邁克·伍德

【摘 要】 光源顯色性是光源重要的性能之一，對(duì)它的度量和傳達(dá)是一個(gè)重要的課題。對(duì)原有的CRI表述一直存有爭(zhēng)議。 由于LED集成光源的興起，最近幾年全世界對(duì)這個(gè)經(jīng)典課題的研究又掀起了一股新的熱潮。本文簡(jiǎn)明扼要地綜 述了光源顯色性度量的進(jìn)展，介紹了色質(zhì)指數(shù)（CQS）、色域指數(shù)（CGI）等指數(shù)的特點(diǎn)，并結(jié)合演藝燈光行 業(yè)，闡述了作者的看法和建議。

【關(guān)鍵詞】 顯色性；度量指數(shù)；色飽和度；顯色指數(shù)CRI；色質(zhì)指數(shù)CQS；色域指數(shù)CGI

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.09.005

【Abstract】Color rendering is one of the important properties of lighting source， whose measurement and transmission are the important subject. Original CRI statements have been controversial for years. As the LED integrated lighting source is on the upgrade， the study of this classical subject all over the world sets off a new upsurge. The progress of the light source color rendering measurement was briefly summarized， the color quality scale （CQS）， color gamut index （CGI） and other index were introduced， and combined with performing lighting industry， the author's views and suggestions were expounded in this paper.

【Key Words】color rendering； measure index； color saturation； color rendering index； color quality scale； color gamut index

筆者曾設(shè)想將對(duì)顯色性度量指數(shù)的所有選擇作一綜述，并試圖將全部的度量標(biāo)準(zhǔn)集聚在一起。但是，這件事說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)就難了。坦率地說(shuō)，顯色性度量的整個(gè)主題有點(diǎn)混亂。實(shí)際上，它一直處于混亂的狀況，不過(guò)對(duì)于連續(xù)光譜的光源和接近連續(xù)光譜的光源，例如HID（High-intensity discharge，高強(qiáng)度氣體放電光源）燈泡，還是可以接受的。用戶可能正瞇著眼、抿著嘴，并試圖說(shuō)服自己相信技術(shù)數(shù)據(jù)表所列舉的那些數(shù)字?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，窄光譜、多光源LED發(fā)光源的引進(jìn)，意味著用戶不能再騙自己，說(shuō)原有的顯色性度量是有意義的。CRI（Color Rendering Index，顯色指數(shù)）真是令人無(wú)望，它可以給用戶完全誤導(dǎo)性的信息；CQS（Color Quality Scale，色質(zhì)指數(shù)）稍微好些，但是幾乎無(wú)人使用它；還有許多其他的度量標(biāo)準(zhǔn)。所有這些標(biāo)準(zhǔn)都具有實(shí)用性，但是沒(méi)人知道它們表述的內(nèi)涵是什么。

另一個(gè)問(wèn)題是，即使它們是有意義的，也并非誤導(dǎo)，但是這些現(xiàn)有的度量標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能呈現(xiàn)其顯色性度量標(biāo)準(zhǔn)的全貌。它們的目的是對(duì)照明物體的單一光源進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于世上大多數(shù)人而言，這種度量運(yùn)作得很好。他們想知道在這個(gè)光源照明下廚房臺(tái)面看上去如何，或辦公室在另一個(gè)光源照明下看上去如何，以及用作評(píng)估依據(jù)的單一顯色性度量標(biāo)準(zhǔn)的類型。然而，度量標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有說(shuō)明：在同一時(shí)間被許多不同光源共同照明下的一個(gè)情景看上去會(huì)如何呈現(xiàn)，而其中的每一個(gè)光源可能具有不同的特性；也就是說(shuō)，光源將如何一起工作，受照的情景將如何呈現(xiàn)。讓我們簡(jiǎn)要地復(fù)述目前所知道的有關(guān)顯色性度量標(biāo)準(zhǔn)的情況，然后再看看它運(yùn)作得如何以及它失敗在哪里。

1 CRI——顯色指數(shù)

CRI是所有顯色性度量標(biāo)準(zhǔn)中的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在仍然是最著名的標(biāo)準(zhǔn)。它最初是在20世紀(jì)50年代和60年代作為區(qū)別和度量熒光燈顯色性的方法而研發(fā)的。還有其他相關(guān)的故事，但是就筆者對(duì)它的了解而言，燈泡制造商推進(jìn)CRI的開(kāi)發(fā)是將其作為一種與用戶爭(zhēng)辯的工具，勉為其難地證明熒光燈這種具有陌生光色的新燈泡的性能。早期熒光燈的顯色性很糟糕（如同早期的白光LED光源），迫切需要一種度量/營(yíng)銷工具來(lái)勸說(shuō)用戶在燈泡顯色性得到改善時(shí)，再一次使用它們。CRI就是這樣一種營(yíng)銷工具。它與改進(jìn)后的顯色性信息的緊密聯(lián)系，提供了區(qū)別一種燈泡和另一種燈泡的方法。你能說(shuō)筆者對(duì)CRI多少有點(diǎn)冷嘲熱諷嗎？事實(shí)上，盡管它最終用作通用度量標(biāo)準(zhǔn)，但它最初絕不是為用戶和設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的，它純粹是制造商為了區(qū)別和銷售他們的燈泡產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的。

已頒布的標(biāo)準(zhǔn)CRI度量值是Ra。這是一個(gè)來(lái)源于有限試驗(yàn)色的綜合度量值，這些試驗(yàn)色都是非飽和色。為度量Ra的CRI試驗(yàn)色樣品被指定為圖1中的TCS01～TCS08（來(lái)自于這些樣品的相應(yīng)度量結(jié)果被稱為R1～R8）。從這些淺淡的非飽和色里，一點(diǎn)兒也看不出，飽和度更高的色彩在這個(gè)光源照明下會(huì)如何呈現(xiàn)。

CRI也能夠反映更飽和色彩的測(cè)試結(jié)果，其附加試驗(yàn)色樣品TCS09～TCS14偶爾被報(bào)道。作為顯示對(duì)深紅色的響應(yīng)，TCS09（R9）特別有用。LED和熒光燈產(chǎn)品常常將其排除在外，因?yàn)樗鼈儗?duì)深紅色通常會(huì)產(chǎn)生令人震驚的結(jié)果。R9非常低或甚至負(fù)值是常見(jiàn)的，表明該光源根本不能顯現(xiàn)深紅色。圖2和圖3顯示RGB LED光源的特殊CRI，該光源顯現(xiàn)這種紅色糟透了，但仍然能夠達(dá)到綜合CRI為80。

由CRI可知，被報(bào)告的Ra值是R1～R8結(jié)果的簡(jiǎn)單平均數(shù)，而一個(gè)低分值容易被隱藏在這個(gè)平均數(shù)中。你可能有一個(gè)光源，在7個(gè)試驗(yàn)色上可得96分，但在第8個(gè)試驗(yàn)色上得0分，它仍然能獲得CRI 的Ra值為84。實(shí)際上，這樣的光源將是一個(gè)糟糕的選擇。換句話說(shuō)，有的光源可能表面上具有較高的CRI，而關(guān)鍵色彩的顯現(xiàn)卻很差。有關(guān)CRI還有很多話要說(shuō)，特別是關(guān)于它是如何被不嚴(yán)格的制造商所玩弄的，筆者此前也寫(xiě)過(guò)專門(mén)文章，不再贅言（編者注：可參考本刊2010年11期《解析顯色指數(shù)CRI》一文）。一言以蔽之，對(duì)于窄光譜發(fā)射體光源，比如RGB LED光源，CRI幾乎是無(wú)用的度量值。對(duì)于寬光譜光源，比如白光LED，它表現(xiàn)得好一點(diǎn)，但仍然不是很好。就像當(dāng)初燈泡和LED制造商生產(chǎn)熒光燈時(shí)喜歡它一樣，他們?nèi)匀幌矚g它。此外，它是制造商的營(yíng)銷工具，而不是對(duì)最終用戶有用的工具。endprint

2 CQS——色質(zhì)指數(shù)

CQS是CRI的改進(jìn)版，試圖解決CRI某些不足之處，使其對(duì)用戶更有用些。尤其是，它采用范圍較廣的、色彩更加飽和的試驗(yàn)色樣品，見(jiàn)圖4，并綜合它們的試驗(yàn)結(jié)果，在這種度量方法中不再會(huì)隱藏單一的糟糕結(jié)果。

圖5顯示圖2和圖3中相同RGB LED光源的CQS結(jié)果，這次紅色表現(xiàn)的不足就暴露出來(lái)了，而相應(yīng)的欠佳的膚色表現(xiàn)也是顯而易見(jiàn)的。尤其要察看試驗(yàn)色樣品VS1、VS14和VS15。

筆者想舉一個(gè)實(shí)例說(shuō)明CRI值是如何被人誤解的。圖6顯示同一情景的兩張照片。左邊的影像是受照于RGB LED光源，該光源的CRI為82，CQS為74。在這種情況下，CRI和CQS之間產(chǎn)生差異的主要原因是彩色都被沖淡了，即飽和度都減小了，因而對(duì)CRI的不利影響沒(méi)有對(duì)CQS的影響那么大。此外，其中也有一些兩個(gè)度量值所引發(fā)的真實(shí)的呈現(xiàn)誤差。在現(xiàn)行規(guī)章下，這種光源要能通過(guò)美國(guó)能源之星（Energy Star，要求有最小的CRI值）的認(rèn)證。右邊的影像則受照于LED不同排列的另一個(gè)RGB LED光源，該光源具有較低的CRI值，僅為71，但CQS值較高，為83。這是因?yàn)椴噬呀?jīng)被選中，從而它們或因過(guò)飽和、或因彩色增加，而不是因未飽和而導(dǎo)致失分。CQS容許一些過(guò)飽和的彩色，這常常是無(wú)異議的，但CRI則對(duì)這些彩色扣分很大，使CRI數(shù)值降分。除了過(guò)飽和情況之外，在這個(gè)影像中顯示的色彩誤差實(shí)際比第一個(gè)影像中顯示的少。在現(xiàn)行規(guī)章下，這種光源因其CRI值太低而不符合能源之星標(biāo)準(zhǔn)。這明顯是荒謬的。用戶更喜歡哪一個(gè)度量指標(biāo)？像這樣增加彩色的所有光譜都會(huì)引發(fā)色調(diào)改變。因此，彩色增加型光源的CQS值絕不會(huì)達(dá)到100。CQS并不喜好彩色增加型光源或產(chǎn)生過(guò)飽和但又限定扣分程度的光源。

在筆者看來(lái)，對(duì)于演藝燈光，CQS是比CRI更有用的指標(biāo)。然而，單一的CQS指標(biāo)是我們需要的足夠信息嗎？可惜，不是。

3 缺失的信息

在顯色性問(wèn)題上，依然有缺失的信息。CRI和CQS兩個(gè)度量值提供了光源顯色性如何好或如何不好的指示，如果單獨(dú)使用某個(gè)光源，且該光源將平均呈現(xiàn)各種彩色，那么其度量值就足夠充分了。但是，沒(méi)有哪一個(gè)顯色度量值能說(shuō)明，它的不足之處在哪里。如果有兩個(gè)光源，它們的CRI同為85（或CQS，這個(gè)度量值同樣適用于這兩個(gè)光源）。就許多用途而言，這個(gè)顯色水平是可接受的，所以，用戶能正確地判斷兩者中的任一個(gè)可能是適用的，對(duì)于這項(xiàng)照明工作雖不是很好但能勝任。然而，這沒(méi)有說(shuō)明一點(diǎn)：它們一起使用時(shí)看上去色彩會(huì)如何呈現(xiàn)?；蛟S它們中的一個(gè)光源缺乏紅色，而另一個(gè)缺乏綠色。因此，它們獨(dú)自使用時(shí)，每一個(gè)都是可接受的；但當(dāng)它們被同時(shí)使用時(shí)，則可能是相當(dāng)可怕的。在演藝行業(yè)，設(shè)計(jì)師可能經(jīng)常遇見(jiàn)這樣一種情況：提供輔助光和側(cè)光的泛光燈來(lái)自制造商A，而提供主光的聚光燈則來(lái)自于制造商B。兩個(gè)產(chǎn)品都采用窄光譜LED發(fā)射光源，而且它們都擁有相同的CRI：85。單獨(dú)使用其中一個(gè)產(chǎn)品為演員照明，都能產(chǎn)生良好的顯色效果，但是，它們被一起使用時(shí)，舞臺(tái)上的色彩將會(huì)改變，其變化取決于哪一個(gè)產(chǎn)品起支配作用。設(shè)計(jì)師要做什么呢？當(dāng)這些燈具第一次出現(xiàn)在舞臺(tái)燈光裝置中，在燈光彩排之前，設(shè)計(jì)師如何能夠預(yù)先知道舞臺(tái)色彩效果及其變化的相關(guān)信息。這是個(gè)讓設(shè)計(jì)師很撓頭的問(wèn)題。在一定程度上，以前也有這個(gè)問(wèn)題：在將HID電腦燈連同白熾光源燈具一起使用時(shí)。但是現(xiàn)在，在伴有每個(gè)變化的場(chǎng)景中有可能還看見(jiàn)這種用法。在使用電腦燈時(shí)，用戶似乎學(xué)會(huì)了接受或容忍這種狀況，但是筆者依然認(rèn)為：它看上去是挺糟糕的。

CQS的2013第9版本試圖通過(guò)引入色彩飽和度圖標(biāo)（Color Saturation Icon）來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。這是一個(gè)小的圖像，以簡(jiǎn)單方式表明光源在哪里表現(xiàn)得好，哪里表現(xiàn)得不好，它應(yīng)該伴隨著產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上的原始CQS值。

圖7顯示白熾光源的色飽和度圖標(biāo)；展示光源光輸出的彩虹狀有色區(qū)域幾乎完全填充了外圈，標(biāo)志一個(gè)完美的光源，只是在深藍(lán)色區(qū)域稍稍有點(diǎn)缺失——白熾光源缺乏深藍(lán)色成分。因?yàn)镃QS試驗(yàn)色樣品已經(jīng)被慎重地選擇以使其擁有相同的色度值，這是CGI運(yùn)作的目的。圖8、圖9分別顯示了兩個(gè)RGB LED光源的色飽和度圖標(biāo)，兩個(gè)光源的CRI值均為67，因此，單獨(dú)借助此指標(biāo)的應(yīng)用，不能區(qū)別它們的顯色性。然而這兩個(gè)色飽和度圖標(biāo)清楚地顯示出它們的區(qū)別，圖8顯示紅色和綠色過(guò)飽和了，而在另一個(gè)圖標(biāo)（圖9）中，則顯示紅色和綠色未達(dá)飽和點(diǎn)。借助這個(gè)額外的信息，更容易做出判斷：這兩個(gè)光源一起使用，很可能效果不好。

盡管還沒(méi)有見(jiàn)過(guò)哪一家制造商在其產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上運(yùn)用CQS色飽和度圖標(biāo)，但是筆者可以看出，它是一個(gè)非常有用的添加物。它很容易演算和印制，并在簡(jiǎn)單的小圖像中轉(zhuǎn)達(dá)了許多信息。NASA（National Aeronautics and Space Administration，美國(guó)國(guó)家航空航天局）的約翰遜航天中心正在考慮，在評(píng)估用作航天器照明和彩色指示器的光源時(shí)應(yīng)用這些色飽和度圖標(biāo)。彩色通常被用來(lái)指示航天器的不同控制和安全特性，因而照明需要足夠良好，以使用戶看清這些色彩。黃色或橙色是一種警告，無(wú)論哪一個(gè)，可能都是重要的指示。具有高CRI值的良好光源，呈現(xiàn)一個(gè)特定的關(guān)鍵彩色卻很差，在迅速地了解CRI作為度量的缺點(diǎn)時(shí)， NASA已經(jīng)碰到麻煩。

4 其余的顯色性度量標(biāo)準(zhǔn)

CRI和CQS可能是最常見(jiàn)的顯色性度量指數(shù)，然而，除此之外還有很多其他的度量指數(shù)。對(duì)一些公認(rèn)的CRI缺點(diǎn)，其他改進(jìn)建議還包括采用更多的試驗(yàn)色。最近的一個(gè)建議是：采用許多理論上的單色波段樣品，它們彼此部分交疊以覆蓋整個(gè)光譜。這將提供比現(xiàn)行的兩個(gè)試驗(yàn)中都更精細(xì)的結(jié)果。圖10顯示了具有多重交疊色彩的理念。當(dāng)然，這些純色在真實(shí)生活中實(shí)際上沒(méi)有一個(gè)作為色素存在，但是，這沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)樗性囼?yàn)都是在計(jì)算機(jī)里完成的。然而，即使達(dá)到這個(gè)波段間隔尺寸，用戶依然不能憑一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字指數(shù)就知道色彩呈現(xiàn)方面的不足究竟在哪里。endprint

CGI（Color Gamut Index，色域指數(shù)）是另一個(gè)得到大力支持的顯色性度量指數(shù)。這一次它被推薦為CRI或CQS的添加物，而不是它們的替代物。CGI的建議者理解和確認(rèn)CRI和CQS的長(zhǎng)處，以及它們的固有缺點(diǎn)——在未飽和與過(guò)飽和之間不能加以區(qū)別。在上述任一種情況中，CGI和CQS的指數(shù)值都會(huì)下降，但是無(wú)法判斷引起變化的是哪一個(gè)因素。CGI是將CQS色飽和度圖標(biāo)表示方式的試驗(yàn)進(jìn)行量化的一種手段，它采取如同CRI和CQS一樣的色彩樣品，并在u'、v'色度坐標(biāo)圖上繪制試驗(yàn)光源照明下的合成顏色。這創(chuàng)建了多邊形的圖形，多邊形范圍就是試驗(yàn)色受到該光源照射時(shí)色彩呈現(xiàn)的整個(gè)范圍。這些多邊形區(qū)域，或稱色域（Color Gamut Area，CGA）表示產(chǎn)生的顏色范圍中色飽和度狀況如何，因而提供了對(duì)未飽和或過(guò)飽和光源的一種量度。一般而言，色域越大，色樣品越飽和，人眼區(qū)別它們就越容易。然后，通過(guò)CGI與相同色溫的最好光源的CGA比較，從CGA獲得CGI。與CRI或CQS相結(jié)合，CGI提供了對(duì)光源整體顯色性能更好的感覺(jué)。然而，這兩個(gè)指數(shù)依然不能說(shuō)明，哪些色彩在該光源照明下呈現(xiàn)得好或不好，所以筆者不確信它能提供本行業(yè)中用戶需要的一切。圖11顯示各種不同光源的CGA的例子。

與所談?wù)撨^(guò)的其他顯色性度量不同， CGI的數(shù)值實(shí)際上可以很高也可以很低，其間會(huì)有可被接受的CGI數(shù)值范圍，而不是只有較低的下限。對(duì)于正常照明而言，當(dāng)前普遍建議的可接受的CGI范圍是：大于80而小于100，外加CRI（或CQS）大于80。（筆者推薦倫斯勒理工學(xué)院照明研究中心為獲取更多CGI及其應(yīng)用的信息而所做的工作。）

其他較為成熟的顯色性度量指數(shù)包括：全光譜顏色指數(shù)（FSCI——Full Spectrum Color Index）、顯色示意圖

（CRM——Color Rendering Map）、顏色識(shí)別指數(shù)（CDI——Color Discrimination Index）、顯色能力（CRC——Color Rendering Capacity）、反差感覺(jué)指數(shù)（FCI——Feeling of Contrast Index）、佛萊特瑞指數(shù)（FI——Flattery Index）、顏色偏好指數(shù)（CPI——Color Preference Index）等。這些指數(shù)的目的，本質(zhì)上都是相同的：提供單一的數(shù)字（或圖形），以評(píng)估某光源在人眼看來(lái)其顯色性如何良好。“良好”一詞在這里的意思是，從一種度量值變化到另一個(gè)度量值的量差有多少。但總的說(shuō)來(lái)，它是試驗(yàn)光源對(duì)完美的假設(shè)光源（常常以日光用作其范例）的對(duì)照。至少在一定程度上，它們?nèi)紦?dān)當(dāng)起這項(xiàng)評(píng)估工作。但是在目前，世界還沒(méi)有對(duì)這些度量指數(shù)中的哪一個(gè)取得一致意見(jiàn)以便統(tǒng)一使用。在最近幾年中，許多國(guó)際委員會(huì)一直努力尋找新的度量指數(shù)以替代有缺陷的CRI，迄今為止沒(méi)有達(dá)成一致協(xié)議，每個(gè)委員會(huì)都終止了尋求一致協(xié)議的企圖和努力（一個(gè)值得注意的例外是PLASA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃（PLASA Technical Standards Program）。決定哪一個(gè)度量指數(shù)適用于本行業(yè)，不能永遠(yuǎn)等待別人來(lái)決定。）有太多的既得利益者忙于取得一致的意見(jiàn)：制造商有其商業(yè)的關(guān)注，而不希望有一個(gè)度量值使它們的產(chǎn)品顯得很難看，專業(yè)學(xué)者不會(huì)贊同接受不完美的任意度量指數(shù)（一個(gè)依賴于心理學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的度量值，這或許是不可能取得的），而最終用戶和設(shè)計(jì)師只是想要今天有助于其某個(gè)事物乃至任何事物。

每一個(gè)人都認(rèn)同CRI是無(wú)用的，但是因?yàn)槿藗儗?duì)它的替代者沒(méi)取得一致意見(jiàn)，致使無(wú)用的CRI作為唯一編入法典的顯色度量標(biāo)準(zhǔn)能夠長(zhǎng)久存在。遺憾的是，筆者不能確定，在這樣的小行業(yè)中，人們針對(duì)這個(gè)問(wèn)題所做出的決定究竟可以產(chǎn)生多大的影響。但重要的是，至少知道將發(fā)生什么，并認(rèn)識(shí)到能對(duì)顯色性做出惟一正確而快速判斷的是用戶的眼睛。

（本文編譯自美國(guó)《PROTOCOL》雜志2014年冬季刊第19卷第1期《Color Rendering - Where are we ？》一文，http：//na.plasa.org/publications/protocol.html）

（編輯 張冠華）endprint