色溫是評價光源顏色質量的一個重要指標,我們在談論某一光源的色溫時,經常會涉及到與此相關的幾個概念,分別是:光源色溫、相關色溫和分布溫度。鑒于許多的朋友對此不是很了,本文對光源色溫、相關色溫及分布溫度的含義及光源色溫測量與計算方法做了介紹,對此感興趣的朋友可以了解一下!
1.光源色溫的含義
?如果一個光的顏色(即光色)與某一溫度下的黑體發射光的顏色相同,那么此時黑體的絕對溫度值就叫做該光源的顏色溫度,簡稱色溫。
2.光源相關色溫的含義
在某一確定的均勻色度圖中,如果一個光源與某一溫度下的黑體具有最接近的光色<色品)、此時黑體的這個絕對溫度值就叫做該光源的相關色溫。
3.光源分布溫度的含義
光源的分布溫度的定義 在某一波長范圍內[λ1,λ2],如果一個光源發出的輻射與某一溫度下的黑體具有最接近的相對光譜輻射功率分布,那么此時黑體的絕對溫度叫做該光源在該波長范圍內的分布溫度。
從上述概念中,可以看出當光源發射光的顏色和黑體不同時,色溫的概念被擴大到更一般的“相關色溫”的概念。在色溫和相關色溫的定義中,必須是對標準的色覺觀察者而言。因為不同的色覺觀察者。特別是具有色覺缺陷的觀察者在評價時,將可能收到不同的結果。在相關色溫的定義中、必須規定出一個最合適的,為大家所公認的均勻色度圖。對同一光源,由依據的均勻色度圖的不同,所求出的相關色溫也不同?,F規定用CIE1960UCS色度圖。在上述定義中,都包括了人眼的色覺特性,因此,色溫和相關色溫實際上是一個心理物理量。
光源的色溫和分布溫度實際上是兩個完全不同的概念。對于分布溫度,不僅在可見光區,而對紅外區,紫外區也可能有意義,對色溫則只在可見光區有意義。一般地講,光源的色溫和可見光區的分布溫度在數值上是不同的,下文列出了幾種典型光源的相關色溫和分布溫度值:
鎢帶燈:相關色溫2060K;分布溫度2055K;
螺旋鎢絲燈:相關色溫2032K;分布溫度2030K;
碘鎢燈:相關色溫3048K;分布溫度3089K;
B光源:相關色溫4874K;分布溫度4651K;
C光源:相關色溫6774K;分布溫度6215K;
D65晝光:相關色溫6504K;分布溫度6205K;
E光源:相關色溫5455K;分布溫度5512K;
氙?。合嚓P色溫5689K;分布溫度5493K;
碳?。合嚓P色溫6344K;分布溫度6512K。
從上可以看出,CIE標準光源B,C,E,D65、氙弧,碳弧等,它們的相關色溫和分布溫度值有相當大的區別、這是因為它們的相對光譜能量分布與黑體的有較大的差異。然而象白熾鎢絲燈這樣一類的光源,由于它的相對光譜能量分布與黑體的相差很小,因而它的相關色溫值與可見區的分布溫度相差也很?。ㄌ?,鎢燈除外),一般差別在2——5K左右。事實上,由于光譜能量分布測量誤差的存在,要區分這個差別也是沒有意義的。
藍/紅比法通常用來測定一個光源的色溫。在這個方法中,改變標準光源(黑體或更通常的是經預先校準過的標準燈)的色溫,使其測得的被測光源和標準光源的藍/紅比相等、此時就認為被測光源的色溫等于標準光源的色溫。嚴格地講,這樣比較得到的是分布溫度,而不是色溫。雖然在通常情況下由于被測光源和標準光源具有相同或近似相同的分光能量分布、這種差別是不大重要的但是如果所比較的這兩種光源具有不相同的分光能量分布+最好還是講這是它的分布溫度、盡管這分布溫度和所使用的藍、紅波長范圍有關。因此,對于感光測定所用的儀器燈泡(鎢絲燈),可以用藍/紅比方法來標定燈泡的色溫。
取一只無色泡殼的鎢絲燈,由小到大逐漸升高燈電壓(電流),燈絲的溫度隨之也逐漸升高,我們可以看到發出的光有兩個變化,一個是燈絲的亮度越來越大;另一個是它發出的光的顏色也在變化,先是暗紅,然后變為紅、紅黃、黃白,最后變為白色。并且只要將燈電壓(或電流)每次都調到同一數值,也就是說燈絲被加熱到對應的同一溫度時,它發出的光亮度總是相同的,光顏色總是恒定的,且不同的溫度對應于不同的亮度,不同的顏色。不管燈絲點燃在什么溫度下,只要恰當改變黑體的溫度,總可以使得黑體發射光的顏色與鎢絲燈發射光的顏色相匹配。由此可見,對于象白熾鎢絲燈這一類型的光源,不僅它的光色和它白熾體的溫度有一對應的關系,而且在和黑體的光色相匹配的情況下,還和此時黑體的溫度有一一對應的關系。
由于燈源的色溫不同,它所發射的光的顏色也就不同,它的藍/紅比值也不同。因此,感光測定中所用的燈源的色溫將影響著感光測定數據的準確性,嚴重影響產品質量。
光源色溫分為絕對色溫和相關色溫。不同類型的色溫的計算方法是不同的,下文主要對相關色溫的計算方法進行介紹。
目前已經提出了幾種比較典型的相關色溫的計算方法,包括:三角垂足插值法、黑體軌跡法和模擬黑體軌跡法等,這幾種方法雖然計算精確,但計算過程復雜,計算量大。為了更加高效準確地計算出相關色溫,Macadam、J.Smith等人提出了幾種計算相關色溫的經驗公式。
Tamaru等人提出的相關色溫計算公式為:
式中n=(x-0.332)/(y-0.1858),x、y為CIE-1931的色坐標。
J.Smith等人提出的相關色溫計算公式為:
式中n=(x-0.3320)/(0.1858-y),x、y為CIE-1931的色坐標。
上述三種經驗公式均可以直接計算出已知色品坐標光源的相關色溫,且計算快速、準確。對于多基色混合光,其色品坐標只能落在混合光圍成的色品坐標的連線區域內,故上述經驗公式也可以用混合光相關色溫的計算。