光源常用光品质参数（一）：色品坐标、色温和色偏差值
光源常用光品质参数：色品坐标、色温和色偏差值
中国之光网在前几天也介绍到，今年的光亚展上，品牌企业更加关注光的品质和设计，更加关注显色指数CRI、R9、色彩逼真度Rf、色彩饱和度Rg等上的提升。那么，今天就来讲讲常见的
光品质参数。
光品质参数是衡量光源好坏极为重要的指标，常见的光品质参数有色温、显色指数、照度、眩光指数、光型控制、照明均匀性、光亮度等，以后的几篇文章就分别介绍下基于光谱功率分布（SPD）得到的各光品质参数，使大家对光源有更进一步的理解。今天介绍的是色品坐标、色温和色偏差值。
黑体辐射
提到光源，就不得不介绍黑体辐射，上一期也有所提到。黑体又称为普朗克辐射体，属于热辐射，能完全吸收任意波长的入射辐射，并且具有最大发射率的物体称为绝对黑体，黑体辐射的光谱分布完全取决于它的温度，其光谱辐射出射度见下列公式和图。只要温度一定，黑体的光谱分布就可以计算出来。由下图可知，①在温度下，黑体的辐射出射度存在一个最大值，且此最大值随温度往短波方向移动，而短波的颜色为蓝色，故其光色偏蓝、偏冷；②在任一波长处，高温黑体辐射亮度绝对大于低温黑体谱辐射亮度，不论这个波长是否是光谱最大辐射亮度处。黑体在辐射度学、光度学和色度学中具有十分重要的意义。在光辐射测量中，常用黑体作为原始标准来标定其他的辐射体，以用作测量标准，如国际照明委员会（CIE）规定的以色温为2856K的钨丝白炽灯，即标准光源A。
其中，c1=2×π×h×c2=3.74183×10-16W/m2，c2=h×c/k=1.4388×10-2m·K，λ为波长，T为黑体绝对温度（单位K，T=t+273），c为光速，h为普朗克尝试，K为玻尔兹曼常数。
0.1-100μm
黑体光谱辐射出射度
380-780nm
可见光范围内黑体光谱辐射出射度
色品坐标
色品坐标xy表示一个光源的色光，其计算公式如下
其中，k为归一化系数使得最终计算的Y值为100；P(λ)为光源的SPD，可通过相关的测量设备可得；x(λ)、y(λ)、z(λ)为CIE标准色度观察者色匹配曲线（Color Matching Function, CMF），分为2°与10°视场，其为标准化数据，具体数值可参阅参考文献。熟悉X-Rite公司的朋友应该对三条曲线很熟悉，因为其就是原先美国X-Rite公司的logo。由于CIExy色品图是不均匀的，即CIExy图上不同区域内的相同色距离不表示相同的色光差异。为改进CIE xy色品图的不均匀性，1960年CIE正式推荐了CIE1960均匀色品标尺图（Uniform Color Space,UCS），即uv色品图，计算公式如下；
为进一步改善色品图的均匀性，CIE于1976年又发布了1976UCS图，即u’v’图，计算如下：
CIE
标准色度观察者色匹配曲线
X-Rite logo
将所有黑体每个色温下的色品坐标连接成线即为黑体轨迹（Blackbody Locus），其可以在CIE xy、CIE uv或CIE u’v’色品图上，见下图。
CIE xy
色品图中的黑体辐射轨迹
色温和色偏差
当光源在温度T时所呈现的颜色与黑体在某一温度Tc时的颜色相同时，则将黑体的温度Tc称为该光源的颜色温度，即色温。对于白炽灯等热辐射源而言，由于其光谱功率分布为连续谱，且与黑体比较接近，所以它们的色品坐标点基本位于黑体轨迹上，色温的概念能够很好地描述白炽灯的光色。对于其他光源如荧光灯，其光谱功率分布与黑体相差较远，其色品坐标不一定落在黑体温度轨迹线上，这时需要采用相关色温（Correlated ColorTemperature, CCT）来表征光源的色光特性，其定义为当光源的颜色与黑体在某一温度下的颜色最接近时，即色品图上两者的距离最小时，就用该黑体的温度表示该光源的色温；该最小距离定义为色偏差Duv，‘+’表示该光源颜色在色度图上位置处于黑体轨迹上方，即偏黄绿，‘-’表示光源颜色在色度图上位置处于黑体轨迹下方，即偏紫红。ANSI C78.377-2008，Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products标准关于LED光源色温的定义，以及很多LED datasheet中的分bin的意义也在于此。
CIE uv
色品图中的等色温线
ANSI C78.377-2008
标准在CIE xy色品图中的名义色温定义
若同一个相关色温的不同光源，其Duv差异较大，则对应的光源色光差异也较大，见下图。
3500K Duv=0
3500K Duv=0.02
3500K Duv=-0.02
日常常用光源色温
日常生活中常见的光源色温见下图，烛光1800-2000K，偏红偏暖；白炽灯大致为2800K，偏黄；日落或日出时的日光为3000K；中午晴空的日光大致为5500K；蓝天的天空为7500K等。
下面给出几组常见光源的SPD、色温、Duv和色品坐标参数，希望大家有个概念
日光-色温5988K,xy(0.3221,0.3345),Duv(0.0014)
办公室照明-色温6145K, xy(0.3188,0.3367),Duv(0.0041)
商场照明-色温2942K, xy(0.4430,0.4094),Duv(0.0013)
商场照明-色温5754K, xy(0.3261,0.3631),Duv(0.0136)
个人建议：家具照明一般卧室可以选用低色温偏暖的光，色温大致在3000K左右；客厅、走廊、餐厅等可选用4000-5000K的中性白；而需要集中精力的办公室、会议室或台灯则推荐使用高色温照明，如6500K，至于原因嘛，先埋个伏笔，待下回再讲。
对了，不知大家有注意到么？到商场去买灯时，所有的灯具外包装上都有标注色温这一参数，以后就可以根据需要选择适合自己的色温了。
参考文献：
1. CIE15:2004, COLORIMETRY
2. J.Schanda, COLORIMETRY-Understanding the CIE System, Wiley, 2007
作者：王彬宇 来源：色彩科学微课堂
