É bem conhecido que a tabela de cores e a reprodução de cores são duas quantidades importantes que refletem a cor das fontes de luz. Fontes de luz com diferentes distribuições de potência espectral podem ter a mesma tabela de cores, mas as propriedades de reprodução de cores de várias fontes de luz com a mesma tabela de cores podem ser completamente diferentes. Portanto, apenas a combinação de tabela de cores e reprodução de cores pode refletir totalmente as características de cor da fonte de luz. O uso de fontes de luz com diferentes distribuições de energia espectral para iluminar objetos produzirá diferentes percepções de cores. A natureza da fonte de luz que determina a percepção de cor do objeto iluminado é chamada de reprodução de cores.
1. Conceitos básicos e fórmulas de cálculo
1.1 sistema RGB
Definição de três cores primárias: Todas as cores de luz podem ser formadas misturando certos três tipos de luz monocromática em uma certa proporção, mas nenhum desses três tipos de luz monocromática pode ser produzido misturando os outros dois tipos de luz, esses três tipos de luz monocromática são chamados para as três cores primárias. Em 1931, a CIE estipulou que as três cores primárias do sistema RGB são vermelho (R): 700nm, verde (G): 546nm e azul (B): 435.8nm. No sistema RGB, a luz branca de igual energia pode ser obtida misturando-se de acordo com a seguinte fórmula:
FR : FG : FB = 1: 4.5907 : 0.0601 (1-1)
Assim, o resultado da mistura de cores pode ser expresso matematicamente como
IFI = 1R + 4.5907G + 0.0601B (1-2)
IFI representa o fluxo luminoso após a mistura de cores, e R, G, B são chamados de valores tristimulus.
Para facilitar o cálculo e entender mais intuitivamente as características de cor das fontes de luz, a introdução de
Essas três quantidades são chamadas de coordenadas de cromaticidade ou coordenadas de cor. Como r+g+b=1, desde que sejam conhecidos os dois valores nas coordenadas de cor, pode-se obter o terceiro, ou seja, a cromaticidade pode ser representada por um diagrama plano, que é o diagrama de cromaticidade. O cálculo do valor tristimulus pode ser calculado da seguinte forma
onde P é a distribuição de energia espectral da fonte de luz, e r, g e b são os valores tristimulus espectral do observador de cromaticidade padrão do sistema CIE-RGB de 1931, respectivamente.
1.2 sistema XYZ
Valores negativos de cores primárias são necessários para corresponder a certas cores de espectro visíveis no sistema RGB e são inconvenientes de usar, então a Comissão Internacional de Iluminação adotou um novo sistema de cores, o sistema CIE XYZ de 1931. De acordo com o sistema CIE RGB de 1931, o sistema prevê três cores primárias (X), (Y), (Z) para representar as três cores primárias originais (R), (G), (B), valores tristimulus do sistema XYZ e RGB valores do sistema tristimulus a relação é a seguinte
As coordenadas de cromaticidade no sistema XYZ são determinadas por
1.3 Espaço de cores uniformes CIE1960
Em um diagrama de cromaticidade xy, distâncias iguais de partes diferentes não representam diferenças de cromaticidade visualmente iguais. Para superar essa deficiência, McAdam introduziu um novo diagrama de cromaticidade uv de cromaticidade uniforme. A relação entre as coordenadas de cromaticidade uniforme u, v e x, y como abaixo:
Como a adaptação de cor da fonte de luz K a ser medida é diferente daquela do iluminante de referência r, as coordenadas de cromaticidade da fonte de luz a ser medida devem ser ajustadas às coordenadas de cromaticidade do iluminante de referência, e esse ajuste de coordenadas de cor torna-se a mudança de cor adaptável. Calcule a mudança de cor usando a seguinte fórmula:
C, d da fonte de luz a ser medida, Cr, dr do iluminador de referência e Ci, di de cada amostra de cor sob a fonte de luz a ser medida são calculados pela seguinte fórmula:
1.4 Cálculo da diferença de cor
Para calcular a diferença de cor ΔEi, primeiro converta os dados de cromaticidade em coordenadas espaciais unificadas de 1964 e use a seguinte fórmula:
Desta forma, a seguinte fórmula pode ser usada para calcular a diferença de cor da mesma amostra de cor i quando a fonte de luz a ser medida e o iluminador de referência são usados respectivamente.
1.5 Índice de renderização de cores
O índice de reprodução de cor Ri de uma determinada amostra de cor i torna-se o índice de reprodução de cor especial, que é calculado pela seguinte fórmula.
O índice geral de reprodução de cores Ra é calculado pela média aritmética de 8 índices especiais de reprodução de cores (i=1, 2, …, 8)
2. Análise de caso
Digitalize uma lâmpada fluorescente auto-balastrada com um sistema de análise espectral para obter sua distribuição de energia espectral. Os dados são mostrados na tabela a seguir.
Calculado usando a fórmula (1-4): R=89.291, G=118.229, B=115.919
Em seguida, calcule os valores tristimulares no sistema XYZ pela fórmula (1-5): X=585.272, Y=639.013, Z=655.166
As coordenadas de cromaticidade do sistema XYZ são obtidas pela fórmula (1-6): x=0.3115, y=0.3402
Usando a fórmula (1-7), os dados de cromaticidade são convertidos de valores (X, Y, Z, x, y) nas coordenadas CIE1931 a 1960 (u, v): u=0.1929, v=0.3159
A partir da distribuição de potência espectral medida e do fator de brilho espectral das cores de teste 1-8, calcule as coordenadas de cromaticidade das cores de teste No. 1-8 sob a fonte de luz e obtenha o correspondente ui, vi de acordo com (1-7 ).
Calcule C = 2.0506, d = 2.0825 e Ci, di da fórmula (1-9) e, em seguida, calcule as coordenadas de cor ui' e vi' sob a fonte de luz após o ajuste de adaptação de cor pela fórmula (1-8) .
Calcule o ' * Ui , ' * Vi e ' * Wi*' da amostra de cor sob a fonte de luz da equação (1-10).
• Calcule a diferença de cor ΔEi de cada amostra de cor sob a fonte de luz e o iluminador de referência da fórmula (1-11)
• Calcule o índice de renderização de cor especial Ri de cada amostra de cor de (1-12)
• Calcule o índice médio de renderização de cores Ra=79.9 de (1-13)
3. Solução para testar o índice de renderização de cores por LISUN
3.1 Opção 1 (adequado para clientes de laboratório ou clientes de fábrica de LED que exigem precisão de teste relativamente alta)
LPCE-2 A integração do sistema de teste de LED do espectrorradiômetro de esfera é para medição de luz de LEDs únicos e produtos de iluminação LED. A qualidade do LED deve ser testada verificando seus parâmetros fotométricos, colorimétricos e elétricos. De acordo com CIE 177, CIE84, CIE-13.3, IES LM-79-19, Engenharia Óptica-49-3-033602, REGULAMENTO DELEGADO COMISSÃO (UE) 2019/2015, IESNA LM-63-2 e ANSI-C78.377, recomenda o uso de um espectrorradiômetro array com esfera integradora para testar produtos SSL. O LPCE-2 sistema é aplicado com LMS-9000C Espectrorradiômetro CCD de alta precisão ou LMS-9500C Espectrorradiômetro CCD de grau científico e uma esfera de integração de moldagem com base de suporte. Esta esfera é mais redonda e o resultado do teste é mais preciso do que a esfera integradora tradicional.
3.2 Opção 2 (adequada para pequenas fábricas de LED ou clientes com orçamento insuficiente e não necessária para requisitos de alta precisão)
LPCE-3 é um espectrorradiômetro CCD que integra sistema compacto de esfera para testes de LED. É adequado para medições fotométricas, colorimétricas e elétricas de luminárias LED simples e LED. Os dados medidos atendem aos requisitos de CIE 177, CIE84, CIE-13.3, REGULAMENTO DELEGADO COMISSÃO (UE) 2019/2015, IES LM-79-19, Engenharia Óptica-49-3-033602, IESNA LM-63-2, ANSI-C78.377 e padrões GB.
4. Relatório de teste
5. Conclusão
O grau em que a fonte de luz apresenta a cor primária natural do objeto é o índice de reprodução de cores da fonte de luz. Não há dúvida de que o índice de reprodução de cor é uma quantidade muito importante para medir as características de cor da fonte de luz. Numa época em que os computadores são muito populares, o cálculo do índice de reprodução de cores foi escrito no programa de computador junto com o espectrômetro, que pode ser lido diretamente, mas ainda é necessário entender o processo de cálculo do índice de reprodução de cores.
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