2011年11月28日 星期一

色溫與光源的基礎知識

 色溫:光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時,黑體的溫度稱為該光源的色溫。
  因為大部分光源所發出的光皆通稱為白光,故光源的色表溫度或相關色溫度即用以指稱其光色相對白的程度,以量化光源的光色表現。根據 Max Planck 的理論,將一具完全吸收與放射能力的標準黑體加熱,溫度逐漸升高光度亦隨之改變; CIE 色座標上的黑體曲線( Black body locus )顯示黑體由紅 —— 橙紅 — —  —— 黃白 ——  —— 藍白的過程。黑體加溫到出現與光源相同或接近光色時的溫度,定義為該光源的相關色溫度,稱色溫,以絕對溫 K  Kelvin ,或稱開氏溫度)為單位( K=  +273.15 ) 。因此,黑體加熱至呈紅色時溫度約 527 ℃即 ​​800K ,其他溫度影響光色變化。
  光色愈偏藍,色溫愈高;偏紅則色溫愈低。一天當中畫光的光色亦隨時間變化:日出後 40 分鍾光色較黃,色溫3,000K ;正午陽光雪白,上升至 4,800-5,800K ,陰天正午時分則約 6,500K ;日落前光色偏紅, 色溫又降至紙 2,200K 。其他光源的相關色溫度。 

  因相關色溫度事實上是以黑體輻射接近光源光色時,對該光源光色表現的評價值,並非一種精確的顏色對比,故具相同色溫值的二光源,可能在光色外觀上仍有些許差異。僅馮色溫無法了解光源對物體的顯色能力,或在該光源下物體顏色的再現如何。 

 
 以普通的白熾燈為例,它的色溫在 3000K 左右;用日光型 5500K 的膠片來拍照片,就會嚴重偏紅。為糾正這一現象;彩色膠片又生產了一種以常見白熾燈光源的色溫為標準的燈光型膠片,它的色溫在 3200K ,以適應燈光為光源的廣告,靜物,燈光人像等題材的攝影。這種光源須用專業的攝影燈泡,它的色溫穩定在 3200K ,這樣就會保證色彩還原準確。需要注意的是,現在大多數人造攝影光源用的都是電子閃光燈,而電子閃光燈的色溫為 5400K ,因此,日光型膠片可與之通用,避免了光源轉換時更換膠片之不便。兩種不同的膠片在外包裝裝上都會有明顯的標記。 

 
 適合日光的、電子閃光燈光源的為日光型 (DayLightType), 適合白熾燈光源的為燈光型 (TungStenType) 
 
不同光源環境的相關色溫度
光源
色溫
北方晴空
8000-8500k
陰天
6500-7500k
夏日正午陽光
5500k
金屬鹵化物燈
4000-4600k
下午日光
4000k
冷色營光燈
4000-5000k
高壓汞燈
3450-3750k
暖色營光燈
2500-3000k
鹵素燈
3000k
鎢絲燈
2700k
高壓鈉燈
1950-2250k
蠟燭光
2000k


  光源色溫不同,光色也不同,色溫在 3300K 以下有穩重的氣氛,溫暖的感覺;色溫在 3000--5000K 為中間色溫,

有爽快的感覺;色溫在 5000K 以上有冷的感覺。不同光源的不同光色組成最佳環境,如表:
色溫
光色
氣氛效果
>5000K
清涼
(
 帶藍的白色)
冷的氣氛
3300-5000K
中間
(
 )
爽快的氣氛
<3300K
溫暖
(
 帶紅的白色)
穩重的氣氛


a.
 色溫與亮度 高色溫光源照射下,如亮度不高則給人們有一種陰氣的氣氛;低色溫光源照射下,亮度過高會給人
  們有一種悶熱感覺。

b.
 光色的對比 在同一空間使用兩種光色差很大的光源,其對比將會出現層次效果,光色對比大時,在獲得亮度層
  次的同時,又可獲得光色的層次。

 光源 
  色度學是色彩混合的定量科學,根據三原色理論,任何一種色彩都可以用一定組成的三原色匹配出來,如電腦顯示器的發光原理就是利用三束電子分別轟擊紅、綠、藍三種熒光粉而形成千萬種不同顏色的。而生理試驗也間接證明了人的眼睛中有對應三種顏色非常敏感的感光細胞,雖然沒有搞清其生理機理,但有助於我們解釋許多現象。廣義地講,一切能在可見光波長范圍內輻射電磁波的東西都可以稱為光源;狹義地講,就是指照明,能在可見光整個波段範圍內能提供較均勻分佈的光能輻射體才是光源。
  .天然光源 在電氣照明出現之前,人類接觸到的最重要的光源是日光和火焰。大自然還出現閃電這種放電光源以及生物與化學發 ​​光的熒光等生物光源。日光的光譜組成隨一天的時間、雲量和季節而變化,還與採光方向有關,因此是一種是周期性變化且不穩定的光源,自然界的其他發光現象則極具偶然性,並且很不穩定,難於控制和駕馭。但日光具有相對長時間的持續照明,當天氣穩定時,也有相對長時間的穩定輻射,穩定的規律,而且在適當的條件下,日光也是最理想的白光。正是日光這種照明特點,造就了自然萬物的生命節律與作息模式。除此之外火焰是人類掌握利用的第二種主要的光源。 
  2. 人造光源1889 年,愛迪生髮明了電燈。從此,人類開始大量使用人造光源。電的使用,徹底告別了漫長的黑夜。由於科學技術的發展,越來越多的新型人造光源不斷出現,各種絢爛繽紛的燈點綴了我們的生活。人造光源在工業生產和民用照明以及我們從事的廣告業中大量採用。
  ()白熾燈 利用鎢絲的熱效應發光,由於成本和製造工藝簡單,因此使用最為廣泛。光譜色溫大約為28003000K 。發光效率低,適合居室照明,不適合廣告照明。
  ()鹵鎢燈 在白熾燈中充入鹵素蒸汽,如碘、溴等,並用熱膨脹係數極少的石英玻璃作外殼,提高其工作溫度。這種燈工作溫度為3400K ,比普通白熾燈高400 500K ,明顯改變燈光的現色性,而且發光效率高。廣泛應用在汽車車燈、放映機、影樓攝影和影視拍攝中要求現色性能高的場合。近年來,不斷在戶外廣告的照明中採用。
  ()高壓鈉燈和汞燈 這兩種燈原理都是採用高壓氣體放電發光。雖然發光效率最高,但其現色性極差。一般用在公路照明或工廠輔助照明中,而不用在廣告照明中。
  ()普通日光燈 這種燈主要採用低壓氣體放電發光。由於其採用的熒光粉是混合的,因此可以在整個可見光波段內提供足夠的輻射能。並可以根據熒光粉的比例來生產各種顏色的燈。其色溫主要有:3000K 4000 5000K 65007400K 。冷白型日光燈十分接近晴天的平均日光,由於其壽命長、發光效率高、現色性好,因此成為優良的室內外照明光源。現代廣告中的大量燈箱廣告主要採用電子啟動的日光燈。
  ()高壓氖燈 高壓氖燈受激發光 ​​的物質是惰性氣體氖原子,它發出的光是最理想的日光型白光(色溫6250K)。為了能承受高壓高溫,氖燈的玻璃殼是用很厚的石英玻璃作成的。但高壓氖燈的電極間距很小,僅有幾個毫十。光呈冷白色,是理想的模擬平均日光的施照體。最色性極好,不但可用於要求顯色性高的室外照明,又可用作放映彩色影片的光源,也是現代色彩測定用的標準光源之一。
  ()霓虹燈 嚴格地講,霓虹燈不應該是一種照明光源。它是利用惰性氣體發光,但其發光的色飽和度最高,因此色彩艷麗,非常適合夜晚的戶外廣告造型。夜晚的城市中,霓虹燈是最絢爛的主角。 

 色溫
   色溫即光源色品質量的表徵。光源的色品質量,也就是說要了解一個光源的光的色相傾向和色飽和程度。在技術上,我們用色溫()來表示光源的色品質。對於色溫與光源的色品質,可以有這樣認為,色溫越高,光越偏冷,色溫越低,光越偏暖。國際照明協會制定了三種供色彩測定用的標準光源:CIEILL A CIEILL B CIEILL C (具體內容參照相關資料)。標準中,D65 色溫為6500K ,這種光源的輻射能分佈與典型的平均日光十分相似,故應用最廣。因日光隨氣候和時間而異,其光源色溫在5500 7500K 間變化。許多顯示器都提供了色溫選擇,一股有5600K 6500K9300K 。許多人習慣選擇9300K 6500K 的色溫。
  等能光源是一種理想的輻射能分佈完全均勻的光源的相關色溫只有5400K ,相當於直射陽光,故仍是一種偏暖的白光。根據人眼的色知覺判斷,理想的白是偏冷的,即為色溫較高的白光。索尼顯示器的白色偏冷,因此感覺其色彩非常艷麗,適合人眼的特點。熒光增白劑的作用是通過在塗料裡加少量的藍顏料,來增強冷和白的感覺。下面是標準光源和日光的相關參數。
  ■  標準D65     6500K 
  ■  直射陽光    5330K 
  ■  陰天天光    6500K 
  ■  45° 仰角北天空 10000K 
  ■  等能光源   5400K

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