Стандартный источник света
Стандартный источник света является теоретическим источником видимого света с опубликованным профилем (его спектральным распределением мощности). Стандартные источники света служат основой для сравнения изображений или цветов, записанных при различном освещении.
Источники CIE
Международная комиссия по освещению (обычно сокращенно CIE за свое французское название) является органом, ответственным за публикацию всех известных стандартных источников света. Каждый из них известен письмом или комбинацией буквенных цифр.
Источники A, B и C были введены в 1931 году с намерением соответственно представлять средний свет накаливания, прямой солнечный свет и средний дневной свет. Иллюминаторы D представляют собой фазы дневного света, источник света E — источник энергии с равной энергией, а источники света F — люминесцентные лампы различного состава.
Существуют инструкции о том, как экспериментально производить источники света («стандартные источники»), соответствующие более старым источникам света. Для относительно более новых (например, серии D) экспериментаторов оставляют для измерения профилей их источников и сравнивают их с опубликованными спектрами:
В настоящее время ни один искусственный источник не рекомендуется для реализации стандартного осветителя D65 CIE или любого другого источника света D разных CCT. Следует надеяться, что новые разработки в источниках света и фильтрах в конечном итоге обеспечат достаточную основу для рекомендации МКО.
— CIE, Технический отчет (2004) Колориметрия, 3-е изд., Публикация 15: 2004, Центральное бюро МКО, Вена
Тем не менее, они обеспечивают меру, называемую индексом метамеризма, для оценки качества симуляторов дневного света. Индекс метамеризма проверяет, насколько хорошо соответствуют пять наборов метамерных образцов под испытательным и контрольным источником света. По способу, подобному индексу цветопередачи, вычисляется среднее различие между метамерами.
Осветитель A
CIE определяет источник света A в этих терминах:
Стандартный источник света CIE предназначен для представления типичного внутреннего освещения вольфрамового нити.Его относительное спектральное распределение мощности относится к планковскому излучателю при температуре около 2856 K. Стандартный источник света CIE должен использоваться во всех применениях колориметрии, связанных с использованием ламп накаливания, если только не существует конкретных причин для использования другого источника света.
— CIE, стандартные источники света CIE для колориметрии
Спектральное излучательное излучение черного тела следует закону Планка:
Во время стандартизации освещения А оба
Чтобы избежать дальнейших возможных изменений цветовой температуры, CIE теперь напрямую определяет SPD, основываясь на исходном (1931) значении c2:
Коэффициенты были выбраны для достижения пикового SPD 100 нм при 560 нм. Значения тристимула (X, Y, Z) = (109,85, 100,00, 35,58), а координаты цветности с использованием стандартного наблюдателя: (x, y) = (0,447,58, 0,407,45).
Источники света B и C
Освещенность B и C легко достигается симуляцией дневного света. Они изменяют источник света A с помощью жидкостных фильтров. B служил представителем дневного солнечного света с коррелированной цветовой температурой (CCT) 4874 K, а C представлял средний дневной свет с CCT 6774 K. К сожалению, они являются плохими приближениями любой фазы естественного дневного света, особенно в коротковолновой видимой и в ультрафиолетовых спектральных диапазонах. Еще более реалистичные симуляции были достижимы, Осветители B & C были устаревшими в пользу серии D :. Осветительные шкафы, такие как Spectralight III, которые используют отфильтрованные лампы накаливания, лучше подходят для осветителей D в диапазоне от 400 до 700 нм, чем флуоресцентные симуляторы дневного света.
Осветитель C не имеет статуса стандартных светильников CIE, но его относительное спектральное распределение мощности, значения тристимула и координаты цветности приведены в таблице T.1 и таблице T.3, так как многие практические измерительные приборы и расчеты все еще используют этот источник света.
— CIE, публикация 15: 2004
Освещенность B не была настолько удостоена в 2004 году.
Жидкие фильтры, разработанные Раймондом Дэвисом-младшим и Кассоном С. Гибсоном в 1931 году, имеют относительно высокое поглощение на красном конце спектра, эффективно увеличивая CCT лампы накаливания до уровня дневного света. Это похоже на функцию цветного геля CTO, который используют сегодня фотографы и кинематографисты, хотя и гораздо менее удобные.
Каждый фильтр использует пару растворов, включающих конкретные количества дистиллированной воды, сульфата меди, маннита, пиридина, серной кислоты, кобальта и сульфата аммония. Растворы разделяют листом неокрашенного стекла.Количество ингредиентов тщательно выбирается таким образом, чтобы их комбинация давала фильтр для преобразования цветовой температуры; то есть фильтрованный свет по-прежнему остается белым.
Осветительная серия D
Созданные Джаддом, МакАдамом и Вишкекой, серия источников света D построена для представления естественного дневного света. Их трудно производить искусственно, но их легко охарактеризовать математически.
HW Budde Национального исследовательского совета Канады в Оттаве, HR Condit и F. Grum из компании Eastman Kodak в Рочестере, Нью-Йорк, и ST Henderson и D. Hodgkiss из Thorn Electrical Industries в Энфилде независимо измеряли спектральное распределение мощности ( SPD) дневного света от 330 нм до 700 нм, в том числе 622 образца. Judd et al.проанализировали эти образцы и обнаружили, что координаты цветности (х, у) имели простое квадратичное соотношение:
Саймондс руководил характеристическим векторным анализом СПД. Применение его метода показало, что СПД могут быть удовлетворительно аппроксимированы с использованием среднего (S0) и первых двух характеристических векторов (S1 и S2):
Проще говоря, СПД исследуемых образцов дневного света можно выразить как линейную комбинацию из трех фиксированных СПД. Первый вектор (S0) является средним для всех образцов СПД, который является наилучшим восстановленным СПД, который может быть сформирован только с фиксированным вектором. Второй вектор (S1) соответствует желто-синему варианту, учитывающий изменения коррелированной цветовой температуры из-за наличия или отсутствия облаков или прямого солнечного света. Третий вектор (S2) соответствует розово-зеленому изменению, вызванному присутствием воды в виде пара и дымки.
Чтобы построить симулятор дневного света определенной коррелированной цветовой температуры, нужно просто знать коэффициенты M1 и M2 характеристических векторов S1 и S2.
Выражая цветности x и y как:
и используя известные значения тристимула для средних векторов, они смогли выразить M1 и M2 следующим образом:
Единственная проблема заключается в том, что это оставило нерешенным вычисление координаты (x, y) для определенной фазы дневного света. Judd et al. просто табулированы значения определенных координат цветности, соответствующие обычно используемым коррелированным цветовым температурам, таким как 5500 K, 6500 K и 7500 K. Для других цветовых температур можно было консультироваться с данными Келли. Эта проблема была рассмотрена в отчете CIE, в котором формализованный источник света D с приближением координаты x через обратную цветовую температуру, действительный от 4000 К до 25 000 К. Координата y тривиально следовала за квадратичной зависимостью Джадда.
Judd et al. затем расширили восстановленные СПД до 300 нм-330 нм и 700 нм-830 нм, используя данные спектральной абсорбции Луны атмосферы Земли.
Табличные СПД, представленные сегодня CIE, производятся линейной интерполяцией данных 10 нм, заданных до 5 нм.Ограниченный характер фотометрических данных не является препятствием для расчета значений тристимула CIEXYZ, поскольку стандартные функции согласования цвета колориметрического наблюдателя CIE приведены только в таблице с 380 до 780 нм с шагом 5 нм.
Аналогичные исследования были проведены в других частях мира или повторения анализа Джадда и др. С помощью современных вычислительных методов. В некоторых из этих исследований локус дневного света заметно ближе к планковскому локусу, чем в Judd et al.
вычисление
Относительное спектральное распределение мощности (SPD)
где T — CCT светильника. Говорят, что координаты цветности осветителей D образуют ЛВС дневного света CIE.Относительный СПД определяется:
где
CCT канонических источников света D50, D55, D65 и D75 немного отличаются от их названий. Например, D50 имеет CCT 5003 K (свет «горизонта»), а D65 имеет CCT 6504 K (полуденный свет). Как объяснялось в предыдущем разделе, это связано с тем, что значение констант в законе Планка было слегка изменено после определения этих канонических источников света, СПД которых основаны на исходных значениях в плане Планка. Чтобы соответствовать всем значимым цифрам опубликованных данных канонических источников света, значения M1 и M2 перед вычислением SD должны округляться до трех знаков после запятой.
Освещенность E
Источником E является радиатор с одинаковой энергией; он имеет постоянный СПД внутри видимого спектра. Это полезно в качестве теоретической справки; который дает равный вес всем длинам волн, представляя четный цвет. Он также имеет равные тристимулы CIE XYZ, поэтому его координаты цветности (x, y) = (1 / 3,1 / 3). Это по дизайну; функции согласования цвета XYZ нормированы так, что их интегралы по видимому спектру одинаковы.
Светильник E не является черным телом, поэтому он не имеет цветовой температуры, но его можно приблизить с помощью источника света серии D с CCT 5455 K. (Из канонических источников света D55 является самым близким.) Производители иногда сравнивают свет источники от источника света E для расчета чистоты возбуждения.
Светильник серии F
Источники света серии F представляют собой различные типы люминесцентного освещения.
Стандартные флуоресцентные лампы F1-F6 состоят из двух полуширокополосных излучений активации сурьмы и марганца в галогенфосфатном фосфориде кальция. F4 представляет особый интерес, поскольку он использовался для калибровки индекса цветопередачи CIE (формула CRI была выбрана так, чтобы F4 имел CRI 51). F7-F9 — «широкополосные» (полномасштабные) люминесцентные лампы с несколькими люминофорами и более высокие CRI. Наконец, F10-F12 представляют собой узкие трибундовые источники света, состоящие из трех «узкополосных» излучений (вызванных тройными составами редкоземельных люминофоров) в областях R, G, B видимого спектра. Весовые коэффициенты люминофора могут быть настроены для достижения желаемого CCT.
Спектры этих источников света опубликованы в публикации 15: 2004.
-
FL 1-6 : Стандарт
-
FL 7-9 : широкополосная связь
-
FL 10-12 : узкая полоса
Осветительная серия L
Публикация источников света серии L ожидается в середине 2018 года. Он будет представлять собой различные типы светодиодного освещения.
Белая точка
Спектр стандартного источника света, как и любой другой профиль света, можно преобразовать в значения тристимула.Набор трех тристимульных координат источника света называется белой точкой. Если профиль нормирован, то белая точка может быть эквивалентно выражена в виде пары координат цветности.
Если изображение записывается в координатах тристимула (или в значениях, которые могут быть преобразованы в их и из них), тогда используемая белая точка используемого источника света дает максимальное значение координат тристимула, которые будут записываться в любой точке изображения, в отсутствие флуоресценции. Он называется белой точкой изображения.
Процесс вычисления белой точки отбрасывает большую информацию о профиле источника света, и поэтому, хотя верно, что для каждого источника света можно вычислить точную точку белого, это не значит, что знание белой точки только одно изображение говорит вам о освещении, который использовался для записи.
| имя | CIE 1931 2 ° | CIE 1964 10 ° | ССТ (К) | оттенок | RGB | Заметка | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| x 2 | y 2 | x 10 | y 10 | |||||
| 0,44757 | 0,40745 | 0,45117 | 0,40594 | 2856 | Лампа накаливания / вольфрам | |||
| В | 0,34842 | 0,35161 | 0,34980 | 0,35270 | 4874 | {obsolete} Прямой солнечный свет в полдень | ||
| С | 0,31006 | 0,31616 | 0,31039 | 0,31905 | 6774 | {устаревшее} Среднее / Северное небо Дневной свет | ||
| D50 | 0,34567 | 0,35850 | 0,34773 | 0,35952 | 5003 | Горизонтальный свет.ICC-профиль PCS | ||
| D55 | 0,33242 | 0,34743 | 0,33411 | 0,34877 | 5503 | Среднее утро / Пополудни Дневной свет | ||
| D65 | 0,31271 | 0,32902 | 0,31382 | 0,33100 | 6504 | Полдень Дневной свет: телевизор, цветовое пространство sRGB | ||
| D75 | 0,29902 | 0,31485 | 0,29968 | 0,31740 | 7504 | Северное небо Дневной свет | ||
| Е | 1/3 | 1/3 | 1/3 | 1/3 | 5454 | Равная энергия | ||
| F1 | 0,31310 | 0,33727 | 0,31811 | 0,33559 | 6430 | Дневной свет | ||
| F2 | 0,37208 | 0,37529 | 0,37925 | 0,36733 | 4230 | Холодный белый флуоресцентный | ||
| F3 | 0,40910 | 0,39430 | 0,41761 | 0,38324 | 3450 | Белый флуоресцентный | ||
| F4 | 0,44018 | 0,40329 | 0,44920 | 0,39074 | 2940 | Теплый белый флуоресцентный | ||
| F5 | 0,31379 | 0,34531 | 0,31975 | 0,34246 | 6350 | Дневной свет | ||
| F6 | 0,37790 | 0,38835 | 0,38660 | 0,37847 | 4150 | Lite White Fluorescent | ||
| F7 | 0,31292 | 0,32933 | 0,31569 | 0,32960 | 6500 | Симулятор D65, симулятор дневного света | ||
| F8 | 0,34588 | 0,35875 | 0,34902 | 0,35939 | 5000 | Симулятор D50, Sylvania F40 Design 50 | ||
| F9 | 0,37417 | 0,37281 | 0,37829 | 0,37045 | 4150 | Холодный белый Deluxe Флуоресцентный | ||
| F10 | 0,34609 | 0,35986 | 0,35090 | 0,35444 | 5000 | Philips TL85, Ultralume 50 | ||
| F11 | 0,38052 | 0,37713 | 0,38541 | 0,37123 | 4000 | Philips TL84, Ultralume 40 | ||
| F12 | 0,43695 | 0,40441 | 0,44256 | 0,39717 | 3000 | Philips TL83, Ultralume 30 | ||
Список стандартизованных источников света, их координаты цветности CIE (x, y) идеально отражающего (или передающего) диффузора и их коррелированные цветовые температуры (CCT) приведены ниже. Координаты цветности CIE приведены как для поля зрения 2 градуса (1931), так и для поля зрения 10 градусов (1964). Образцы цветов представляют собой оттенок и RGB каждой белой точки, рассчитанные с яркостью Y = 0,54 и стандартным наблюдателем, при условии правильной калибровки дисплея sRGB.