Все об индексе цветопередачи cri и новых стандартах качества света

Утрачено при переводе?

В Соединенных Штатах термин CRI используется для обозначения общего CRI (R1-R8), хотя это не обязательно имеет место в других регионах мира. В Китае и Европе , например, CRI , как правило , используется для описания расширенного CRI (R1-R14). В зависимости от того, с кем вы говорите, CRI может иметь совсем другое значение. Наша рекомендация должна быть ясной при обсуждении этих показателей с производителями и клиентами. При обсуждении общего CRI лучше всего использовать термин «CRI (Ra)» или общий CRI (R1-R8). При обсуждении расширенного CRI используйте термин «CRI (e)», «Re» или расширенный CRI (R1-R14). Как правило, расширенный CRI используется реже, чем общий CRI, но в случае сомнений всегда лучше уточнить!

В Waveform Lighting, чтобы избежать путаницы, мы прямо указываем, когда CRI используется для обозначения CRI Ra. Например, ниже приведен скриншот с нашей страницы продукта со светодиодной трубкой NorthLux T5 .

Методика оценки

Для получения коэффициента цветопередачи какого-либо источника света (лампы) фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 или 14 указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов (шесть дополнительных цветов иногда используются для специальных нужд, но они не применяются для расчета индекса цветопередачи), наблюдаемый при направлении тестируемого источника света на эталонные цвета. Расчёт ведется по методике СIE, по которой получают численное значение отклонения цвета эталонов, освещенных исследуемым источником света. Чем меньше отклонение видимого цвета от естественного (больше индекс цветопередачи), тем лучше характеристика цветопередачи тестируемой лампы.

Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отображающий все цвета, индекс цветопередачи у солнечного света также принимается за 100. Чем ниже значения Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта:

Характеристика цветопередачи	Степень цветопередачи	Коэффициент цветопередачи	Примеры ламп
Очень хорошая	1А	Более 90	Серная лампа, Лампы накаливания, Галогенные лампы, Люминесцентные лампы с пятикомпонентным люминофором, Лампы МГЛ (Металогалогенные), светодиодные лампы
Очень хорошая	1В	80—89	Люминесцентные лампы с трехкомпонентным люминофором, светодиодные лампы
Хорошая	2А	70—79	Люминесцентные лампы ЛБЦ, ЛДЦ, светодиодные лампы
Хорошая	2В	60—69	Люминесцентные лампы ЛД, ЛБ, светодиодные лампы
Посредственная	3	40—59	Лампы ДРЛ (ртутные), НЛВД с улучшенной цветопередачей
Плохая	4	Менее 39	Лампы ДНат (натриевые)

Тестируемые цвета (основные):

R1 увядшая роза

R2 горчичный

R3 салатовый

R4 светло-зеленый

R5 бирюзовый

R6 небесно-голубой

R7 фиолетовая астра

R8 сиреневый

Примечательно, что индекс цветопередачи и у ламп накаливания, и у неба (дневной свет) считается равным 100, при том что ни один из этих источников света не является действительно безупречным — лампа накаливания слаба в освещении синих тонов, а небо при 7500 К слабо в освещении красных тонов.

Различия в величинах CRI меньшие, чем пять единиц, незначительны. Это означает, что источники света с индексами цветопередачи, например, в 80 и 84 практически одинаковы.

Почему CRI R9 важен?

CRI R9 является очень важным показателем, потому что многим источникам света будет не хватать красного, но этот факт будет скрыт из-за усреднения вычислений CRI, которые не включают R9. Как показано на диаграмме ниже, источник света действительно может работать достаточно хорошо с первыми 8 тестовыми цветными образцами, демонстрируя неплохие результаты для R1-R8. Для общей метрики CRI Ra это означает, что светодиод с плохой цветопередачей красного цвета все еще может обойтись с рейтингом 80 CRI (Ra).

Однако при более внимательном рассмотрении значения R9 видно, что свет будет очень плохим, в частности, для красных цветов.

Сравнение твёрдых копий по цветовым (колориметрическим) координатам

Данный способ подходит для сравнения:

• контрактной цветопробы и подписного листа;
• подписного листа с иными тиражными оттисками;
• цветопроб, полученных при различных условиях;

Наиболее часто данный способ применяется для сравнения цветопередачи цветопробы и печатного оттиска в процессе
приладки. Первейшим необходимым условием
данного сравнения является наличие контрактной (утверждённой) цветопробы. Цветопроба является ,
если отклонение
цветовых координат в шкалах контроля цветности не превышает .
Цветопробы, не удовлетворяющие этим условиям, принимаются в качестве образцов цвета.
Как правило, могут удовлетворять данным требованиям цифровые (см. рис.2) и офсетные цветопробы, полученные с соблюдением необходимых условий.
Аналоговые цветопробы априори могут быть лишь образцами цвета (в настоящий момент их применение минимально).

При изготовлении контрактных цифровых цветопроб необходимо учитывать влияние на конечную цветопередачу тона
бумаги (или печатной основы), а также ,
оказывающий влияние на печатные процессы (такие как совмещение, растискивание,
линиатура и др.).

Цветопробы, изготовленные офсетным способом, могут считаться контрактными если:

• отпечатаны на идентичных печатных машинах (приближенных по параметрам);
• на однотипной бумаге (сопоставимой по параметрам);
• с использованием близких по составу красок.

цветопробамидизайнерские бумагипост печатнуюцветопередачи

Спектрофотометр – это ручной компактный прибор (см. рис. 1) внутрь которого встроен источник
нормированного света. По этой причине для проведения измерений цветопередачи не требуется
особых условий и они (измерения) могут проводиться хоть в поле. Единственное условие – это периодическое тестирование прибора, т.е. проверка
правильности работы встроенного источника нормированного света. Для этого используется методика, описанная в публикации CIE № 17.4:1987,
845-02-61, измеряющая индекс цветового соответствия (индекс цветопередачи, color rendering index, CRI).
Для условий экспертного сравнения общий CIE-индекс цветопередачи должен быть измерен согласно схеме из Публикации CIE № 13.3 и должен иметь значение ≥ 90.

Данный способ сравнения особенно хорош для специалистов от полиграфии и для случаев возникновения споров, касающихся качества цветопередачи.
Однако он не является наглядным. Иными словами, при несоблюдении специальных условий просмотра цветопроба и
печатный оттиск визуально (при обычном освещении) могут сильно отличаться, а по приборам быть идентичными.
Это явление получило название метамеризма. Суть метамеризма в том, что одни и те же
объекты при одном типе/источнике освещения могут иметь схожие цвета, а при других типах/источниках освещения существенно различаться в цветовом восприятии.
Людям, имеющим опосредованное отношение к полиграфическим процессам объяснить суть данного явления практически не возможно.
Ещё один недостаток это то, что данный способ не пригоден для сравнения изображения на экране и на твёрдой копии.

Для этого существует 1-й способ сравнения.

Проблемы CRI и его аналоги

CRI не всегда дает точные показания, дело в том, что изначально он разрабатывался под источники света с непрерывным спектром. Речь идет о спектральном составе белого света, в нем содержится определенный набор цветов, которые в результате дают белое свечение с определенным оттенком (цветовой температурой).

Спектральный состав света – набор излучений различных длин волн (цветов) в световом потоке. По спектральному составу можно определить степень излучения того или иного цвета.

Когда источник света в своем спектральном составе содержит все видимые длины волн, тогда такой спектр называют непрерывным. Пример:

• солнечный свет;
• лампы накаливания;
• галогенные лампы.

От полноты спектрального состава зависит и соответствие видимых цветов реальным. Но не все лампы излучают в полном спектре.

У люминесцентных ламп так называемый рваный спектр. Он состоит из отдельных пиков в области различных длин волн. Если вспомнить о том, что мы сказали выше, то CRI не совсем корректно отражает индекс цветопередачи таких светильников.

Справка: В 2007 году Международная комиссия по освещению отметила, что «…индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета».

Поэтому для повышения точности измерений светового потока в 2010 году разработали методику CQS, что расшифровывается, как Colour Quality Scale, или рус. Шкала качества цвета. Но и это не дало полноценной оценки качества источников света, потому что в ней не учитывалась насыщенность и тон освещаемых предметов.

И в 2015 году появился ТМ-30-15 – это стандарт, который учитывает больше параметров, а именно, кроме шаблонов, в оценке принимают участие тон, насыщенность и встречающиеся в быту предметы.

Однако ни в одной стране, на момент написания статьи, TM-30-15 не является обязательным для выполнения, но это не мешает уважающим себя производителям проверять продукцию и таким образом.

Зачастую при проверке значения по шкалам CQS и CRI выдают примерно одинаковые результаты, однако, происходит и так, что по TM-30-15 результаты оказываются ниже нормы. Пример измерения плохой цветопередачи светодиодной лампы описан в статье от независимых экспертов: https://geektimes.com/company/lamptest/blog/285034/

Скорее всего, причиной такого результата стал люминофор, специально подобранный для прохождения обязательных тестов, но все равно не обеспечивает нормальной цветопередачи.

Недостатки индекса цветопередачи и пути их решения

Определение индекса цветопередачи является полноценным только в случае с лампами непрерывного спектра, коэффициент CRI которых выше 90. При значениях ниже 90 единиц можно получить несколько источников, которые будут иметь одинаковый коэффициент, но по-разному освещать предметы и отличаться цветовой температурой. Пока международным организациям по стандартизации не удаётся избавиться от данного недостатка, производители ламп продолжают указывать на своей продукции значение в CRI.

Сегодня вектор развития искусственного освещения опирается на белые светодиоды, у которых цветопередача шаблона R9 не очень высока. Причина этого заключается в небольшом количестве красного цвета в спектре. Однако визуально цветопередача белых светодиодов находится на более высоком уровне, нежели указывает расчетное значение CRI. В 2007 году МКО официально констатировала недостаточность использования индекса CRI для определения качества передачи цвета светильников на основе белых светодиодов. Также учёные заявили о необходимости введения новой методики, которая позволит более точно оценить светодиодное излучение.

В 2010 году появилась новая методика — CQS (аббр. от англ. color quality scale), основанная на 15 только насыщенных цветовых шаблонах. В первую очередь стоит отметить, что расчет цветовых сдвигов по методике CQS производится совершенно иным способом, нежели в методики CRI. Поэтому высокий цветовой сдвиг по одному из шаблонов не позволяет цветовому индексу оставаться высоким.

Красный цвет в шкале CQS не такой насыщенный, как в шкале CRI. Это позволяет параметру цветопередачи, при тестировании продукции на основе светодиодов, численно примерно соответствовать световым ощущениям человека.

Методика CQS, так же как и CRI, имеет один существенный недостаток – отсутствие корректировки параметра в зависимости от тона и насыщенности, что позволяло бы учитывать особенности человеческого зрения видеть белый цвет из смеси свечения от цветных светодиодов.

Недостаток методики CQS привело к появлению в середине 2015 года стандарта ТМ-30-15, который учитывает понятия точности и насыщенности. Для более высокой точности измерения в новом стандарте оценка качества света ведется не по 15, а по 99 шаблонам, включающим в себя не только цветовые образцы, но и различные объекты из жизни.

Единица измерения цветовой температуры.

Измеряется в Кельвинах (К) во всех областях, кроме фотографии. Для удобства работы фотографов ввели единицу измерения Миред (Майред).

Температура упоминавшегося абсолютно черного тела принята за 0 К. Тело полностью поглощает падающий на него свет. Если его разогреть до 500-1000°С, то оно станет красным (800-1300 К). Черное тело превратится в оранжевое (2000 К) при нагреве до 1700°С. Дальнейший нагрев превратит тело в желтое (2500 К), белое (5500 К) и голубое(9000 К). Впрочем, последнее возможно только в термоядерной реакции.

Появление цвета при нагреве абсолютно черного тела.

Все эти цвета встречаются в природе. Например, желтый цвет (2500 К) наблюдается при восходе солнца, а белый (5500 К) – когда оно в зените. На небе облачно? Тогда цветовая температура составит около 7000 К. К сумеркам она увеличивается еще на 1000 К. А ясное небо зимой имеет температуру около 15000 К.

Первым ученым, который начал изучать абсолютно черное тело, был Макс Планк. При его участии разработана цветовая модель XYZ  − диаграмма цветности.

Диаграмма цветности.

Кривая на рисунке – это кривая Планка. Она характеризует цветовую температуру цветов. Согласно этой кривой регулируются настройки фотоаппаратов, видеокамер, графических редакторов. Рассчитывают ЦТ целых сцен. Например, лесной пейзаж в солнечный день имеет температуру в 5500 К. Эта цифра, равная температуре дневного света, получается как среднее арифметическое от сумм отдельных цветов на фотографии.

Расчет ЦТ лесного пейзажа в солнечный день.

На закате солнца картинка будет другая.

Расчет ЦТ пейзажа на закате.

Последний пример – водный пейзаж в сумерках.

Расчет ЦТ пейзажа в сумерках.

Человеческий глаз видит не весь спектр цветов. Мы воспринимаем диапазон от 800К до 25000К. А интервал 4500К-5200К самый комфортный для человека, приближенный к естественному свету.

Цветовая температура в фотографии, кинематографе и телевидении.

Для создания картинки, точно передающей цвета, фото и видео операторы учатся настраивать технику правильно. Для фотографов особенно удобна шкала цветовой температуры в миредах.

Миред = 1000000/Кельвин.

Согласно этой шкале температура фотовспышки равняется: 100000/5000(К)=200 (миред).

Шкала удобна тем, что одинаково пропорциональна цветовым изменениям во всем спектре. Впрочем, фото и видео аппаратура настраивается в Кельвинах и в миредах, в зависимости от предпочтений владельца. Цифровые фотоаппараты и видеокамеры автоматически определяют цветовую температуру сюжета: портрет, ночной пейзаж и другие. Настройка цветовой температуры заложена в опции «баланс белого».

Настройка баланса белого на фото и видеокамерах.

Белый цвет на фото можно получить при использовании вспышки, прямого солнечного света, источников света с температурой 5500 К. В остальных случаях результат будет максимально приближен к белому.

ЦТ=6200 К. Цвета естественны.

Для этого надо правильно выставить цветовую температуру. Если фото (видео) вышло в синих тонах, то температура слишком маленькая.

ЦТ=2500 К. Температуру следует увеличить.

Если преобладают красные тона, то слишком она велика.

ЦТ=10000 К. Температуру стоит снизить.

В доцифровую эпоху выпускалась фотопленка для определенных цветовых температур. Например, для дневных съемок производили пленку с ЦТ= 5600 К, для вечерних – 3200 К. Позже стали выпускать промежуточный вариант с ЦТ=4500 К. При обработке пленочных и слайдовых материалов при необходимости проводилась цветокоррекция.

Для получения хорошей картинки активно применяют светофильтры.

Цветопередача. Индекс цветопередачи.

Это относительная величина, определяющая, насколько естественно передаются цвета предметов в свете той или иной лампы.

Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света (т.е. идеально передающего цвет предметов) принят за 100.

Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100Ra.

Например у традиционной лампы накаливания индекс цветопередачи составляет 80Ra, при цветовой температуре в 2700К.

Если говорить о светодиодных лампах, то они обладают исключительно высоким индексом цветопредачи, который составляет 85-90 Ra.

Индекс цветопередачи – мера соответствия зрительного восприятия цветного объекта, освещенного исследуемым и стандартным источниками света при определенных условиях наблюдения. Объективной характеристикой здесь является значение индекса цветопередачи Ra, максимально возможное значение которого равно 100. Чем больше индекс, тем точнее будет восприятие цветов. Проводить сравнения различных источников по величине Ra лучше при близких цветовых температурах. На практике обычно пользуются тремя категориями цветопередачи

Ra между 90 и 100.

Прекрасные цветопередающие свойства. Область применения: в основном там, где важна точная оценка цвета.

Ra между 80 и 90.

Хорошие цветопередающие свойства. Области применения: там, где точная оценка не является приоритетной задачей, но хорошая цветопередача все же важна.

Ra ниже 80.

Цветопередающие свойства от удовлетворительных до плохих. Области применения: там, где цветопередача не важна. Максимальное значение коэффициента Ra составляет 100 (это значение принимается для солнечного света, а также для большинства ламп накаливания).

Характеристика цветопередачи лампы описывает, насколько натурально выглядят окружающие нас предметы в свете этой лампы. Выражением этого является общий индекс цветопередачи Ra. Для определения величины Ra, из окружающей среды выбирают 8 тестовых цветов, которые освещаются тестируемой лампой, а затем стандартной лампой, имеющей такую же цветовую температуру (от температуры “черного тела” до дневной). Чем меньше разница в цветопередаче между тестовыми цветами, тем лучше цветопередача исследуемой лампы. Максимальное значение Ra составляет 100 (как среднее для 8-ми тестовых цветов).

В зависимости от места установки лампы и выполняемой ими задачи искусственный свет должен обеспечивать возможность наиболее лучшего восприятия цвета (как при естественном дневном свете). Данная возможность определяется характеристиками цветопередачи источника света, которые выражаются с помощью общего индекса цветопередачи Ra.

Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света

Для сравнения с рассмотренными источниками света фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 (или 14) указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов, который наблюдается при направлении света тестируемого или эталонного источника света на эти эталонные цвета. Чем меньше отклонение цвета излучаемого тестируемой лампой света от эталонных цветов, тем лучше характеристики цветопередачи этой лампы. Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значения Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.

Характеристика цветопередачи	Степень цветопередачи	Коэффициент светопередачи Ra	Примеры ламп
очень хорошо	1A	> 90	Галогенные лампы; люминесцентные лампы LUMILUX DE LUXE; HQI…/D
хорошо	1B	80 – 89	Люминесцентные лампы LUMILUX; HQI…/NDL или WDL
хорошо	2A	70 – 79	Стандартные люминесцентные лампы 10 и 25
хорошо	2B	60 – 69	Стандартные люминесцентные лампы 30
достаточно	3	40 – 59	HQL
недостаточно	4	> 39	Натриевые газоразрядные лампы высокого и низкого давления

Тестируемые цвета:

R1	Цвет увядшей розы
R2	Горчичный
R3	Салатовый
R4	Светло-зеленый
R5	Бирюзовый
R6	Небесно-голубой
R7	Цвет фиолетовой астры
R8	Сиреневый

Дополнительные тестируемые цвета с насыщенными красками:

R9	Красный R12 Синий
R10	Желтый R13 Цвет кожи
R11	Зеленый R14 Цвет зеленого листа
R12	Синий
R13	Цвет кожи
R14	Цвет зеленого листа

Что такое цветовая температура.

ЦТ искусственных источников света.

Цветовая температура  — это температура абсолютно черного тела, при которой оно излучает тот же цвет, что и рассматриваемое излучение. При нагреве все металлы, из которых состоят светоиспускающие элементы ламп, излучают разные оттенки света. Каждому цвету соответствует своя температура свечения.

Таким образом, ЦТ показывает, какую длину волны излучает источник света. А длине волны соответствует цвет. Это важная характеристика при подборе источника света для дома и офиса. Обычная лампа накаливания светит теплым желтым светом. А люминесцентные и светодиодные источники светят разными оттенками.

Разновидности и особенности LED-осветителей

Светодиоды поставляются в упаковках с детальным описанием, отображающим основные технические характеристики светодиодных ламп, такие как:

• класс энергоэффективности;
• срок службы;
• мощность;
• диапазон температур окружающей среды (при какой температуре работают);
• тип цоколя;
• величина светового потока;
• цветовая температура (цветопередача);
• коэффициент пульсации (выраженность мерцания).

Все современные светодиодные лампочки представляют собой осветительные приспособления с высоким показателем энергоэффективности категории «А» («А+», «А++»). Это означает, что для получения максимально яркого светового потока LED-устройству требуется минимально возможное количество электроэнергии. Причем производители предлагают лампы, работающие при температурах от -35˚C до +90˚C, что также отображается на упаковке. Эти особенности являются главными достоинствами LED-изделий.

При соблюдении рекомендованных производителем условий эксплуатации срок службы основной массы светодиодов достигает 50 тыс. часов непрерывной работы. Мощность лампочки исчисляется в Ваттах (Вт). Значения этого параметра находятся в диапазоне 1–25 Вт, где 1 обозначают самые тусклые источники света, а 25 — самые яркие.

Помимо основных технических показателей на упаковке светодиодных излучателей указывают степени защиты изделия от влаги и пыли, а также уровень напряжения питания, который у большинства ламп составляет 12 или 220 В. Некоторые приборы китайского производства функционируют от напряжения в 110 В.

Чтобы понять Индекс цветопередачи CRI и люмены, посмотрите на спектр.

Как и во многих других областях науки о цвете, нам нужно вернуться к спектральному распределению мощности источника света. Индекс цветопередачи CRI рассчитывается глядя на спектр источника света, а затем моделируя и сравнивая спектр, который будет отражаться от набора тестовых образцов цвета. В своих расчетах CRI использует SPD дневного света или черного тела , поэтому более высокий CRI также указывает на то, что спектр света аналогичен естественному дневному свету (более высокие значения CCT) или галогенам / лампам накаливания (более низкие значения CCT).

Спектр естественного дневного света (вверху)

Выходная мощность, измеренная в люменах, описывает яркость источника света. Яркость , однако, является чисто человеческой конструкцией! Это определяется тем, к каким длинам волн наши глаза наиболее чувствительны и сколько энергии света присутствует на этих длинах волн. Мы называем ультрафиолет и инфракрасное излучение «невидимыми» (то есть без яркости), потому что наши глаза просто не «воспринимают» эти длины волн как воспринимаемую яркость, независимо от того, сколько энергии присутствует на этих длинах волн.Чтобы лучше понять, как работает феномен яркости, ученые в начале 20-го века разработали модели систем человеческого зрения, и фундаментальным принципом, лежащим в основе этого, является функция яркости, которая описывает взаимосвязь между длиной волны и восприятием яркости.

Желтая кривая показывает стандартную фотопическую функцию (см. Выше)

Кривая яркости достигает пика между 545-555 нм, диапазоном длин волн светло-зеленого цвета, и довольно быстро спадает при увеличении и уменьшении длины волны

Очень важно, что значения яркости очень низкие — 650 нм, которые представляют собой длины волн красного цвета. Это говорит нам о том, что длины волн красного цвета, а также длины волн темно-синего и фиолетового цветов очень неэффективны при ярком освещении

Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения

Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости

Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения. Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости.

Наконец, когда мы сравним функцию яркости со спектром для естественного дневного света, должно стать ясно, почему высокий CRI, и особенно R9 для красных , расходится с яркостью. Для достижения высокого коэффициента цветопередачи почти всегда полезен более полный и широкий спектр, но для достижения более высокой светоотдачи наиболее эффективным будет более узкий спектр, сфокусированный в зелено-желтом диапазоне длин волн.

Именно по этой причине в стремлении к повышению энергоэффективности качество цвета и CRI почти всегда отводятся в приоритет. Справедливости ради следует отметить, что в некоторых приложениях, таких как наружное освещение, может быть более высокая потребность в эффективности, чем в цвете. Тем не менее, понимание и оценка задействованной физики могут быть очень полезны при принятии обоснованного решения в осветительных установках.