显色指数原理和基本计算
显色指数计算
宋洁琼
上海时代之光照明电器检测有限公司
一、前言 近年来随着固态照明技术的逐渐成熟，LED 应用日益广泛，对整个照明行业带来深远 的发展，同时也带来了一些新的问题。LED 在整个使用寿命当中随温度、寿命的变化而存 在明显的颜色偏移。 此外受发光原理影响及加工工艺及的限制， 不同厂家或不同批次的 LED 灯具都可能因使用芯片不同而会出现较大的色度变化。因此对 LED 标准制定方面就体现新 的要求，LED 光源的色度评价不能完全等同采用传统光源的色度评价方法。 本文主要综合归纳了目前标准中 LED 色度变化的相关概念并做简要的分析阐述。
CIE 1967UCS均匀色 品图（u’,v’）
CIE 1976 L*u*v*
CIE 1960UCS均匀色 品图（u,v）
CIE 1964 W*U*V*
CIE 1976 L*a*b*
CIE 1931-XYZ 标准色度系统 （x，y）
CIE 1964-XRBG系统
uv3000 (u3000 ' u0 ') 2 (v3000 ' v0 ') 2 uv6000 (u6000 ' u0 ') 2 (v6000 ' v0 ') 2
公式 3 公式 4
3.3
LED 色度空间不均匀指标△u’v’ 另外考虑 LED 照明产品在不同发光角上可能会表现出不同的颜色特性， 标准 LM-79-09
3.2
LED 的颜色漂移△u’v’ 我国节能认证技术规范 CQC3130 中另外定义了 LED 的颜色漂移，规定 LED 产品在
3000h 内的色度变化不能超过和 0.004 且 6000h 内的色度变化不能超过 0.007。 同时该规范制 定 LED 的颜色漂移使用 CIE 1976UCS 色品图即（u’,v’）坐标体系评价色坐标的变化。但该 规范没有明确说明颜色漂移的具体定义以及计算方法。标准 LM-80-2008 旨在讨论 LED 光 源光通量维持率的测量方法， 但其中条款 7.4 提到在整个光通维持率测试期间都应测量 LED 的色度参数并计算色度偏移△u’v’，并且要体现在最终的报告当中。另外在 DOE 为照明产 品定制的产品要求《ENERGY STAR Product Specification for Luminaires》中规定，室内固态 照明产品在第一个 6000hs 内的运行期间，表现在 CIE1976（u’,v’）色度系统中的色度变化 应不超过 0.007， 该值与 CQC 要求数据吻合。 同时 DOE 指明， 该色度变化表示为产品在 6000h 时色度坐标与 0h 的初始色度坐标之间的距离。因此可推断 CQC 所指的颜色漂移也应当是 3000 或 6000 小时的色度坐标与 0 小时时的色度坐标在在 1976（u’,v’ ）色度系统中的坐标 距离。 具体计算公式如下所示。
显色指数原理和基本计算
显色指数原理和基本计算显色指数（Color Rendering Index，CRI）是评价光源对人眼感官颜色还原能力的指标，是衡量光源对各种颜色还原度的一个重要参数。
显色指数的核心原理是通过将光源照射在一系列实验颜色样本上，与标准光源照射的结果进行比较，得出颜色还原能力的数值。
下面将对显色指数的原理和基本计算方法进行详细介绍。
在显色指数的计算中，会选取一组标准光源，也称为试验光源，来模拟自然光。
这些试验光源中，R1到R8代表着光源对颜色还原的影响。
R1代表显著饱和的深红色，R2代表肤色，R3代表浅黄色，R4代表饱和的黄色，R5代表浅蓝色，R6代表浅绿色，R7代表饱和的蓝色，R8代表白色。
通过将试验光源照射在这些颜色样本上，然后与标准光源照射的结果进行比较，得出各个颜色样本的相对亮度。
显色指数的计算方法基于颜色均匀度指标（Color Gamut Index，CGI）和颜色偏差指标（Color Fidelity Index，CFI）。
CGI是通过计算试验光源和标准光源在色彩空间的距离来表示颜色饱和度的指标。
具体计算方法如下：首先，计算试验光源和标准光源在Lab颜色空间中的距离。
Lab颜色空间是一种以人眼感知为基础的三维色彩模型，其中L表示亮度，a表示红绿色度，b表示黄蓝色度。
然后，根据距离计算CGI值。
距离越小，颜色饱和度越高，CGI值越大。
CFI是通过计算试验光源和标准光源在色彩空间的颜色偏差来表示颜色还原精度的指标。
具体计算方法如下：首先，计算试验光源和标准光源在Lab颜色空间中的颜色偏差。
颜色偏差是指试验光源和标准光源产生的颜色在颜色空间中的差异程度。
然后，根据颜色偏差计算CFI值。
颜色偏差越小，颜色还原精度越高，CFI值越大。
最后，根据CGI和CFI的结果，综合计算出显色指数。
显色指数的计算公式如下：CRI=(R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8)/8其中，R1到R8代表试验光源对各个颜色样本的相对亮度。
一般显色指数
一般显色指数
一般显色指数（CRI）是衡量光源色彩还原能力的指标之一。
CRI 的计算方法是将光源照射在一组标准颜色样本上，然后与相同光源照射下的太阳光进行比较，从而得出CRI数值。
CRI值越高，代表光源色彩还原能力越好，也就是说，光源照射下的物体颜色越接近太阳光下的颜色。
CRI指数的意义在于它可以帮助人们更好地了解光源的色彩还原能力，从而选择适合的光源。
在家居照明中，选择高CRI值的光源可以让室内物体的颜色更加真实自然，让人感觉更加舒适自然。
在商业照明中，如服装店、珠宝店等，选择高CRI值的光源可以更好地还原商品的真实颜色，让顾客更好地了解商品的质量和特点。
除了CRI指数外，还有一些其他的指标可以用来衡量光源的色彩还原能力，例如国际照明委员会（CIE）的R9值。
R9值是指光源对红色的还原能力，R9值越高，代表光源对红色的还原能力越好。
在一些场合中，如美容行业，红色的还原能力尤为重要，因此选择高
R9值的光源可以更好地还原肤色和化妆品的真实颜色。
此外，还有一些针对特定颜色的指标，如R12对蓝色的还原能力、R15对黄色的还原能力等等。
在选择光源时，CRI值、R9值以及其他指标可以作为参考因素。
不同场合需要的光源色彩还原能力不同，因此选择适合的光源需要根据具体场合进行选择。
在实际应用中，人们也可以通过肉眼观察来判断光源的色彩还原能力，例如将同一物体放置在不同光源下观察其颜
色变化。
总之，CRI指数是衡量光源色彩还原能力的重要指标之一，选择适合的光源可以让人们感受到更加真实自然的颜色，提高生活和工作的舒适度。
红光显色指数
红光显色指数
红光显色指数（CRI）是用来描述光源对物体颜色还原能力的一个指标。
它是通过比较光源照射下的物体颜色与在自然光下的颜色进行评估的。
CRI的值越高，表示光源对物体颜色还原的能力越好。
CRI的计算方法是将光源照射下的物体与在自然光下的物体进行比较，然后根据比较结果计算出一个数值。
这个数值越高，表示光源对物体
颜色还原的能力越好。
CRI的值通常在0到100之间，其中100表示光源对物体颜色还原的能力最好。
CRI的应用非常广泛，特别是在照明领域。
在家庭、商业和工业照明中，CRI是一个非常重要的指标。
在家庭照明中，CRI的值越高，表示照明效果越好，家居环境也更加舒适。
在商业照明中，CRI的值越高，表示商品的颜色还原能力越好，从而能够吸引更多的消费者。
在工业
照明中，CRI的值越高，表示工作环境更加安全和舒适，从而提高工
作效率。
CRI的值受到很多因素的影响，例如光源的颜色温度、光源的光谱分
布等。
因此，在选择照明产品时，需要根据实际需求选择合适的CRI 值。
例如，在家庭照明中，选择CRI值高的灯具可以让家居环境更加
舒适，而在商业照明中，选择CRI值高的灯具可以提高商品的吸引力。
总之，CRI是一个非常重要的指标，它可以帮助我们选择合适的照明产品，提高生活和工作的舒适度和效率。
在未来，随着科技的不断发展，CRI的应用也将越来越广泛。
显色指数原理和基本计算.
显色指数的原理和基本计算上海时代之光照明电器检测有限公司蒋毅平众所周知色表和显色性是反应光源颜色的两个重要的量,不同光谱功率分布的光源可以有相同的色表,但是有相同色表的几种光源的显色性却可能完全不同,因此,只有讲色表和显色性两者结合起来才能全面反映光源的颜色特征。
用光谱功率分布不同的光源照明物体,产生的颜色感觉是不一样的,光源这样的决定被照物体颜色感觉的性质称之为显色性。
显色指数是描述光源显色性的一个量,具有重要的意义。
本文简单介绍显色指数的计算。
1、基本概念及计算公式1.1 RGB 系统三原色定义:所有颜色的光都可以由某3种单色光按一定比例混合而成,但这3种单色光中任何一种都不能由其余两种混合产生,这3种单色光称为三原色。
1931年CIE 规定,RGB 系统的三原色为红光(R:700nm ,绿光(G:546nm ,蓝光(B:435.8nm 。
在RGB 系统中,按下式比例混合可得到等能量白光,即0601.0:5907.4:1::=B G R F F F (1-1于是可以用数学式表达混色结果为B G R F 0601.05907.41++= (1-2F 表示混色后的光通量,而R 、G 、B 称为三刺激值。
为了便于计算以及更直观的了解光源颜色特征,引入⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=/(/(/(B G R B b B G R G g B G R R r (1-3 这三个量称为色度坐标或色坐标。
因为r+g+b=1,因此只要知道色坐标中的两个值就能得出第三个,即可以用平面图来表示色度,这就是色度图。
三刺激值的计算可由下式计算得出⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===∫∫∫780380780380780380(((λλλλλλλλλd b P B d g P G d r P R (1-4式中P 为光源光谱功率分布,r 、g 、b 分别为1931 CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺激值。
1.2 XYZ 系统在RGB 系统中匹配某些可见光谱颜色时需要用到基色的负值,而且使用不便,于是国际照明委员会采用了一种新的颜色系统,1931 CIE XYZ 系统。
显色指数cri和ra
显色指数cri和ra
CRI和RA是衡量光源的色彩还原能力的两个指标。
CRI是指显色指数，它用于评估光源对物体颜色的还原能力。
RA是指色彩还原指数，它是CRI的一种具体计算方法。
在我们的日常生活中，这两个指标对于光源的选择和应用具有重要的意义。
CRI是一个0到100的数值，越高表示光源还原物体颜色的能力越好。
当光源的CRI达到90以上时，我们会感觉到非常接近自然光的色彩还原效果。
而低于80的CRI则会导致物体颜色的偏差，使得我们无法准确地辨别物体的真实颜色。
因此，在选择照明设备时，我们应该考虑到CRI的数值，以确保我们能够获得准确的颜色信息。
RA是根据光源在光谱中的辐射分布来计算的。
它与CRI有一定的相关性，但并不完全相同。
RA的计算方法更加简单，适用于一些特定场景下的光源选择。
然而，由于RA只考虑了光源的辐射分布，而没有考虑到人眼对不同颜色的敏感度，所以它并不能完全代表光源的色彩还原能力。
在实际应用中，我们可以根据不同的场景和需求来选择适合的光源。
如果我们需要准确还原物体的颜色，比如在博物馆、艺术展览等场所，我们应该选择具有较高CRI值的光源。
而在一些普通的照明场景中，RA值较高的光源可能更加适用。
此外，我们还可以通过组合不同的光源，来获得更好的色彩还原效果。
CRI和RA是衡量光源色彩还原能力的重要指标。
通过选择合适的光源，我们可以获得更准确、自然的色彩还原效果，提升视觉体验。
在未来的发展中，我们还可以进一步完善这些指标，以满足人们对于高质量照明的需求。
显色指数的计算流程
-14.35 -9.554 0.978 -18.351 -4.935 -0.382
8
-3.09689 -1.19104
6
-10.3942
-6.279 -10.597 1.639 -8.466 -7.777 0.722
4
-4.31418 -0.8465
7 6.098 1.499 0.466 10.848 -3.035 1.601 10.04137 -1.43281 0.79637
-2.118
14 35.034 -11.752 1.135 32.651 -9.366 0.393 30.072 -4.731
-1.717
1
0.72230
58.759 1.2
0
58.729 1.158
0
59.01429
4
0.1728074
2
0.72694
58.853 0.65
0
58.45 0.809
[ ] ∆C = (uk − ur )2 + (vk − vr )2 1/ 2
ΔC=5.4×10-3 这一色度差在普朗克轨迹上大约相当于 15 麦勒德，因而ΔC 应小于 5.4×10-3。若待测光源和参照照明体之间的色度差大于 5.4×10-3，显色
指数的计算准确性便降低。
实际计算中，用 f = a + bm + cm2 (m=104/Tc)来计算得参照照明体 r 的 ur, vr,
淡蓝绿色
6
5PB 6/8
淡蓝色
7 2,5P 6/8
淡紫蓝色
8
10P 6/8
淡红紫色
9 4,5R 4/13
饱和红色
10 5Y 8/10
饱和黄色
LED光谱 太阳光谱 色度学 色温 显色指数基本知识
注意:各国的分档略有差别.
2.显色指数Ra
对LED要特别关注特殊显色指数中的R9.
Ra的得来
Ra的计算 1)分别计算8块色板(i)在标准光源r和被计算光源 k照明下的色差ΔE: ΔEi=[(u’r,i-u’k,i)2+(v’r,i-v’k,i)2+(w’r,i-w’k,i)2]1/2 =[Δu’i2+ Δv’i2 + Δw’i2]1/2 计算对某个样品的显色指数Ri: Ri=100-4.6 ΔEi 式中,4.6是对标准荧光灯Ra=50时的调整系数. 对1-8个样品的一般显色指数Ra: Ra=Σ Ri/8.
3)色坐标x,y,z的计算
x= X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z)
1931年2º 视场的色品图
色品图上的黑体轨迹
1931色品图的不足---不均匀色空间 •与一个颜色有相同色差值的轨迹是椭圆; • 不同颜色,相同 色差,在图中反映的 距离不同,得到一个 个大小不同的椭圆;
关于特殊显色指数R i数值的感性说明: ΔEi的单位是NBS色差单位,Ri的数值1(1%) 相当于0.22个NBS色差单位. Ri相差5就是1 个NBS单位. 那么1个NBS单位代表什么呢? 1个NBS单位即ΔEi=1,相当于最优实验条件 下人眼能感知恰可察觉的5倍,∴ 0.2个NBS色 差单位是刚好能察觉. ∴ Ri的数值差1是可以 识别的. 1个NBS单位相当于色度坐标0.0015-0.0025的 x,y的色度变化.
色度学的基本知识
在LED上的应用
一.概述 LED辐射的特性,决定了它的单色性 Eg=e•ΔV=hν, λ=1240/Eg Eg:跃迁能级间的能量差, V:跃迁能级间的电位差, e:电子电荷, h:普朗克常数, ν:辐射波长λ的频率 不同掺杂的p-n结, E不同,产生不同颜 色的辐射.
显色指数——精选推荐
显⾊指数显⾊指数光源对物体的显⾊能⼒称为显⾊性，是通过与同⾊温的参考或基准光源（⽩炽灯或画光）下物体外观颜⾊的⽐较。
光所发射的光谱内容决定光源的光⾊，但同样光⾊可由许多，少数甚⾄仅仅两个单⾊的光波纵使⽽成，对各个颜⾊的显⾊性亦⼤不相同。
相同光⾊的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较⼴的光源较有可能提供较佳的显⾊品质。
当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜⾊产⽣明显的⾊差(color shift)。
⾊差程度愈⼤，光源对该⾊的显⾊性愈差。
显⾊指数系数(Kaufman)仍为⽬前定义光源显⾊性评价的普遍⽅法。
显⾊分两种忠实显⾊：能正确表现物质本来的颜⾊需使⽤显⾊指数(Ra)⾼的光源，其数值接近100，显⾊性最好。
效果显⾊：要鲜明地强调特定⾊彩，表现美的⽣活可以利⽤加⾊的⽅法来加强显⾊效果。
采⽤低⾊温光源照射，能使红⾊更加鲜艳；采⽤中等⾊温光源照射，使蓝⾊具有清凉感；采⽤⾼⾊温光源照射，使物体有冷的感觉。
显⾊指数与显⾊性的关系当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜⾊产⽣明显的color shift.⾊差程度越⼤，光源对该⾊的显⾊性越差。
演⾊指数系数（Kau fman）仍为⽬前定义光源显⾊性评价的普遍⽅法。
⽩炽灯的显⾊指数定义为100，视为理想的基准光源。
此系统以8种彩度中等的标准⾊样来检验，⽐较在测试光源下与在同⾊温的基准下此8⾊的偏离（Deviation）程度，以测量该光源的显⾊指数，取平均偏差值Ra20-100，以100为最⾼，平均⾊差越⼤，Ra值越低。
低于20的光源通常不适于⼀般⽤途。
指数（Ra）等级显⾊性⼀般应⽤90-100 1A 优良需要⾊彩精确对⽐的场所80-89 1B 需要⾊彩正确判断的场所60-79 2 普通需要中等显⾊性的场所40-59 3 对显⾊性的要求较低，⾊差较⼩的场所20-39 4 较差对显⾊性⽆具体要求的场所⽩炽灯的理论显⾊指数为100，但实际⽣活中的⽩炽灯种类繁多，应⽤也不同，所以其Ra值不是完全⼀致的。
显色指数原理和基本计算
X
+Y
+
Z)
(1-6)
⎪⎩ z = Z /( X + Y + Z )
1.3 CIE1960 均匀颜色空间
在 x-y 色度图上，不同部分的相等距离并不代表视觉上相等的色度差，为了克服这个缺点， 麦克亚当引入了一种新的均匀色度 u-v 色度图。均匀色度坐标 u、v 与 x、y 的关系为
⎪⎪⎧u ⎨ ⎪⎪⎩v
1.4809509 1.8871493 0.2372197 0.3251254
2
1.0851375 1.9752934 0.2156554 0.3393173
3
0.9422031 2.1194114 0.1808578 0.3471641
4
1.4909037 2.2631593 0.1529027 0.3321074
FR : FG : FB = 1: 4.5907 : 0.0601
(1-1)
于是可以用数学式表达混色结果为
F = 1R + 4.5907G + 0.0601B (1-2)
F 表示混色后的光通量，而 R、G、B 称为三刺激值。
为了便于计算以及更直观的了解光源颜色特征，引入
⎧ r = R /(R + G + B) ⎪⎨g = G /(R + G + B) (1-3) ⎪⎩b = B /(R + G + B)
5
2.3487773 2.2359215 0.1676629 0.3067029
6
3.3122612 2.2501348 0.1730674 0.2830812
7
3.2960365 2.0378025 0.2138435 0.2804225
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显色指数原理和基本计算
显色指数是指光源照射下物体颜色的还原程度，也可称为色彩还原指数。
常用的显色指数有Ra（CRI）和R9两种。
1.显色指数原理：
显色指数反映了光源照射下物体颜色的真实还原程度。
光源照射下，人眼对物体的颜色感知是通过光的反射来实现的。
一种良好的光源应当能够还原物体本身的颜色，并且使得人眼对物体的色彩感知更准确。
显色指数是通过与其中一已知标准光源下物体颜色一致程度的比较来确定的。
该标准光源通常是一种理想光源，如自然光或者D65光源等。
光源照射下的物体颜色与该标准光源照射下的物体颜色进行比较，根据色差量化指标，得到物体颜色的显色指数。
2.显色指数的基本计算:
显色指数的计算过程一般需要通过光谱数据进行，计算公式如下：
a)Ra(CRI)计算：
首先，将标准光源的光谱分布与被测光源的光谱分布进行比较，计算它们之间的色差。
色差可以用CIE 1976 L*a*b* color space（LAB色彩空间）中的ΔE值来表示。
然后，根据参照光（标准光源）下标准样品与被测样品的色差值，求得相对色差的平均值，即显色指数Ra。
b)R9计算：
R9是补充显色指数，用于表示被测光源对于红色（R9色样）颜色的
还原程度。
计算R9需要使用R9色样的光谱分布，同样通过与被测光源的
光谱分布进行比较，计算R9的色差。
显色指数Ra和R9的范围都是0-100。
Ra越高，表示颜色还原程度越好；R9越高，表示对红色颜色还原程度越好。
3.显色指数对照表：
根据显色指数的结果，可以对照表来判断光源的色彩还原情况。
通常，Ra大于80的光源被认为是良好的，能够实现较好的颜色还原；而R9大
于50的光源表示在红色方面有良好的还原能力。
总结：
显色指数是衡量光源还原物体颜色真实程度的重要指标。
它的计算涉
及到光源光谱分布与标准光源分布的比较，得到色差值，再通过一系列的
计算，得到Ra和R9的数值。
通过显色指数，人们可以更加准确地评估光
源对物体颜色的还原度，以选择适合的光源应用于不同的场景。