연색성 지수

CRI (Color Rendering Index)는 광원이 이상적이거나 자연스러운 광원과 비교하여 다양한 오브젝트의 색상을 충실하게 표시 할 수있는 능력을 정량적으로 측정 한 것입니다. 신생아 치료 및 미술 복원과 같은 중요한 색상 응용 분야에서는 CRI가 높은 광원이 바람직합니다. 국제 조명위원회 (CIE)는 다음과 같이 정의합니다.

색상 렌더링 : 기준 광원 하에서의 색상 외관과의 의식적 또는 잠재 의식적 비교에 의한 광원의 색상 외관에 대한 광원 효과

광원의 CRI는 광원의 겉보기 색상을 나타내지는 않습니다. 상관 된 색온도 (CCT)에 의해 주어진 그 정보. CRI는 광원의 스펙트럼에 의해 결정됩니다. 오른쪽 사진은 백열등의 연속 스펙트럼과 형광등의 불연속 선 스펙트럼을 보여줍니다. 이전의 램프는 더 높은 CRI를 갖는다.

시중에서 판매되는 조명 제품에서 자주 "CRI"로 인용되는 값은 일반적으로 CIE Ra 값, "CRI"는 일반적인 용어, CIE Ra는 국제 표준 연색 색인입니다.

수적으로 가능한 가장 높은 CIE Ra 값은 100이며, 표준 광원이나 흑체 (백열등은 효과적으로 검은 색 몸체 임)와 동일한 광원에만 주어지며 일부 광원에 대해서는 음의 값으로 떨어집니다. 저압 나트륨 조명은 CRI가 음성입니다. 형광등은 기본형의 경우 약 50 개에서 최대 다중 형광체 유형의 경우 약 98 개까지입니다. 전형적인 LED는 약 80+ CRI를 가지고 있으며 일부 제조업체는 LED가 최대 98 CRI를 달성했다고 주장합니다.

CIE Ra의 색 외모 예측 능력은 CIECAM02와 같은 일루미네이션 모델과 일광 시뮬레이터의 CIE Metamerism Index와 같은 색 출현 모델을 기반으로 한 측정에 찬성하여 비판 받아 왔습니다. CRI는 육안 평가에서 사용하기에 좋은 지표는 아니며, 특히 5000 Kelvin 미만의 소스의 경우에 유용합니다.최신 버전의 CRI 인 R96이 개발되었지만 더 잘 알려진 Ra 일반 색상 렌더링 색인을 대체하지는 못했습니다.

역사

연구원은 일광을 벤치 마크로 사용하여 전등의 연색성을 비교합니다. 1948 년 보우마 (Bouma)는 일광이 좋은 색상 렌더링을위한 이상적인 광원이라고 설명했다. "일광은 (1) 다양한 색상을 표시하고, (2) 약간의 색조를 쉽게 구별하며, 우리 주위에있는 물체의 색이 분명 자연스러워 보입니다. "

20 세기 중반 경 색상 과학자들은 인공 조명이 색상을 정확하게 재현 할 수 있는지 평가하는 데 관심을 보였습니다. 유럽의 연구자들은 "대표적인"스펙트럼 밴드에서 스펙트럼 파워 분포 (spectral power distribution, SPD)를 측정함으로써 일루미네이터를 기술하려고 시도 하였지만, 북미의 카운터 파트는 기준 오브젝트에 대한 일루미네이터의 비색계 효과를 연구했다.

CIE는이 문제를 연구하기위한위원회를 구성하고 후자의 방법을 사용하는 제안을 받아 들였는데, 분광 광도계를 필요로하지 않는 미덕을 가지고 있으며, Munsell 샘플 세트를 사용합니다. 다양한 색조의 8 개 샘플이 두 개의 광원으로 번갈아 가며 색 상 모양이 비교됩니다. 당시 색상 출현 모델이 없었기 때문에 적합한 색상 공간 CIEUVW에서 색상 차이에 대한 평가를 결정하기로 결정했습니다. 1931 년에 CIE는 인간 시각 시스템의 삼색 성질에 기반한 최초의 정색 시스템을 채택했습니다. CRI는 이러한 측색 시스템을 기반으로합니다.

서로 다른 상관 색온도 (CCT)의 광원을 비교해야한다는 문제를 해결하기 위해 CIE는 5000K 이하의 CCT 또는 CIE 표준의 위상을 갖는 램프에 대해 동일한 색온도를 갖는 기준 흑체를 사용하여 정착했습니다 광원 D (일광) 그렇지 않으면. 이것은 참조를 선택할 수있는 연속적인 범위의 색온도를 나타냅니다. 소스 광원과 기준 광원 사이의 색도 차이는 von Kries 형 색채 적응 변환으로 요약되어야한다.

원리

조명 된 표면의 다채로운 외관은 물리적 특성, 조명하는 조명의 특성 및 관찰자의 관점에서 보는 주광에 따라 다릅니다. 조명 디자이너와 데코레이터는 이러한 모든 효과를 발휘합니다. 백열 램프의 빛은 창에서 오는 빛에 비춰집니다. 무대에서는 회색 표면이 컬러 프로젝터로 염색됩니다. 따라서 절대적으로 두 가지 광원을 비교하는 것은 어렵습니다.

문제를 단순화하기 위해 소스가 주요 조명임을 동의합니다. 안료로 채색 된 표면은 각 파장에 대해 반사되는 빛의 비율을 나타내는 흡수 스펙트럼으로 표시 할 수 있습니다. 따라서 적색보다 훨씬 청색과 녹색을 흡수하는 표면은 모든 파장을 반영하는 흰색 표면 또는 중성 회색과 비교하여 붉은 빛을 띠게됩니다. 붉은 색 표면이 시야의 작은 부분만을 차지하는 한,이 붉은 색 감각은 푸른 빛과 녹색으로 빛을 비추더라도 지속됩니다. 결과적으로, 눈에 오는 빛은 다른 반면, 색상은 물체에 붙어있는 것처럼 보입니다.

두 가지 색상을 구별 할 수있는 능력은 그것을 특징 짓는 가시 스펙트럼의 영역에서 빛을 비추는 빛의 양에 달려 있습니다. 따라서 울트라 마린과 흰색의 혼합물로 만들어진 엷은 파란색은 초에 비추어 회색으로 보입니다. 양초의 빛에는 무시할 수없는 양의 푸른 빛이 들어 있습니다. 해외에서는 파란색 만 반환합니다. 그것은 촛불의 빛에 검은 색으로 행동합니다. 이 효과는 두 광원 간의 주요 차이점입니다.색 온도가 일광의 색온도에 가까울수록 파란색의 색조를 더 많이 구분할 수 있습니다.

문제는 형광을 기반으로하는 광원에 의해 복잡합니다. 모든 가시 파장의 빛을 반사하는 흰색 표면을 조명하면 스펙트럼의 파란색, 녹색 및 빨간색 영역의 균형을 유지하므로이 표면은 낮에 비춰지는 것과 비교하여 흰색으로 보입니다. 그러나 스펙트럼의 세부 사항이 다르므로 같은 빛 아래에서 비슷한 두 가지 색상이 다르게 보입니다. 이것은 전문가들이 메타 메리즘 문제라고 부르는 것입니다.

따라서 두 가지 광원의 성능을 색상으로 비교하는 작업에는 여러 색상의 표면 렌더링을 비교하는 작업이 포함됩니다. absoption 특성의 선택은 결정적입니다. 두 개의 서로 다른 스펙트럼이 동일한 색상을 생성 할 수 있으므로, 우리는 비색 측정뿐만 아니라 스펙트럼을 정의해야합니다. 일부 안료는 흡수 영역이 더 뚜렷하지만 동일한 색상을 제공하는 흡수 영역보다 좁은 스펙트럼을 제공합니다. 표본 스펙트럼의 선택은 많은 실험의 주제가되어야하므로 색인이 사용자 경험을 너무 많이 모순하지 않습니다.

색온도는 광원 사이의 차이점의 주요 측면이며, 색인은 동일한 색온도의 이상적인 광원을 기준으로 계산됩니다.

각 주파수 대역에 대해, 발광 계수는 색 범위의 흡수 계수 중 하나에 대한 보수로 곱해지고, 결과는 비색계 함수의 계수에 의해 곱해진다. 결과의 비색계는 각 비색계 함수에 대해 얻은 모든 결과의 합계입니다. 이 작업은 참조 표시등과 함께 반복됩니다.

색인은 색 차이에 대한 색채 적 시각 적응을 나타내는 von Kries 변환으로 보정 된, 평가 될 빛과 결과 사이의 각 표본에 대해 계산 된 색 편차의 산술 평균을 나타냅니다. 이상적인 광원과 조명 사이.

연색 평가 지수의 측정

두 소스는 여러 표준 표본을 밝히는 데 사용됩니다. 기준 및 CIE 1931 표준에 따라 측정 된 소스로 인식 된 색상은 기존의 공식 5를 사용하여 비교되고 모든 샘플에 대해 평균화되어 정량 대상 소스의 CRI를 얻습니다. 8 개의 샘플이 자주 사용되기 때문에 제조업체는 일반적으로 높은 IRC 램프에 "옥토 (octo-)"접두사를 사용합니다.

태양과 백열 램프는 약 흑체이므로 CRI는 100에 해당합니다.

연색 지수는 "대략 백색"등기구 (즉, 형광 관의 정의시)의 비교를 가능하게하기 위해 만들어졌으며 형광등은 형광등 변형에도 적용됩니다. 소개 이후, 컬러 전문가는 동일한 색온도 및 높은 색 렌더링 지수의 조명 하에서 동일하거나 상이한 두 가지 색상의 표면을 보여주는 조명 및 모세관 현상의 경우 불충분 함을 지적했습니다. LED 조명 개발로 인해 CIE는 색차 충실도 지수를 정의하게되었습니다. 여기에는 색 분포를 기반으로하는 색 공간이 포함되어 있습니다. 여기에는 99 색 표본이 가장 많이 분포되어 있으며 15 대신에 흡수 스펙트럼이 일반적으로 1995 CRI의 경우 8로 감소했습니다. 그러나위원회는 조명 정확도 지수가 여전히 조명 품질 지표로 사용될 수 없으며 사용자 그룹이 결과가 색인에 대해 다른 조명기구를 판단 할 수 있다고 지적합니다.

흑체 복사와 같은 참조 소스는 100의 CRI를 갖는 것으로 정의됩니다. 이것이 백열 램프가 사실상 거의 흑체 복사기 인 것처럼 그 등급을 갖는 이유입니다. 기준에 대한 최선의 충실도는 CRI 100에 의해 규정되는 반면, 가장 가난한 것은 CRI에 의해 0 미만으로 규정된다. 색온도가 극단적 인 경우 참조 자체가 불균형 한 SPD를 가질 수 있기 때문에 높은 CRI만으로는 색상의 좋은 표현을 의미하지 않습니다.

비판

Ohno (2006) 등은 CRI가 형광등이나 백색 LED와 같은 뾰족한 방출 스펙트럼이있는 광원의 경우 항상 주관적인 연색성 품질과 실제로 상관 관계가있는 것은 아니라고 비판했습니다. 또 다른 문제점은 CRI가 5000K에서 불연속 적이라는 것입니다. 왜냐하면 기준의 색도가 플랑크르 궤적에서 CIE 햇빛 궤적으로 이동하기 때문입니다. Davis & Ohno (2006)는 CQS (Color Quality Scale)에서 다루는 몇 가지 다른 문제를 확인합니다.

색상 거리가 계산되는 색상 공간 (CIEUVW)은 더 이상 사용되지 않으며 비 균일합니다. 대신 CIELAB 또는 CIELUV를 사용하십시오.

사용 된 색채 적응 변환 (Von Kries 변환)은 부적절합니다. 대신 CMCCAT2000 또는 CIECAT02를 사용하십시오.

오류의 산술 평균을 계산하면 단일 한 큰 편차의 기여도가 줄어 듭니다. 유사한 CRI를 갖는 2 개의 광원은 적용에 중요한 스펙트럼 대역에서 특히 낮은 특수 CRI를 갖는다면 크게 다르게 수행 될 수있다.대신에 제곱 평균 제곱근 편차를 사용하십시오.

측정 기준은 지각 적이 지 않습니다. 모든 오류는 똑같이 가중치가 부여되는 반면, 인간은 다른 오류보다 특정 오류를 선호합니다. 색은 ΔEi의 수치 변화없이 더 포화되거나 덜 포화 될 수 있지만, 일반적으로 포화 된 색은보다 매력적으로 경험된다.

CRI는 CCT가없는 광원 (비 백색광)에 대해서는 계산할 수 없습니다.

제조사가 충실하게 재현하기 위해 램프의 방출 스펙트럼을 최적화 할 수 있기 때문에 8 개의 샘플로는 충분하지 않지만 그렇지 않은 경우에는 성능이 떨어집니다. 더 많은 샘플을 사용하십시오 (그들은 CQS에 대해 15를 제안합니다).

샘플은 재생산에 어려움을 겪을 정도로 충분히 포화 상태가 아닙니다.

CRI는 동일한 CCT를 사용하는 이상 광원에 대한 광원의 충실도를 측정하기 만하지만 이상적인 광원 자체는 단색 또는 장파장의 에너지 부족으로 인해 극한의 색온도가있는 경우 색상을 잘 렌더링하지 못할 수 있습니다 (즉, 과도하게 청색 또는 적색 일 수 있음). 결과에 6500K에 대한 CIELAB의 15 개 샘플로 형성된 다각형의 색 영역의 비율에 테스트 소스의 영역 영역에 대한 가중치를 둡니다. 6500K는 가시 스펙트럼에 걸쳐 상대적으로 균일 한 에너지 분포를 가지므로 높은 색 영역을 갖기 때문에 참조 용으로 선택됩니다. 이것은 곱셈 계수를 정규화합니다.

Rea와 Freyssier는 CRI에서 발견 된 결함을 개선하기 위해 Gamut Area Index (GAI)라는 또 다른 지수를 개발했습니다. 그들은 GAI가 표준화 된 Farnsworth-Munsell 100 색조 테스트에서 색차를 예측할 때 CRI보다 낫고 GAI는 색 채도를 예측한다는 것을 보여주었습니다. GAI를 사용하는 지지자들은 CRI와 함께 사용되는 경우, 단 한 번의 측정만으로 높은 값을 갖는 광원에 비해 피사체가 선호하는 연색 평가 방법입니다. 연구원은 GAI의 하한선과 상한선을 권장합니다. LED 기술의 사용은 이러한 기술로 생성 된 고유 한 스펙트럼의 빛 때문에 색 렌더링을 평가하는 새로운 방법을 요구했습니다. 예비 테스트를 통해 GAI와 CRI를 함께 사용하면 컬러 렌더링을 평가하는 데 선호되는 방법임을 알 수 있습니다.

Pousset, Obein & Razet (2010)은 LED 조명의 빛의 품질을 평가하기위한 정신 물리학 실험을 개발했습니다. "색 품질 등급"에서 사용되는 컬러 샘플을 기반으로합니다. CQS의 예측과 시각 측정 결과를 비교했습니다.

CIE (2007)는 시각적 인 실험 결과를 바탕으로 백색 LED 광원에 대한 CIE 컬러 렌더링 지수의 적용 가능성을 검토합니다. " 의장 : 데이비스 CIE TC 1-69 (C)는 현재 "3 월까지 새로운 평가 절차를 추천 할 목적으로 고체 상태의 광원을 포함하여 조명에 사용되는 백색 광원의 연색성 평가를위한 새로운 방법을 조사하고있다. , 2010. "

대체 색상 렌더링 색인에 대한 포괄적 인 검토는 Guo & Houser (2004)를 참조하십시오.

Smet (2011)은 몇 가지 대체 품질 메트릭스를 검토하고 9 가지 정신 물리학 실험에서 얻은 시각 데이터를 기반으로 성능을 비교했습니다. GAI 지수와 CIE Ra의 기하 평균은 자연색 (r = 0.85)과 가장 관련이있는 반면, 메모리 색상 (MCRI)을 기준으로 한 색 품질 메트릭은 선호도 (r = 0.88)와 가장 관련이있는 것으로 나타났습니다. CIE Ra, CRI-CAM02UCS, CQS, RCRI, GAI, geomean (GAI, CIE Ra), CSA, Judd Flattery, Thornton CPI, MCRI)와 통계적으로 유의미한 차이를 보였다 p <0.0001.

Dangol et al (2013)은 정신 물리학 실험을 수행하여 사람들의 자연 스러움과 전반적인 선호도를 단일 척도로 예측할 수는 없지만 충실도 기반 척도 (예 : Qp)와 영역 기반 척도의 공동 사용이 필요하다고 결론 지었다 (예 : Qg 또는 GAI). 그들은 기존의 조합 및 제안 된 컬러 렌더링 메트릭에 대해 생성 된 다양한 스펙트럼을 평가하여 실제 사무실에서 추가 실험을 수행했습니다 (자세한 내용은 Dangol 외 2013, Islam 외 2013, Baniya 외 2013 참조).

필름 및 비디오의 높은 CRI LED 조명 비 호환성

영화 및 비디오 세트에서 높은 CRI LED 조명을 사용하려고 시도하는 중에 문제가 발생했습니다. LED 조명의 기본 색상의 색상 스펙트럼이 필름 유제 및 디지털 센서의 예상 색상 파장 대역 통과와 일치하지 않습니다. 결과적으로, 광학 인쇄, 필름 (DI)의 디지털 미디어로의 전송 및 비디오 카메라 레코딩에서 컬러 렌더링을 완전히 예측할 수 없습니다. 영화 필름과 관련된이 현상은 LED 조명 평가 시리즈에서 문서화되어 있습니다. 학원 의 영화 예술 및 과학 과학 직원.

이를 위해 TLCI (Television Lighting Consistency Index)와 같은 다양한 측정 기준이 인간 관찰자를 카메라 관측자로 대체하기 위해 개발되었습니다. CRI와 마찬가지로이 측정 기준은 0에서 100까지의 범위에서 카메라에 표시되는 광원의 품질을 측정합니다. 일부 제조업체의 제품에는 TLCI 값이 최대 99입니다.