光源的色溫怎么理解?光源色溫和光源分布溫度什么區別?

? DOHO標準光源箱 ????|???? ?2023-12-26

在對標準光源或照明光源的性能指標進行分析時,經常會涉及到幾個概念,它們分別是:光源色溫、相關色溫和分布溫度。特別是對光源色溫和分布溫度,許多人總是搞不清楚,不知道它們之間存在怎樣的區別。本文對光源色溫及其與光源分布溫度的區別做了介紹。

標準光源箱

光源色溫和相關色溫的含義:

如果一個光源發射光的顏色(即光源色)與某一溫度下的黑體發射光的顏色(即色品)相同,那么,此時黑體的絕對溫度值就叫做該光源的顏色溫度(簡稱色溫)。黑體發射光的相對光譜功率分布由普朗克定律給出:

普朗克輻射定律計算式

式中T為黑體的絕對溫度;λ為波長;C1為第一輻射常數,C1=3.7417749x10-16w·m2;C2為第二輻射常數,C2=1.4388x10-2m·K。

當光源發射光的顏色和黑體不相同時,我們用“相關色溫”的概念來描述光源的顏色。相關色溫的定義是:在某一確定的均勻色度圖中,如果一個光源與某一溫度下的黑體具有最接近的色品,此時黑體的絕對溫度值就叫做光源的相關色溫。

當表示光源的光源色坐標點落在黑體軌跡上時,說明該光源的光源色與某一溫度下的黑體的光源色相同。計算出的就是光源的色溫值。反之,當表示光源的光源色坐標點落在黑體軌跡以外時,計算出的就是光源的相關色溫值。并且,當表示光源的色坐標點在色度圖中偏離黑體軌跡越遠,相關色溫的概念越弱。

從上述概念中,可以看出當光源發射光的顏色和黑體不同時,色溫的概念被擴大到更一般的“相關色溫”的概念。在色溫和相關色溫的定義中,必須是對標準的色覺觀察者而言。因為不同的色覺觀察者。特別是具有色覺缺陷的觀察者在評價時,將可能收到不同的結果。在相關色溫的定義中、必須規定出一個最合適的,為大家所公認的均勻色度圖。對同一光源,由依據的均勻色度圖的不同,所求出的相關色溫也不同?,F規定用CIE1960UCS色度圖。在上述定義中,都包括了人眼的色覺特性,因此,色溫和相關色溫實際上是一個心理物理量。


光源分布溫度的含義:

分布溫度的定義:在某一波長范圍內[λ1,λ2],如果一個光源發出的輻射與某一溫度下的黑體有最接近的相對光譜功率分布,那么,此時黑體的絕對溫度就叫做該光源在該波長范圍內的分布溫度。分布溫度的數學表達式為:

分布溫度的數學表達式

其中E(λ)是被測光源的相對光譜輻射功率分布;P(λ,T)是黑體的光譜輻射功率分布;α是一個調整常數。選取適當的α、T值,使得上式的積分值最小,此時的T即為所求的被測光源的分布溫度值。


光源色溫和光源分布溫度的區別:

光源的色溫和分布溫度實際上是兩個完全不同的概念。對于分布溫度,不僅在可見光區,而對紅外區,紫外區也可能有意義,對色溫則只在可見光區有意義。

光源的分布溫度在相當程度上表征了光源的相對光譜輻射功率分布,而相關色溫與光源的相對光譜輻射功率分布的相關性較之分布溫度要小得多。分布溫度不涉及人的任何生理特性,是一個純粹的物理量。而相關色溫的定義中包括了人眼的視覺特性,是相對于標準色覺觀察者而言的。

一般地講,光源的色溫和可見光區的分布溫度在數值上是不同的,下文列出了幾種典型光源的相關色溫和分布溫度值:

鎢帶燈:相關色溫2060K;分布溫度2055K;

螺旋鎢絲燈:相關色溫2032K;分布溫度2030K;

碘鎢燈:相關色溫3048K;分布溫度3089K;

B光源:相關色溫4874K;分布溫度4651K;

C光源:相關色溫6774K;分布溫度6215K;

D65晝光:相關色溫6504K;分布溫度6205K;

E光源:相關色溫5455K;分布溫度5512K;

氙?。合嚓P色溫5689K;分布溫度5493K;

碳?。合嚓P色溫6344K;分布溫度6512K。

從上可以看出,CIE標準光源B,C,E,D65、氙弧,碳弧等,它們的相關色溫和分布溫度值有相當大的區別、這是因為它們的相對光譜能量分布與黑體的有較大的差異。然而象白熾鎢絲燈這樣一類的光源,由于它的相對光譜能量分布與黑體的相差很小,因而它的相關色溫值與可見區的分布溫度相差也很?。ㄌ?,鎢燈除外),一般差別在2——5K左右。事實上,由于光譜能量分布測量誤差的存在,要區分這個差別也是沒有意義的。


光源色溫的計算方法:

色溫是描述光源或發光體特性的一個基本參數。光源的色溫定義為光源輻射顏色相同時的黑體溫度。但實際光源的光譜功率分布不可能與黑體完全一致,這就延伸出了相關色溫的概念。在CIE1960UCS 圖中,與光源色坐標最靠近的黑體色坐標點所對應的黑體溫度稱為該光源的相關色溫。

計算相關色溫的方法一般有:逐點法、內插法、曲線擬合法和等間隔法等。這些方法各有其優點和不足,因此需要根據實際情況選擇合適的方法進行計算。其中,逐點法就是在UV色品空間里某一顏色點(坐標為u、v)到黑體軌跡線上所有點的距離進行逐點比較,取距離最小的黑體點對應的色溫作為該顏色的對應色溫,也就是相關色溫。