了这样的“完美光源”只能是假想的。Rf的计标方法与Ra相似,但有二点不同:(1)对于每块标准色板,参考光源的色坐标都需要调整,即根据实验确定的“完美光源”色坐标。然后,在待测光源照明时,每块色板的色差是与其相应的“完美光源”相比较后得到。(2)在计算Rf时,取l0块色板的色差平均值,但是每块色板的权重不同。l3号色板是肤色,权重是35%、2号是15%、14号是15%、其余是每块5%。这里特别强调了肤色的重要性。所以待测光源的可以高于参考光源Rf=90,但小于100。

  (4)颜色偏爱指数(CPI)

  颜色偏爱指数CPI(color preference index)利用上节提出的喜爱色概念,定义在D65光源照明下,颜色偏爱指数CPI=100。于是待测光源的CP1可以这样得到:在待测光源照射下,计算8块标准色板的色坐标与最喜爱色的色坐标之差,并求其矢量和的平均值(△E)CPI=156—7.18(△E)以上计算都是在CIE的UV色度系统中进行。虽然CPI与Rf都利用了最喜爱色这一概念,但两者有很大差别: (1) 在计算Rf时,用1-8号和l3、l4共l0块标准色板,而CP1只用1-8块标准色板。(2) 计算Rf时,色差(△E)取实验值的l/5,而CPI取原始实验值。(3) 计算Rf时,各块色板的权重不同,而CPI取相同权重。(4)根据定义 Rf的最大值为100,而CPI的最大值为156。

  最后锦州印刷要指出提出,与CPI两个指数的研究人员,都用实验确定喜爱色,而在实验中采用的是日光照明。现在有证据表明喜爱色与光源的相关色温有关。所以在使用Rf和CPI来恒量显色性时,仅仅适用高色温的光源。