Светодиодное освещение и наука о цвете [1-Наука, стоящая за явлением]

Светодиодное освещение и наука о цвете [1-Наука, стоящая за явлением]

Рисунок 1.1 – Перчатка при различных источниках света. (Фото из ГТИ)

Уловка 1: Вы когда-нибудь сталкивались с тем, что когда вы выбираете товар предпочтительного цвета, иногда цвет меняется, когда вы выносите его из магазина и смотрите на него на солнце, а иногда цвет также меняется в вашем доме или офисе.

Наука за феноменом

Что вызвало цветовые трюки выше?

Чтобы раскрыть Уловку 1, во-первых, мы должны понять метамерию.
Метамерия означает, что контрастные цвета имеют одинаковые трехцветные значения, но разные спектральные распределения мощности. Для облегчения понимания мы обработали эксперимент с двумя разными источниками света (рис. 2.1).

Уловка 2: Вы все еще помните эту картинку (рис. 1.2), которая была самой горячей темой и прокатилась по миру в 2015 году?

Рисунок 1.2 – Черный или золотой?

Уловка 3: Как мы все знаем, самым популярным показателем для оценки качества цветопередачи является CRI (индекс цветопередачи), поэтому цвет должен быть ярким при источнике света с высоким CRI, хотя иногда все не так, как мы думаем (рис. 1.3). ).

Рисунок 1.3 – Ра тот же, но почему разные визуальные эффекты? (Источник Energy.gov, изображения предоставлены Randy Burkett Lighting Design с благодарностью г-на Рэнди Беркетта.)

Рисунок 2.1 – Пример той же координаты цветности.

Судя по всему, координаты источника света №1 и №2 находятся в 1-ступенчатом эллипсе МакАдама, поэтому мы можем считать, что они имеют один и тот же цвет — аналогичные спектральные трехцветные значения, как указано выше. Цветовое пространство CIE (Международная комиссия по освещению) основано на расчетах трехцветных значений, здесь мы не будем больше говорить о формулах, поскольку это не наша основная тема, но их легко найти и изучить.

Рисунок 2.2 – Спектральные распределения мощности источников света на рисунке 2.1.

Источник света № 1 — это светодиод RGBW, этот спектр 6500K настраивается путем настройки монохроматического чипа R/G/B на основе W (3200K), а окончательный CRI — Ra составляет 78; Источник света № 2 — это YUJILEDS® VTC серии 6500K, CRI — Ra 95. Мы можем обнаружить, что источник света 2 имеет богатый, широкий и однородный спектр по сравнению с источником света № 1, это приводит к тому же результату, что и прием 1. Это сравнение проводится для обоих светодиодных источников света, которые, по крайней мере, имеют схожий принцип светимости. Визуализация, если мы сравним результат под солнцем, лампой накаливания, флуоресцентной лампой…тогда какая будет разница?
Метамерия является ключевой концепцией для оценки цветов при различных источниках света, известные компании или организации по управлению цветом, такие как Konica Minolta, X-Rite, Datacolor, International Color Consortium, HunterLab, Color Basics.com имеют пояснения по этому поводу. CIE определяет количественный эталон для оценки степени метамеризма — MIvis (индекс метамеризма в видимом диапазоне) и MIuv (индекс метамеризма в УФ-диапазоне), а для полиграфической промышленности существует стандарт ISO3664:2009, требующий наличия источника света для просмотра. должен быть MIvis < 1,0 и MIuv < 1,5.
Оценка цвета сложна, люди воспринимают цвета, по крайней мере, в зависимости от следующих факторов:
Источник света.
Теперь мы знаем, что источник света является ключевым элементом для оценки цвета. Объекты могут казаться совершенно разными при разных источниках света (рис. 2.3), поэтому самым важным является выбор оптимального освещения для просмотра.

Рисунок 2.3 – Тот же автомобиль при разных источниках света или времени. (Фото из X-Rite.)

CIE определяет стандартные источники света (рис. 2.4), которые являются теоретическими источниками видимого света для сравнения изображений или цветов, в идеале SPD (спектральное распределение мощности) видимого источника света должен приближаться к стандартному источнику света, чтобы максимально уменьшить метамеризм.

Рисунок 2.4 – Нормированное спектральное распределение мощности типичных стандартных источников света.

Однако на практике невозможно создать искусственный источник света точно таким же, как SPD стандартного источника света, в настоящее время большинство компаний имитируют его с помощью люминесцентной лампы (рис. 2.5) из-за ее характеристик полного спектра.

Рисунок 2.5 – Искусственный источник света D50 в сравнении со стандартным источником света CIE D50.

Рисунок 2.6 – Принципиальная схема человеческого глаза. (Дополнительную информацию можно найти в Википедии.)

Пол, возраст.
Исходя из общего статистического результата, около 8% мужчин и 0,5% женщин в мире имеют дефицит цветового зрения (COLOR BLIND AWARENESS), поэтому в среднем женщины лучше воспринимают цвета, чем мужчины.
Помимо пола, у людей старше 60 лет могут происходить физические изменения, которые могут повлиять на способность человека видеть цвета. Слой макулярного пигмента (рисунок 2.6) покрывает центральную область желтого пятна сетчатки глаза человека, при наблюдении объекта под полем зрения больше 4° в центре поля зрения появляется красноватое пятно, называемое пятном Максвелла. С возрастом макулярный пигмент становится все более и более желтым, это означает, что пожилые люди могут иметь различную цветовую чувствительность, особенно к синему цвету.

Предыдущий: Меньше значит больше — YUJILEDS выпускает 3-е поколение корзины цветности

Следующий: Что такое ТМ-30?

Яркость.
Цвет является как минимум трехмерной системой (рис. 2.7), и HSL (оттенок/насыщенность/яркость), и HSV (оттенок/насыщенность/значение) определяют так, что легко понять, что оттенок и насыщенность влияют на цветовой визуальный эффект, но почему яркость?

Рисунок 2.7 – Цветовая модель HSV от RogueWave.

Рисунок 2.8 – Палочка и колбочка (от BioNinja).

Однако в 2002 году была обнаружена третья фоторецепторная клетка, которая в основном воспринимает не визуальный свет, а циркадный ритм. Это затрагивает тему освещения, ориентированного на человека, но мы не будем больше говорить об этом здесь.

Поле зрения.

CIE 1931, основанный на наблюдателе с углом обзора 2°, широко используется в производстве светодиодов, дисплеях, полиграфии и производстве изображений. Он называется наблюдателем 2°, потому что оценка цвета осуществляется через отверстие, которое обеспечивает поле зрения 2°. В 1931 г. считалось, что все цветочувствительные колбочки глаза расположены в пределах дуги 2° от центральной ямки, поэтому поле зрения 2° было выбрано и использовано при установлении стандартного наблюдателя. К 1960-м годам стало понятно, что колбочки присутствуют в большей области глаза, чем считалось ранее, и поэтому в 1964 году был разработан стандартный наблюдатель с углом обзора 10° (рис. 2.10) реакции людей-наблюдателей.

Рисунок 2.10 – Сравнение полей зрения 2° и 10° (от HunterLab).

Рисунок 2.11 – Сравнение значений трехцветного спектра для наблюдателя с углом обзора 2° и 10°.

Рисунок 2.12 – Цвет года по версии Pantone с 2000 года.

В глазах человека распространены 2 вида фоторецепторных клеток – палочки и колбочки (рис. 2.8). Как правило, палочка предназначена для восприятия яркости, а колбочка - для восприятия цвета, но с изменением яркости окружающей среды активная клетка меняется. В условиях яркого освещения (10–108 кд/м2) ведущую роль играет колбочка, это называется зрением колбочек или фотопией; когда яркость снижается до 10-6 – 10-3,5 кд/м2, работает палочка, и это называется палочковидным зрением или скотопическим зрением, это также является причиной того, что люди с трудом различают цвета при слабом окружающем освещении.

Чувствительность человеческого глаза различается при фотопии и скотопическом зрении (рис. 2.9), при фотопическом зрении наиболее чувствителен около 555 нм, при скотопическом зрении люди более чувствительны около 498 нм.

Рисунок 2.9 – Сравнение функции зрения при фотопии и скотопии.

Есть еще одно существенное отличие между 2° и 10° полем зрения – разные спектральные трехцветные значения (рис. 2.11).

Хотя кажется, что разница незаметна, мы должны заметить, что спектральные значения трехцветного стимула наблюдателя 10° относительно выше, что означает, что человеческие глаза более чувствительны и могут различать больше длин волн, чем наблюдатель 2°. Результаты эксперимента показывают, что различимость длин волн под углом 10° в три раза больше, чем при 2°. В поле зрения 2° человек может различать 150 цветов, а в поле зрения 10° — 400-500. Что касается объяснения из биологии, пятно Максвелла, о котором мы упоминали выше, появляется, когда поле зрения становится больше 4°, пятно возникает из-за макулярного пигмента, который в основном влияет на чувствительность синего цвета, и потому, что внешняя область центральной ямки более чувствителен на более коротких длинах волн, мы можем найти наиболее очевидное различие между 2° и 10° спектральными трехцветными значениями в диапазоне 400-500 нм.
В реальной жизни люди в основном имеют поле зрения менее 10° вместо 2°, но большинство производителей светодиодов по-прежнему используют систему 2°, такую ​​как CIE1931. Компания Osram первой предложила метод TEN° binning, который является новаторским в этой отрасли, однако, с другой стороны, есть несколько жалоб на точность цветопередачи, основанную на разнице в 2° и 10°, даже для некоторых критических приложений, таких как цвет наука. Кроме того, старая версия CIE настолько широко признана в качестве стандарта не только для общего освещения, но и для приложений отображения, обнаружения изображений и фотографирования, что трудно встряхнуть все эти устоявшиеся отрасли промышленности за короткое время одновременно, но в любом случае такие концепция должна быть тенденцией, вполне вероятно, что новый стандарт будет постепенно популяризироваться в будущем.

Субъективный фактор.

Все показатели цвета или света, в конечном счете, предназначены для человеческого глаза, поэтому неизбежно будет задействован субъективный фактор, и популярная тенденция может измениться, например, Pantone® публикует "Цвет года" (рис. 2.12) для подведения итогов и спрогнозировать самый популярный цвет года, это показывает, что цветовая привычка людей может меняться вместе с развитием технологий, культуры или даже цивилизации.

Визуальная иллюзия.

В Уловке 2 причина различного восприятия цвета больше связана с визуальной иллюзией постоянства цвета.
Свет проникает в глаз через хрусталик, и разные длины волн соответствуют разным цветам, как упомянутые выше трехцветные значения. Свет попадает на сетчатку в задней части глаза, где пигменты активируют нейронные связи со зрительной корой, частью мозга, которая обрабатывает эти сигналы в изображение. Важно, однако, что эта первая вспышка света состоит из любых длин волн, освещающих мир, отражающихся от того, на что вы смотрите (с www.wired.com). Самая важная концепция заключается в том, что восприятие цвета исходит от вашего мозга, а не от глаз. Вот интересный пример имитации восприятия синего или золотого цвета (рис. 2.13). Теперь мы можем видеть, что люди могут воспринимать синий или золотой цвет при различном освещении. Подобные иллюзии возникают на рисунках 2.14 и 2.15.

Рисунок 2.13 – Имитация сочетания светлого и синего/золотого.

Рисунок 2.14 – Являются ли A и B одного цвета? Попробуйте еще раз, когда поместите палец в середине A и B, чтобы закрыть границу.

Рисунок 2.15 – Являются ли A и B одного цвета? А если соединить А и Б?

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что оценка цвета должна быть комплексной, никогда не имеет смысла судить о цвете только по так называемому источнику света с высоким индексом цветопередачи, с другой стороны, также не имеет смысла судить о цвете. источник света в неубедительных условиях. Тогда как мы оцениваем светлый цвет? В следующей статье мы поговорим о сущности света – спектре.