CN106596054A - 一种基于颜色指数的光源显色性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，包括以下步骤：a.测量待测光源K的相对光谱功率；b.根据待测光源K的CCT选择参照光源r的相对光谱功率；c.根据信号相关性原理构造待测光源K和参照光源r的光谱相似度函数；d.将人眼颜色分辨力的贡献因子以及步骤a和b两个步骤得到的光源K的相对光谱功率和参照光源r的相对光谱功率代入到光谱相似度函数中计算，得到该待测光源K相对于参照光源r的颜色相似度；e.对步骤d得到的颜色相似度进行量化，得到颜色指数，依据颜色指数对待测光源K的显色性进行评价。本发明结合人眼对颜色分辨力贡献因子，计算出颜色样本无关的颜色指数，通过颜色指数更准确的反应和评价光源显色性。

Description

一种基于颜色指数的光源显色性评价方法

技术领域

本发明涉及一种基于颜色指数的光源显色性评价方法。

背景技术

随着新光源特别是LED光源的出现和研究的深入，显色指数CRI评价光源显色性存在的问题也日益凸显。国内外对此也做了大量的研究与改进方案，但并不能与视觉实验结果有很好的匹配结果，公众接受度不高，对更为准确光源显色评价方法的推出呼声越来越高。

为此，本发明人积极加以研究创新，以期从光源显色能力的本质出发，考虑人眼对颜色分辨力的影响，创设了一个简单有效且更贴近人眼视觉感受的光源显色指数——颜色指数的计算方法，以解决现有评价方法的缺陷。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，结合人眼对颜色分辨力贡献因子，计算出颜色样本无关的颜色指数，通过颜色指数更准确的反应和评价光源显色性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，包括以下步骤：

a.测量待测光源K的相对光谱功率；

b.根据待测光源K的CCT选择参照光源r的相对光谱功率；

c.根据信号相关性原理构造待测光源K和参照光源r的光谱相似度函数；

d.将人眼颜色分辨力的贡献因子以及步骤a和b两个步骤得到的光源K的相对光谱功率和参照光源r的相对光谱功率代入到光谱相似度函数中计算，得到该待测光源K相对于参照光源r的颜色相似度；

e.对步骤d得到的颜色相似度进行量化，得到颜色指数，依据颜色指数对待测光源K的显色性进行评价，颜色指数越高，对应的待测光源显色性能越好。

所述的相对光谱功率测量符合CIE测量标准，K与r的相对光谱功率均采用海洋光谱仪USB4000测量自然光照射下标准白板的反射光谱得到。

所述参照光源为自然光，且自然光光源选择窗户光线，待测光源为非自然光，且非自然光光源为白炽灯、三基色荧光灯、白光LED及自然光型LED中的一种。

所述的根据信号相关性原理得到反射光谱相似度函数如下：

式中C(λ)＝S(λ)R(λ)为反射率为R(λ)的颜色样本在光源S照射下的反射光光谱；μ₁＝∫C₁(λ)dλ；

当颜色样本为标准白板时，R(λ)＝1，可得

则r_s为两个不同光源的光谱相似度。

所述的人眼颜色贡献因子为：

其中min(△λ_th)为可见光波长颜色分辨阈值最低值，△λ_th(λ)为可见光波长λ处的颜色分辨阈值。

所述的颜色相似度的计算公式为：

所述的颜色指数R_c为颜色相似度r_c量化为0-100的结果，即R_c＝r_c×100。

与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明考虑了人眼对颜色分辨力的贡献因子，给出了光源显色能力与人眼对颜色分辨力贡献因子的定量关系，给出了人眼对颜色感受对光源显色性影响的表达式；

2.摒弃了传统的通过计算待测光源与参考光源在8块标准色块下平均色差得到的显色指数的方式；本发明待测光源与颜色样本无关，基于待测光源与参考光源的颜色相似度得到的待测光源的颜色指数；

3.和现有的显色指数繁琐的计算方法相比本发明计算颜色指数的方法简单明了，效率更快，更适合在工业上推广运用；

4.本发明结合人眼视觉感受因子，更准确的反应出了光源显色性能力，对光源显色性评价更准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种基于颜色指数的光源显色性评价方法的流程简图；

图2a是本发明颜色指数与现有显色指数显示光源显色能力的照明效果对比图。

图2b是自然光显色曲线图；

图2c是白炽灯自然光显色曲线图；

图2d是三基色荧光灯显色曲线图；

图2e是白光LED显色曲线图；

图2f是自然光型LED显色曲线图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，包括以下步骤：

a.测量待测光源K的相对光谱功率；

b.根据待测光源K的CCT(相对色温)选择参照光源r的相对光谱功率；

c.根据信号相关性原理构造待测光源K和参照光源r的光谱相似度函数；

d.将人眼颜色分辨力的贡献因子以及步骤a和b两个步骤得到的光源K的相对光谱功率和参照光源r的相对光谱功率代入到光谱相似度函数中计算，得到该待测光源K相对于参照光源r的颜色相似度；

e.对步骤d得到的颜色相似度进行量化，得到颜色指数，依据颜色指数对待测光源K的显色性进行评价，颜色指数越高，对应的待测光源显色性能越好。

相对光谱功率测量符合CIE测量标准，K与r的相对光谱功率均采用海洋光谱仪USB4000测量自然光照射下标准白板的反射光谱得到。

参照光源为自然光，且自然光光源选择窗户光线，待测光源为非自然光，且非自然光光源为白炽灯、三基色荧光灯、白光LED及自然光型LED中的一种。

步骤c中，根据信号相关性原理得到反射光谱相似度函数如下：

式中C(λ)＝S(λ)R(λ)为反射率为R(λ)的颜色样本在光源S照射下的反射光光谱；μ₁＝∫C₁(λ)dλ；

当颜色样本为标准白板时(不考虑吸收)，R(λ)＝1，可得

则r_s为两个不同光源的光谱相似度。计算白炽灯、三基色荧光灯、白光LED以及自主研发模拟自然光的自然光型LED与自然光光谱的相似度分别为0.681、0.573、0.026、0.948。

步骤d中所述的人眼颜色分辨力的贡献因子采用现有的研究结果，人眼颜色贡献因子具体为：

其中min(△λ_th)为可见光波长颜色分辨阈值最低值，△λ_th(λ)为可见光波长λ处的颜色分辨阈值。

根据前述相似度函数，将K和r的光谱功率以及人眼颜色贡献因子带入函数，颜色相似度的计算公式为：

颜色指数R_c为颜色相似度r_c量化为0-100的结果，即R_c＝r_c×100。计算白炽灯、三基色荧光灯、白光LED以及自主研发模拟自然光的自然光型LED颜色指数分别为38.6、26.9、46.7、83.7。

为了说明本发明的相比于现有的显色指数更能反映人眼视觉感受，拍摄了相同图片在对应待测光源照射下的效果图，如图2a及图2b、图2c、图2d、图2e和图2f所示。结合各光源颜色指数结果与图2可以发现：颜色指数越高，光源还原物体原色的能力越强，即与自然光下物体颜色越接近。而现有的显色指数并不能很好的反映人眼视觉感受，比如白炽灯显色指数高达99.5，但在其照射下的图片颜色偏黄，不比显色指数较低的白光LED以及自然光型LED更接近在自然光下的效果。证明了该本发明相对于现有显色指数准确的反应了人眼视觉感受。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.测量待测光源K的相对光谱功率；

b.根据待测光源K的CCT选择参照光源r的相对光谱功率；

c.根据信号相关性原理构造待测光源K和参照光源r的光谱相似度函数；

d.将人眼颜色分辨力的贡献因子以及步骤a和b两个步骤得到的光源K的相对光谱功率和参照光源r的相对光谱功率代入到光谱相似度函数中计算，得到该待测光源K相对于参照光源r的颜色相似度；

e.对步骤d得到的颜色相似度进行量化，得到颜色指数，依据颜色指数对待测光源K的显色性进行评价，颜色指数越高，对应的待测光源显色性能越好。

2.如权利要求1所述的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于：所述的相对光谱功率测量符合CIE测量标准，K与r的相对光谱功率均采用海洋光谱仪USB4000测量自然光照射下标准白板的反射光谱得到。

3.如权利要求1所述的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于：参照光源为自然光，且自然光光源选择窗户光线，待测光源为非自然光，且非自然光光源为白炽灯、三基色荧光灯、白光LED及自然光型LED中的一种。

4.如权利要求1所述的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于：所述的根据信号相关性原理得到反射光谱相似度函数如下：

$r_{si}=\left|\frac{\∫\left(C_{1i}\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_1)\left(C_{2i}\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_2)d\mathrm{\λ}}{\sqrt{\∫{\left(C_{1i}\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_1)}^{2}d\mathrm{\λ}}\sqrt{\∫{\left(C_{2i}\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_2)}^{2}d\mathrm{\λ}}}\right|$

式中C(λ)＝S(λ)R(λ)为反射率为R(λ)的颜色样本在光源S照射下的反射光光谱；μ₁＝∫C₁(λ)dλ；

当颜色样本为标准白板时，R(λ)＝1，可得

$r_s=\left|\frac{\∫\left(S_1\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_1)\left(S_2\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_2)d\mathrm{\λ}}{\sqrt{\∫{\left(S_1\right(\mathrm{\λ})-xh)}^{2}d\mathrm{\λ}}\sqrt{\∫{\left(S_2\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_2)}^{2}d\mathrm{\λ}}}\right|$

则r_s为两个不同光源的光谱相似度。

5.如权利要求4所述的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于：所述的人眼颜色贡献因子为：

$g\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{min\left({\mathrm{\Δ\λ}}_{th}\right)}{{\mathrm{\Δ\λ}}_{th}\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中min(Δλ_th)为可见光波长颜色分辨阈值最低值，Δλ_th(λ)为可见光波长λ处的颜色分辨阈值。

6.如权利要求5所述的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于：所述的颜色相似度的计算公式为：

$r_c=\left|\frac{\∫g^2\left(\mathrm{\λ}\right)\left(S_1\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_1)\left(S_2\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_2)d\mathrm{\λ}}{\sqrt{\∫g^2\left(\mathrm{\λ}\right){\left(S_1\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_1)}^{2}d\mathrm{\λ}}\sqrt{\∫g^2\left(\mathrm{\λ}\right){\left(S_2\right(\mathrm{\λ})-{\mathrm{\μ}}_2)}^{2}d\mathrm{\λ}}}\right|$

7.如权利要求6所述的一种基于颜色指数的光源显色性评价方法，其特征在于：所述的颜色指数R_c为颜色相似度r_c量化为0-100的结果，即R_c＝r_c×100。