LED燈具的特殊顯色指數(shù)對(duì)電視圖像膚色還原的影響

譚磊　邊清勇

【摘 要】 介紹特殊顯色指數(shù)R9對(duì)電視圖像色彩還原影響的測(cè)試評(píng)價(jià)方法，對(duì)測(cè)試評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析并得出初步結(jié) 論。

【關(guān)鍵詞】 LED燈具；一般顯色指數(shù)Ra；特殊顯色指數(shù)R9、R15；電視圖像色彩還原；顯色指數(shù)；圖像色彩還原

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.03.001

LED Lamps and Lanterns of Special Color Rendering Index Effects on Television Image Color Reduction

TAN Lei1， BIAN Qing-yong2

（1. Technical Production Center of China Central Television， Beijing 100859， China；

2. Radio， Film & TV Design and Research Institute， Beijing 100045， China）

【Abstract】Introduce special color rendering index R9 test evaluation of the impact of television image color reduction method， evaluated the test data and analyzed and come to preliminary conclusions.

【Key Words】LED lamps； general color rendering index Ra； special color rendering index R9，R15； TV image color reproduction； color rendering index； image color reproduction

1 LED燈具在電視演播室的應(yīng)用

近年來，LED燈具作為一種新型的半導(dǎo)體光源，以其綠色、環(huán)保、高效、節(jié)能、安全、長(zhǎng)壽、小巧等技術(shù)特點(diǎn)，正在成為新一代照明市場(chǎng)的主力產(chǎn)品。它主要有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：

（1）發(fā)光效率高、耗電低。LED燈具的高發(fā)光效率，使其能夠以較低的功率實(shí)現(xiàn)熱光源燈具同等的亮度。以目前的技術(shù)水準(zhǔn)來看，LED燈具已經(jīng)可以做到能耗僅為熱光源燈具的1/6甚至1/10，這樣大大節(jié)省了用電量。

（2）光源壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)幾萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上，大大降低了維護(hù)費(fèi)用。

（3）綠色環(huán)保。LED光源光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射。LED燈具沒有污染，不含汞元素等可能危害健康的物質(zhì)，同時(shí)廢棄物可以很方便安全的回收，屬于典型的綠色照明光源

（4）安全性高。LED燈是冷光源，可以安全觸摸，沒有炸泡的危險(xiǎn)。

但是，LED燈具要作為白光照明應(yīng)用到演播室里，僅僅有上述優(yōu)點(diǎn)還是不夠的，還必須滿足下列要求：

（1）顯色性。顯色指數(shù)是用來評(píng)價(jià)光源顯色性的重要參數(shù)，顯色指數(shù)的高低對(duì)圖像色彩還原起著關(guān)鍵作用。電視燈光要求拍攝時(shí)所用照明光源的顯色指數(shù)不能低于85，否則顏色還原差、顏色失真。目前，LED燈具普遍能夠做到顯色指數(shù)大于85的要求，部分燈具甚至能更高，完全能夠滿足電視燈光的需要。

（2）亮度。在進(jìn)行電視節(jié)目錄制時(shí)，攝像機(jī)對(duì)被攝物體亮度是有要求的，一般不得低于1 500 lx。雖然隨著攝像機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，照度值要求逐漸降低，但仍然建議不低于800 lx。目前LED燈具完全能夠滿足這項(xiàng)要求。

（3）色溫。在進(jìn)行電視節(jié)目錄制時(shí)，一般要求光源的色溫為3 200 K或5 600 K，LED燈具也能滿足。

正是因?yàn)長(zhǎng)ED燈具滿足了電視光源的基本技術(shù)要求，同時(shí)相比熱光源燈具有不少優(yōu)勢(shì)，所以目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

但隨著LED燈具大量用于電視演播室，筆者發(fā)現(xiàn)，有些LED燈具盡管一般顯色指數(shù)Ra滿足規(guī)范要求，即大于85甚至達(dá)到90以上，但拍攝的圖像色彩還原卻較差；而有些LED燈具盡管一般顯色指數(shù)Ra小于85，甚至小于80，但是拍攝的圖像色彩還原卻比較好。顯然，Ra值并不能完全反映LED燈具的顯色性，圖像色彩還原的質(zhì)量也不完全取決于LED燈具的一般顯色指數(shù)Ra。那么，LED燈具的顯色性還與哪些指標(biāo)有關(guān)？電視圖像色彩還原的質(zhì)量除與LED燈具的一般顯色指數(shù)Ra有關(guān)，是否還與不在一般顯色指數(shù)Ra統(tǒng)計(jì)范圍的特殊顯色指數(shù)R9和R15有關(guān)？這是電視演播室燈光技術(shù)人員所關(guān)心及要研究和解決的問題。為此，筆者針對(duì)LED燈具一般顯色指數(shù)Ra及特殊顯色指數(shù)R9、R15對(duì)電視圖像色彩還原的影響做了測(cè)試和評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

在解決上述問題之前，首先要了解什么是一般顯色指數(shù)Ra，它又是怎么測(cè)量出來的。

2 一般顯色指數(shù)Ra

太陽光和白熾燈均輻射連續(xù)光譜，在可見光的波長(zhǎng)（380 nm～780 nm）范圍內(nèi)，包含著紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種色光。物體在太陽光和白熾燈的照射下，顯示出它的真實(shí)顏色，但當(dāng)物體在非連續(xù)光譜的氣體放電燈照射下，顏色就會(huì)有不同程度的失真。光源對(duì)物體真實(shí)顏色的呈現(xiàn)程度被稱為光源的顯色性。

為了對(duì)光源的顯色性進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，引入顯色指數(shù)的概念。以標(biāo)準(zhǔn)光源為準(zhǔn)，將其顯色指數(shù)定為100，其余光源的顯色指數(shù)均低于100。顯色指數(shù)有15種顏色，見圖1，15種顏色名稱如下：

R1：淡灰紅色；R2：暗灰黃色；R3：飽和黃綠色；R4：中等黃綠色；R5：淡藍(lán)綠色；R6：淡藍(lán)色；R7：淡紫藍(lán)色；R8：淡紅紫色；R9：飽和紅色；R10：飽和黃色；R11：飽和綠色；R12：飽和藍(lán)色；R13：白種人膚色；R14：樹葉綠；R15：黃種人膚色。

其中，R1～R8稱為一般顯示指數(shù)，R9～R15稱為特殊顯色指數(shù)，取前8種常見顏色的顯色指數(shù)的平均值，記為Ra，表征此光源顯色性，以100為最高。但正如前文所述，Ra值越大，光源的視覺評(píng)價(jià)不一定越好，造成這樣的情況原因在哪呢？請(qǐng)看下面這個(gè)對(duì)比。

3 LED光源光譜與標(biāo)準(zhǔn)光源（太陽光）光譜對(duì)比

圖2為L(zhǎng)ED光源光譜圖，圖3為太陽光光譜，對(duì)比兩圖可知，相比太陽光的連續(xù)光譜，LED燈的光譜形成了明顯的波峰和波谷，在部分色光下光譜有明顯的缺失。尤其在R9的飽和紅色區(qū)域，缺失較為明顯。由于顯色指數(shù)Ra的計(jì)算值不包括R9～R15，這就造成了部分LED燈具即使Ra值較高，仍然會(huì)出現(xiàn)圖像畫面發(fā)黃的情況。所以在評(píng)價(jià)LED燈具對(duì)圖像色彩還原影響時(shí)，一定不能忽視特殊顯色指數(shù)R9。

4 測(cè)試

4.1 測(cè)試場(chǎng)地

中央電視臺(tái)新址E06演播室。

4.2 測(cè)試設(shè)備及測(cè)試條件

（1）光譜彩色照度計(jì)SPIC-200B。

（2）松下廣播級(jí)攝像機(jī)AK-HC3500。

（3）人物模特膚色卡TE111B-16：9 A280、彩色方格測(cè)試卡TE-233。

（4）測(cè)試時(shí)，要求演播室內(nèi)除被測(cè)光源外無其他任何光源。

4.3 測(cè)試方法

（1）在演播室中用標(biāo)準(zhǔn)燈具（熱光源燈具）和1～9號(hào)被測(cè)的LED燈具分別對(duì)模特、膚色卡、彩色方格測(cè)試卡進(jìn)行布光。每一種燈具布光時(shí)要求垂直照度值大致相等，約為2 300 lx。

（2）分別測(cè)試被測(cè)燈具的一般顯色指數(shù)Ra、R1～R15及相關(guān)色溫、照度值。

（3）用高清攝錄像機(jī)拍攝相應(yīng)的圖像。拍攝時(shí)要求攝像機(jī)與被攝體的距離不變，攝像機(jī)光圈固定為F5。

（4）組織導(dǎo)演、燈光、舞美、化妝、普通觀眾等各類人員對(duì)已拍攝的圖像進(jìn)行圖像色彩還原的主觀評(píng)價(jià)。

（5）將每一種LED燈具測(cè)得的顯色指數(shù)與圖像主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)燈具（熱光源燈具）進(jìn)行比對(duì)、分析，從而得出結(jié)論。

4.4 顯色指數(shù)測(cè)試結(jié)果

分別對(duì)中央電視臺(tái)新址現(xiàn)有的9種LED燈具（300 W、200 W、100 W、50 W LED聚光燈及LED平板柔光燈）進(jìn)行測(cè)試。測(cè)得的一般顯色指數(shù)Ra，特殊顯色指數(shù)R9、R15如表1。

4.5 主觀評(píng)價(jià)與顯色指數(shù)對(duì)照（見表2）

4.6 部分典型測(cè)試圖像對(duì)比

（1）1號(hào)燈（熱光源聚光燈，Ra：98.4，R9：95，R15：97，人物評(píng)價(jià)分：86.2，膚色卡評(píng)價(jià)分：81.5）。該燈具作為模板燈具，顯色指數(shù)高，色彩還原好，主觀評(píng)價(jià)好。見圖4。

（2）2號(hào)燈（LED聚光燈，Ra：93，R9：74，R15：94，人物評(píng)價(jià)分：84.3，膚色卡評(píng)價(jià)分：83.7）。該燈具顯色指數(shù)較高，尤其R9數(shù)值較高，色彩還原較好，主觀評(píng)價(jià)好。見圖5。

（3）3號(hào)燈（LED聚光燈，Ra：83.6，R9：39，R15：84，人物評(píng)價(jià)分：79.7，膚色卡評(píng)價(jià)分：82.6）該燈具顯色指數(shù)較低，R9數(shù)值也不高，但色彩還原尚可，主觀評(píng)價(jià)尚可。見圖6。

（4）7號(hào)燈（LED聚光燈，Ra：76，R9：23，R15：84，人物評(píng)價(jià)分：71.3，膚色卡評(píng)價(jià)分：75.4）該燈具顯色指數(shù)低，R9數(shù)值較低，僅為23，色彩還原較差，主觀評(píng)價(jià)較差。見圖7。

（5）10號(hào)燈（LED平板柔光燈，Ra：76.7，R9：8，R15：75，人物評(píng)價(jià)分：69.2，膚色卡評(píng)價(jià)分：66.7）該燈具顯色指數(shù)低，尤其R9數(shù)值很低，僅為8，色彩還原差，主觀評(píng)價(jià)差。見圖8。

5 對(duì)測(cè)評(píng)結(jié)果的分析和結(jié)論

（1）從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，LED燈具的特殊顯色指數(shù)R9值普遍較低，即LED燈具對(duì)飽和紅色的顯色性較差，這也是LED光源的特性造成的。

（2）從各燈具顯色指數(shù)與主觀評(píng)價(jià)分大體可以看出顯色指數(shù)Ra、R9、R15數(shù)值越低，圖像色彩還原越差。在選擇LED燈具時(shí)，除了要考察燈具的Ra值，也應(yīng)關(guān)注它的R9、R15數(shù)值，甚至R9至R15的數(shù)值。這樣才能選出更優(yōu)質(zhì)的燈具，獲得更好的節(jié)目錄制效果。

（3）從各測(cè)試圖像可以看出，顯色指數(shù)R9值對(duì)膚色圖像的色彩還原有很大的影響，R9值低的燈具圖像人物膚色偏黃。在使用LED燈具進(jìn)行布光時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注人物白平衡的調(diào)整，以防出現(xiàn)人物偏色的現(xiàn)象。

（4）從各測(cè)試圖像可以看出，當(dāng)R9值為23或8時(shí)圖像色彩還原明顯較差。R9值為39及以上時(shí)，圖像色彩還原有一定差別，但不是很明顯。

（5）在最新頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電影電視用白光LED燈具技術(shù)要求和測(cè)試方法》（GY/T302-2016）中，除了要求一般顯色指數(shù)Ra必須大于等于85以外，還要求特殊顯色指數(shù)R9必須大于等于60。這對(duì)LED燈具生產(chǎn)廠家提出了更高的要求，而用戶在選擇LED燈具時(shí)也不應(yīng)忽視R9的影響。