标准施照体与标准光源

9.2.5　CIE标准施照体与标准光源

为了统一颜色的测量与色度计算，必须在人们共同约定一些具有代表性的光源下标定物体的颜色。为此，CIE规定了几种“标准施照体”与“标准光源”，并且对两者作为区分。

任何光源所发出的光，其各个波长辐射的功率是不相同的，光源辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。用相对值表示的光谱功率分布称为相对光谱功率分布。

“光源”是指能发光的物理辐射体，如太阳、天空和各种灯；“施照体”则是指，在影响物体色知觉的波长范围，具有定义的相对光谱功率分布的辐射，它不必直接由光源提供，也不一定能用一个具体的光源实现。CIE首先按相对光谱功率分布定义了标准施照体，进而规定了人造的标准光源，以具体实现标准施照体的相对光谱功率分布。显然，标准光源的辐射与相应的CIE标准施照体的相对光谱功率分布应近似一致。

由于不同光源的光谱功率分布差别很大，因而所表现出的光色也不同。通常把光源的光与“黑体”的光相比较，用以描述光源的光色。所谓黑体即普朗克辐射体，它是指对任意入射方向、波长和偏振态的入射辐射全部吸收的理想辐射体。与相同温度下处于热平衡的实际热辐射体相比较，它在任何波长和任意方向均具有最大辐亮度的光谱密集度。不同温度黑体的光色变化在CIE1931色品图上形成一个弧形轨迹，称为“普朗克轨迹”或“黑体轨迹”。其定义为：色品图上表示不同温度下普朗克辐射体色品的点的轨迹，如图9.22所示。当光源所发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，就称黑体的这个温度为该光源的颜色温度，简称“色温”，用绝对温标表示。这样，就可在CIE1931色品图上将色温与色品坐标（x，y）联系起来。例如3500K色温所对应的色品坐标为x=0.4053，y=0.3907。对于光色没有准确落在黑体轨迹上，而是落在该轨迹附近的光源，只能用光源与黑体轨迹最接近点的颜色来确定该光源的色温，叫做“相关色温”，以T_cp表示。

图9.22　CIE1931色品图与普朗克轨迹

由CIE推荐使用于色度学中的四种施照体称为CIE标准施照体，其相对光谱功率分布见表9.6，其色品坐标见表9.7。四种标准施照体的具体意义是：

施照体A：代表全辐射体在绝对温度大约2856K时的普朗克辐射。其色品坐标点在CIE1931色品图的普朗克轨迹上；

施照体B：代表相关色温约4874K的直射日光，其色品点紧靠普朗克轨迹；

施照体C：代表相关色温约6774K的平均昼光，其色品点在普朗克轨迹的下方。它代表正常大气状况下的白天平均日光，光色近似于阴天天空的日光；

施照体D₆₅：代表相关色温约为6504K的日光时相，它反映包括紫外在内的昼光，其色品点在普朗克轨迹的上方。

其中施照体D₆₅是施照体A、B、C的补充。因为施照体B不能正确地代表相应时相的日光，因此CIE已将其淘汰；此外，还有代表其它日光时相的标准施照体如D₅₅、D₇₅。对色度学的一般应用，施照体A、D₆₅已足够用。图9.23给出了标准施照体A，B，C的相对光谱功率分布曲线；图9.24给出了CIE日光施照体D₆₅以及D₅₅和D₇₅的相对光谱功率分布曲线。所有各种时相（时间、季节、气候等条件下）日光（包括4000～40000K）所具有的相对光谱功率分布的总和称为标准施照体D，又称典型日光。色品图上表示具有不同相关色温日光时相色品点的轨迹即“日光轨迹”，在普朗克轨迹的上方（见图9.22中虚线）。

图9.23　标准施照体A、B、C的相对光谱功率分布曲线

为了实现上述标准施照体，CIE推荐了如下的标准光源：

标准光源A：代表色温为2856K的充气钨丝灯；

标准光源C：由A光源结合一组特定的戴维斯—吉伯逊液体滤光器，产生相关色温为6774K的辐射，代表平均日光。

图9.24　CIE日光施照体D₆₅、D₅₅和D₇₅的相对光谱功率分布曲线

需要指出，人工光源难以精确地复制出标准施照体的相对光谱功率分布。特别是对标准施照体D（日光）的相对光谱功率分布，目前还只能实现一定程度的模拟。现有模拟D₆₅的人工光源有：带滤光器的白炽灯、带滤光器的荧光灯和带滤光器的高压氙弧灯。

还需要说明的是，物体的三色坐标与其照明光源的类别、照明和观察的角度、以及视场角均有关系。表9.8给出了在D₆₅昼光光源照明、o/d垂直入射与观察，且大于10°视场角的条件下，白、红、绿、兰、黄等五种标准色板的三色（色品）坐标的典型值。

表9.8　标准色板的三色坐标