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色温的基础知识
[发布时间:2014-8-26 14:49:05]
 

自然界的光线不总是相同的。可感知到的一个物体颜色依赖于照射到他的LED光源。人类的大脑可以很好地“校正”这些颜色变化,但是我们所使用的胶片或CCD/CMOS感光器却不能完成这样的任务。
    如果一个物体燃烧起来,首先火焰是红色的,随着温度升高然后它变成了橙黄色,然后变成白色,最后呢,蓝色出现了。苏格兰数学家和物理学家 lord kelvin在1848年最早发现了热与颜色的紧密结合关系,并且留给世界了一个伟大的“绝对零度”(-273.16摄氏度)概念。从此创立了开氏温标(Kelvin temperature scale)。这就是我们今天谈论色温的理论基础。下图为开氏温标示意图:

    开氏温标用K(kelvin的缩写)单位来表示温度,越低的数值表示越“红”,越高的数值表示越“蓝”。红和蓝并不是光线本身颜色,只是表明光谱中的红或蓝成分较多。下面看看开氏温标中的常见标准:
    “绝对零度”在开试温标中表示为0K,对应的是-273.16摄氏度或-459华氏度,在这个温度下物质的热活性完全停止。
    蜡烛的色温一般在1800K
    白炽灯在3000K
    晴天为5200K
    阳光直射下5000K
    阴天下6500-9000K
    深蓝的天空本身可以到20000K!
光源 :
    色度学是色彩混合的定量科学,根据三原色理论,任何一种色彩都可以用一定组成的三原色匹配出来,如电脑显示器的发光原理就是利用三束电子分别轰击红、绿、蓝三种荧光粉而形成千万种不同颜色的。而生理试验也间接证明了人的眼睛中有对应三种颜色非常敏感的感光细胞,虽然没有搞清其生理机理,但有助于我们解释许多现象。广义地讲,一切能在可见光波长范围内辐射电磁波的东西都可以称为光源;狭义地讲,就是指照明,能在可见光整个波段范围内能提供较均匀分布的光能辐射体才是光源。
    1、天然光源 在电气照明出现之前,人类接触到的最重要的光源是日光和火焰。大自然还出现闪电这种放电光源以及生物与化学发光的荧光等生物光源。日光的光谱组成随一天的时间、云量和季节而变化,还与采光方向有关,因此是一种是周期性变化且不稳定的光源,自然界的其他发光现象则极具偶然性,并且很不稳定,难于控制和驾驭。但日光具有相对长时间的持续照明,当天气稳定时,也有相对长时间的稳定辐射,稳定的规律,而且在适当的条件下,日光也是最理想的白光。正是日光这种照明特点,造就了自然万物的生命节律与作息模式。除此之外火焰是人类掌握利用的第二种主要的光源。 
    2、人造光源1889年,爱迪生发明了电灯。从此,人类开始大量使用人造光源。电的使用,彻底告别了漫长的黑夜。由于科学技术的发展,越来越多的新型人造光源不断出现,各种绚烂缤纷的灯点缀了我们的生活。人造光源在工业生产和民用照明以及我们从事的广告业中大量采用。
    (1)白炽灯 利用钨丝的热效应发光,由于成本和制造工艺简单,因此使用最为广泛。光谱色温大约为2800~3000K。发光效率低,适合居室照明,不适合广告照明。
    (2)卤钨灯 在白炽灯中充入卤素蒸汽,如碘、溴等,并用热膨胀系数极少的石英玻璃作外壳,提高其工作温度。这种灯的光谱色温为3400K,比普通白炽灯高400~500K,明显改变灯光的现色性,而且发光效率高。广泛应用在汽车车灯、放映机、影楼摄影和影视拍摄中要求显色性能高的场合。近年来,不断在户外广告的照明中采用。
    (3)高压钠灯和汞灯 这两种灯原理都是采用高压气体放电发光。虽然发光效率最高,但其显示色性极差。一般用在公路照明或工厂辅助照明中,而不用在广告照明中。
    (4)普通日光灯 这种灯主要采用低压气体放电发光。由于其采用的荧光粉是混合的,因此可以在整个可见光波段内提供足够的辐射能。并可以根据荧光粉的比例来生产各种颜色的灯。其色温主要有:3000K、4000~5000K和6500~7400K。冷白型日光灯十分接近晴天的平均日光,由于其寿命长、发光效率高、现色性好,因此成为优良的室内外照明光源。现代广告中的大量灯箱广告主要采用电子启动的日光灯。
    (5)高压氖灯 高压氖灯受激发光的物质是惰性气体氖原子,它发出的光是最理想的日光型白光(色温6250K)。为了能承受高压高温,氖灯的玻璃壳是用很厚的石英玻璃作成的。但高压氖灯的电极间距很小,仅有几个毫米。光呈冷白色,是理想的模拟平均日光的施照体。显色性极好,不但可用于要求显色性高的室外照明,又可用作放映彩色影片的光源,也是现代色彩测定用的标准光源之一。
    (6)霓虹灯 严格地讲,霓虹灯不应该是一种照明光源。它是利用惰性气体发光,但其发光的色饱和度最高,因此色彩艳丽,非常适合夜晚的户外广告造型。夜晚的城市中,霓虹灯是最绚烂的主角。 
◆ 色温
     色温即光源色品质量的表征。光源的色品质量,也就是说要了解一个光源的光的色相倾向和色饱和程度。在技术上,我们用色温(K)来表示光源的色品质。对于色温与光源的色品质,可以有这样认为,色温越高,光越偏冷,色温越低,光越偏暖。国际照明协会制。标准中,D65色温为6500K,这种光源的辐射能分布与典型的平均定了三种供色彩测定用的标准光源:CIEILL A、CIEILL B、CIEILL C(具体内容参照相关资料)日光十分相似,故应用最广。因日光随气候和时间而异,其光源色温在5500~7500K间变化。许多显示器都提供了色温选择,一股有5600K、6500K、9300K。许多人习惯选择9300K或6500K的色温。
    等能光源E是一种理想的辐射能分布完全均匀的光源的相关色温只有5400K,相当于直射阳光,故仍是一种偏暖的白光。根据人眼的色知觉判断,理想的白是偏冷的,即为色温较高的白光。索尼显示器的白色偏冷,因此感觉其色彩非常艳丽,适合人眼的特点。荧光增白剂的作用是通过在涂料里加少量的蓝颜料,来增强冷和白的感觉。下面是标准光源和日光的相关参数。
■ 标准D65     6500K
■ 直射阳光    5330K
■ 阴天天光    6500K 
■ 45°仰角北天空 10000K 
■ 等能光源E    5400K
    大家都知道,电脑显示器所发出的辐射对人体是有害的。但是,长期使用未正确调校色温的显示器,对人的眼睛也潜藏的巨大的危害,并直接影响用户的学习和工作效率。因而,正确认识和了解色温与显示器的关系,对于长期使用显示器的用户无疑是非常重要的。 
    在任何温度下能完全吸收照射其上辐射能的物体称之为黑体。对于一定温度的黑体,必须有一定的光谱分布功率对应,一定的光谱分布又对应一定的颜色。人们将一黑体加热到不同温度所发出的光色来表达一个光源的颜色,叫做一个光源的颜色温度,简称色温。例如:光源的颜色与黑体加热到6500K所发出的光色相同,则此光源的色温就是6500K。色温常用等热力温标表示,也就是常说的“开尔文”(符号K)。
    色温只表示光源的光谱成分,而不表明发光强度。色温高,表示短波成分多一些,偏蓝绿色;色温低,表示长波的成分多一些,偏红黄色。光源色温虽然与明暗度不是一个概念,但色温高低直接影响明暗度与对比度。同时,色温的高低与人眼对光色的感受关系很大。视力的实质就是一些光化学反应在视神经中的重现,在光化学反应的运作中,视网膜内的一些特殊物质(视紫素)遇光发生分解,分解物质刺激视神经就产生了视觉。
    刺激太多人就会眼晕,很不舒服。人对颜色的感受实际上是圆锥细胞和圆柱细胞这两种感光细胞的光化学反应,以及作为本能遗传下来的心理反应共同作用的结果。人类的视觉器官在几百万年的进化过程中一直习惯于日光,毕竟人类还是一种昼间“动物”。在进化的旅程里又有了火,因此人眼也比较习惯于火光。
    对日光这种连续光谱结构来说,通常中午色温约在5000~7000K,日出日落时大约2000~4000K。火光也是连续光谱,而油灯、蜡烛也算火光,普通电灯也接近火光,约2900K。现代光源种类很多,色温跨度也很大,怎样的色温对人类较为适合呢?
    能自己发光的物体就是光源。显示器也是一种光源,对于在室内工作的电脑操作人员来说,它带来的视觉感受就是第二个“太阳”。选择合适的色温,会对提高工作效率起到事半功倍的作用。沉稳、恬静的人适合选择6500~9000K的色温,而热情奔放的人适于选用4000~5600K的色温。
    爱玩战斗类游戏的人可适当选择高色温,长时间的拼杀,刺刀见红,用高色温来一点“秋高气爽”的感觉。喜爱色彩明朗的益智类游戏的朋友,可稍为降低色温,这更能增加一点浪漫情怀。
    但对于从事出版印刷、平面设计的人士来说,对色温的要求是极严格的。通常一些印刷品和相片要在日光下观赏,那么就要求显示器发的光与环境光(工作室照明光或窗户所采的日光)混合后的光色尽可能接近日光,一般平均6500K左右比较合适。在处理感光胶片时更要注意:色温的变化会带来强烈的偏色。
    一个校正不好的显示器,会极大的浪费工作时间,甚至人心理、出现重大的经济损失。市售的显示器型号很多,显示稳定性与显示效果差别也很大,如何才能拥有一台具有专业品质的显示器?针对色温对生理以及实际工作中非常重要的影响,进行良好的校正是非常必要的。一般较好的显示器都具有色温可调功能,用户可根据自己的情况进行选择(色温较正请参看显示器的说明书)。
    对于长时间面对显示器的操作人员或者狂热的游戏迷,色温的影响是潜移默化的,但往往会影响最终的结果。你内心的激情浪花可能因此平息,而灵感的熊熊火花也会为此熄灭,真是太不值了。现在市场上销售的大部分显示器都带色温校正或色温选择功能,但往往被忽略了。其实,对眼睛来说:选择合适的色温非常重要,而眼睛是心灵之窗,为珍惜您美丽的心灵之窗请重视色温吧!
    显示器色温关乎健康色温:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。  因为大部分光源所发出的光皆通称为白光,故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度,以量化光源的光色表现。根据Max Planck的理论,将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热,温度逐渐升高光度亦随之改变;CIE色座标上的黑体曲线(Black body locus)显示黑体由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的过程。黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度,定义为该光源的相关色温度,称色温,以绝对温K(Kelvin,或称开氏温度)为单位(K=℃+273.15)。因此,黑体加热至呈红色时温度约527℃即800K,其他温度影响光色变化。  光色愈偏蓝,色温愈高;偏红则色温愈低。一天当中画光的光色亦随时间变化:日出后40分钟光色较黄,色温3,000K;正午阳光雪白,上升至4,800-5,800K,阴天正午时分则约 6,500K;日落前光色偏红,色温又降至纸2,200K。其他光源的相关色温度。
    因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时,对该光源光色表现的评价值,并非一种精确的颜色对比,故具相同色温值的二光源,可能在光色外观上仍有些许差异。仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力,或在该光源下物体颜色的再现如何。
不同光源环境的相关色温度 

光源  色温
北方晴空 8000-8500k 
阴天 6500-7500k 
夏日正午阳光  5500k
金属卤化物灯 4000-4600k 
下午日光  4000k 
冷色营光灯 4000-5000k 
高压汞灯 3450-3750k
暖色营光灯 2500-3000k 
卤素灯  3000k 
 钨丝灯  2700k 
高压钠灯  1950-2250k 
蜡烛  2000k 
光源色温不同,光色也不同,色温在3300K以下有稳重的气氛,温暖的感觉;色温在3000--5000K为中间色温,
有爽快的感觉;色温在5000K以上有冷的感觉。不同光源的不同光色组成最佳环境,如表: 
色温 光色 气氛效果
>5000K 清凉(带蓝的白色) 冷的气氛  
3300-5000K 中间(白) 爽快的气氛
<3300K 温暖(带红的白色) 稳重的气氛
 
a、色温与亮度 高色温光源照射下,如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛;低色温光源照射下,亮度过高会给人们有一种闷热感觉。
b、光色的对比 在同一空间使用两种光色差很大的光源,其对比将会出现层次效果,光色对比大时,在获得亮度层次的同时,又可获得光色的层次。