显色指数评判

LED的光色组合照明系统推动了照明理念的变革，LED光源的显色性问题引起国际上广泛争议，CRI不能表示白光LED的显色范围。美国提出的CQS、GAI等评价方法也只是对CRI 的修修补补。人眼的视觉认知特性与非视觉感知决定了对照明质与量的要求，应根据LED

高色饱和度产生的视觉效果对照明、物体色和固有色有更加深刻的理解，探索采用高色饱和度LED组合照明系统，满足人们对科学、安全、健康、舒适性照明的需求。

前言

LED产业技术发展迅速，发光效率160lm/w的产品已面市，高质量的白光——显色指数CRI在90以上，色温3000K，100lm/w以上的光源已大批量生产，LED进入功能性照明的时代已来临。

LED高色饱和度的特性，可实现数字化、智能化、网络化的多光谱组合调控，能够满足不同视觉作业和功能性照明的需求。而基于传统普朗克黑体辐射理论形成的色温、显色指数、色差修正等照明国际标准，与使用高色饱度LED组合光源的视觉认知与非视觉感知效果相差较大。实践表明，这引起物理光度学、物理色度学与目视光度学、目视色度学的差距拉大。也使得光度学、色度学、测量学、色彩工程学等受到严重的挑战，引发照明理论的创新。以下是我们提出高色饱和度LED色光组合照明引起国际争议的问题，探讨高色饱和度LED

组合照明将成为照明的新亮点、新热点。

一、对照明本质的理解

人工照明是光源系统、被照物体和观察者三者之间联动作用的综合效应。LED光源可发出色饱和度高的单色光，多种色光的组合使被照物体更加鲜艳夺目，对人的生理、心理产生非同寻常的影响。我们认为照明是多种学科技术交叉的系统工程。理对物的解释是科学，情对物的表达是艺术，情与理的结合是心理，照明的本质是物、理、情的结合，如图1所示。

目前所有照明理论和标准大都局限和定位于视看要求，对于生物学和心理学的效应和要求还顾及不多。丰富多彩的LED照明系统使“光与健康”的命题空前活跃，国际上已开过多次高水平的研讨会，包括医学家、建筑师、照明专家共同从正面研讨发挥LED照明系统的潜能。

图1. 照明的本质是物、理、情的结合

总之，人的视觉认知和非视觉感知决定对照明质与量的要求。人工照明除满足人们视觉作业的功能性需求外，还要满足人的生理、心理需求，以及满足人对照明舒适、健康、安全的要求。以人为本，人们需要生活在和谐的光环境中。

二、 LED光源显色性引起国际性争议

1. LED光源的CRI测试值与目视效果存在很大差异

40年来，国际上沿用显色指数CRI评价照明光源的质量，但是不少RGB三基色LED光源混合成白光照亮物体时，视觉效果很好，但CRI数值不到30。如图2所示，3500K的RGB 三基色LED光源CRI数值只有27。

图2.3500K的RGB三基色LED光谱图及CRI数值

实验表明LED的CRI指数值与视觉效果之间并没有内在的联系。CIE(TC1-62)技术报告177:2007中提出，在一系列的光源对比中，技术委员会的结论是“CIE的CRI不适用于表示白光LED光源的显色范围”。CRI指数值与人的视觉效果之间没有内在联系。CIE推荐定量评价光源显色性的方法是1974年修订的“测色法”，规定2种标准照明体和14种试验颜色样品，选择1~8种试验样品来计算一般显色指数CRI，这些样品都是中等明度和中等色饱和度的样品，如图3所示。对光源和样品规定有太大的局限性，特别不能表征高色饱和度光源(组合)对高色饱和度物体照明的视觉效果。

图3. CRI计算用8种测试样本

2. NIST提出CQS修正CRI

LED光源技术日新月异的快速发展，CIE、IEC、ISO等国际标准制定需要与时俱进，加快基础理论的研究与实践。美国NIST(美国国家标准技术研究院)提出用CQS(Color Quality Scale)色品质度来评价光源颜色的质量，将测试样品扩大到15种，如图4所示。白炽灯及不同组成方式的白光LED测试结果如图5所示。

图4. CQS色品质度计算用15种测试样式

图5.不同光源CRI与CQS测试数据比较

3. ASSIST提出GAI改进CRI

美国ASSIST(美国固态照明技术与系统联合会)提出在CRI的基础上增加GAI(Gamut Area Index)全色域指数，目的是将照明目标物加以区分。通过观察者试验的统计分析表明，低色温和高色温光源的CRI和GAI都比较高时，观测者接受度较高，如图6和图7所示。

图6.低色温的CRI和GAI数值及观测者接受度

图7.高色温的CRI和GAI数值及观测者接受度

除了CQS、GAI以外，这些年也有提出夫勒特利指数Rf、颜色偏爱指数CPI(colour preference index)、色分辨指数CDI(colour discrimination index)等，这些都是对CRI 修修补补。根本问题是：一方面，CRI参考光源是一个连续光谱，用它来衡量不连续光谱的光源不是很合适;另一方面，标准色的选择上CRI采用8个中等明度和中等饱和度的样品，不能代表色饱和度高的物体。我们认为LED光源的特性需要重新规定标准照明体，增加高色饱和度色光辐射与连续辐射组合的概念，组成新的标准光源，重新定义光源显色性和测试方法。

三、关于物体色和固有色的概念

照明系统必须通过被照明物体来评价其照明品质，物体有不同的材质、形状、颜色和光学特性，最后由观测者来评价观察效果。目前，人们是企图用物理的方法客观地测量人的主观感受，观测者对光的感受受到传统、经验、习惯、偏好、环境和人的心理等因素的影响。人们约定用规定的标准光源照射物体呈现的颜色为物体色和固有色，而当前规定的标准光源都是连续谱辐射。

我们认为色饱和度高的物体、颜料、染料等用连续谱辐射光照射的色泽没有用相应的色饱度高的单色辐射光源照明鲜艳。增加色饱和度高的色光照射相应的色饱和度高的物体，才能呈现物体“真实”的颜色，用色饱和度高的橙色光照射柑橙，柑橙看上去会更鲜艳诱人，这是橙子的真正固有颜色，而不是色彩“欺骗”。同样，在现实生活中卖肉的用100w白炽灯(显色指数CRI=100)时要加红灯罩，以增加红光，使得肉显得更加鲜红新鲜。

事实上，光源提高物体的色饱和度会使视觉清晰度和视亮度增加，进而增加人的喜悦感和舒适度。LED高色饱和度光源组合的应用将成为未来照明的新亮点、新热点。

四、高色饱和度LED组合照明的几点思考

照明是技术与艺术、美学、生理学、心理学、人因工程等相融合的综合性交叉学科工程。历史上CIE、IEC等国际标准是随着光源和视觉认知的发展而发展的。LED光源的多样性和它引起的生理、心理光学效应使原有的国际标准失效，我们可以与国际大公司站在同一起跑线上，共同研究制定新的国际标准。

LED可调控色光技术和多光谱组合为创新照明产品提供广阔的发展空间，其高饱和度色光应用到商业照明，更能展现LED光源的魅力，这需要新的理论体系支撑产业技术发展。