光源颜色参数及光源颜色参数计算方法

在标准光源箱中，一般都会安装多种类型的标准光源。对于标准光源而言，描述其的参数有很多，包括色度坐标、相关色温及显色指数等。本文对光源颜色参数及光源颜色参数计算方法做了介绍。

光源色度坐标的计算：

在XYZ系统中，三刺激值X，Y，Z和光源光谱分布函数Ps（λ）有如下关系：

其中：Km为辐射量和光度量之间的比例系数，为常数，等于683lm/W。x（λ），y（λ），Z（λ）为CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值。在实际测量中，由于在380nm～780nm区间的光源由此可以得出在x-y色度图中x，y的值：x=X/（X+Y+Z）、y=Y/（X+Y+Z），以及在CIE1960均匀色度标尺图u-v上色坐标u，v的值：u=4X/（X+15Y+3Z）、v=6Y/（X+15Y+3Z）。

光源相关色温的计算：

如果一个光源发射光的颜色（即光色）与某一温度下的墨体发射光的颜色（即色品）相同，那么，此时黑体的绝对温度值就叫做该光源的颜色温度（简称色温）。当光源发射光的颜色和黑体不相同时，我们用“相关色温”的概念来描述光源的颜色。相关色温的定义是：在某一确定的均匀色度图中，如果一个光源与某一温度下的黑体具有最接近的色品，此时黑体的绝对温度值就叫做光源的相关色温。相关色温的计算方法有很多种，下面列举几个常见计算方法：

1.黑体辐射定律法

黑体辐射定律描述了黑体在不同温度下发射的辐射能量与波长的关系。根据这个定律，可以通过测量光源在不同波长下的辐射能量，并与黑体辐射曲线进行比较，推导出光源的色温。

2.比色法

比色法通过将光源的颜色与一系列标准光源进行比较，找到最接近的标准光源，并据此确定光源的色温。常见的比色法包括三刺激值法和灰度观察法。

3.色度学法

色度学法是通过测量光源的色度坐标来确定其色温。色度坐标是指光源在颜色空间中的位置，常用的色度坐标体系有RGB（红绿蓝）、XYZ（人眼分光度）、LAB（颜色的亮度、色相、饱和度）等。通过测量光源在这些色度坐标系中的数值，可以借助相关算法计算出光源的色温。

4.基于光谱分析的方法

基于光谱分析的方法是通过测量光源的光谱，并根据光源发射的光谱成分和相对辐射强度，计算出光源的色温。这种方法可以获得更精确的色温值，但需要专业的光谱仪器和分析技术支持。

在实际应用中，通常采用多种方法结合来确定光源的色温。例如，可以使用比色法或色度学法快速测量并估计光源的色温，然后再使用光谱分析方法进行验证和校准。此外，还需要考虑光源的反射、透射和散射等因素对色温的影响，以获取更准确的色温值。

光源显色指数的计算：

用光谱功率分布不同的光源去照明物体，产生的颜色感觉是不一样的。光源的这种决定被照物体颜色感觉的性质称为显色性，显色指数即为评价显色性的参数。为了评价光源的显色性，GB/T5702-2003中规定了14种光源显色性评价用的孟塞尔标准颜色标样（简称标样）。这 14种标样囊括了色卡中的一些有代表性的色样和一些具有特点的物体色，如1-8 号标样代表了各种常见的颜色，用于光源一般显色指数和特殊显色指数的计算：9-14号标样是一些饱和色和皮肤色，专用于特殊显色指数的计算。

光源显色性的描述方法是把待测光源下物体色和参照光源下物体色的一致程度进行定量化描述，描述的结果称为显色指数。显色指数可分为一般显色指数和特殊显色指数两种，特殊显色指数是单一颜色标样的显色指数：一般显色指数是8种颜色标样显色指数的平均值。通常提到的光源的显色指数是指光源的一般显色指数。

以人工标准光源箱中的光源A为例计算光源的显色指数。根据国标GB/T5702-2003规定计算光源A的显色指数。CIE1974年规定用普朗克辐射体（黑体）或CIE标准光源D（代表了各种时相日光的相对光谱功率分布）作为待测光源的参照光源，它们的显色指数被取为100；同时规定14种评价光源显色性用的孟塞尔标准颜色标样。

计算光源显色指数的步骤大致包括以下七个方面：

1.测量待测光源的光谱功率分布。

2.计算待测光源的颜色参数，在（u，v）色品图中投点找到待测光源色温。

3.根据待测光源的色温，选择参照光源。

4.计算参照光源的颜色参数。

5.推导出国标规定的 14 种蒙赛尔颜色标样在待测光源和参照光源下的颜色参数（其中9-14号颜色标样只能用于光源特殊显色指数的计算）。

6.计算每种颜色标样在待测光源和参照光源下的色差值。

7.计算待测光源的显色指数，包括一般显色指数和特殊显色指数。