CCT dan CRI

Sejauh manakah pentingnya persembahan warna yang baik?

Kepentingan persembahan warna sumber cahaya ditunjukkan dalam setiap aspek kehidupan dan kerja. Sebelum kemunculan lampu pendarfluor, prestasi pembiakan warna sumber cahaya tidak pernah menjadi kebimbangan. Mentol halogen, mentol pijar dan cahaya lilin semuanya mempunyai pengagihan kuasa spektrum yang mempamerkan kualiti yang hampir hampir dengan cahaya siang semula jadi, yang mempunyai persembahan warna yang sempurna. Ini bermakna sistem visual manusia telah selesa dengan persekitaran yang dipaparkan dengan sempurna di dalam dan di luar rumah sejak nenek moyang kita seperti beruk mula berkembang. Pengenalan pencahayaan pendarfluor adalah bencana dari segi kualiti warna. Sejak itu, warna yang sangat tepu bagi segala-galanya di sekeliling kita di bawah pencahayaan buatan tidak dipaparkan dengan baik dan mata manusia perlu bertolak ansur dengan herotan warna. Walau bagaimanapun, terdapat banyak aplikasi di mana persembahan warna yang lemah tidak boleh diterima atau dibenarkan.

Tugas yang menuntut visual atau aplikasi kritikal warna di rumah, pejabat atau studio, sama ada membaca, menulis, melukis, melukis, mengambil gambar atau solek, memerlukan persembahan warna yang tepat untuk meningkatkan prestasi tugas, memastikan padanan warna dan/atau mengelakkan keletihan mata.

Dalam kemudahan perindustrian seperti kilang tekstil, kilang pemprosesan makanan, kemudahan percetakan, bengkel lukisan kereta dan barisan pemasangan mikroelektronik, pencahayaan kesetiaan warna tinggi membolehkan pekerja melihat warna dengan tepat untuk melaksanakan tugas ketepatan dan pemeriksaan kualiti sambil menyumbang kepada persekitaran kerja yang selamat dan produktif.

Cahaya yang dipertingkatkan secara spektrum mampu menghasilkan warna yang lebih tepu yang memberikan persekitaran penampilan yang lebih menarik. Dalam tetapan hospitaliti seperti hotel, restoran dan bar, kemeriahan warna membantu mewujudkan ruang yang menggembirakan. Suasana yang sangat tepu menjadikan tona kulit kelihatan lebih sihat dan semula jadi supaya orang kelihatan terbaik. Cahaya yang menyanjung mewujudkan suasana keseronokan dan keseronokan untuk interaksi bersemuka.

Pencahayaan runcit mesti mempunyai warna yang hebat untuk menyerlahkan kualiti premium barangan dan meningkatkan paparan runcit untuk kesan maksimum. Cahaya berkualiti tinggi dengan persembahan warna yang sangat baik harus digunakan untuk menyerlahkan buah-buahan dan sayur-sayuran yang berwarna terang dan menonjolkan kemerahan daging yang menyelerakan di kedai runcit, untuk mencipta pengalaman warna yang hebat dengan putih semula jadi dan warna-warna cerah di kedai fesyen, dan untuk meningkatkan penampilan semula jadi kemasan kereta di bilik pameran kereta.

Persembahan warna adalah faktor kritikal yang perlu diambil kira dalam pencahayaan muzium, galeri dan dewan pameran. Kualiti cahaya mempunyai kesan yang ketara terhadap penglibatan pelawat. Lampu aksen dengan persembahan warna yang unggul membantu menonjolkan yang terbaik dalam karya seni yang dipaparkan. Cahaya putih yang banyak dalam panjang gelombang panjang dalam spektrum cahaya yang boleh dilihat boleh digunakan untuk meningkatkan ketepuan warna karya seni atau pameran.

Persembahan warna sangat penting dalam kerja penjagaan kesihatan. Pengenalpastian yang cepat dan tepat bagi perbezaan warna yang halus boleh bermakna perbezaan antara hidup dan mati. Cahaya berkualiti tinggi diperlukan dalam prosedur pembedahan untuk mencipta maklumat visual yang boleh dipercayai (seperti perincian yang tidak tercemar dan kontras antara tisu bersebelahan) yang mungkin bagi kawasan yang sedang dibedahkan. Merah tepu dalam spektrum cahaya membolehkan visualisasi optimum warna merah halus di kawasan luka yang meresap dengan tisu merah dan diwarnakan dalam darah.

Indeks pemaparan warna (CRI) ialah ukuran relatif tentang sejauh mana warna dipaparkan oleh sinaran optik sumber cahaya putih berbanding dengan radiator rujukan dengan suhu warna berkorelasi (CCT) yang setanding. Ditadbir oleh Suruhanjaya Pencahayaan Antarabangsa (CIE atau Commission internationale de l'eclairage), CRI ialah satu-satunya piawaian yang diterima di peringkat antarabangsa untuk mengukur kualiti rendering warna. Dalam pengiraan CRI, penampilan warna 14 sampel reflektif daripada julat Munsell standard disimulasikan di bawah kedua-dua sumber ujian dan sumber rujukan. Setiap warna tertentu diberi nilai anRi sebagai petunjuk pemaparan warnanya. Julat nilai ini adalah dari 0-100, dengan 100 mewakili tiada perbezaan warna antara sumber ujian dan radiator rujukan. Metrik utama sistem CIE ialah indeks rendering warna umum Ra, yang dikira dengan purata skor Ri untuk lapan sampel reflektif pertama. Oleh itu, nilai CRI Ra tertinggi ialah 100 apabila taburan spektrum sinaran lapan warna ujian hampir sepadan dengan sampel rujukan pada suhu warna yang sama. Dalam amalan biasa, CRI merujuk kepada nilai Ra apabila seseorang melihat hanya "CRI" diterbitkan dalam helaian data produk.

Keperluan untuk rendering warna berbeza-beza mengikut aplikasi pencahayaan. CRI 80 sering dianggap sebagai nilai minimum yang boleh diterima untuk pencahayaan ambien dalaman dan tugas. Pencahayaan buatan yang berkualiti secara amnya cuba meniru ciri-ciri cahaya siang semula jadi. Jika boleh, pencahayaan buatan harus mengembalikan persembahan warna unggul pencahayaan pijar yang mempunyai CRI Ra lebih besar daripada 95. Malangnya ini nampaknya tidak praktikal kerana industri pencahayaan gembira untuk mengikuti piawaian pemaparan warna biasa-biasa saja yang diterima secara meluas yang ditetapkan oleh pencahayaan pendarfluor yang mempunyai nilai CRI Ra biasa kira-kira 70-80.

Sains warna yang digunakan oleh pengiraan CIE CRI sudah lama ketinggalan zaman. CRI Ra dikira menggunakan hanya lapan daripada 14 sampel reflektif yang semuanya mempunyai ketepuan kromatik rendah hingga sederhana. Lampu dengan CRI tinggi boleh memberikan warna ketepuan rendah dengan baik, tetapi boleh berfungsi dengan buruk pada warna yang lebih tepu. Khususnya, sampel ujian R1-R8 mempunyai kelengkungan terhad dalam bahagian merah spektrum yang boleh dilihat dan dengan itu mungkin tidak memberikan banyak pantulan spektrum untuk warna merah. LED 80 CRI biasa terlalu tepu dalam spektrum biru dan hijau dan mempunyai prestasi merah yang tidak mencukupi, yang boleh menyebabkan persembahan warna objek yang lemah yang mengandungi pigmen merah, seperti hemoglobin dalam kulit manusia. Oleh itu, sampel ujian9 (warna merah tepu yang indeksnya dikenal pasti sebagai R9) sering disenaraikan secara individu sebagai tambahan kepada indeks umum CRI Ra dalam aplikasi pencahayaan kritikal warna.

Sebagai tambahan kepada kelemahan asas dalam pengiraan penyesuaian kromatik dan perbezaan warna, purata aritmetik Ri lapan warna ujian boleh menutupi persembahan yang sangat lemah bagi satu atau lebih sampel warna. Satu nilai Ra tidak memberitahu apa-apa yang spesifik tentang kandungan spektrum sumber atau kekurangannya. Selain itu, CRI hanya menilai kesetiaan warna, dan ciri kualiti warna lain seperti diskriminasi kromatik dan keutamaan pemerhati diabaikan. Diskriminasi kromatik merujuk kepada keupayaan untuk membezakan antara warna yang serupa atau perbezaan halus dalam warna. Dimensi kualiti warna ini boleh menyimpang daripada kesetiaan mutlak. Keutamaan pemerhati berkaitan dengan keupayaan sumber cahaya untuk memaparkan objek dengan penampilan warna yang menyenangkan. Bagi mata manusia, indeks keutamaan warna yang tinggi sering dikaitkan dengan bahagian tinggi warna tepu dalam spektrum cahaya.

Metrik pemaparan warna terus dibangunkan untuk menangani kekurangan ini. Tambahan dan alternatif untuk CRI yang cacat termasuk TM-30-18 (Kaedah IES untuk Menilai Persembahan Warna Sumber Cahaya), skala kualiti warna (CQS), indeks luas gamut (GAI), indeks gamut warna (CGI), indeks warna spektrum penuh (FSCI), peta rendering warna (CRM), indeks diskriminasi warna (CDI), indeks keutamaan warna (CPI), indeks keharmonian warna (CHI), kapasiti rendering warna (CRC), indeks perasaan kontras (FCI), indeks sanjungan (FI), indeks pemaparan warna memori (MCRI), dsb. Indeks paling penting yang sedang dipertimbangkan diterangkan di bawah.

Memorandum Teknikal TM-30-18 menyediakan pendekatan objektif dan statistik untuk mengukur kedua-dua sifat purata keseluruhan (kesetiaan warna, luas gamut) dan sifat khusus rona (kesetiaan, anjakan kroma, anjakan warna). TM-30 ialah rangka kerja penilaian yang terdiri daripada tiga komponen utama: sistem untuk mentakrifkan pencahayaan rujukan, spesifikasi sampel warna, dan pelaksanaan model penglihatan manusia. Kaedah ini menggunakan 99 sampel penilaian warna (CES) untuk mengukur perbezaan dalam persembahan warna antara sumber ujian dan pencahayaan rujukan. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa rangka kerja ini tidak direka bentuk untuk mencirikan persepsi manusia secara langsung, seperti keutamaan warna, atau untuk memberikan nilai tunggal yang menangkap kualiti persembahan warna gabungan sumber cahaya.

Dua indeks disediakan dalam kaedah ini untuk menangkap kesetiaan warna dan kawasan gamut, masing-masing. Indeks kesetiaan (Rf), yang serupa dengan nilai tunggal Ra yang disediakan oleh CRI, menunjukkan purata kesetiaan warna yang dikira dengan menentukan perbezaan antara koordinat CAM02-UCS setiap CES di bawah sumber ujian dan pencahayaan rujukan, kemudian menentukan min aritmetik perbezaan warna ini. Skala untuk Rf adalah dari 0 hingga 100, di mana nilai 100 membayangkan bahawa sumber memaparkan semua 99 warna dengan cara yang sama dengan rujukan. Indeks gamut (Rg) menerangkan peningkatan atau penurunan kroma untuk sumber cahaya yang diberikan. Nilai Rg 100 mewakili tahap ketepuan yang sama berbanding dengan rujukan. IES TM-30-18 juga menyediakan perwakilan visual rona dan peralihan di sekeliling bulatan rona melalui alat visual yang dipanggil grafik vektor warna (CVG).

Dibangunkan oleh Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST), Skala Kualiti Warna (CQS) direka untuk menangani banyak kekurangan CRI. Sistem penilaian kualiti rendering warna ini mengambil kira tiga aspek penampilan warna termasuk kesetiaan warna, diskriminasi kromatik dan keutamaan pemerhati. Daripada menggunakan hanya lapan sampel warna krom rendah yang tidak merangkumi julat penuh warna, CQS menggunakan satu set 15 sampel Munsell yang mempunyai kroma lebih tinggi daripada yang digunakan dalam CRI dan dijarakkan sama rata di sepanjang keseluruhan bulatan warna. CQS juga menyediakan pembetulan penyesuaian kromatik yang lebih baik dan ruang warna yang lebih homogen. Komponen keutamaan warna ditangani dengan mengurangkan penekanan perbezaan warna yang secara sederhana meningkatkan kroma.

Indeks luas gamut (GAI) ialah indeks gamut standard yang memberi penekanan pada tona dan daya hidup warna. GAI adalah pelengkap kepada CRI yang menekankan kesetiaan warna. Lapan sampel warna ujian dan ruang warna untuk mengira CRI Ra juga digunakan dalam kaedah ini. GAI ditentukan dengan membandingkan kawasan yang tertutup dalam poligon yang ditakrifkan oleh kromatisiti dalam ruang warna u'v' CIE 1976 dengan kawasan ruang warna yang dihasilkan oleh sumber spektrum tenaga sama (EES) khayalan atau teori di mana kuasa sinaran adalah sama pada semua panjang gelombang. Semakin besar GAI, semakin jelas sumber cahaya memaparkan warna objek. EES dijaringkan sebagai 100, tetapi GAI boleh melebihi 100 apabila keupayaan sumber cahaya ujian untuk menepukan warna mengatasi sumber tenaga yang sama.

Semua metrik rendering warna yang disebutkan di atas telah dibangunkan untuk mata manusia. Walau bagaimanapun, dalam dunia yang bersambung hari ini, kita semakin bergantung pada kamera video dan filem untuk mengalami dunia. Adegan yang dipaparkan oleh sumber cahaya boleh mempunyai kesan visual yang berbeza pada televisyen kerana lengkung tindak balas emulsi filem atau penderia video berbeza dengan ketara daripada mata manusia. Oleh itu, alternatif kepada CRI telah diperlukan untuk menilai kualiti kromatisiti sumber cahaya apabila digunakan dalam persekitaran televisyen. Indeks Konsistensi Pencahayaan Televisyen (TLCI), yang dibangunkan oleh Kesatuan Penyiaran Eropah (EBU), bertujuan untuk menangani banyak isu yang berkaitan dengan penggunaan pencahayaan LED dalam pengeluaran filem dan televisyen. TLCI menggunakan metodologi yang serupa dengan CRI dan CQS kerana ia menggunakan set standard sampel ujian warna daripada carta X-Rite ColorChecker dan sumber cahaya rujukan (campuran cahaya yang dihasilkan oleh radiator badan hitam dan siang hari antara 3400 K dan 5000 K). Pengagihan kuasa spektrum sumber ujian diukur oleh spektroradiometer dan pengiraan dilakukan oleh program analisis perisian.

Kemunculan teknologi LED menjadikan sains warna lama sumber cahaya buatan usang. Walaupun mempunyai lebar garis spektrum yang sempit dan menghasilkan cahaya monokromatik seperti merah, biru atau hijau, LED boleh dibungkus untuk menghasilkan cahaya putih dalam mana-mana pengagihan kuasa spektrum dan dengan itu menghasilkan kromatisiti dan persembahan warna yang dikehendaki. Pada asasnya terdapat dua cara untuk menghasilkan cahaya putih dengan LED. Cahaya putih boleh dicipta melalui pencampuran warna tambahan dengan menggabungkan tiga diod warna utama merah (R), hijau (G) dan biru (B). Walau bagaimanapun, kaedah ini tidak praktikal kerana 1) spektrum berduri tidak mempunyai kandungan spektrum dalam cyan, kuning dan oren, yang membawa kepada persembahan warna yang tidak mencukupi; 2) keberkesanan bercahaya yang lemah disebabkan oleh ketidakcekapan pelepasan langsung hijau dan merah; dan 3) kos yang tinggi daripada kedua-dua penggunaan diod berbilang warna dan keperluan untuk kawalan yang mencukupi bagi diod ini.

Kaedah kedua dan juga yang diguna pakai secara universal ialah penukaran panjang gelombang yang menggunakan gabungan LED InGan jurang jalur besar monokromatik dan bahan fosforus penukar cahaya. LED yang dihasilkan menggunakan kaedah ini dipanggil LED yang ditukar fosfor (PC-LED) dan dipecahkan kepada dua kategori: LED pam biru dan LED pam ungu. LED pam biru terdiri daripada cip LED biru yang disalut dengan polimer organik yang mengandungi fosfor kuning. Fosforus menukarkan sebahagian daripada tenaga yang lebih tinggi, cahaya biru panjang gelombang pendek kepada tenaga yang lebih rendah, cahaya panjang gelombang yang lebih panjang yang bercampur dengan baki cahaya biru untuk menghasilkan cahaya putih yang dikehendaki. LED pam ungu menggabungkan LED ungu dan tiga fosfor (biru, hijau dan merah). Pelepasan fosforus biru, hijau dan merah membolehkan pakej LED mengagihkan tenaga spektrum merentasi keseluruhan spektrum yang boleh dilihat, yang menghasilkan persembahan warna yang sangat baik.

Keupayaan yang belum pernah berlaku sebelum ini untuk mengawal cara cahaya memaparkan warna adalah salah satu kekuatan pencahayaan LED. Malangnya, ini tidak diterjemahkan kepada kualiti warna yang baik dalam pencahayaan buatan yang kini dikuasakan oleh teknologi LED di mana-mana. Sebab yang wujud ialah industri pencahayaan tidak mahu mengorbankan margin keuntungan untuk kualiti warna cahaya yang lebih tinggi. Sebab ini juga menjelaskan mengapa pengeluar pencahayaan tidak pernah cuba memaklumkan pengguna bahawa pencahayaan CCT yang tinggi boleh mengganggu irama sirkadian dan memberi kesan negatif kepada kesihatan manusia. Selain itu, pihak berkuasa kawal selia menimbang terlalu banyak pada bahagian kecekapan produk pencahayaan dan hampir tidak berusaha untuk meningkatkan kualiti cahaya produk LED.

Keengganan industri untuk memperkenalkan persembahan warna tinggi ke dalam pencahayaan LED boleh dikaitkan dengan pertukaran antara keberkesanan bercahaya dan kualiti warna. LED pam biru, yang mempunyai keberkesanan tertinggi dan kos pembuatan terendah dalam kalangan LED yang dibuat menggunakan metodologi yang berbeza, telah merebut bahagian dominan dalam pasaran pencahayaan umum. Untuk membolehkan pakej LED menghasilkan semua pelepasan yang diperlukan untuk menghasilkan julat terluas dan ketepuan warna tertinggi, campuran fosforus dengan kos yang lebih tinggi perlu digunakan. LED dengan persembahan warna yang baik mempunyai banyak panjang gelombang yang panjang, yang bermaksud sebahagian besar cahaya biru mengalami anjakan Stokes yang diubah daripada panjang gelombang yang lebih pendek kepada lebih panjang. Peralihan Stokes ini tidak dapat dielakkan membawa kepada kehilangan tenaga yang besar dan dengan itu menjejaskan kecekapan pakej dengan ketara. Sistem visual manusia tidak bertindak balas sama rata kepada semua panjang gelombang. Penukaran tertinggi oleh kepekaan mata ke atas taburan spektrum cahaya adalah pada kira-kira 555 nm. Jarak puncak tenaga LED CRI tinggi daripada panjang gelombang 555 nm menambah kehilangan keberkesanan bercahaya.

Penyelesaian untuk meningkatkan persembahan warna tanpa menyebabkan kehilangan kecekapan dalam LED pam biru ialah menggunakan penukar panjang gelombang merah lebar garis yang lebih sempit. Dalam kes ini, kerugian Stokes yang berlaku semasa penukaran ke bawah panjang gelombang boleh dikurangkan dengan ketara. Penukar bawah yang dibangunkan untuk tujuan ini termasuk fosfor merah lebar jalur sempit dan titik kuantum.

Teknologi Mason Guangdong, sebuah syarikat pakej LED terkemuka, menawarkan pelbagai jenis produk sumber cahaya LED untuk pelanggan.