在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源或照明光源的性能指標(biāo)進(jìn)行分析時(shí),經(jīng)常會(huì)涉及到幾個(gè)概念,它們分別是:光源色溫、相關(guān)色溫和分布溫度。特別是對(duì)光源色溫和分布溫度,許多人總是搞不清楚,不知道它們之間存在怎樣的區(qū)別。本文對(duì)光源色溫及其與光源分布溫度的區(qū)別做了介紹。
光源色溫和相關(guān)色溫的含義:
如果一個(gè)光源發(fā)射光的顏色(即光源色)與某一溫度下的黑體發(fā)射光的顏色(即色品)相同,那么,此時(shí)黑體的絕對(duì)溫度值就叫做該光源的顏色溫度(簡稱色溫)。黑體發(fā)射光的相對(duì)光譜功率分布由普朗克定律給出:
式中T為黑體的絕對(duì)溫度;λ為波長;C1為第一輻射常數(shù),C1=3.7417749x10-16w·m2;C2為第二輻射常數(shù),C2=1.4388x10-2m·K。
當(dāng)光源發(fā)射光的顏色和黑體不相同時(shí),我們用“相關(guān)色溫”的概念來描述光源的顏色。相關(guān)色溫的定義是:在某一確定的均勻色度圖中,如果一個(gè)光源與某一溫度下的黑體具有最接近的色品,此時(shí)黑體的絕對(duì)溫度值就叫做光源的相關(guān)色溫。
當(dāng)表示光源的光源色坐標(biāo)點(diǎn)落在黑體軌跡上時(shí),說明該光源的光源色與某一溫度下的黑體的光源色相同。計(jì)算出的就是光源的色溫值。反之,當(dāng)表示光源的光源色坐標(biāo)點(diǎn)落在黑體軌跡以外時(shí),計(jì)算出的就是光源的相關(guān)色溫值。并且,當(dāng)表示光源的色坐標(biāo)點(diǎn)在色度圖中偏離黑體軌跡越遠(yuǎn),相關(guān)色溫的概念越弱。
從上述概念中,可以看出當(dāng)光源發(fā)射光的顏色和黑體不同時(shí),色溫的概念被擴(kuò)大到更一般的“相關(guān)色溫”的概念。在色溫和相關(guān)色溫的定義中,必須是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的色覺觀察者而言。因?yàn)椴煌纳X觀察者。特別是具有色覺缺陷的觀察者在評(píng)價(jià)時(shí),將可能收到不同的結(jié)果。在相關(guān)色溫的定義中、必須規(guī)定出一個(gè)最合適的,為大家所公認(rèn)的均勻色度圖。對(duì)同一光源,由依據(jù)的均勻色度圖的不同,所求出的相關(guān)色溫也不同?,F(xiàn)規(guī)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(guān)色溫實(shí)際上是一個(gè)心理物理量。
光源分布溫度的含義:
分布溫度的定義:在某一波長范圍內(nèi)[λ1,λ2],如果一個(gè)光源發(fā)出的輻射與某一溫度下的黑體有最接近的相對(duì)光譜功率分布,那么,此時(shí)黑體的絕對(duì)溫度就叫做該光源在該波長范圍內(nèi)的分布溫度。分布溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
其中E(λ)是被測光源的相對(duì)光譜輻射功率分布;P(λ,T)是黑體的光譜輻射功率分布;α是一個(gè)調(diào)整常數(shù)。選取適當(dāng)?shù)摩痢值,使得上式的積分值最小,此時(shí)的T即為所求的被測光源的分布溫度值。
光源色溫和光源分布溫度的區(qū)別:
光源的色溫和分布溫度實(shí)際上是兩個(gè)完全不同的概念。對(duì)于分布溫度,不僅在可見光區(qū),而對(duì)紅外區(qū),紫外區(qū)也可能有意義,對(duì)色溫則只在可見光區(qū)有意義。
光源的分布溫度在相當(dāng)程度上表征了光源的相對(duì)光譜輻射功率分布,而相關(guān)色溫與光源的相對(duì)光譜輻射功率分布的相關(guān)性較之分布溫度要小得多。分布溫度不涉及人的任何生理特性,是一個(gè)純粹的物理量。而相關(guān)色溫的定義中包括了人眼的視覺特性,是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)色覺觀察者而言的。
一般地講,光源的色溫和可見光區(qū)的分布溫度在數(shù)值上是不同的,下文列出了幾種典型光源的相關(guān)色溫和分布溫度值:
鎢帶燈:相關(guān)色溫2060K;分布溫度2055K;
螺旋鎢絲燈:相關(guān)色溫2032K;分布溫度2030K;
碘鎢燈:相關(guān)色溫3048K;分布溫度3089K;
B光源:相關(guān)色溫4874K;分布溫度4651K;
C光源:相關(guān)色溫6774K;分布溫度6215K;
D65晝光:相關(guān)色溫6504K;分布溫度6205K;
E光源:相關(guān)色溫5455K;分布溫度5512K;
氙?。合嚓P(guān)色溫5689K;分布溫度5493K;
碳弧:相關(guān)色溫6344K;分布溫度6512K。
從上可以看出,CIE標(biāo)準(zhǔn)光源B,C,E,D65、氙弧,碳弧等,它們的相關(guān)色溫和分布溫度值有相當(dāng)大的區(qū)別、這是因?yàn)樗鼈兊南鄬?duì)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(duì)光譜能量分布與黑體的相差很小,因而它的相關(guān)色溫值與可見區(qū)的分布溫度相差也很小(碳,鎢燈除外),一般差別在2——5K左右。事實(shí)上,由于光譜能量分布測量誤差的存在,要區(qū)分這個(gè)差別也是沒有意義的。
光源色溫的計(jì)算方法:
色溫是描述光源或發(fā)光體特性的一個(gè)基本參數(shù)。光源的色溫定義為光源輻射顏色相同時(shí)的黑體溫度。但實(shí)際光源的光譜功率分布不可能與黑體完全一致,這就延伸出了相關(guān)色溫的概念。在CIE1960UCS 圖中,與光源色坐標(biāo)最靠近的黑體色坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的黑體溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。
計(jì)算相關(guān)色溫的方法一般有:逐點(diǎn)法、內(nèi)插法、曲線擬合法和等間隔法等。這些方法各有其優(yōu)點(diǎn)和不足,因此需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法進(jìn)行計(jì)算。其中,逐點(diǎn)法就是在UV色品空間里某一顏色點(diǎn)(坐標(biāo)為u、v)到黑體軌跡線上所有點(diǎn)的距離進(jìn)行逐點(diǎn)比較,取距離最小的黑體點(diǎn)對(duì)應(yīng)的色溫作為該顏色的對(duì)應(yīng)色溫,也就是相關(guān)色溫。