色温是描述光源光谱质量最常用的指标。当某辐射体与绝对黑体在可见光区域具有相同形状的光谱功率分布时的温度,称为该辐射体的色温。当光源的色度坐标位于色度图上的黑体迹线上时,就把黑体的绝对温度定义为该光源的色温。那么,色温和光源色温是一回事吗?光源色温多少K对眼睛好?下文为大家做了介绍。
辨别光源颜色的方法有很多种,可以通过光谱色调的相应值来分别,可以通过查看色度图普朗克轨迹曲线上各点相应的坐标值(即色坐标)来区分,也可以通过辨认在色度图上的位置,或者引用一种色彩符号系统(例孟赛尔系统)来进行识别。但是,在电视画面制作的过程中,我们需要用一种简便快捷的方法来估计光的彩色品质,而上述这些方法都不方便。因此,我们采用了一种由物理学家开尔文最早提出的十分有用的“代码”,这就是“色温”的概念。
开尔文发现,当加热一块木炭的时候,它所发出光线的彩色品质随着温度的变化而发生变化。随着木炭块的加热,它的光线品质逐渐从暗红发展成为强烈的黄白光,并且所含可见光谱的比例也在逐渐增加,如果继续加热,光线就会带有极亮的蓝白色品质。同样,当我们加热一根金属棒时也会看到这种变化。
他最重要的发现就是,光线的品质与木炭块(黑体)的温度有直接的关系。因此他就确定用这种温度作为“代码”来区分光源的彩色品质,以及它所具有的光谱能量。如果要用传统的摄氏和华氏温度标尺来表示这种“代码”,它所包含数字的范围就会太广,不易使用,所以就采用了所谓的开氏温标,一种绝对温度,即0°K=-273℃的温度标尺。
如果一盏灯发出带红的黄色品质光束,理论上可以在开氏温标上找到它的位置,并且能够找到与其光谱分布相似的标准色谱。如果一盏灯所对应的黑体温度在开氏坐标下是3200度,那么我们就将这只灯的色温定为3200K。
光源颜色有多种表示方法。例如,用文字说明光源的颜色,这个光是黄光,那个光是白光等。但这种说法比较模糊,不够准确。
从光源的光谱能量分布和光色特性,引入“色温”这个表示光源颜色的量。当光源所发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时,黑体的这个温度就称为该光源的颜色温度,简称色温,用绝对温标表示,即用字母K(Kelvin),或称开氏温度(K=℃+273.15℃)表示。
对白炽灯一类的热辐射光源来讲,由于其光谱能量分布和黑体的比较接近,所以可用“分布温度”来表示它的光谱能量分布,同时也表示了它的颜色。在可见光区光源的相对光谱能量分布与黑体在某一温度下辐射的相对光谱能量分布相似时,则黑体的这个温度就称为该光源的分布温度。由于光谱能量分布相同的光,其颜色必定相同,因此分布温度一定是色温。
对于气体放电光源和 LED 光源来说,其光谱能量分布很少与黑体的相似,所以对这些光源来讲,分布温度没有意义。因此,它们发射的光的颜色和各种温度下的黑体辐射的光的颜色都不完全相同(色坐标有差别),这时就不能用一般的色温概念来描述它的颜色,但为了便于比较,还是用了“相关色温”的概念。
对于气体放电光源和LED光源来说,其光谱能量分布很少与黑体的相似,所以对这些光源来讲,分布温度没有意义。因此,它们发射的光的颜色和各种温度下的黑体辐射的光的颜色都不完全相同(色坐标有差别),这时就不能用一般的色温概念来描述它的颜色,但为了便于比较,还是用了“相关色温”的概念。
光源发射的光与黑体在某一温度下辐射的光的颜色最接近,即在均匀色度图上的色距离最小,或者说在同一等温线上,则黑体的这个温度就称为该光源发射的光的相关色温。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时,对该光源光色表现的评价值,并非一种精确的颜色对比,故相同色温值的两个光源,可能在光色外观上仍有些许差异。显然,相关色温所表示的颜色是粗糙的,但它在一定程度上表示了颜色,如果和色坐标、显色指数等结合起来,就可以在一定程度上表示光源的颜色特性。
因为大部分光源所发出的都是白光,故光源的色温或相关色温用以指其光色相对白的程度,以量化光源的光色表现。
因此,如果有一个光源的颜色正好与黑体在3200K时的颜色一样,我们就把黑体的3200K说成是光源的颜色。
色温是描述光源光谱质量最常用的指标,低色温光源的能量分布中红辐射较多,通常称为暖色光:高色温光源的能量分布中蓝辐射相对较多,通常称为冷色光。当知道待测光源的光谱分布后,可确定出光源的色度坐标(x,y)。若光源的色度坐标点位于两条相邻等温线M1和M2之间,则可用内插法求得光源的相关色温。
设d1为光源坐标点到等温线M1的距离,d2为到等温线M2的距离。则光源的相关色温T由下式表示:
通常情况下用下面近似公式得到色温T:
其中:n=(x-0.3320)/y-0.1858。
人眼视觉功能的实现需要一定的光通量(光功率),表现在视觉作业面上要求达到一定的照度(亮度)。为了研究色温与照度之间的关系,人们进行了大量的视我功效实验(用视觉作业的速度和精确度来评价视觉能力),以弄清楚在相同的照度下用低色温的光源(如白炽灯)和高色温的光源(如日光色荧光灯)照明的视觉效果是否有差异。
实验结果表明,荧光灯和白炽灯在601x以上时,视觉效果无差异,仅在101x时,似乎荧光灯比白炽灯的视觉效果略差。CIE提出要看清楚人脸部特征所需的最低亮度为1cd/m2,相当于201x的照度。101x没有达到此要求,在该照度值下的视觉效果的比较是没有意义的。
不同的工作环境应该使用不同的光源色温。研究表明:
成人4000K色温比较适合阅读,使用4000~5000K色温的LED光源台灯是合适的,这会令人亢奋,工作积极;从孩子阅读来说,一般一次阅读时间不超过1个半小时,且多是晚上,故使用3000K~3500K色温的光源是最适合的,含蓝光少,不伤眼,有利睡眠,有助于孩子的健康成长。
色温太高的话发出的光源是很亮很白的,这跟普通的日光灯没什么区别。最好是买4000K、4500K、5000K比较好。相对4000K的光比较黄,但也相对比较柔和。
不过如果要进行颜色对色,那么色温6000K时,视觉最敏锐,可以帮助观察者更加精准的判断物品颜色。目前国内的标准光源D65其色温就是6500K。
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