光源色的计量

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第494页（2545字）

自身能发光的物体叫做发光体，也称为光源，当其发出一定量的可见光时，就必定呈现出一种颜色，大多数照明用的光源都呈白色，但实际上白炽灯的白色与荧光灯的白色有明显的差别。不同用途的信号灯光具有各种特定颜色，代表着不同的含义。此外还有发光二极管、彩色电视等发光体均需要进行颜色的计量。

光源色计量最基本的参数是三刺激值和色坐标。在式9．5－1中的色刺激函数φ(λ)等于光源的相对光谱功率分布P(λ)。由于2°视场的函数与光度学中的V(λ)是一致的，因此Y值正比于光源的亮度。通常情况下只对光源的色坐标感兴趣，归一化系数K可以任意取值，对x，y的结果没有影响。可以说，要计量光源的色坐标，就得知道这个光源的相对光谱功率分布。如果光源是一个黑体，则它的光谱功率分布可用普朗克公式计算出来，只要知道它的温度就行了。在CIE1931色度图上不同温度黑体发出的光所对应的色坐标连成一条线，称为黑体轨迹(见图9．5－2)，可以看出，当黑体的温度较低时，呈橙黄色，温度升高，逐渐接近白色，当温度到达一万开以上，则略呈蓝色。由此可见，从光的颜色可以推断出温度的高低，这对于黑体来说，无疑是正确的。对于很接近于黑体发光特性的白炽光源来说，也基本正确。从光的颜色与温度的这种关系，引出了“颜色温度”这个概念，简称色温。当一个光源所发出的光的颜色，与某个温度下黑体所发出的光的颜色相同或最接近时，则黑体的这个温度定义为该光源的色温。一般只对近似白色的光才用色温值来表示光源发光的特性。对于白炽光源来说，其光色可与黑体的光色达到完善的匹配，不同色温的色坐标点几乎落在黑体轨迹上。其它类型的光源(如荧光灯)色坐标往往不能落在黑体轨迹上，那末就要找到这个光源的色坐标点到黑体轨迹的最近距离点，这个点所对应的黑体温度，就称为光源的相关色温。由于在CIE1931色度图上，在颜色知觉上是不均匀的，所以从某一坐标点到黑体轨迹的最短距离，不是从该点向黑体轨迹所作的垂线，而是一条有一定角度的斜线，如图9．5－3所示，这些线称为等相关色温线，每根线上的相关色温都是一样的，都等于它与黑体轨迹的交点上所对应的黑体的温度。

图9．5－2 CIE1931色度图

图9．5－3 色度图上的黑体轨迹和等相关色温线

由色坐标计算色温的方法是根据不同温度下各等相关色温线的斜率，在计算机上设计一个程序进行逼近计算。也可以用下列经验公式进行近似计算：

T_c=669A⁴－779A³+3660A²－7047A+5652 (9．5－3)

式中 A=(x－0．329)／(y－0．187)

色温的单位是开尔文(K)，但色温并不代表发光体的真实温度，它只反映发光体所发出的光的颜色特征，一般地说色温愈高，其蓝、绿色的成份愈多；色温愈低，其红、黄色的成份较丰富。

光源的显色性是指与参照光源相比较时，光源呈现物体颜色的性能。参照光源有两类，当色温低于5000K时选择相同色温的黑体作为参照光源，当色温高于5000K时，选择相同色温的重组昼光作为参照光源。参照光源被看作是能够完美地再现物体颜色的照明体。

显色指数是对光源显色性的度量，它以被测光源下物体颜色与参照光源下物体颜色的相符程度来表示(见GB5702－85光源显色性评价方法)。显色指数R用下式计算：

R_i=100－4．6ΔE_i (i=1，2………15) (9．5－4)

式中 ΔE_i为被测光源与参照光源下，对第i个色样品的色差。色样品一共有15个，前14个是由国际照明委员会选定的，他们分别是：1．淡灰红，2．暗灰黄，3．饱和黄绿，4．中等黄绿，5．淡蓝绿，6．淡蓝，7．淡紫蓝，8．淡红紫，9．深红，10．深黄，11．深绿，12．深蓝，13．白种人肤色，14．叶绿色，15．中国女性肤色。

通常在评价某种光源的显色性能时，只需计算前八种样品的显色指数，并取其平均值，称为平均显色指数R_a：

几种常用光源的平均显色指数见表9．5－3

要计量光源的色坐标、色温、显色指数，首先测出光源在可见光谱内的相对光谱功率分布，这需要用光谱辐射计及光谱辐射标准灯，余下的工作就是代入公式计算，借助于计算机很容易做到。但光谱功率分布的测量是一种很精细的工作，需要有良好的仪器设备和操作技术(见CIE Technical Report No．63)。光源色度计量可溯源到光谱辐射计量基准。

表9．5－3 光源的平均显色指数

【参考文献】：

［1］现代计量学概论，鲁绍曾主编，中国计量出版社，1987。

［2］现代计量测试技术，王江主编，中国计量出版社，1990。

［3］光度学，郝允祥等编着，北京师范大学出版社，1988。

［4］色度学，荆其诚等编着，科学出版社1979，。

［5］Principles Governing Photometry，Metrologia，19，97－101，1983．

［6］Accurate Measurement and Correction for Nonlinearities in Radiometers，J．Res．NBS，67A，1972．