Индекс цветопередачи CRI

Индекс цветопередачи CRI – это часто неправильно понимаемый показатель качества цвета. Тем не менее, для любого применения, где важен внешний вид цвета, важно учитывать CRI.
Мы разработали следующее руководство, чтобы помочь вам понять, что это такое и как оно может помочь вам улучшить качество освещения.

Что такое индекс цветопередачи CRI ?

Проще говоря, Индекс цветопередачи CRI измеряет способность источника света точно воспроизводить цвета объекта, который он освещает. Это, казалось бы, простое определение, но нет, поэтому мы поможем разбить его на три части.

Часть 1. Индекс цветопередачи CRI – это оценка с максимальным значением 100.

Что означает измерение способность чего-то? Как и результаты тестов, CRI измеряется по шкале, где более высокое число представляет более высокую способность, а 100 – самое высокое. CRI – это удобная метрика, потому что она представлена ​​в виде единого количественного числа. Значения CRI, которые равны 90 и выше, считаются отличными, в то время как оценки ниже 80, как правило, считаются плохими (Подробнее об этом ниже).

Часть 2. Индекс цветопередачи CRI используется для измерения искусственных источников белого света.

Источники света могут быть сгруппированы в источники искусственного или естественного света. В большинстве ситуаций нас беспокоит качество цвета искусственных форм освещения, таких как светодиодные и люминесцентные лампы. Это по сравнению с дневным светом или солнечным светом – естественным источником света.

Часть 3: Индекс цветопередачи (CRI) измеряет и сравнивает отраженный цвет объекта при искусственном освещении.

Во-первых, быстрое обновление того, как работает цвет. Естественный свет, такой как солнечный свет, представляет собой сочетание всех цветов видимого спектра. Цвет самого солнечного света белый, но цвет объекта под солнцем определяется цветами, которые он отражает.

Индекс цветопередачи CRI

Например, красное яблоко выглядит красным, потому что оно поглощает все цвета спектра, кроме красного, которое оно отражает. Когда мы используем искусственный источник света, такой как светодиодная лампа, мы пытаемся «воспроизвести» цвета естественного дневного света, чтобы объекты выглядели так же, как при естественном дневном свете.

Иногда воспроизводимый цвет будет выглядеть очень похожим, а иногда – совсем другим. Именно это сходство измеряет CRI.

Индекс цветопередачи CRI

Как вы можете видеть в нашем примере выше, наш искусственный источник света (светодиодная лампа с 5000K CCT) не воспроизводит такое же покраснение в красном яблоке, как естественный дневной свет (также 5000K CCT). Но обратите внимание, что светодиодная лампа и естественный дневной свет имеют одинаковый цвет 5000К. Это означает, что цвет света одинаков, но объекты по-прежнему выглядят по-разному. Как это могло произойти?

Если вы посмотрите на наш рисунок выше, вы увидите, что наша светодиодная лампа имеет другой спектральный состав по сравнению с естественным дневным светом, хотя она имеет тот же 5000K белый цвет.
В частности, нашей светодиодной лампе не хватает красного цвета. Когда этот свет отражается от красного яблока, красный свет не отражается. В результате красное яблоко больше не имеет того же яркого красного вида, которое оно имело при естественном дневном свете.
Индекс цветопередачи CRI пытается охарактеризовать это явление путем измерения общей точности различных цветов объектов при освещении под источником света.

 

CRI невидим, пока вы не осветите его на объекте.

Как мы упоминали выше, один и тот же цвет света может иметь различный спектральный состав. Поэтому вы не можете судить о CRI источника света, просто взглянув на цвет света. Это станет очевидным только тогда, когда вы направите свет на различные объекты разного цвета.

Как измеряется Индекс цветопередачи CRI?

Метод расчета CRI очень похож на пример визуальной оценки, приведенный выше, но выполняется с помощью алгоритмических вычислений после измерения спектра рассматриваемого источника света. Сначала необходимо определить цветовую температуру для рассматриваемого источника света. Это можно рассчитать по спектральным измерениям.
Цветовая температура источника света должна быть определена таким образом, чтобы мы могли выбрать подходящий спектр дневного света для использования для сравнения.
Затем рассматриваемый источник света будет фактически освещен серией виртуальных  образцов цвета, называемых пробными образцами цветов (TCS), с измеренным отраженным цветом.

Измерение цветовой температуры

Всего имеется 15 образцов цвета:

Индекс цветопередачи CRI

Мы также подготовим серию виртуальных измерений отраженного цвета для естественного дневного света той же цветовой температуры. Наконец, мы сравниваем отраженные цвета и формально определяем оценку «R» для каждого образца цвета.

Индекс цветопередачи CRI

Значение R для определенного цвета указывает на способность источника света точно воспроизводить этот конкретный цвет. Поэтому, чтобы охарактеризовать общую способность цветопередачи источника света к различным цветам, формула CRI принимает среднее значение R. Какие и сколько значений R усредняются, будет зависеть от того, какое определение CRI вы используете – общий CRI (Ra) или расширенный CRI.

Как насчет цветовой температуры без дневного света?

Для простоты мы взяли цветовую температуру 5000 К для наших примеров выше и сравнили ее со спектром естественного дневного света 5000 К для расчетов CRI. Но что, если у нас есть светодиодная лампа 3000K и мы хотим измерить ее CRI? Стандарт CRI гласит, что для цветовых температур 5000К и выше используется спектр дневного света , а для цветовых температур менее 5000К используется спектр излучения Планка.
Планковское излучение – это практически любой источник света, который создает свет, генерируя тепло. Это включает в себя лампы накаливания и галогенные источники света. Поэтому, когда мы измеряем CRI светодиодной лампы 3000K, ее сравнивают с «естественным» источником света, который имеет тот же спектр, что и галогенный прожектор 3000K. (Это верно – несмотря на ужасную энергоэффективность галогенных и ламп накаливания, они дают полный, естественный и превосходный спектр света).

Цветовая температура светодиодов

Каковы общие значения CRI и что является приемлемым?

Для большинства внутренних и коммерческих применений освещения 80 CRI (Ra) является общей базой для приемлемой цветопередачи. Для приложений, где цветовой вид важен для работы, выполняемой внутри, или может способствовать улучшению эстетики, 90 CRI (Ra) и выше могут быть хорошей отправной точкой. Огни в этом диапазоне CRI обычно считаются огнями с высоким CRI. Типы приложений, в которых 90 CRI (Ra) могут потребоваться по профессиональным причинам, включают больницы, текстильные фабрики, типографии или цеха покраски. Области, где улучшенная эстетика могла бы быть важными, включают отели высокого класса и розничные магазины, места жительства и студии фотографии. При сравнении продуктов освещения со значениями CRI выше 90, может быть очень полезно сравнить отдельные значения R, которые составляют показатель CRI, в частности, CRI R9.

CRI R9 является одним из тестовых образцов цвета (TCS), используемых при расчете расширенного CRI. Однако многие производители сообщают только об общем CRI, который не включает в себя показатель CRI R9. (Смотрите здесь для расширенного CRI против общего CRI ). Поэтому CRI R9 часто является полезным дополнительным показателем для оценки способности цветопередачи источника света, особенно в том, что касается объектов, спектры отражения которых содержат красные волны.

Подробное рассмотрение того, как рассчитывается R9, вместе с соответствующим образцом тестового цвета (TCS9) – это общая рекомендация для всех, кому необходимо знать о качестве цвета источника света.

Что такое индекс цветопередачи CRI R9?

R9 – это показатель, показывающий, насколько точно источник света будет воспроизводить яркие красные цвета.«Точный» определяется как сходство с дневным светом или лампами накаливания, в зависимости от цветовой температуры.
Индекс цветопередачи CRI
Как и при каждом расчете значения CRI R , R9 рассчитывается путем вычисления отраженного цвета от теоретического объекта с профилем отражения, определенным как TCS9. Спектры отражения представлены ниже:

Индекс цветопередачи CRI

 

 

Что примечательно, так это то, что спектр TCS9 почти полностью состоит из красного света. По спектру мы видим это как длину волны более 600 нм. Это означает, что если в источнике света недостаточно красного света, красный цвет будет казаться «выключенным» или другим. Ниже приведен типичный спектр светодиодов по сравнению с эталонным источником (дневной свет). Очень заметно отсутствие красного света, излучаемого светодиодом на длинах волн свыше 600 нм. В результате значение CRI R9 для этого светодиода составляет -1,4. (Это верно, отрицательное число!) Это несмотря на то, что общий CRI (Ra) входит в 79.
Индекс цветопередачи CRI

 

Почему CRI R9 важен?

 

CRI R9 является очень важным показателем, потому что многим источникам света будет не хватать красного, но этот факт будет скрыт из-за усреднения вычислений CRI, которые не включают R9. Как показано на диаграмме ниже, источник света действительно может работать достаточно хорошо с первыми 8 тестовыми цветными образцами, демонстрируя неплохие результаты для R1-R8. Для общей метрики CRI Ra это означает, что светодиод с плохой цветопередачей красного цвета все еще может обойтись с рейтингом 80 CRI (Ra).

Индекс цветопередачи CRI

Однако при более внимательном рассмотрении значения R9 видно, что свет будет очень плохим, в частности, для красных цветов.

 

Что такое хорошее значение CRI R9?

Хотя максимально возможное значение R9 также равно 100, в отличие от средних значений CRI, R9 следует оценивать немного по-другому. С математической точки зрения, R9 гораздо сложнее получить высокий балл по сравнению с другими значениями R, которые составляют вычисления CRI, и гораздо более чувствителен к спектральным изменениям. Следовательно, оценка R9, равная 50 или выше, будет считаться «хорошей», тогда как оценка R9, равная 90 или более, будет считаться «отличной». Поэтому вы обнаружите, что большинство осветительных продуктов, доступных на рынке, редко указывают значение R9, и когда они это делают, они редко гарантируют что-либо выше 50. Даже в Waveform Lighting мы указываем R9> 80 или R9> 90, и не может гарантировать что-либо выше, чем R9> 95 из-за этой чувствительности.
Это связано с тем, что CRI использует цветовое пространство CIE 1960 uv, которое искажено таким образом, что преувеличивает цветовые различия в красной области диаграммы цветности. Поскольку CRI является вычислением, которое количественно определяет различия в цвете между источником света и эталонным источником, большая вычисленная разница в цвете приведет к большему уменьшению показателя R.

Почему красный такой важный цвет?

Красный – важный цвет для многих применений, включая фотографию, текстиль и воспроизведение оттенков кожи человека. Многие объекты, которые не отображаются красным цветом, на самом деле представляют собой комбинацию цветов, включая красный. Например, на оттенки кожи очень сильно влияет покраснение крови, которая течет прямо под нашей кожей.
Следовательно, при отсутствии красного цвета человек выглядит бледным или даже зеленым. Это может быть проблематично для медицинских применений, где появление цвета имеет решающее значение для точной диагностики. В других приложениях, таких как фотография, эстетический внешний вид имеет решающее значение, и во многих случаях его невозможно исправить даже в пост-продакшн и цифровом редактировании. При поиске светодиода высокого качества, не забудьте узнать о CRI.

В чем разница между CRI и Ra?

Сравнивая продукты освещения, вы, несомненно, встретите показатели CRI и Ra для описания качества цвета. Вы можете предположить, что нет никакой разницы между CRI и Ra, но читайте дальше, чтобы узнать, как это может быть ошибкой!

Индекс цветопередачи CRI определен.

CRI является аббревиатурой от индекса цветопередачи и является наиболее широко принятым в мире показателем, описывающим способность источника света точно воспроизводить цвет.

Общая концепция предполагает использование набора из 15 предопределенных цветов, называемых образцами тестовых цветов (TCS),  и определение того, насколько точным источником света будет выглядеть каждый из этих цветов.

Ниже приведены 15 образцов цветовых тестов:

Индекс цветопередачи CRI

«Точный» определяется как сходство с естественным дневным светом или лампой накаливания, в зависимости от его цветовой температуры. (Это немного упрощение – подробнее см. Здесь ). Каждая из этих оценок TCS называется R i , где R обозначает оценку рендеринга, а  i является индексом TCS. Например, оценка для TCS4 («Умеренный желтовато-зеленый») будет рассчитана и помечена как R4. Как только каждое из значений R вычислено, могут быть вычислены два типа CRI, называемые общим CRI и расширенным CRI.

Общий Индекс цветопередачи CRI.

Общий CRI рассчитывается как среднее значение от R1 до R8. Формально это часто упоминается как Ra, где a является сокращением для «среднего».Обратите внимание, что используются только R1-R8, а R9-R15 НЕ используются при расчете Ra.

Расширенный CRI.

Расширенный CRI рассчитывается как среднее значение от R1 до R14. Иногда используется символ «Re», где буква «e» обозначает «расширенный». Примечательно, что расширенный CRI отражает влияние насыщенных цветов, таких как глубокий красный (R9) и ярко-синий (R12), чего нет в общем CRI. Это одна из критических замечаний общего CRI, и поэтому всегда полезно взглянуть на расширенный CRI и конкретные значения R при работе над проектом, где качество цвета имеет значение.

Что такое Ra?

Технически, Ra – это просто символ в формулах для общих вычислений CRI, но он стал широко использоваться в качестве синонима для общего CRI. Другими словами, Ra также является средним значением от R1 до R8.

Утрачено при переводе?

В Соединенных Штатах термин CRI используется для обозначения общего CRI (R1-R8), хотя это не обязательно имеет место в других регионах мира. В Китае и Европе , например, CRI , как правило , используется для описания расширенного CRI (R1-R14). В зависимости от того, с кем вы говорите, CRI может иметь совсем другое значение. Наша рекомендация должна быть ясной при обсуждении этих показателей с производителями и клиентами. При обсуждении общего CRI лучше всего использовать термин «CRI (Ra)» или общий CRI (R1-R8). При обсуждении расширенного CRI используйте термин «CRI (e)», «Re» или расширенный CRI (R1-R14). Как правило, расширенный CRI используется реже, чем общий CRI, но в случае сомнений всегда лучше уточнить!

В Waveform Lighting, чтобы избежать путаницы, мы прямо указываем, когда CRI используется для обозначения CRI Ra. Например, ниже приведен скриншот с нашей страницы продукта со светодиодной трубкой NorthLux T5 .

Индекс цветопередачи CRI

Почему высокий CRI всегда менее эффективен.

Являясь лидером в отрасли светодиодных осветительных приборов с высоким CRI , одной из наших задач было объяснить нашим клиентам, почему светодиоды с высоким CRI отстают от своих 80 CRI (или ниже) аналогов по своей световой эффективности (люмен на ватт).
Если вы прочитали некоторые другие наши сообщения в блоге , вы увидите, что мы одержимы наукой о цвете . Поскольку взаимосвязь между CRI и световой эффективностью часто замечают, но редко понимают, мы подумали, что это вопрос / тема, которая определенно заслуживает отдельного поста.

Чтобы понять Индекс цветопередачи CRI и люмены, посмотрите на спектр.

Как и во многих других областях науки о цвете, нам нужно вернуться к спектральному распределению мощности источника света. Индекс цветопередачи CRI рассчитывается глядя на спектр источника света, а затем моделируя и сравнивая спектр, который будет отражаться от набора тестовых образцов цвета.
В своих расчетах CRI использует SPD дневного света или черного тела , поэтому более высокий CRI также указывает на то, что спектр света аналогичен естественному дневному свету (более высокие значения CCT) или галогенам / лампам накаливания (более низкие значения CCT).Индекс цветопередачи CRI

Спектр естественного дневного света (вверху)

Выходная мощность, измеренная в люменах, описывает яркость источника света. Яркость , однако, является чисто человеческой конструкцией! Это определяется тем, к каким длинам волн наши глаза наиболее чувствительны и сколько энергии света присутствует на этих длинах волн. Мы называем ультрафиолет и инфракрасное излучение «невидимыми» (то есть без яркости), потому что наши глаза просто не «воспринимают» эти длины волн как воспринимаемую яркость, независимо от того, сколько энергии присутствует на этих длинах волн.Чтобы лучше понять, как работает феномен яркости, ученые в начале 20-го века разработали модели систем человеческого зрения, и фундаментальным принципом, лежащим в основе этого, является функция яркости, которая описывает взаимосвязь между длиной волны и восприятием яркости.
Индекс цветопередачи CRI
Желтая кривая показывает стандартную фотопическую функцию (см. Выше)

Кривая яркости достигает пика между 545-555 нм, диапазоном длин волн светло-зеленого цвета, и довольно быстро спадает при увеличении и уменьшении длины волны. Очень важно, что значения яркости очень низкие – 650 нм, которые представляют собой длины волн красного цвета. Это говорит нам о том, что длины волн красного цвета, а также длины волн темно-синего и фиолетового цветов очень неэффективны при ярком освещении. Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения. Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости.

Индекс цветопередачи CRI

Наконец, когда мы сравним функцию яркости со спектром для естественного дневного света, должно стать ясно, почему высокий CRI, и особенно R9 для красных , расходится с яркостью. Для достижения высокого коэффициента цветопередачи почти всегда полезен более полный и широкий спектр, но для достижения более высокой светоотдачи наиболее эффективным будет более узкий спектр, сфокусированный в зелено-желтом диапазоне длин волн.

Именно по этой причине в стремлении к повышению энергоэффективности качество цвета и CRI почти всегда отводятся в приоритет. Справедливости ради следует отметить, что в некоторых приложениях, таких как наружное освещение, может быть более высокая потребность в эффективности, чем в цвете. Тем не менее, понимание и оценка задействованной физики могут быть очень полезны при принятии обоснованного решения в осветительных установках.

Световая эффективность излучения (LER)

До сих пор в этой статье мы несколько свободно поменяли термины эффективность и действенность. Хотя они оба влияют на конечное количество люменов, испускаемых на ватт электрической энергии, технически эти термины означают разные вещи.

В строго научном смысле эффективность описывает общую потребляемую электрическую энергию (вход) по сравнению с полной энергией, излучаемой в виде света. Поскольку это соотношение, вход и выход описываются в ваттах, а выходная мощность обычно описывается как «радиометрические ватты». Короче говоря, радиометрической выходной энергией является энергия в форме электромагнитного излучения, независимо от ее влияния на воспринимаемую яркость. Эффективный светодиод на 50% преобразует 100 Вт электрической энергии в 50 Вт электромагнитного излучения и 50 Вт тепловой энергии.

Теперь, когда мы переходим к эффективности. Мы привносим функцию светимости в нашу дискуссию. Световая эффективность описывает, насколько эффективен конкретный световой поток при создании восприятия яркости. Свет с низким CRI с большим количеством зеленой и желтой энергии длины волны благодаря функции светимости будет иметь более высокую световую эффективность, в то время как свет с высоким CRI, спектр света которого является более полным и равномерно распределенным, будет иметь более низкую световую эффективность, потому что длины волн менее эффективны при создании воспринимаемой яркости.

Глубоко в научно-исследовательских лабораториях разработки светодиодов инженеры постоянно оценивают этот компромисс между качеством цвета и эффективностью. Удобная мера, называемая световой эффективностью излучения, или сокращенно LER, помогает количественно оценить это.

По сути, LER исключает из уравнения аспект электрической эффективности светодиодов и фокусируется на радиометрическом выходе и его эффективности при создании воспринимаемой яркости.

LER может варьироваться в диапазоне от 0,0 до 1,0 в зависимости от спектрального распределения мощности и может использоваться для оценки фактической световой эффективности в люменах на ватт с использованием следующего уравнения:

LPW = Fe x LER x 683

LPW: световая эффективность, в люменах на ватт

Fe: радиометрическая эффективность (обычно 30-50% для светодиодов)

LER: световая эффективность излучения (обычно 0,2 – 0,5 для светодиодов)

683: коэффициент для преобразования LER в LPW

Так, например, если у нас есть светодиод с радиометрической эффективностью 40% и LER 0,40, мы можем оценить, что он будет давать значение светоотдачи примерно 110 люмен на ватт.

В качестве примечания можно также сделать вывод, что максимальная световая отдача 683 лм / Вт может достигать 100% электрически эффективного светодиода со 100% LER (который излучает только при 555 нм).

Еда на вынос? Можно не только увеличить световую эффективность, увеличив электрическую эффективность, присущую светодиоду и его системе, но также взглянуть на LER, который может быть получен непосредственно из спектра света.

Нижняя линия

Итак, у вас есть это – всесторонний взгляд на то, почему более высокий CRI и, следовательно, более широкий спектр, почти неизбежно приведут к более низкой световой эффективности. Это фундаментальная физическая проблема, и для ее решения необходимо определенное время, чтобы определить, когда и где следует идти на компромисс между эффективностью и эффективностью в сравнении с качеством цвета.

https://lightru.pro/kak-prikleit-svetodiodnuyu-lentu/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *