Фотометрическая оценка качественных характеристик современных источников света

В процессе монтажа и настройки осветительного оборудования, особенно разного типа и разных производителей возникает ряд проблем, связанных с получением итогового материала необходимого качества. Приборы говорят о схожести световых характеристик источников света, а визуально мы наблюдаем существенные различия. Целью данной статьи является выяснить причину расхождения визуальной и фотометрической оценок световых характеристик.

До определённого момента времени было принято считать, что природой света является свечение твердых тел, обусловленное их нагревом. Так называемая тепловая люминесценция. В настоящем таких источников света становится всё меньше и меньше. Нить накаливания вытесняется газоразрядными и светодиодными источниками света.
В чем же их основное отличие? Главное отличие — это спектр света, излучаемого этими источниками.

Для тепловой люминесценции характерным является тепловой (непрерывный) спектр(рис. 1).

Газоразрядные и светодиодные источники имеют линейчатый спектр(рис. 2, рис. 3).

Рис. 1 Спектр излучения абсолютно черного тела

Рис. 2 Спектр излучения газоразрядной люминесцентной лампы.

Рис. 3 Спектр излучения светодиода с цветовой температурой 5000 К.

Для оценки количественных характеристик света используются такие величины как:
— Световой поток. Количество света, излучаемое источником.
— Сила света. Количество световой энергии, содержащееся в луче света.
— Освещенность. Количество света, которое попало на объект.
— Яркость. Количество света, которое зарегистрировала матрица камеры или плёнка.
— Цветовая температура.

Оценить качественные характеристики света возможно несколькими способами:
— Фотометрическая оценка. Осуществляется посредством приборов колориметров.
— Визуальная оценка. «На глаз».
— Фотографическая. Оценивается изображение, полученное с матрицы камеры или плёнки.

Фотометрическая оценка.
Все существующие на данный момент времени приборы работают по алгоритму, написанному для определения количественных и качественных характеристик источников света с тепловым спектром. Не составляют исключение и самые современные колориметры, обладающие возможностью вывода на дисплей и анализа полученного спектра.
Рассмотрим, как это происходит(рис. 4).

Рис. 4 Тепловой спектр в видимом диапазоне длин волн.

Колориметры оснащены RGB датчиками(рис. 5) и выдают результат на основании значений полученных с них.

Рис. 5 RGB сенсор.

Спектральные характеристики излучения источников с тепловым спектром в видимом диапазоне длин волн представляют собой прямые с различным углом наклона.
Для определения цветовой температуры прибор проводит измерение уровня красного и синего цветов. Затем через полученные точки строит прямую. По углу наклона
характеристики определяется цветовая температура. Для оценки цветового баланса измеряется уровень зеленого цвета и проводится его сравнение с расчетным значением уровня зеленого на полученной спектральной характеристике.
В итоге прибор выдает значение цветовой температуры, Light balance (LB) — расхождение полученной цветовой температуры от заданной (балансной) и значение Color correction (CC) — отклонение по уровню зелёный – пурпурный(рис. 6).

Рис. 6 Цветовые координаты LB-CC.

Рассматривая данный алгоритм, становится очевидным, что он не пригоден для измерения качественных характеристик источников света с линейчатым спектром. На спектральных характеристиках таких источников света видны четкие провалы на разных длинах волн, а некоторые цвета вообще отсутствуют. Для корректировки погрешности измерений был введён параметр индекс цветопередачи CRI.
Измерительные приборы с возможностью измерения индекса цветопередачи сравнивают координаты полученных значений уровней цветов с опорными значениями из программы прибора. По стандарту SMPTE таких цветов 8. В более дорогих приборах к этим восьми цветам добавлено ещё 6(рис. 7).

 Рис. 7 Цвета для определения CRI согласно протоколу IES LM-79

Цвета R1-R8 предназначены для стандартного определения CRI, R9-R14 расширяют цветовой диапазон и позволяют провести качественную оценку света предназначенного для получения правильных оттенков произведений искусства, различных текстильных изделий и т.д.

Компания RusRay производит светодиодные источники рассеянного света серии КС на основе технологии удаленного люминофора. Пластины с люминофором и длина волны облучающих светодиодов подбираются для получения света с высоким индексом цветопередачи, получаемым сравнением 14 опорных цветов(рис. 8).

Рис. 8 Спектральная характеристика светильника RusRay на основе технологии удаленного люминофора. Цветовая температура 3000 К.

В заключении хотелось бы добавить, поскольку в большинстве случаев кино- и видео операторы снимают людей, то для получения качественного изображения важно правильно передать цвет кожи объекта съемки.

К сожалению, алгоритм измерения цветопередачи тоже оставляет желать лучшего из-за столь малого количества цветов, задействованных в сравнении.

Фотометрическая оценка источников света с линейчатым спектром является некорректной, в силу отсутствия технических решений способных её провести на высоком уровне.
Необходимо внесение новых методик и алгоритмов измерения качественных характеристик света. Инструментальные виды оценки, предложенные в настоящие дни, являются несостоятельными.