HAGYOMÁNYOS ÉS MODERN FÉNYFORRÁSOK SZÍNVISSZAADÁSI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA
Doktori (Ph.D) értekezés
Sándor Norbert
Témavezetı: Dr. Schanda János
Informatikai Tudományok Doktori Iskola Pannon Egyetem Veszprém 2006
HAGYOMÁNYOS ÉS MODERN FÉNYFORRÁSOK SZÍNVISSZAADÁSI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: Sándor Norbert Készült a Veszprémi Egyetem Informatikai Tudományok Doktori iskolája keretében Témavezetı: Dr. Schanda János Elfogadásra javaslom (igen / nem) (aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton …......... % -ot ért el,
Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve: …........................ …................. igen /nem ……………………. (aláírás) Bíráló neve: …........................ …................. igen /nem ……………………. (aláírás) Bíráló neve: …........................ …................. igen /nem ……………………. (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján …..........% - ot ért el Veszprém,
…………………………. a Bíráló Bizottság elnöke
A doktori (PhD) oklevél minısítése…................................. ………………………… Az EDT elnöke
3
Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani mindazoknak, akik önzetlen segítségükkel és tanácsaikkal segítették munkámat és hozzájárultak tudományos értekezésem elkészítéséhez. Mindenekelıtt szeretném megköszönni témavezetımnek, Dr. Schanda Jánosnak a rengeteg szakmai és emberi támogatását a laborban eltöltött évek alatt. Nemcsak tudásával, tapasztalatával, hanem türelmével, nyitottságával is segítette munkám minden lépését. Köszönettel tartozom Sikné Dr. Lányi Cecíliának azért a határtalan lelki támogatásért, amellyel már az egyetemi tanulmányaimtól kezdve kitüntetett, valamint Dr. Bodrogi Péternek a szakmai támogatásért. Köszönetet mondok a Szín és Multimédia Kutatócsoport minden tagjának, akikhez minden kérdésemmel bátran fordulhattam és azoknak a munkatársaknak, egyetemi és Ph.D hallgatóknak akiknek a kísérleti szobában eltöltött óráik nélkül ez a dolgozat nem születhetett volna meg (Beke László, Csuti Péter, Kosztyán Zsolt, Kránicz Balázs, Kutas Gábor, Madár Gábor, Mátrai Rita, Szalmás Attila, Tilinger Ádám, Várady Géza, Tarczali Tünde). Külön köszönöm Csuti Péternek a megfigyelı doboz elkészítésében való részvételét, valamint Kosztyán Zsolt, Várady Géza és Kutas Gábor szakmai segítségét a statisztikai elemzések elvégzéséhez. És végül, de nem utolsósorban szeretnék köszönetet mondani családomnak, szeretteimnek akik mindig mellettem voltak és vannak, valamint barátaimnak türelmükért és a sok biztató, bátorító szóért.
4
Tartalomjegyzék Köszönetnyilvánítás ................................................................................................................... 4 Tartalomjegyzék......................................................................................................................... 5 1. Tartalmi kivonat .................................................................................................................. 8 1.1.
Abstract ...................................................................................................................... 9
1.2.
Zusammenfassung................................................................................................... 10
2. Bevezetés ............................................................................................................................ 11 3. Történelmi áttekintés......................................................................................................... 14 3.1.
Korai színvisszaadási kísérletek............................................................................. 14
3.2.
Több sávos módszerek ............................................................................................ 14
3.3.
Színminták vizsgálatára épülı eljárások............................................................... 17
3.4.
Referencia fényforrások kiválasztásának kérdése ............................................... 20
3.5.
Kromatikus adaptáció figyelembe vétele .............................................................. 21
3.6.
Optimalizált fényforrások megjelenése ................................................................. 23
3.7. A színvisszaadás problémájának alternatív megközelítései ................................ 24 3.7.1. Színdiszkrimináció............................................................................................ 24 3.7.2. Színpreferencia – „flattery index”..................................................................... 26 3.7.3. Duál indexek ..................................................................................................... 28 3.7.4. „Gamut area” meghatározása, mint fényforrások színdiszkriminációs képességének mértéke....................................................................................... 28 3.7.5. „Visual clarity”.................................................................................................. 29 3.8.
CIE CRI-1996 – Átmeneti megoldás fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak jellemzésére ............................................................................... 31 3.8.1. Referencia fényforrások rögzítése..................................................................... 32 3.8.2. Színminták rögzítése ......................................................................................... 33
3.9.
Színkategorizáláson alapuló modellek .................................................................. 34
3.10. Módosított színterek és színmegjelenési modellek ............................................... 35 3.10.1. CIECAM97s színmegjelenési modell ............................................................... 36 3.10.2. Módosított színterek vizsgálata......................................................................... 42 3.10.3. CIECAM02 színmegjelenési modell................................................................. 44 4. Számítási módszerek ismertetése....................................................................................... 47 4.1. A CIE 13.2-es publikációjának ismertetése: ......................................................... 47 4.1.1. Referencia fényforrásra vonatkozó megkötések: .............................................. 47 4.1.2. Tesztmintákra vonatkozó megkötések: ............................................................. 48 4.2.
CIEALAB 1976 L*a*b* színinger térbe való konverzió ..................................... 50
4.3.
CIECAM02 színmegjelenési modell ...................................................................... 50
5. Kísérleti munka leírása ..................................................................................................... 51 5.1.
Elı kísérlet ............................................................................................................... 51
5
5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4. 5.1.5. 5.1.6.
Kísérleti doboz I. ............................................................................................... 51 Kísérleti személyek kiválasztása....................................................................... 52 Tréning .............................................................................................................. 52 Megvilágítási körülmények rögzítése ............................................................... 53 Elı kísérlet ismertetése ..................................................................................... 55 Kiértékelés, eredmények és következtetések .................................................... 57
5.2. Színvisszaadás meghatározására vonatkozó új vizuális kísérletsorozat leírása 61 5.2.1. Kísérleti elrendezés ........................................................................................... 61 5.2.2. Teszt és referencia fényforrások ismertetése .................................................... 62 5.2.2.1. 2700 K korrelált színhımérsékleti csoport............................................... 62 5.2.2.2. 4000 K korrelált színhımérsékleti csoport............................................... 64 5.2.2.3. 6500 K korrelált színhımérsékleti csoport............................................... 66 5.2.3. Kísérleti személyek és feladatuk ....................................................................... 68 5.2.3.1. Kísérleti személyek kiválasztása .............................................................. 68 5.2.3.2. A vizuális megfigyelık feladata............................................................... 68 5.3. Objektív mérések és számítások eredményeinek kiértékelése ............................ 68 5.3.1. A CIE 13.3-as publikációjában ismertetett eljárás – Ra általános színvisszaadási index számítása, elméleti referencia fényforrással............................................ 69 5.3.2. A CIE 13.3-as Ra általános színvisszaadási index számítása, általam választott referencia fényforrással ..................................................................................... 74 5.3.3. Különbözı színminta halmazok hatása a CIE 13.3-as eljárás alapján számított színvisszaadási indexekre.................................................................................. 76 5.3.4. Fényforrások színkészletének (gamut) vizsgálata CIELAB színtérben............ 80 5.3.4.1. 2700 K korrelált színhımérsékleti csoport............................................... 83 5.3.4.2. 4000 K korrelált színhımérsékleti csoport............................................... 86 5.3.4.3. 6500 K korrelált színhımérsékleti csoport............................................... 90 5.3.5. Színkoordináták torzulásának vizsgálata u’v’ koordináta-rendszerben ............ 92 5.3.5.1. 2700 K korrelált színhımérséklető fényforrások ..................................... 93 5.3.5.2. 4000 K korrelált színhımérséklető fényforrások ..................................... 97 5.3.5.3. 6500 K korrelált színhımérséklető fényforrások ................................... 102 5.3.5.4. Összegzés ............................................................................................... 105 5.3.6. Számított színinger-különbségi értékek meghatározása CIE 13.3, CIELAB és CIECAM02 modellek felhasználásával .......................................................... 105 5.4.
Vizuális megfigyelések függetlenség vizsgálata .................................................. 108
5.5.
Három szempontú varianciaanalízis vizsgálat ................................................... 110
5.6.
A vizuális megfigyelések és számított színinger-különbségek közti kapcsolatok erısségének vizsgálata........................................................................................... 114
5.7. Vizuális kísérletek és objektív mérések eredményeinek összehasonlítása ....... 119 5.7.1. A vizuális és számított értékek közti, fényforrás páronkénti korrelációk meghatározása ................................................................................................. 120 5.7.1.1. Kis korrelált színhımérséklettel (~2700 K) rendelkezı fényforrások esetén meghatározott vizuális eredmények kiértékelése ........................ 121 5.7.1.2. Közepes korrelált színhımérséklettel (~4000 K) rendelkezı fényforrások esetén meghatározott vizuális eredmények kiértékelése ........................ 125 5.7.1.3. Nagy korrelált színhımérséklettel (~6500 K) rendelkezı fényforrások esetén meghatározott vizuális eredmények kiértékelése ........................ 128 5.7.1.4. Korrelációs együtthatók különbségeinek szignifikancia vizsgálata mindhárom színhımérsékleti szint esetén.............................................. 130 6
5.7.2.
Vizuális eredmények fényforrás páronkénti összehasonlítása az u’v’ diagramban számított távolságokkal ............................................................... 132 5.7.3. A vizuális és számított értékek közti, színmintánkénti korrelációk meghatározása ................................................................................................. 134 5.7.3.1. Eredeti (módosítatlan), normalizált vizuális értékek felhasználása ....... 135 5.7.3.2. Normalizált vizuális értékek módosítása................................................ 139 5.7.3.3. A vizuális értékek közti relatív szórás figyelembe vétele ...................... 143 6. Összefoglalás ................................................................................................................... 147 7. Tézisek.............................................................................................................................. 153 Publikációs lista..................................................................................................................... 155 Melléklet 1.............................................................................................................................. 157 CIE 1931 tristimulusos értékek meghatározása ............................................................. 157 Tristimulusos értékek átszámolása D65 megvilágító adaptációs szintjére...................... 157 Értékek CIE 1976 CIELAB térbe való transzformációja............................................... 158 CRI-1996 színvisszaadási indexek kiszámítása ............................................................. 159 Melléklet 2.............................................................................................................................. 161 A színvisszaadás meghatározásának lépései: ................................................................. 161 Színvisszaadási Indexek meghatározása: ....................................................................... 162 Melléklet 3.............................................................................................................................. 164 Melléklet 4.............................................................................................................................. 166 Melléklet 5.............................................................................................................................. 170 Melléklet 6.............................................................................................................................. 173 Irodalomjegyzék..................................................................................................................... 177
7
1. Tartalmi kivonat Értekezésem elsıdleges célja az volt, hogy a mindennapi életben használatos hagyományos és új generációs fényforrások színvisszaadási tulajdonságait vizuális kísérletek segítségével vizsgáljam és a megfigyelık által szolgáltatott adatokat összevessem a gyakorlati, színvisszaadási indexek meghatározására szolgáló módszerekkel, melyik közelíti meg vagy írja le legjobban az emberi látás mechanizmusát. A hagyományos izzólámpák, halogén izzók és fénycsövek elterjedésének idıszakában, fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására az 1974-ben elfogadott CIE 13.2-es (késıbbiekben CIE 13.3) módszer a fényforrás gyártók körében mind a mai napig általánosan elfogadott szabvány, hogy lámpáikat színvisszaadás tekintetében osztályozzák. A technikai fejlıdésnek köszönhetıen a világítótestek piacán megjelentek az eddigieknél lényegesen energiatakarékosabb és hosszabb élettartammal bíró, a régebbi fényforrásokétól teljesen eltérı spektrális teljesítmény-eloszlással rendelkezı fényporos és színes RGB LEDek. A világítástechnikával foglalkozó szakemberekben felmerült az a kérdés, vajon ezen új típusú, a fénycsövekétıl lényegesen eltérı spektrális teljesítmény-eloszlással rendelkezı fényforrások esetén valós értékeket szolgáltat - e a CIE 13.3-as eljárása. Mindezidáig az irodalomban nem volt található olyan jellegő kutatás, ami a napjainkban használatos és új típusú lámpákra, jellemzı színhımérsékleti szinteken – 2700 K, 4000 K, 6500 K – átfogó összehasonlítást közölt volna azok színvisszaadási tulajdonságairól, vizuális kísérletek eredményeinek alátámasztásával. Vizuális kísérletek során a megfigyelık által szolgáltatott eredményeket összevetettem több matematikai modell szerint számított színinger-különbségi értékkel és megmutattam, hogy a jelenleg fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak leírására elfogadott CIE 13.3-as módszernél létezik jobb modell is. Az általam bemutatott két grafikai ábrázolás a referencia és teszt fényforrás által megvilágított színminták közti eltérések szemléletes bemutatására kiegészítésül szolgálhat a fényforrás gyártók részére, hogy jellemezzék új típusú megvilágítóik színvisszaadási tulajdonságait.
8
1.1. Abstract The primary aim of my dissertation was to investigate by the help of visual experiments the colour rendering properties of conventional and state of the art light sources used in everyday lighting applications and to compare the data established by the observers with those determined through contemporary methods for calculating colour-rendering indices. In a time when beside conventional incandescent lamps, halogen lamps and fluorescent lamps had an ever broadening field of use, a method for determining colour rendering properties of light sources, called CIE 13.2 (later named CIE 13.3) and accepted in 1974, became available, and is still in general use. Since those days, it has been accepted by the light source manufacturers as the standard method of classifying their products in regard to colour rendering. Owing to the technical development, phosphor converted white LEDs and RGB LED clusters have become available. These sources are more economical in means of power, and have longer lifetime but their spectral power distribution is totally different from that of the traditional light sources. The question whether the CIE 13.3 method provides realistic values in the case of these new light sources, which have very different spectral power distribution compared with that of the fluorescent lamps, has interested experts for some time. To my best knowledge no research has been described in the literature that would have given a comprehensive overview about the colour rendering properties of the new light sources with 2700 K, 4000 K and 6500 K correlated colour temperature, comparing visual observations with calculated values. In my research, results provided from visual experiments were compared with colour difference values calculated using various mathematical models and I have shown that there exists a model which is better than the CIE 13.3 method, which is the currently accepted method to describe colour rendering properties of light sources. Both graphical representations presented in my dissertation to illustrate the difference between the colour samples illuminated by the reference and test light sources grant valuable support to the light source manufacturers in the characterization of the colour rendering properties of their new type of products.
9
1.2. Zusammenfassung Das primäre Ziel meiner Abhandlung war der Vergleich der Farbwiedergabe-Eigenschaften von im Alltagsleben benutzten traditionellen und von neuer Generation stammenden Lichtquellen, mit Hilfe visueller Experimente. Mein weiteres Ziel war die Gleichstellung der gemessenen Daten der Beobachter mit denen beruhend auf verschiedenen Farbraume. So konnte ich berechnen, welche Methode am besten die Mechanik des Sehens beschreibt. Zur Zeit wird noch immer die Farbwiedergabeberechnungsmethode verwendet, die die CIE in 1974 zur Quantifizierung der Farbwiedergabe der ersten und zweiten Generation von Leuchtstofflampen entwickelt hat (CIE 13.2, später CIE 13.3). Dank der technischen Entwicklung erschienen auf dem Markt weiße Leuchtdioden (LED-s), die zum Teil blaue LED-s und gelbe Luminophore, zum Teil Farbige RGB- LEDs verwenden, und die energiesparend sind, und längeres Lebensdauer aufweisen, als die traditionellen Lichtquellen. Die spektrale Leistungsverteilung der LEDs schaut jedoch ganz anders aus als die von traditionälen Lichtquellen. Die Frage blieb bis heute unbeantwortet, ob im Falle dieser neuen Lichtquellen, dessen Spektrum wesentlich von dem der Leuchtstofflampen abweicht, die auf die CIE 13.3 Publikation beruhende Methode richtige Werte liefert oder nicht.? Bis heute erschien keine Veröffentlichung, die einen umfassenden Vergleich der Farbwiedergabe von verschiedenen heutzutage benutzten und neuen Lichtquellen mit den typischen Farbetemperaturen von 2700 K, 4000 K und 6500 K vorgenommen hätte. Ich konnte in meiner Dissertation zeigen, dass es bessere Methoden zur Beschreibung der Farbwiedergabe gibt, als die in CIE Publ. 13.3 beschrieben wurden. Als eine Verbeserung der Berechnungsmethode schlage ich vor die Farbwiedergabe im Farbenraum des CIECAM02 Modells durchzuführen. Dieses Modell gibt in den meisten fällen bessere Übereinstimmung mit den visuellen Ergebnissen, als die CIE 13.3 Methode. Die zwei von mir vorgeschlagenen graphische Darstellungen für die Repräsentation der Unterschiede zwischen mit Referenz- und mit Test-Lichtquelle beleuchteten Farbproben, könnten als Ergänzung für Lichtquellen-Hersteller dienen, um die FarbwiedergabeEigenschaften ihrer neuen Lampentypen zu charakterisieren.
10
2. Bevezetés A színek segítenek megérteni a körülöttünk lévı világot. A mindennapi életben használatos tárgyak színe nagymértékben függ a megvilágító fényforrásoktól, amelyek manapság igen különbözı színképi teljesítmény-eloszlásokkal készülnek. Ha megváltozik a fényforrás, az általa megvilágított tárgyak színmegjelenésében is változás lép fel. Az áruházban vásárolt, izzólámpa fénye által megvilágított ruha színe könnyen meglepetést okozhat számunkra, ha kilépünk benne a napfényre. A hétköznapi ember számára a hagyományos izzók, halogén izzók és fénycsövek jelentik az elsıdleges mindennapi életben használatos fényforrásokat. Ezek után következik a természetes napfény, a borús, felhıs ég és a déli szikrázó napsütés közti átmenetek mindegyikével. A fénycsövek és nagynyomású gázkisülı-lámpák mellett napjainkban megjelentek a világító diódák (Light Emitting Diodes - LED) is, mint a modern világítástechnika fényforrásai. Ezen új fényforrás típusok színképi teljesítmény-eloszlása nagyon eltérı az említettektıl, s ezért a felületszínek színészlelete is változhat attól függıen, hogy milyen fényforrás típussal (s azon belül milyen színképi teljesítmény-eloszlással) világítjuk meg azokat. A fényt visszaverı anyagok területén is számos új színképzıvel találkozunk, mind a kikészítı iparágakban, mind a nyomdatechnikában. A színmérés, mint olyan, az 1930-as évek derekán vált igazán hasznos gyakorlati alkalmazássá, amikor a Massachusetts-i Technikai Intézet kutatásai révén megjelentek az elsı spektrofotométerek, melyek segítségével reflektáló minták spektrofotometriai adatai váltak mérhetıvé. A színvisszaadási index akkor került bevezetésre, amikor a második generációs fénycsövek betörtek a piacra. A kompakt fénycsövek fényporainak kifejlesztésekor nem a jó vizuális színvisszaadási tulajdonságot tartották szem elıtt, hanem arra törekedtek az optimalizálás során, hogy jó fényhasznosítást és nagy színvisszaadási indexet érjenek el.
11
Nátrium lámpa fénye alatt még a legszínesebb tárgyak is sárgásnak, barnásnak tőnnek, higany lámpák fényénél sem a természetes1 sugárzásnál már jól megszokott színeket véli felfedezni az ember, amire egy cikkében már Bouma1 is utalt a „rossz szín” fogalmával. A CIE 30 évvel ezelıtt vezette be a jelenleg használatos színvisszaadási index számítására szolgáló eljárást2. Az eltelt 30 év alatt több próbálkozás is volt, hogy a kiadványt módosítsák, és, hogy szinkronba hozzák a modern színmetrikai gyakorlattal (lásd pl.3), de a meggyızı vizuális kísérleti eredmények hiányában, ez mind a mai napig nem történt meg. A
CIE
meghatározása
a
színvisszaadás
fogalmáról
megtalálható
a
Nemzetközi
Világítástechnikai Szótárban4, melynek magyar fordítását az MSZ 9620-2, Fénytechnikai Terminológia: Látás, színvisszaadás kötete tartalmazza: „A sugárzás spektrális eloszlásának a hatása a tárgyak színes megjelenésére; a tárgyak egy referencia-eloszláshoz tartozó színes megjelenésével való tudatos vagy tudatalatti összehasonlítása.” A CIE „Test Method” a napjainkban használt egyenlıköző színterek bevezetése elıtti idıbıl származik, ezért az utolsó évtizedekben jó néhány javaslat készült a jelenlegi módszer kiterjesztésére vagy frissítésére (lásd pl.3,5). Ezek a javaslatok mind új változók - pl. ’flattery index6, színdiszkriminációs index7 - mind pedig új számítási módszer bevezetésében8 nyilvánultak meg. A fényforrás gyártók általános nézete az volt, hogy mielıtt új matematikai modellt fogadnának el a színvisszaadási index számítására, újra kell vizsgálni a létezı modellt és annak használhatóságát vizuális kísérletek segítségével kell ellenırizni. A CIE „Test Method”-ot a 4.1 fejezetben részletesen ismertetem. Ezen szempontokat figyelembe véve kezdtem bele egy kísérlet sorozatba, hogy ellenırizzem a jelen modellt az ajánlott eljárás lépéseit betartva, vizuális színinger-különbség értékelést használva, és a vizuális adatokat összehasonlítva a jelen modell és annak néhány lehetséges frissítésével. A LED fényforrások egyre nagyobb teret hódítanak a mindennapi életünkben, nem csak fejlettebb közlekedési jelzılámpák formájában, hanem a kültéri9,10 és beltéri11,12 világítástechnika, valamint az autófényszórók13 területén is. Ezért szükség van egy olyan modern és idıszerő matematikai számítási modellre, amely bizonyítottan jól korrelál a 1
nemzetközileg elfogadott angol megfelelıjét - „daylight” – sokan nappali sugárzáseloszlásnak fordítják, de a magyar terminológiában elfogadott szabvány a természetes sugárzáseloszlás használatát határozza meg.
12
vizuális megfigyelésekkel, de új kalkulációs eljárást csak abban az esetben kellene javasolni, ha a kísérletek bebizonyítják, hogy a jelen modell alkalmatlan a színvisszaadás pontos leírására.
13
3. Történelmi áttekintés A
színvisszaadást
megbízhatóan
csak
az
ezzel
foglalkozó
speciálisan
felszerelt
laboratóriumok tudják vizsgálni. Ugyanakkor szükség van egy olyan objektív mérıszámra, mely lehetıséget biztosít egy nem mérnök ember számára is, hogy a különbözı fényforrások színvisszaadási tulajdonságait összevethesse.
3.1. Korai színvisszaadási kísérletek Kezdetben, mikor mesterséges fényforrások még nem léteztek, a nappalok és éjszakák monoton egymásutániságának megtörésére nem volt lehetıség, a színvisszaadási problémák nem jelentkeztek. Az elsı nagyobb változást a tőz feltalálása jelentette, aminek következtében a természetes sugárzáseloszlás alternatívájaként különbözı anyagok, mint pl. fa, növényi és állati eredető zsiradékok égetése, mint mesterséges világítás vált elérhetıvé, azonban ezek mindegyike hasonló torzulásokat eredményezett a tárgyak megjelenésében az addig tapasztaltakhoz képest, hisz azok spektrális eloszlása a feketetest sugárzóéhoz volt hasonló, csak színhımérsékletükben tértek el egymástól. Egy érdekes jelenségre mutatott rá Paterson 1896-ban, amikor leírta, miként változtak meg egy leopárdmintás anyagon található foltok természetes megvilágítás mellett sötét sárgásbarna színezetbıl, gáz ill. ívkisülésen alapuló lámpák esetén olajzöldre. Ennek hatására alapos és átfogó vizsgálatot kezdeményezett14, melyben terjedelmes számú mesterséges és természetes színezı anyag tulajdonságait vizsgálta meg, az akkori idıben fellelhetı kilenc darab fényforrás alatt. Ez volt talán az egyik legelsı tudatos, ám leginkább szubjektív vizsgálata a színvisszaadás problémájának.
3.2. Több sávos módszerek Az elsı próbálkozás a színvisszaadás objektívebb megállapítására Bouma15 nevéhez főzıdik, a fénycsövek megjelenésének kezdeti szakaszában. A nyolc sávos rendszernek nevezett módszer lényege az volt, hogy meghatározta a fényforrás relatív színképi teljesítményeloszlásának görbéjét, majd integrálta azt az általa megállapított teljes látható spektrumot 14
lefedı nyolc sáv mindegyikére, és kiszámolta az egyes sávokra jutó és a teljes fénysőrőség százalékos megoszlását. Ezáltal egy nyolc számból álló sorozattal jellemezte a megvilágítók spektrumát. Ez valójában nem jelentett mást, mint az egyes fényforrások spektrális eloszlásának sávonkénti összevetését. A módszer hátránya az volt, hogy a kék tartományba esı sávok rendkívüli keskeny volta miatt, az azokhoz rendelt százalékok olyannyira kicsik voltak, hogy azok esetleges elhagyása csekély változást jelentett volna, annak ellenére, hogy a színvisszaadás kérdésében e sávok is igen fontos szerepet töltenek be. A Commission Internationale de l’Eclairage (CIE), Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság 1948-ban16 azonban elfogadta ezt a módszert, és táblázatban rögzítette a sávok határait (1. Táblázat). 1. Táblázat: A CIE 1948-as színvisszaadási módszerében használt sávtartományok
Sávok 1 2 3 4 5 6 7 8
Tartományok Megnevezés 380 nm – 420 nm Távoli ibolya 420 nm – 440 nm Ibolya 440 nm – 460 nm Kék 460 nm – 510 nm Kékeszöld 510 nm - 560 nm Zöld 560 nm – 610 nm Sárga 610 nm – 660 nm Világos vörös 660 nm – 760 nm Mély vörös
1951-ben a CIE felkérte a nemzeti bizottságokat, hogy vizsgálják tovább fényforrások színvisszaadásának kérdését. A színvisszaadás témájával két bizottság kezdett behatóbban foglalkozni. Az egyik a „Colour Rendition of the Illuminating Engineering Society of North America’s (IESNA) Light Source Committee” albizottsága Dorothy Nickerson elnökletével, melyet 1952-ben jelöltek ki annak céljából, hogy fényforrások színvisszaadásának mérésére és meghatározására eljárásokat dolgozzon ki. A másik bizottság a „International Commission on Illumination’s committee W1.3.2”, mely aktív munkáját 1955-ben kezdte. A késıbbiekben Barnes17 is vizsgálta a sávos rendszereken alapuló módszer jóságát. Munkájában összehasonlította Bouma18 nyolc sávos modelljét Kruithof19 és saját maga hét sávos modelljével. Ellentétben Kruithof-al aki valós mintákkal dolgozott, Barnes elméleti színmintákat – melyek spektrális reflexiója közel azonos a valós mintákéval – használt Barr, Clark és Hessler20 munkássága alapján, míg Bouma a természetben elıforduló színektıl teljesen eltérı színezető mintákkal helyettesítette azokat. Barnes úgy találta, hogy a Bouma által választott rövid hullámhossz tartományba esı sávok túl keskenyek, és hogy az ötödik sáv 15
túl széles. Kruithof módszere fıként C sugárzáseloszláson alapul, ezért az nem igazán használható fénycsövek vizsgálatára, habár Bouma rendszerénél azért jobb, de a Barnes által választott lámpák esetében az ı hét sávos megoldása preferálandó. A nyolc sávos rendszerek hátrányai Crawford21-ot
arra ösztönözték, hogy kísérleteket
folytasson e téren, egy jobb modell megalkotása céljából. Egy monokromátor segítségével a látható spektrum tartományát úgy osztotta fel 6 részre, hogy azonos, 10 százalékos fénysőrőségi szint csökkenés éppen észlelhetı változást mutasson az objektumok színében, minden egyes tartomány esetében. Ez a hat sávos módszer jobbnak bizonyult a nyolc sávos modellnél, azonban hátránya a negyedik sáv 540 nm-tıl 590 nm-ig terjedı túlzott szélessége, ami magában foglalja a világoszöld és narancssárga tartomány egészét. Kísérletei során megfigyelte, hogy az emberi bırszín esetén a sárga, narancs valamint vörös tartományok hiánya a spektrumból nagy változásokat mutat, és hasonló eset áll fenn az élelmiszerek színével kapcsolatban is. A megfigyelık kora nem volt számottevı hatással a változtatásokra, azonban kimutatható volt, hogy az idısebb emberek szemének érzékenysége csökkent a spektrum ibolya tartománya felé, ami a változások nagyobb toleranciájában mutatkozott meg a fiatalabbakhoz képest. Fontos észrevétel volt, hogy ha az egymás melletti tartományok intenzitását külön-külön vagy párban csökkentette, akkor annak hatása a színvisszaadásra összeadódott. Amennyiben két nem közvetlen egymás melletti sávban történtek a változtatások, azok hatása a megjelenésre közel a fele volt csak. Megállapítható volt tehát, hogy a toleranciák az egymással érintkezı spektrum tartományok esetén kölcsönösen függnek egymástól, míg szeparált sávok esetén azok kölcsönösen függetlenek. A fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak minısítésére Crawford elsıként egy arra alkalmas grafikonon tolerancia vonalakat határozott meg, amelyen ábrázolva az egyes sávokhoz tartozó arányszámokat, könnyen leolvasható volt, ha egy pont kívül esett vagy túl közel volt a határoló vonalakhoz. A megvizsgált fényforrások esetén azt találta, hogy míg kis színhımérséklettel rendelkezı lámpák, pl. meleg fehér fényforrások a tolerancia vonalak közé estek, addig néhány hideg fényő fényforrás esetén voltak tartományok, amelyek kívül estek a tolerancián. Ezek a gyakorlatban sem voltak kielégítık. Crawford ezen és további munkái alapján22,23 módszerét Nagy Britanniában használni kezdték néhány speciális területen, azonban nemzetközileg nem vált elfogadottá.
16
3.3. Színminták vizsgálatára épülı eljárások A színvisszaadás szubjektív jelenség, ami nemcsak a fényforrás spektrális tulajdonságaitól függ, hanem a megvilágítandó tárgy reflexiójától és az emberi szem látási mechanizmusától is. Habár az említett sávos módszerek egyértelmően megállapítják egy teszt fényforrás spektrális sugárzásának valamilyen mértékő hiányát egy adott tartományban, azonban figyelmen kívül hagyják a megvilágítandó felületek reflexiós tulajdonságait, illetve a kromatikus adaptációs állapot sem foglalható bele, így csak a referenciának tekintett fényforrás színhımérsékletével megegyezı korrelált színhımérséklető teszt fényforrások vethetıek össze. Crawford munkásságával egy idıben amerikai, holland és német kutatások is folytak a fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározása céljából, és a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (CIE) már 1951-ben további alternatív megoldások24,25 kidolgozását javasolta, oly módon, hogy azok bármely fényforrás vizsgálatát lehetıvé tegyék, és ne legyenek lekorlátozva speciális esetekre. Ezen új, alternatív megoldások esetében a színmintákat teszt és referencia fényforrással világították meg. Az azonos minták közt észlelt színi eltolódás, a fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlásának különbözıségébıl adódott. Széleskörő vizsgálatokat folytatott nagyszámú Munsell színminta vizsgálatával Ouweltjes26, Münch27, Münch és Schultz28, Nickerson29,30, Helson, Judd and Wilson31 és arra a következtetésre jutottak, hogy 8 darab színminta
elégséges
a
fényforrások
általános
színvisszaadási
tulajdonságainak
meghatározásához, feltéve, ha azok a lehetséges felület színek tartományát jól lefedik. A kromatikus adaptáció és a nem egyenlı köző színtér problémája így is megmaradt, de 1962ben32 az IES amerikai albizottsága egy a színminták vizsgálatán alapuló átmeneti eljárást javasolt. A CIE ideiglenesen a Nickerson által bemutatott 21 színminta használatát határozta meg, az alábbi problémák további tanulmányozásával: -
a spektrális sávtartomány módszerek összehasonlítása a teszt mintákon alapuló eljárásokkal,
-
a színminták számának lehetséges csökkentése, hogy azok még reprezentatívak maradjanak,
-
a választott színminták átfedések nélkül jól lefedjék a színkört.
17
Ouweltjes eredményei alátámasztották azt a tényt, hogy a jó színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezı fényforrások esetén (pl. de luxe) a sávos módszer nem mőködik igazán jól, azon sem a sávok számának megváltoztatásával, sem a tartományok méretének változtatásával nem lehetett javítani. Ellentmondások léptek fel a teszt minta eljárásokkal szemben, míg azok eredményei jobb összhangban voltak a vizuális megfigyelésekkel. Nickerson az 1958-as cikkében összefoglalta az addig megismert módszereket, a rendelkezésre álló információkat, és hiányosságokat. Összegyőjtötte a CIE által 1931-ben elfogadott A, B, és C standard megvilágítók, és a további rendelkezésre álló fényforrások színképét,
a
Gibson33
által
származtatott
elméleti
természetes
sugárzás-eloszlású
függvényeket, valamint a Taylor és Kerr által 1939-ben mért spektrumokat. Az évek folyamán egyértelmővé vált, hogy a színvisszaadási problémák megoldására csakis jól definiált körülmények és pontos, precíz mérések során juthatnak, és ez által felvetıdött a kérdés, milyen fényforrás is tekinthetı referenciaként. Egy másik probléma, olyan színtér keresése volt, melyben az azonos színinger-különbségek azonos észleletbeli színingerkülönbségeket jelentenek az egyes megvilágított tárgyak esetében, mivel az akkoriban használt CIE (x,y) színinger diagram ennek nem tett eleget. Átfogó tanulmányok születtek a Munsell rendszer elemeinek vizsgálatára34. Nickerson35 és Burnham36 szintén összegyőjtötték az e téren dolgozó kutatók - Judd, MacAdam, Breckenridge és Schaub, Farnsworth, ScofieldJudd-Hunter, Adams, Moon és Spencer, Saunderson és Milner - munkáit. 1955-ben Nickerson, Judd és Wyszecki37 jelentettek be egy olyan ábrázolási diagrammot, mely a világosság értékek figyelmen kívül hagyásával a legjobban írt le egy egyenlıköző színteret. Barr, Clark és Hessler20 egy 1952-ben publikált munkájukban közel természetes sugárzáseloszlású fényforrásokkal megvilágított 18 Munsell mintát vizsgáltak. Referenciának a CIE C megvilágítóját választották, és a teljes színinger-különbséget a textil iparban, egy a Nickerson38 által 1936-ban bemutatott formula segítségével határozták meg: ∆E N = (C / 5)(2∆H ) + 6∆V + 3∆C
(1)
ahol, C, H, V a króma, színezet valamint világosság attribútumot jelenti. Ily módon csak olyan fényforrásokat lehetett vizsgálni, melyek színe közel állt a természetes sugárzáseloszlás színéhez, mivel más korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások esetében figyelembe kellett volna venni a kromatikus adaptáció jelenségét. Helson39,40, Burnham41,42, és MacAdam43 annak lehetıségét kezdték vizsgálni, miként lenne lehetséges a Munsell minták értékeinek transzformálása más színességgel rendelkezı
18
fényforrások esetén. Adam „Chromatic-Value” diagrammja lehetıséget adott Von Kries transzformációt felhasználva a különbözı fényforrással megvilágított Munsell minták értékeinek
egyidejő
ábrázolására,
az
eltérések
mértékének
és
irányultságának
meghatározására. A 18 színminta ∆EN–el számított színinger-különbségeit átlagolva egy elsıdleges közelítését adták különbözı fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak jellemzésére. További átszámítási formulák – CIE, Judd-Wyszecki, Brewer számhármasok - láttak napvilágot, annak céljából, hogy megpróbálják megbecsülni Munsell minták színkoordinátáit különbözı megvilágítások esetén, azonban jelentıs különbségek adódtak e formulák felhasználásának függvényében, így egyik sem vált elfogadottá. Ezen kutatómunkák révén a CIE bizottsága a teszt minta eljárások mellett döntött szemben a spektrális sávtartományok eljárásával. Amerikai44, német45,28 és holland26 kutatások megmutatták, hogy kevés számú – 8-15 darab – minta már elégséges a fényforrások színvisszaadásának jellemzésére, feltéve, ha azok a színteret kellıképpen lefedik. Crawford46 egy 1957-es munkájában csoportosította a vizuális kísérletek megvalósításakor használatos színminták összehasonlításának lehetséges módjait, melyek az alábbiak: -
két apró minta szorosan egymás mellé helyezve, alig észrevehetı elválasztó vonallal. A megfigyelı az összehasonlítást minimális bizonytalansággal és maximális pontossággal teheti meg, a pszichológia minimális befolyásával.
-
a vizuális mezık térben szeparáltak. A megfigyelı szemének, vagy akár egész testének helyzetét megváltoztatva képes csak az összehasonlításra, a memória, mint pszichológiai faktor egyre nagyobb befolyásával.
-
a megfigyelı elıször teljesen adaptálódik egy környezethez, majd az összehasonlítás attól, egy térben és idıben is eltérı helyen, a memóriájára hagyatkozva történik, és ekkor a legnagyobb a pszichológiai befolyás.
A való életben elıforduló szituációk nagyobb része leggyakrabban a harmadik osztályba esik. Bár a kromatikus adaptáció problémája még mindig megoldásra várt, az elsı teszt mintán alapuló eljárás bevezetését az 1963-as CIE bécsi ülésén47 terjesztették elı, és annak elsı változatát 1965-ben48 fogadták el hivatalosan is CIE 13-as publikáció néven. Nyolc darab közepes világosságú és krómájú Munsell mintát választottak ki, melyek a színezeti kör mentén nagyjából egyenlı távolságra helyezkedtek el egymástól.
19
A fennmaradó problémák mielıbbi vizsgálatában is megállapodtak. Ezek az alábbiak voltak: -
minél több tapasztalatot győjteni az elfogadott módszer segítségével
-
egy újabb változat elkészítése, mely már tartalmazza a kromatikus adaptáció hatását
-
a már meglévı teszt minták mellé további fluoreszcens minták felvétele
-
a vizuálisan éppen észlelhetı színinger-különbségek, és toleranciák meghatározása a színvisszaadási indexek függvényében
3.4. Referencia fényforrások kiválasztásának kérdése A kromatikus adaptáció matematikai korrekciójának hiányában problémák merültek fel a referencia fényforrások kiválasztása terén. Minden egyes teszt fényforrás esetén szükségessé vált egy színhımérsékletben hozzá legközelebb álló referencia fényforrás. Megállapodás született, hogy az 5000 K alatti színhımérséklettel rendelkezı lámpák esetén referencia fényforrásnak egy a teszt fényforrás korrelált színhımérsékletével azonos hımérséklető feketetest sugárzó, míg 5000 K felett egy a teszt fényforrás korrelált színhımérsékletével megegyezı korrelált színhımérséklető természetes sugárzás-eloszlású standard fényforrás választandó. Mivel a teszt fényforrások színességi koordinátái általában nem illeszkedtek a feketetest sugárzók görbéjéhez, egy egyszerő vektor korrekciót építettek be a számításban, hogy korrigálják a kromatikus adaptáció hatásmechanizmusát. Ennek értelmében, ha különbség volt a teszt és referencia fényforrások színkoordinátái közt, akkor a színminták teszt fényforrás által megvilágított színkoordinátáit korrigálni kellett a fényforrások közti eltéréssel a CIE 1960-as UCS diagramban. Az így korrigált színminták és a referencia fényforrás által megvilágított minták közti színinger-különbséget a CIE kétdimenziós színinger-különbségi egyenlete segítségével számolták. 1964-ben lehetıvé vált a számítást az U*V*W* színtérben, 3 dimenzióban végezni. A színinger-különbségeket mind a 14 elfogadott színminta esetén kiszámították, majd azok átlagolásával és bizonyos faktorok segítségével az általános színvisszaadási index, Ra értékét úgy határozták meg, hogy teljes egyezés esetén 100, míg egy meleg fehér fénycsı (~ 3000 K) esetén annak általános színvisszaadási indexe 50 legyen. Ouweltjes49 megmutatta, hogy a színvisszaadási index értéke nagymértékben függ a választott referencia fényforrás színhımérsékletétıl. Összehasonlítást végzett a CIE által elfogadott
20
eljárás és egy von Kries típusú transzformációt magában foglaló modell között három közel azonos színhımérséklettel rendelkezı - Standard Cool White [4200 K], de Luxe Cool White [3900 K] és egy 4100 K–es, jó színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezı fénycsı felhasználásával,
melyek
általános
színvisszaadási
indexeit
különbözı
korrelált
színhımérséklető referencia fényforrásokkal való összevetése függvényében külön-külön meghatározta. Von Kries típusú transzformációt használó modell esetén megmutatható volt, hogy az egyes lámpák CRI értékei csekély mértékben változtak csak meg a különbözı korrelált színhımérséklettel rendelkezı referencia fényforrások függvényében, míg az aktuálisan elfogadott modell esetén jóval nagyobb Ra értékbeli változások mutatkoztak, és a maximális CRI érték egy a teszt fényforrás színhımérsékletétıl merıben eltérı referencia fényforrás esetén volt megtalálható. Felmerült tehát a kromatikus adaptáció korrigálására szolgáló transzformáció beágyazásának fontossága a modell következı változatába.
3.5. Kromatikus adaptáció figyelembe vétele Mivel a kromatikus adaptáció nagyban csökkenti az észlelhetı különbséget a teszt és referencia fényforrás között, a CIE bizottsága támogatta egy a kromatikus adaptáció figyelembe vételére vonatkozó formula bevezetését a modellbe. 1974-ben publikálták a CIE 13-as publikációjának második változatát50, melyben az egyik jelentıs módosítás az egyszerő vektor eltolási korrekció von Kries-féle kromatikus adaptációs formulával51 való helyettesítése volt, abban az esetben, ha csekély különbség van a teszt és referencia fényforrások színe között. Egy másik fontos változás, az általános színvisszaadási index számítási formulát érintette, amit immár az elsı 8 darab színminta speciális indexeinek átlagolásával határoztak meg. A CIE 13.2-es modelljének részletes leírását a 4.1 fejezet tartalmazza. Az eljárás egyik nagy elınye, a modell gyakorlati szempontjából, hogy tisztán matematikai formalizmusokkal a színvisszaadási indexek meghatározhatóak, bármilyen reflexiós együttható és spektrális teljesítmény-eloszlás esetén. A nem mérnöki emberek számára a színvisszaadás egyetlen számmal történı becslése komoly elınyt jelentett annak értelmezésében, habár a modell egyik legnagyobb hátrányának is ez tekinthetı, hisz rengeteg információ sőrősödik egyetlen számban, és ez a különbözı hatások átlagolásához vezet.
21
Az így elfogadott teszt minta eljárásnak azért számos elınye mellett, számos hátránya is megmutatkozott. Egy számítási módszertıl elvárjuk, hogy azonos indexekhez azonos színvisszaadási tulajdonságok tartozzanak. Kísérletek azt mutatták, hogy a 95 és 100 közötti Ra értékkel rendelkezı lámpák esetén az 5 egységnyi eltérés az éppen észlelhetı színingerkülönbséget jelentette. Még az azonos CCT –vel és azonos Ra értékekkel rendelkezı lámpák esetén is különbségek mutatkoztak azok színvisszaadási tulajdonságaiban, nem beszélve a speciális indexekrıl, ahol azok egyezése sem jelentett azonos színvisszaadást, mivel azok értéke nem utalt az eltolódás irányára. Két különbözı korrelált színhımérséklettel rendelkezı lámpa esetén, azonos Ra értékek vizuális színvisszaadása pedig eltérı. A modell pontosságának tovább növelése érdekében hatékonyabb kromatikus adaptációs korrekcióra, és egy egyenlıbb köző színtérre lenne szükség, az eltolódások irányának feltüntetésével – fogalmazódott meg sokakban. Ennek következménye volt az a rengeteg kutatómunka, amit ezen 1974-es publikáció további vizsgálatai eredményeztek. Mivel az akkori számítások javarészt elméleti spektrális eloszlásokon
alapultak,
mind
inkább
elıtérbe
került
a
lámpák
színvisszaadási
tulajdonságainak szubjektív, vizuális megítélése is. Halstead és társai52 különbözı színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezı fényforrásokkal megvilágítva a nyolc darab CIE Munsell mintát vizuális kísérleteket végeztek, melynek keretein belül a megfigyelıknek egy négy elemő skálán kellett értékelniük az észlelt színinger-különbségeket. Azt találták, hogy az éppen észlelhetı színinger-különbségek körülbelül 12-18 speciális Ri index egységnek felelnek meg, egy adott, konkrét mintát tekintve. Kambe és Mori53 már 1971-ben hasonló kísérleteket folytattak, és az éppen észlelhetı színinger-különbséget 7 egységnyi Ra index értékben határozták meg a nyolc Munsell minta esetén, valamint megmutatták, hogy a speciális indexek, és a vizuális megfigyelések közti korreláció mértéke a vizsgált mintától függıen változott. Maitreya54 binokuláris látási szituációs technikát alkalmazva, az eddigiektıl eltérıen, jóval kisebb mértékő (5 speciális Ri index egységnyi) toleranciát határozott meg a minimálisan észlelhetı színinger-különbségekhez kapcsolódva, ami alighanem az eltérı technika alkalmazásának volt köszönhetı. Eastmen és társai55 arra hívták fel a figyelmet, hogy a mért és vizuális különbségek közt nagyobb mértékő egyezés mutatható ki azokban az esetekben, amikor a megfigyelık teljes mértékben adaptálódnak a látási körülményekhez.
22
3.6. Optimalizált fényforrások megjelenése Kihasználva a CIE új modelljének elınyeit sokan mind hatékonyság, mind pedig színvisszaadás
szempontjából
optimalizált
spektrumok
meghatározásába
kezdtek56,57,58,59,60,61,62,63,64, mely kutatások a keskeny sávú és kompakt fénycsövek kialakulásához vezettek65,66. Koedam és Opstelten67 egy számítógépes program segítségével generált és módosított spektrális teljesítmény-eloszlásokat vizsgáltak. A program segítségével képesek voltak meghatározni, hogy a spektrum egyes részeinek intenzitását megváltoztatva milyen hatása van annak az elméleti eloszlások színvisszaadására. Meghatározták azt a maximális Ra értéket, melyet 3 vagy 4 vonalat tartalmazó spektrummal lehet elérni. Megmutatták, hogy egy nagynyomású gázkisülı lámpa spektrumába további elemek (pl. kadmium, indium, tallium, nátrium, lítium) által gerjesztett vonalat adva, Ra = 80 általános színvisszaadás index érhetı el, megváltoztatva természetesen annak hatékonyságát. Három sávval rendelkezı lámpa esetén az alábbiakat határozták meg: -
három vonal választandó a hullámhossz tartomány három elkülönülı részén, nevezetesen a kék, zöld és vörös tartományokban (455 nm – 485 nm, 525 nm – 560 nm, 595 nm – 620 nm),
-
fényforrások színességi koordinátáinak közel azonosnak kell lenniük a Plank sugárzó színességi koordinátáival,
-
a korrelált színhımérséklet növelésével az optimális hullámhosszak a rövidebb hullámhossz tartományok felé tolódnak,
-
csökkenı korrelált színhımérséklet esetén az általános színvisszaadási index értéke némiképpen nı.
A különbözı spektrumok meghatározása során vizsgálták azok X,Y,Z színinger összetevıinek változását, és arra a következtetésre jutottak, hogy alacsony színhımérséklető lámpák esetén azok Z értéke nagymértékben csökken, következésképp a kék hullámhossz tartomány hatása is kisebb lesz, és ennek igazolására létre is hoztak egy 2 vonalas spektrumot, melynek színvisszaadási indexe közel Ra = 64 volt. A kísérlet célja az volt, hogy rávilágítson arra a tényre, miszerint már akár csak három vonal felhasználásával is képesek jó színvisszaadással rendelkezı spektrumok megalkotására a CIE által megfogalmazott módszer értelmében, ami felveti annak helyességét. Walter68,69 hasonló törekvéső munkája során megmutatta, hogy négy keskeny sáv (460 nm, 530 nm, 580 nm, 620 nm) elegendı egy 95-ös Ra index eléréséhez.
23
3.7. A színvisszaadás problémájának alternatív megközelítései 3.7.1.
Színdiszkrimináció
Mások, újabb és újabb elgondolások alapján próbálták a színvisszaadás problémáját vizsgálni, és ez által kapcsolatot teremteni a színvisszaadási index és például a színdiszkrimináció (colour discrimination), vagy a „vizuális tisztaság”70 (visual clarity) fogalmai között. A színdiszkrimináció alapvetı hipotézise, hogy milyen jól különböztethetıek meg a közel azonos színek egy megvilágító esetében. Ennek érdekében színinger-különbségeket határoztak meg az egymástól csekély mértékben eltérı színek esetén. Schanda és Czibula71 egy speciális színdiszkriminációs indexet alkottak (sCDI) a színinger-különbségek és azok standard szórását felhasználva (δi): 8
*
∆Eik ( S ) ∑ * ∆E ( D65 ) sCDI i = k =1 ik − aδ i 8
(2)
ahol, ∆Eik*(D65) és ∆Eik*(S) színinger-különbségek a centrálisan elhelyezett nyolc színminta mindegyike és az azok körül elhelyezett nyolc másik minta között kerültek kiszámításra, a mintákat D65 referencia fényforrással és az S teszt fényforrással megvilágítva. „i” az i-dik központi mintát jelenti és „k” pedig azok szomszédait. Az „a” pedig egy paraméter, melyet úgy határoztak meg, hogy az sCDI optimális egyezést mutasson Boyce és Simons72 vizuális kísérleteinek eredményeivel. Boyce73 figyelme olyan vizsgálatok irányába terelıdött, ahol a szín-megkülönböztetés lehetısége minél nagyobb mértékben van jelen. Az általános színvisszaadási index helyett, ezen feladatok esetében, egy alternatív megoldásként a színdiszkriminációs index bevezetésére tett javaslatot. Ennek értelmében, szerinte minél nagyobb a nyolc Munsell minta színkoordinátái által CIE UCS színtérben meghatározott oktagonális területe, annál jobb egy lámpa színdiszkriminációs képessége. Vizuális kísérletet folytatott különbözı CRI értékkel rendelkezı – Northlight, Natural, White és Grolux – lámpák esetén, 300 lx és 1000 lx megvilágítási szint mellett, vizsgálva annak eltérı hatását is a színdiszkriminációs feladatokban, az 1973-ban kiadott IES „Code for Interior Lighting”74 dokumentum figyelembe vételével. A megfigyelık feladata az volt, hogy a Farnsworth-Munsell 100 Hue teszt75 elemeit sorba rendezzék mind a négy fényforrás által megvilágítva, a két különbözı megvilágítási szint mellett. Statisztikai számítások révén kimutatható volt, hogy szignifikáns kapcsolat van az egyes lámpatípusok és
24
a színkör különbözı tartományaiban elkövetett hibák között. Az is kimutatható volt, hogy a fénysőrőségi szint változása nem befolyásolta szignifikáns mértékben a hibák számát, mellyel kapcsolatban késıbb Crawford76 is vizsgálódott, és úgy találta, hogy kis színingerkülönbségek észlelésének folyamatát a közel 30 lux alatti megvilágítási szint befolyásolja csak nagymértékben. Megvizsgálta az átlagos hibák számát az átlagos színtérbeli különbségek függvényében, miszerint ha az egyes színezeti tartományokban található korongok közelebb vannak egymáshoz a színtérben, akkor a sorba rendezés során elkövetett hibák számának elviekben növekednie kellene. E vizsgálat során arra a következtetésre jutott, hogy a CIE UCS diagramja nem feltétlen egyenlıköző, és ezt Pointer77 eredményei is alátámasztották, de megjegyezte, miszerint a 2000 K és 6500 K közötti tartományba esı korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások esetén a színtér nem egyenlıközősége csak csekély mértékben mutatható ki. A fluoreszcens világosítók és festékek megjelenése fıleg a textil és mosószer iparban (valamint nyomdaiparban) szükségessé tette az UV kibocsátással is rendelkezı fényforrások vizsgálatát. Ganz és Eitle78 olyan CRI index kidolgozásával próbálkoztak, mely figyelembe veszi a fényforrások UV tartományba esı sugárzását, miként hatnak azok optikai világosító anyagokra (lásd még79). A CIE Bizottsága fontolóra vette egy hasonló speciális index kidolgozásának lehetıségét is, adott UV tartomány és speciális fluoreszcens minták felhasználásával, többek munkáját – Berger és Strocka80,81, Terstiege és Mallwitz82 figyelembe véve, azonban ez mind a mai napig nem valósult meg. Voltak, akik a mérések pontosságát szerették volna ellenırizni, ezért ugyanazon fénycsöveket több laboratóriumban is bevizsgálták és Moore és társai83 átlagosan 2 egységnyi Ra , valamint 5 egységnyi Ri eltérést tapasztaltak az elsı nyolc Munsell minta esetén, ha a különbözı laboratoriumokban meghatározott színképek segítségével határozták meg a vizsgált lámpa színvisszaadását. A CIE 13.2-es változatában bevezetett kromatikus adaptáció helyességét többen is vizsgálni kezdték (Halstead és társai84, Henderson és Halstead85), mert feltőnt számukra, hogy ha a lámpa színessége a Plank görbétıl a bíbor irányába esett úgy a színvisszaadási indexek nagyobbak voltak, mintha a lámpa színessége ugyanolyan mértékben a Plank görbétıl a zöldesebb irányába tért el. Úgy találták, hogy nemcsak az adaptációs transzformáció, hanem az alkalmazott színtér geometriája is fontos szerepet tölt be fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározásakor. 25
3.7.2.
Színpreferencia – „flattery index”
Szintén teljesen új elven alapuló, a színpreferenciával kapcsolatos munkák is napvilágot láttak, melynek elsıdleges megfogalmazása („flattery index”) Judd86 nevéhez főzıdik. A színvisszaadás fogalma ebben az esetben azt jelentette, hogy egy fényforrás mennyire képes a tárgyakat azok preferált színével megjeleníteni. Az így bevezetett „flattery index” azt határozta meg, hogy a vizsgált fényforrás milyen mértékben jeleníti meg a színeket, úgy, ahogy azt mi látni szeretnénk. Elıször is szükség volt a vizsgálandó tárgyak (pl. emberi bır, vaj, levélzet, zöld fő) preferált színeinek meghatározására valamilyen referencia fényforrás alatt, mely Sanders8788, Buck and Froelich89, Newhall, Burnham és Clark90, valamint Bartleson91 munkáját felhasználva valósult meg. A CIE modelljét alapul véve egy elızetes index számítási képlet született: R f = 100 − 0,839∆E f , K
(3)
ahol ∆E f ,K a preferált színek és a teszt fényforrás által megvilágított minták (a CIE modell szerinti elsı 8, valamint a 13-dik és 14-dik Munsell minta) színei közti számított színingerkülönbségek számtani közepét jelenti. Ezen a téren még Jerome92,93 és Thornton94 munkáját kell megemlítenünk. Jerome egy olyan kísérleti dobozt épített, melybe két különbözı típusú fényforrást (W-13 és Cool White) helyezett, oly módon, hogy változtatni lehetett a két spektrum keverékének arányát. A 13-as publikációban elfogadott 14 Munsell mintát egyenként, szürke háttér elıtt kellett a kísérleti személyeknek a kísérleti dobozban megfigyelni, és a lámpák arányát úgy változtatni, hogy az észlelt szín a legkellemesebb legyen számukra minden egyes minta esetén. Azt találta, hogy bizonyos színminták esetében ezen arányok megváltoztatása nincs hatással azok megjelenésére, pl.: 2. sötétszürkés sárga, 3. erıs sárgászöld, 14. levélzöld. Az alábbi színminták esetében elsıdlegesen színezetbeli különbségeket talált: 6. világoskék, 7. világos ibolya, 10. erıs sárga és 12. erıs kék. Az eredmények igazolták az eddigi kutatásokat, miszerint minél élénkebb, erıteljesebb, színesebb volt egy adott minta, annál jobban preferálták azt a megfigyelık, egyre nagyobb arányban keverve a W-13 fénycsı spektrumát. Több fényforrás esetén is meghatározta az Ra és Rf értékeket, amibıl kitőnt, hogy a két skála nem arányosan változik. Jerome és Nickerson kifogásolta ezen képlet azon rossz tulajdonságát, hogy nem vethetı közvetlenül össze az Ra általános színvisszaadási index-el,
26
ezért azt a képletben szereplı konstans megváltoztatásával, egy az Ra értékekkel jobban korreláló formulára módosította: (4)
R f = 100 − 4,6∆E f , K így a két index, azonos skálázásuk révén, már összevethetı volt.
Jerome további Rf formulákat vezetett be Judd egyenletébıl kiindulva, amiket a vizuális kísérleteivel alátámasztott. Judd és Jerome munkássága egyértelmően rámutat arra a tényre, hogy egyetlen index használata nem feltétlen elegendı a fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak összehasonlítására. Míg a vizsgált, 90 százalékban W-13 spektrumot tartalmazó megvilágító jóval gyengébb CRI értékkel rendelkezik, mint a Cool White de luxe társa, addig a vizuális kísérletekben a megfigyelık nagyobb mértékben preferálták a kevert fényforrást. Thornton95 3 különbözı alkalmazási területen – színvisszaadás (CRI), színdiszkrimináció (CDI) valamint színpreferencia
(CPI)–
végzett
kísérleteit
foglalta
össze,
melyekben
fényforrások
tulajdonságait vizsgálta. Tizenegy fényforrás CRI, CDI és CPI értékeit határozta meg számos mérés, valamint vizuális kísérlet segítségével és vetette össze azokat egymással. Megmutatta, hogy azonos színességi koordinátával rendelkezı fényforrások esetén is e három index értékei nagyban eltértek egymástól. Arra a megállapításra jutott, hogy egy fényforrás jellemzésére az adott alkalmazási területtıl függıen más-más indexszámítás adja a legjobb eredményt, azaz nem mindegy, hogy adott feladathoz választandó lámpákat milyen indexszámítással hasonlítunk össze. Azon lámpák esetén, amelyeket olyan célra fejlesztettek ki, ahol könnyő szín-megkülönböztetés volt az elsıdleges feladat, a növekvı színdiszkriminációs képesség drasztikusan csökkenı CRI és CPI értékekkel párosult. A tárgyak preferált színeikkel való megjelenítéséhez kifejlesztett lámpák esetén viszont növekvı CDI indexekhez növekvı CPI értékek és csökkenı CRI –k tartoztak. Felvetıdik a kérdés, hogy mesterséges fényforrások felhasználási céljától függıen más-más indexet válasszunk-e azok színvisszaadási tulajdonságainak jellemzésére, egyetlen szám kielégítı információt tud e szolgáltatni akár a specialisták részére is, illetve, hogy mennyire kell és tudják befolyásolni a hétköznapi emberek eltérı igényei a színvisszaadás meghatározásának folyamatát? A késıbbiekben a „flattery index” szó használatát „preference index”–re módosították erkölcsi kifogások miatt.
27
Einhorn96 1975-ben bırszínekhez határozott meg preferencia indexeket, csupán csak az u színkoordináta eltolódását figyelembe véve, mely munka igazi jelentıssége, hogy rámutat a bırszínek fontos szerepére a színvisszaadási tulajdonságok meghatározásában. Ha egy lámpa egy adott tárgyat annak preferált színével képes megjeleníteni, abból nem következik, hogy egy másik tárgyat is preferált színében fog megjeleníteni, így a speciális indexek meghatározása hasznosabbnak tőnik, mint egy általános index bevezetése
3.7.3.
Duál indexek
Az úgynevezett „duál index”-et Halstead és társai97 fogalmazták meg, melynek értelmében a CIE Ra index számítási elvét alapul véve bevezették az általános RDLT és RINC indexek fogalmát, ahol egy adott teszt fényforráshoz összehasonlító referencia fényforrásként természetes sugárzás eloszlású (daylight), illetve izzólámpát (incandescent) választottak. Mind a nyolc Munsell mintához speciális duál indexeket is meghatároztak, amiket azután összehasonlítottak más, elızı munkákból származó eredményekkel52; és az általános „duál” indexekkel, amik között jó korreláció mutatkozott. Ez a fajta megközelítés a színvisszaadás vizsgálatának alapjait tekintve nem sokban tér el a CIE modell szerintitıl; egy vagy két hasonló index bevezetése nem biztos, hogy használhatóbb megoldást eredményez.
3.7.4.
„Gamut
area”
meghatározása,
mint
fényforrások
színdiszkriminációs képességének mértéke 1967-ben Pracejus98 vetette fel talán elsıként azt az ötletet, hogy a nyolc kitüntetett Munsell minta UCS színkoordinátái által meghatározott nyolcszög alakú terület segítségével valamiképp jellemezze a lámpák színvisszaadási tulajdonságait. Több fényforrás esetén is meghatározta ezen nyolcszög alakú területek nagyságát és összevetette azokat konstans energiájú spektrum által történt megvilágítás segítségével meghatározott területtel. Az így képzett arányok összhangban voltak a vizuális kísérleteivel. Miként azt a színdiszkrimináció tárgyalásánál már említettük, Thornton99 úgy gondolta, hogy a „gamut area” fogalma talán a lámpák színdiszkriminációs képességeivel is összefügghet, miszerint minél nagyobb ez a terület, annál jobb a színvisszaadás. Ez nem feltétlen igaz, és erre a késıbbiekben példát is mutatok, illetve az állítás egy más megfogalmazása, miszerint a 28
jó színmegkülönböztetés jó színvisszaadással párosul, sem következik egymásból. Ezen terület számítási eljárás használhatósága azonban nagyban függ az alkalmazott színtér egyenlıközőségétıl, amire már korábban utaltam Henderson és Halstead munkássága kapcsán. Egy nagyon fontos, és ez idáig nem említett területe a színvisszaadás problémájának fényforrások használata a szín reprodukciós iparágban, melyet Hunt100 ismertetett 1973-ban. Színreprodukció folyamata során fényforrások használata több fázisban is megjelenik, melynek mindegyike hatással van a színek végsı megjelenésére, azonban e terület rendkívüli komplexitása révén túlmutat a világítástechnika területén. A különbözı fényforrások megjelenésével egyidejőleg a festékiparban is jelentıs változások mentek végbe, új alapanyagok jelentek meg, ami egy eddig számításba nem vett problémára hívta fel a figyelmet, a metamériára. Színvisszaadási tulajdonságok vizsgálatánál nem szabad figyelmen kívül hagyni a metaméria jelenségét sem, mely szerint, amíg két színminta egy adott fényforrás alatt azonosnak látszik, addig azokat egy másik sugárzáseloszlással megvilágítva a két minta különbözınek mutatkozhat. Thornton101,102,103 ezen a téren is számos vizsgálatot folytatott, és olyan lámpát tervezett, amelynek segítségével a metaméria jelensége által észlelt eltérések könnyen detektálhatóak voltak. Nagyszámú valós mintával végzett kísérleteket folytatott e téren Brockes104 is.
3.7.5.
„Visual clarity”
A „visual clarity” fogalmának kigondolása Aston és Bellchambers70, valamint Bellchambers és Godby105 kísérleteihez kapcsolódik. Eredete arra a megfigyelésre vezethetı vissza, miszerint egy jó színvisszaadással rendelkezı lámpa világosabb, fényesebb, élénkebb színben adja vissza a tárgyakat, mint ahogy azt a mérési eredmények igazolják. Ennek a jelenségnek a mérésére két azonos kísérleti szekrényt építettek70, melynek egyik falát közép szürkére festették, a szekrény aljába egy zöld ruhát tettek, és erre üvegvázába mővirágot, valamint különbözı színő könyveket, a hátsó lapra pedig virágokkal díszített drapp függönyt, valamint egy enyhén csiszolt famintát helyeztek. A megfigyelıknek közvetlen a két doboz elıtt állva, össze kellett hasonlítaniuk egy fix megvilágítási szinttel rendelkezı standard, nagy
29
fényhasznosítással rendelkezı lámpát (200 lx, 400 lx és 800 lx megvilágítás esetén) egy jó színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezı állítható fényerejő de luxe fénycsıvel, és annak megvilágítási szintjét úgy állítani, hogy a két lámpa esetén észlelt világosság, illetve színek azonosak legyenek. Az eredmények azt mutatták, hogy a jó színvisszaadással rendelkezı lámpa megvilágítási szintjét általában 20 százalékkal kisebbre állították be a megfigyelık, a standard lámpa szintjéhez képest, de úgy vélték ez a környezet túlzott színessége miatt történhetett. Késıbb, 1972-ben105 a kísérletet megismételték, immáron két azonos mérető és elrendezéső szoba segítségével. Az egyiket rögzített fénysőrőségi szinttel rendelkezı lámpával, míg a másikat jó színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezı, de állítható fénysőrőségi szintő lámpával világították meg. A megfigyelıknek itt is úgy kellett a megvilágítási szintet beállítaniuk, hogy az egymástól elhatárolt szobák látványa világosság, vizuális tisztaság és kellemesség szempontjából azonos legyen. Ezzel a kísérletsorozattal is alátámasztották elızı eredményeiket, miszerint azonos megvilágítási szint mellett a jó színvisszaadással rendelkezı lámpák nagyobb fokú vizuális tisztaságot nyújtanak a nagy fényhasznosítással rendelkezı lámpákkal szemben. Boyce és Lynes106 éppen ezért drapposabb színek választásával hasonló megfigyeléseket végzett és 25 százalékos csökkenést mértek a de luxe lámpa esetén alátámasztva ezzel Bellchambers és társai eredményeit. Thornton107,108 egy cikkében leírta, hogy festık a képek akromatikus részleteit tisztábbnak és élesebbnek látják az ı prime-colour fényforrása alatt, mint standard lámpával megvilágítva. Ugyanezen jelenség volt megfigyelhetı egyazon kirakat bal ill. jobb oldalának elıbb említett két fényforrással való megvilágítása esetén is. Semmiképpen sem elhanyagolható ezen „vizuális tisztaság”-nak keresztelt jelenség létezése, de azt sem szabad elfelejteni, hogy ez sokkal inkább egy szubjektív érzet, mint egy objektíven mérhetı mennyiség. A CIE vonatkozó bizottsága tanulmányozta és elemezte a fentieket, de egyik módszert sem fogadta el. A Nemzetközi Világ. Tech. Bizottság 1976-ban két új színteret határozott meg, CIELAB és CIELUV néven, felismervén, hogy az 1964-ben ismertetett U*V*W* egyenlıköző színtér, amire a CRI számítás alapult nem volt kellıképpen egyenlıköző. 1983-tól kezdve több technikai bizottságot hoztak létre, melyek mindegyikének közvetve feladata volt a színvisszaadás számítási modell meghatározásának továbbfejlesztése. Munkálkodásuk során a napvilágra került újabb módszerekben, változtatásokban nem igazan értettek egyet, ezért bizonyos ideig fel is függesztették azok munkáját. Az 1991-es ülésen 30
felmerült az az ajánlás, hogy Nayatani109 és Hunt110 munkáit alapul véve, színmegjelenési modellre alapozott színvisszaadási eljárást dolgozzanak ki, azonban Walter111 megmutatta, hogy ezen színmegjelenési modellek hasonló eredményeket szolgáltatnak, mint az 1974-es 13.2 –es modell. A CIE újabb bizottságok felállítása mellett döntött (TC 1-32: színek megjelenésének megbecsülése eltérı kromatikus adaptációk mellett, TC 1-33, TC 1-34: színmegjelenési modellek vizsgálata és ajánlása a gyakorlatban), és a TC 1-33 bizottság számára az alábbiakat határozta meg: „fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak tanulmányozása különbözı színmegjelenési modelleket alapul véve, ajánlást adva egy új eljárásra, mely helyettesíti a 13.2-es publikációt”. Az 1992/93/94-es években tovább folytak a tárgyalások egy új modell felállításával kapcsolatban, ahol fel is vetıdött annak lehetısége, hogy az 1976-ban megjelent színterek valamelyikét adaptálják a modellbe, egy újonnan megjelent kromatikus adaptációs transzformációval (CIE 109-1994)112 együtt.
3.8. CIE
CRI-1996
–
Átmeneti
megoldás
fényforrások
színvisszaadási tulajdonságainak jellemzésére Idıközben CRI-1996 névre keresztelve egy átmeneti megoldásnak számító modell javaslatot jelentettek be, amíg egy a színmegjelenési modelleken alapuló eljárás nem lát napvilágot. Ennek a javított modellnek, ami a CIE 13.2-es eljárás helyettesítését szolgálja a legfontosabb újdonsága, hogy a teszt és referencia fényforrás által megvilágított színminták tristimulusos értékeit CIELAB színtérbe transzformálja D65 megvilágítási adaptáció mellett, a CIE (1091994)112 új kromatikus adaptációs transzformációja segítségével, helyettesítve ezzel a von Kries féle transzformációt. A modell megalkotásakor az alábbi irányelveket vették figyelembe: -
a javított modellnek következetesnek, ellentmondásmentesnek kellett lennie az akkori CIE szabványokkal és ajánlásokkal
-
a színvisszaadás meghatározásának általános elvét nem szabadott megváltoztatni, miszerint adott egy teszt-minta eljárás, melyben a színminták azok spektrális sugárvisszaverési tényezıijével pontosan rögzítettek és a lámpák színvisszaadási
31
tulajdonságai azok általános és speciális színvisszaadási indexének meghatározásával történik a referencia és teszt fényforrás általi eredı színinger-különbségek révén. A színvisszaadási indexek meghatározásához szükség van a választott színminták eredı színinger-különbségére, mely a minták fényforrás által okozott színeltolódásának valamint a kromatikus adaptáció általi színeltolódásnak a vektori összege. Ezt az alábbiak szerint kell számolni: 1. elıször a színminták referencia és teszt fényforrás által megvilágított CIE színingerösszetevıit kell meghatározni, 2. majd a tristimulusos értékekre alkalmazni kell az új kromatikus adaptációs transzformációt, melynek hatására olyan színinger jellemzıket kapunk, melyek megfelelnek az eredeti színek D65 alatti értékeivel. Erre azért van szükség, mert a CIELAB tér D65 megvilágítási körülmények között a legegyenlıbb köző és a színtérrel kapcsolatos legtöbb vizsgálat is D65 sugárzáseloszlás alatt történt, 3. végezetül meg kell határozni az adott minták CIELAB térbeni színinger-különbségét, mely az eredı színinger-különbséget szolgáltatja.
3.8.1.
Referencia fényforrások rögzítése
Mint minden színvisszaadás meghatározására való törekvésnél a teszt fényforrásunkat mindig valamilyen referencia fényforráshoz viszonyítjuk. A CRI-1996 modell matematikailag definiált választható referencia fényforrásokat határoz meg (CRI-1996-RI): 2. Táblázat: A CIE CRI-1996 által meghatározott referencia fényforrások és színmetrikai jellemzıi
Megvilágító Korrelált CIE (x,y) színkoordináták megnevezése színhımérséklet x y D65 CIE daylight 6500 K 0,3128 0,3292 D50 CIE daylight 5000 K 0,3457 0,3586 P4200 Plank sugárzó 4200 K 0,3720 0,3714 P3450 Plank sugárzó 3450 K 0,4081 0,3921 P2950 Plank sugárzó 2950 K 0,4405 0,4053 P2700 Plank sugárzó 2700 K 0,4599 0,4106 Ezen referencia fényforrás értékek az IEC (International Electrotechnical Commission) által rögzített cél-korrelált színhımérsékletek. A fényforrások spektrumát 380 nm és 780 nm 32
között, 5 nm-es lépésközzel kell meghatározni. A táblázatban szereplı referencia fényforrások közül azt kell választani melynek a*,b* CIELAB koordinátái legközelebb esnek a teszt fényforrás CIELAB színkoordinátáihoz. Elviekben megengedett ezektıl eltérı referencia fényforrás használata is, de ez esetben annak adatait pontosan rögzíteni kell.
3.8.2.
Színminták rögzítése
Mivel a 13.2-es módszerben ismertetett Munsell minták egy része már a gyakorlatban nem volt elérhetı vizuális kísérletek számára, ezért azokat a színteret elviekben jobban lefedı, telítettebb színekre cserélték ki, felhasználva a „GretagMacbeth ColorChecker Chart”113 (MCC) színpaletta nyolc darab kromatikus mintáját (CRI-1996 TCS01*-TCS08*) valamint két valódi bırtípust (1. ábra). A CRI-1996 TCS01*-TCS08* minták MCC megfelelıit a 4. Táblázat tartalmazza. 100 TCS03
80 TCS02 TCS04 60
40
TCS05
TCS01 TCS10
b*
20
TCS09
0 -60
-40
-20
0
20
40
-20 TCS06
60
TCS08
-40 TCS07
-60 a*
1. ábra: TCS01*-TCS10* tesztminták CIELAB a*,b* színtérben való ábrázolása.
A választott minták D65 szabványos megvilágító alatti CIELAB színkoordinátái a 3. Táblázatban olvashatóak.
33
3. Táblázat: A színminták D65 szabványos nappali sugárzáseloszlással megvilágított L*a*b* értékei TCS01* TCS02* TCS03* TCS04* TCS05* TCS06* TCS07* TCS08* TCS09* TCS10*
L* a* b*
40,9 51,0 26,3
61,1 28,8 57,9
81,6 -4,2 80,3
72,0 -29,4 58,9
55,7 -43,4 35,6
51,7 -26,4 -24,6
30,0 23,2 -49,6
51,0 47,3 -13,8
68,7 14,2 17,4
63,9 11,7 17,3
Ugyan a paletta tartalmaz két bırtípust is, szerencsésebbnek látták azokat valódi spektrális adatokkal helyettesíteni. Így esett a választás egy Halstead114, valamint Buck és Froelich89 által rögzített kaukázusi bırszínre (TCS09*), és egy japán nıi arcszínre (TCS10*), melyet japán ipari szabvány115 rögzített. A színminták reflexiós spektrumának görbéit és spektrális sugárvisszaverési tényezıit a Függelék 6. tartalmazza (CD Melléklet). 4. Táblázat: CRI-1996 – TCS01*-TCS10* színminták MCC és Munsell megfeleltetéseik
TCS01*
Macbeth ColorChecker Chart megfeleltetés MCC 15
Munsell megfeleltetés 5.0R 4/12
TCS02*
MCC 7
5.0YR 6/11
TCS03*
MCC 16
5.0Y 8/11.1
TCS04*
MCC 11
5.0GY 7.08/9.1
TCS05*
MCC 14
0.1G 5.38/9.65
TCS06*
MCC 18
5.0B 5/8
TCS07*
MCC 13
7.5PB 2.90/12.75
TCS08*
MCC 17
2.5RP 5/12
CRI-1996 – TCS
TCS09*
kaukázusi bırszín
TCS10*
kelet-ázsiai bırszín
A módszer egyes lépéseinek részletesebb leírását az 1. számú Melléklet tartalmazza.
3.9. Színkategorizáláson alapuló modellek A CIE színvisszaadási index számítása nem a tárgyak színmegjelenésén, hanem a különbözı fényforrások okozta színinger-különbségek átlagolásán alapul. A színek megnevezései fontos szerepet
töltenek
be
a
gyakorlati
alkalmazásokban,
mint
pl.
színkódolásban,
színreprodukcióban, színjelzésben, a mindennapi életünkben. A szín elnevezések a tárgyak színmegjelenésének leírását teszik lehetıvé, ezért alkalmazásuk lámpák színvisszaadási tulajdonságainak vizsgálatakor hasznosnak tőnhet.
34
Yaguchi116,117 és társai munkájuk során 292 Munsell mintát, 14 különbözı lámpával világítottak meg és a 4 megfigyelı feladata az volt, hogy a mintákat szétválogassák a Berlin és Kay118 által rögzített 11 elemi színkategória szerint, melyek az alábbiak voltak: vörös, zöld, sárga, kék, narancs, rózsaszín, bíbor, barna, fehér, szürke, fekete. Az így kiválasztott, azonos színkategóriába sorolt mintákat ezek után négy különbözı színtérben ábrázolták, hogy megvizsgálják, egymásba esnek-e a koordinátarendszerben az azonos csoportba tartozó minták a különbözı fényforrások esetén. Azt találták, hogy sem a Munsell színtér, sem a CIE 1931 (x, y) tér, sem a CIELAB tér nem jó választás, mert bizonyos kategóriák átlapolódnak, ha a mintákat különbözı fényforrások világítják meg. Megoldást nyújtott azonban a CIECAM97s színmegjelenési modellben való ábrázolás, a minták színességi értékeinek J, C, h koordinátákba való transzformálása. A 11 színkategória egyike sem esett egybe egy másikkal a különbözı megvilágítók esetén. Ez azt jelentette, hogy a CIECAM97s színmegjelenési modell pontosan elıre tudja jelezni, hogy egy adott minta egy adott fényforrás alatt milyen színkategóriába fog esni. Kidolgoztak egy módszert a kategorikus színvisszaadás meghatározására, átlapolódások mértékére alapozva azt, Boynton, Fargo és Collins119 módszeréhez hasonlóan. Minden egyes színkategóriához hozzá rendeltek egy területet, mely a maximális és minimális színezeti szöggel ill. krómával került kijelölésre. A színkategóriák referenciának választott D65 megvilágító alatti, négy referencia pont által meghatározott területeit (Sri) hasonlították össze a teszt fényforrások alatti területekkel (Sti). Kategorikus színvisszaadási indexnek a 100(S ri ∩ S ti ) / S ti -t, míg általános kategorikus színvisszaadási indexnek ezek átlagát tekintették. A színkategóriákon alapuló módszer segítségével meghatározott és lámpák közt felállított sorrend nem teljesen egyezett meg a hagyományos CRI számítás általi sorrenddel, de az Ra = 60 –nál nagyobb indexel rendelkezı lámpák esetén az értékek jól korreláltak egymással.
3.10. Módosított színterek és színmegjelenési modellek A tárgyak, képek színmegjelenése attól függıen, hogy milyen megvilágítási körülmények közt látjuk azokat – pl. különbözı hordozó médiumok, fényforrások, háttér színek, megvilágítási szintek – különbözıképpen változnak. Ez a jelenség rengeteg problémát vet fel minden, a színmegjelenéssel kapcsolatos iparágban, például: -
festékipar: miként változnak meg a felületszínek különbözı megvilágítások mellett;
35
-
világítástechnika: teszt és referencia fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározása;
-
színreprodukció: az eredeti minta színhő leképzése egy teljesen más médiumon – pl. ruha, fénykép, monitor, papír, stb. – függetlenül attól, hogy milyen megvilágítás mellett látjuk.
Ahhoz, hogy ezeket a problémákat elemezni lehessen nagyon sok vizuális kísérletre van szükség tapasztalt megfigyelık bevonásával, mely költséges és szubjektív eredményeket adó megoldás. Az iparban dolgozó mérnökök már régóta igényelték egy olyan módszer megalkotását, melynek segítségével pontosabban meg lehet határozni a színmegjelenést. A színinger mérés csak arra ad felvilágosítást, hogy azonos látási körülmények között azonos színészleletet válte ki két színinger vagy sem. A különbözı látási körülmények közötti azonos színészlelet leírását színmegjelenési modellek tehetik lehetıvé.
3.10.1. CIECAM97s színmegjelenési modell A CIE Divízió 1. 1996-os bécsi ülésén fontos kérdés volt egy általánosan használható színmegjelenési modell létrehozása, melyre például a képreprodukciós iparban nagy szükség lett volna. Az ilyen modellek feladata, hogy matematikai kapcsolatot határozzon meg a stimulus fizikailag mérhetı tulajdonságai (pl. CIE X, Y, Z) valamint a vizuálisan észlelhetı attribútumok, mint pl. abszolút világosság, színezet, króma, színdússág, telítettség között. Ehhez nemcsak az inger tristimulusos értékeire, hanem annak hátterére, környezetére, a megvilágítási szintre, valamint kognitív hatások figyelembe vételére is szükség van.
36
X, Y, Z Bemeneti paraméterek:
RGB-válasz transzformáció
LA, Yb, Xw, Yw, Zw, F, c, FLL, Nc R, G, B Kromatikus adaptációs transzformáció
Rc, Gc, Bc Csap-válasz transzformáció
R’, G’, B’ Dinamikus válasz transzformáció
Ra’, Ga’, Ba’ kromatikus jelfeldolgozása
akromatikus jelfeldolgozása
a, b, h, H
J, Q
s, C, M
2. ábra: Színmegjelenési modellek általános struktúrája.
A kimenetnek számító adatok az alábbi észleletek korrelátumai, melyek definíciói a Fénytechnikai Terminológia120 szerint az alábbiak: -
abszolút világosság (brightness): A vizuális érzékelés jellemzı tulajdonsága, amely szerint úgy tőnik, hogy egy felület több vagy kevesebb fényt bocsát ki. Nyílt végő skála, melynek zárt végén a zéró pontban definiált értéke a fekete. Egy minta abszolút világossága nagyban függ annak megvilágításától; ha egy felületszínt erısebben világítunk meg, az világosabbnak tőnik, mint ugyanazon felület gyengébben megvilágított területe.
-
relatív világosság: Egy felület világossága egy hozzá hasonlóan megvilágított, fehérnek vagy nagyon fényáteresztınek látszó felületnek a világosságához képest. Ez a skála 0-tól (fekete) 100-ig (fehér) terjed. Egy minta relatív világossága nagyban függ
37
a háttér relatív világosságától; egy sötét háttér elıtti minta világosabbnak tőnik, mint ugyanazon minta egy világosabb háttér elıtt. -
színdússág (colourfulness): A vizuális érzékelés jellemzı tulajdonsága, amely szerint egy felület színészlelete többé vagy kevésbé kromatikusnak tőnik. Szintén nyílt végő skála, melynek zéró pontjában a neutrális színek helyezkednek el. Hasonlóan az abszolút világosság esetéhez, a fénysőrőségi szint komoly befolyással bír egy tárgy színdússágára; minél erısebben világítunk meg egy tárgyat, az annál színesebbnek, élénkebb színőnek, színdúsabbnak tőnik (Hunt-effect).
-
króma (chroma): Egy felület színdússága egy hasonlóan megvilágított fehérnek vagy nagyon fényáteresztınek látszó felületnek az abszolút világosságához képest. Nyílt végő skála, kezdıpontjában a neutrális színekkel.
-
telítettség (saturation): Egy felület színdússága annak abszolút világosságához viszonyítva.
-
színezet: A vizuális érzékelés jellemzı tulajdonsága, amely szerint úgy tőnik, hogy egy felület hasonlít a piros, sárga, zöld vagy kék színészlelet egyikéhez vagy közülük kettı kombinációjához.
Az ábrán (2. ábra) feltüntetett paraméterek az alábbiak: -
X,Y,Z: a minta színinger összetevıi,
-
Xw,Yw,Zw: a referencia fehér színinger összetevıi,
-
Yb: a háttér relatív világossága,
-
LA: az adaptációs mezı átlagos fénysőrőségi szintje,
-
c, Nc, (FLL), F: a környezetet leíró paraméterek,
-
R,G,B: a színinger összetevık mátrix transzformációval elıállított R,G,B jelei,
-
Rc,Gc,Bc: az R,G,B jelekre alkalmazott kromatikus adaptációs transzformáció értékei,
-
R’,G’,B’, R’a,G’a,B’a: további transzformáltak értékei,
-
a,b,h,H: színkülönbségi jelek (a,b), színezeti szög, színezeti kvadratúra,
-
s (saturation), C (chroma), M (colourfulness): színtelítettség, króma, színezetdússág,
-
J (lightness),Q (brightness): világossági tényezı, abszolút világosság
A színmegjelenési modellek tesztelésére több módszert is kidolgoztak, pl. haploszkópikus egyeztetés, memória egyeztetés vagy nagyság becslés. Hunt121 12 pontban foglalta össze, hogy milyen követelményeknek kell megfelelnie egy ilyen modellnek, és hogy a TC 1-34 38
bizottság minél hamarabb lásson neki a modell kidolgozásának. 1997-ben a CIE divízió 1 ülésen Kyoto-ban mutatták be a CIECAM97s (simple version) ill. CIECAM97c (complex) névre keresztelt modellt, mely egybeolvasztása volt sok kutató, többek között: Bartleson, Breneman, Fairchild, Estevez, Hunt, Lam, Luo, Nayatani, Rigg, Seim és Valberg munkájának. Négy másik színmegjelenési modellel – Hunt96, Nayatani97, RLAB96, LLAB96 - összehasonlítva bizonyult a legjobbnak több száz mintát tartalmazó adathalmazok vizsgálata során. Luo és munkatársai122,123,124 számos nagyságrend becslésen alapuló vizuális megfigyelést folytattak, amely során keletkezett adathalmazt (LUTCHI) használták fel a CIECAM97s kifejlesztéséhez. Ezekben az adathalmazokban teszt és referencia megvilágítások mellett, azonosnak észlelt, de eltérı színkoordinátákkal rendelkezı minták találhatóak. A teszt fényforrás színkoordinátáira ezek után lefuttatva a modellt, az a referencia körülmények közt egy becsült értéket ad a minta megjelenésére. Amennyiben a becsült és az adathalmazban található értékek megegyeznek, a modell jól mőködik és sok mintára az összehasonlítást elvégezve a hatékonyság meghatározható. Az 1997-ben bemutatott CIECAM97s széles körben való elterjedésének a képreprodukció iparágában annak leginkább komplexitása, bonyolultsága, nehéz invertálhatósága szabott gátat. Ezért célul tőzték ki a modell egyszerőbbé tételét új technikai bizottság, a TC8-01 felállításával. Moroney125, Fairchild126,127 és több más kutató128,129,130 javaslatai a modell bizonyos pontjainak megváltoztatására az alábbiak voltak: 1. a kromatikus adaptációs transzformáció linearizálása a modell egyszerősítése és az invertálhatóság megkönnyítése érdekében 2. környezeti változók anomáliájának kijavítása 3. a világossági tényezı skálájának teljesen fekete mintához igazítása 4. a króma skála pontosítása az alacsony krómájú színek esetén 5. a környezeti változók súlyozásának folytonosan változtathatóvá (lineárissá) tétele Ezek alapján az eredeti és átdolgozott modell – CIECAM97sR131,132 - összehasonlítását az alábbi táblázat tartalmazza:
39
Bemeneti adatok: CIECAM97s (simple)
CIECAM97sR (revised)
LA, XYZ, XwYwZw, Yb
LA, XYZ, XwYwZw, Yb
c, Nc, FLL, F (táblázat alapján)
c, Nc, F (táblázat alapján, linearizált fv.)
Kromatikus adaptáció: CIECAM97s (simple)
CIECAM97sR (revised)
R X /Y G = M Y / Y B B Z / Y
R X G = M Y B Z
0.8951 M B = − 0.7502 0.0389
0.2664
− 0.1614 0.0367 ; 1.0296
1.7135 − 0.0685
MB
−1
[(
1.8327 − 0.0469
− 0.1934 0.0033 ; 0.0112
Rc = [D(100 / RW ) + 1 − D ]R
Gc = [D(1.0 / GW ) + 1 − D ]G Bc = D 1.0 / BW
0.3372
M −1 = [...]
= [...]
Rc = [D(1.0 / RW ) + 1 − D ]R p
0.8562 M = − 0.8360 0.0357
Gc = [D(100 / GW ) + 1 − D ]G
) + 1 − D]B
Bc = [D(100 / BW ) + 1 − D ]B
0.0834
p = (BW / 1.0 )
[ (
D = F − F / 1 + 2 LA
1/ 4
) + (L )/ 300] 2
A
k = 1 / (5 L A + 1)
[ (
D = F − F / 1 + 2 LA
1/ 4
) + (L )/ 300] 2
A
k = 1 / (5 L A + 1)
(
FL = 0.2k 4 (5 L A ) + 0.1 1 − k
) (5L )
4 2
1/ 3
A
n = Yb / Yw
(
FL = 0.2k 4 (5 L A ) + 0.1 1 − k 4
) (5L ) 2
1/ 3
A
n = Yb / Yw 0.2
N bb = N cb = 0.725(1 / n )
N bb = N cb = 0.725(1 / n )
z = 1 + FLL n1 / 2
z = 1 + n1 / 2
0.2
R ' Rc Y ' −1 G = M H M B Gc Y B ' Bc Y 0.38971 0.68898 M H = − 0.22981 1.18340 0.00 0.00
− 0.07868 0.04641 ; 1.00
R ' Rc ' −1 G = M H M Gc B ' Bc 0.38971 0.68898 M H = − 0.22981 1.18340 0.00 0.00
− 0.07868 0.04641 ; 1.00
40
MH '
Ra =
−1
= [...]
(
40 FL R ' / 100
[(F R /100)
MH
)
0.73
'
+2
L
'
Ga =
(
40 FL G ' / 100
[(F G / 100)
)
+2
L
'
Ba =
(
'
40 FL B / 100
[(F B /100)
[(F R /100)
)
+2
L
)
0.73
0.73
'
+2
L
'
(
]+1
Ga =
40 FL G ' / 100
[(F G / 100)
0.73
+2
L
'
(
]+1
Ba =
40 FL B ' / 100
[(F B /100)
)
]+1
0.73
0.73
'
]+1
)
0.73
'
0.73
0.73
'
Ra =
40 FL R ' / 100
0.73
0.73
'
]+1
= [...]
(
0.73 '
−1
+2
L
]+1
Vizuális korrelátumok:
a = Ra' − 12Ga' / 11 + Ba' / 11
(
b = (1 / 9) Ra' + Ga' − 2 Ba'
a = Ra' − 12Ga' / 11 + Ba' / 11
(
)
b = (1 / 9) Ra' + Ga' − 2 Ba'
)
h = tan −1 (b / a )
h = tan −1 (b / a )
e = a1 + (e2 − e1 )(h − h1 ) / (h2 − h1 )
e = a1 + (e2 − e1 )(h − h1 ) / (h2 − h1 )
H = H1 +
100(h − h1 ) / e1 (h − h1 ) / e1 + (h2 − h ) / e2
H = H1 +
100(h − h1 ) / e1 (h − h1 ) / e1 + (h2 − h ) / e2
Vörös: h = 20.14, e = 0.8, H = 0 or 400,
Vörös: h = 20.14, e = 0.8, H = 0 or 400,
Sárga: h = 90.00, e = 0.7, H = 100,
Sárga: h = 90.00, e = 0.7, H = 100,
Zöld: h = 164.25, e 7 1.0, H = 200,
Zöld: h = 164.25, e 7 1.0, H = 200,
Kék: h = 237.53, e = 1.2, H = 300
Kék: h = 237.53, e = 1.2, H = 300
A = [2 R'a +G 'a + (1 / 20 )B'a −2.05]N bb
A = [2 R'a +G 'a + (1 / 20 )B'a −3.05]N bb
J = 100( A / Aw )
J = 100( A / Aw )
cz
cz
0.67
Q = (1.24 / c )( J / 100)
(
0.67
Q = (1.24 / c )( J / 100)
( Aw + 3)0.9
)
1/ 2
50 a 2 + b 2 100e(10 / 13)N c N cb s= Ra' + Ga' + (21 / 20)Ba' 0.67 n
C = 2.44 s 0.69 (J / 100 )
M = CFL
(1.64 − 0.29 )
0.15
n
(
( Aw + 3)0.9
)
1/ 2
50 a 2 + b 2 100e(10 / 13)N c N cb s= Ra' + Ga' + (21 / 20)Ba' 0.945 n
C = 0.7487 s 0.973 ( J / 100 )
M = CFL
(1.64 − 0.29 )
n 1.41
0.15
ahol, X, Y, Z: a minták színinger összetevıi az adott látási szituációban (CIE 2°-os megfigyelı), Xw, Yw, Zw: a referencia fehér színinger összetevıi ugyanazon látási szituációban (CIE 2°-os szabványos észlelı), 41
LA: az adaptációs mezı átlagos fénysőrőségi szintje, Yb: a háttér relatív világossága, és c, Nc, (FLL), F a környezetet leíró paraméterek (5. Táblázat).
5. Táblázat: CIECAM97s és CIECAM97sR modell környezetet leíró bemeneti paraméterei
Látási szituáció, CIECAM97s c Nc Átlagos, >4°(látómezı) 0.69 1.0 Átlagos,<4°(látómezı) 0.69 1.0 Mérsékelt környezet 0.59 1.1 Sötét környezet 0.525 0.8 Átvilágított poszter 0.41 0.8
FLL 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0
F 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9
Látási szituáció, CIECAM97sR c Nc F Átlagos környezet 0.69 1.0 1.0 Mérsékelt környezet 0.59 0.95 0.9 Sötét környezet 0.525 0.8 0.9 A modell kimenete a vizuális attribútumok matematikai korrelátumait tartalmazza: abszolút világosság (Q), relatív világosság (J), színezeti szög (h), króma (C), színdússág (M) és telítettség (s).
3.10.2. Módosított színterek vizsgálata A tény, miszerint a CIE 1931 (x, y) színtér nem egyenlıköző, a kutatókat folyamatosan arra ösztönözte, hogy minél jobb színtereket definiáljanak, melyek a vizuálisan azonosnak észlelt színinger-különbségeket azonos távolságokkal tudják leírni a térben. Ennek kapcsán született meg 1976-ban a CIELAB és CIELUV színtér, de a fejlıdés itt nem állt meg és azóta is folyamatosan újabb és újabb terek kerülnek elıterjesztésre. Ezen újonnan kifejlesztett színtereket (NC-III C, L*a*b*-N), CIELAB színtérre épülı színinger-különbségi formulákat, (CMC, CIEDE94, CIEDE2000) valamint a CIECAM97s színmegjelenési modellt hasonlította össze Nakayama M. és Ikeda K.133 a már korábban kidolgozásra került CIELAB és CIELUV terekkel.
42
Ikeda és társai által kifejlesztett (NC-III C)134,135 színtér újdonsága, hogy az opponens csapmechanizmus leírását nem-szimmetrikus és nem-lineáris függvények segítségével határozták meg, illetve az (L*a*b*-N)135 tér a CIELAB egy nem-lineáris transzformációval bıvített változata. Vizuális kísérletek során észlelt színinger-különbségeket hasonlítottak össze színmetrikai színinger-különbségekkel egyenlıköző színterek, színmegjelenési modellek és színingerkülönbség számítási formulák alkalmazásával. 160 azonos krómájú és világosságú, a térben egymástól közel azonos távolságban elhelyezkedı, különbözı színezető színmintákat tartalmazó győjteményt alkalmaztak a vizsgálat lefolytatásához, melyet nyolc csoportra bontottak (4 + 4 – átlapolódással). Minden egyes csoport (40 darab minta), minden egyes mintájához a többi csoportból véletlenszerően választottak párt. Speciális közép szürkére festett kísérleti dobozt építettek, melyet D65 illetve A fényforrással világítottak meg. A dobozbanban elhelyezett két darab szürke minta közötti észlelt színinger-különbséget tekintették egy egységnyi eltérésnek. A megfigyelı feladata az volt, hogy határozza meg a generált párok tagjai közötti észlelt színinger-különbséget a két rögzített szürke minta közti színinger-különbséghez viszonyítva. Ezt a 3 megfigyelı öt alkalommal tette meg, minden egyes színpár esetén, ahol ezek átlagát használták fel a kiértékelés során. A megfigyelésekbıl levont következtetések az alábbiak voltak: -
Az összes modell közül a CIELAB, NC-III C valamint CIECAM97s esetében volt a legjobb a korreláció, γ ≥ 0.90 korrelációs együtthatóval, de ezek közül is az Ikeda által kidolgozott NC-III C teljesített a legjobban.
-
A regressziós egyenes meredeksége, mely az észlelt és jósolt színinger-különbségek nagyságának arányát mutatja, nagymértékben változott a különbözı színcsoportok (színezet változás) korrelációja esetén egy adott modellen belül, melyet grafikusan is ábrázoltak. Ebben az esetben is kimagasló volt a különbség a két Ikeda által definiált színtér valamit a többi modell között; a legkisebb standard eltérést az átlagostól a teljes színezeti skála mentén az NC-III C és L*a*b*-N színterek produkálták, míg a színinger-különbség számítási formulák és a CIECAM97s esetén kimutatható volt a relatív világossági skála és színezeti skála közti különbözıség.
-
Egységes ábrázolási eljárást dolgoztak ki a Munsell színminták számított értékeinek megjelenítésére egy koordináta rendszerben. Ennek lényege az volt, hogy az azonos krómával rendelkezı minták elvileg egy adott sugarú kör mentén helyezkednének el.
43
Az egyes színterek és modellek esetén meghatározták ezen kör sugarát illetve a színminták attól való átlagos eltérését. A legnagyobb torzulás a CIELUV és CIELAB színterek esetén volt kimutatható, míg NC-III C és L*a*b*-N színterek esetén közel szabályos kör mentén helyezkedtek el a minták.
3.10.3. CIECAM02 színmegjelenési modell A CIECAM97s modellel végzett kísérletek eredményeit felhasználva, az évek során az egyes transzformációs lépések elemeit tovább fejlesztették, melynek eredményeként 2002-ben elıterjesztésre került egy újabb színmegjelenési modell, CIECAM02 néven. Számos kutató végzett vizsgálatokat az új eljárás pontosságára, teljesítményére vonatkozólag (pl. M. Ronnier Luo136). Végleges formáját a CIE 159:2004137 publikációja rögzíti. Egy színmegjelenési modell lehetıséget nyújt a fizikailag mérhetı egységek (pl. CIE XYZ) észleleti attribútum korrelátumokba való transzformálására, a különbözı látási szituációk függvényében. Míg a CIELAB és CIELUV színterekbe való transzformálás egyenletei csak a relatív világosság, színezet és króma értékek meghatározását teszi lehetıvé, addig a CIECAM02 ezeken felül az abszolút világosság, telítettség és színdússág színmetrikai adatok meghatározására szolgáló egyenleteket is tartalmazza. A modell teljes egészében a CIECAM97s alapjaira épül, melyet nagyon sok adathalmazra való optimalizálás és az emberi látó mechanizmusról szerzett legújabb ismeretek segítségével fejlesztettek ki. CIECAM97s esetén az XYZ bemeneteket elıször Bradford komponensekre konvertálják, majd egy nem lineáris kromatikus adaptációs transzformációt alkalmaznak és az értékeket Hunt-Pointer-Estevez csap hármassá alakítják. Végezetül hiperbolikus poszt-adaptációs válasz tömörítést alkalmaznak mielıtt az észleleti attribútum korrelátumok kiszámításra kerülnének. A változtatások számos faktor figyelembevételével történtek, melyek az alábbiak voltak: teljesítmény, egyszerőség, CIECAM97s modellel való kompatibilitás és fiziológiai törvényszerőségek. Mindazon fogalmak, paraméter elnevezések és rövidítések melyek a CIECAM97s modellben megtalálhatóak, azonos formában és néven kerültek bevezetésre a CIECAM02-ben is.
44
Módosítások 1999-tıl kezdve számos változtatás bevezetését javasolták, annak érdekében, hogy növeljék a modell teljesítményét és egyszerősítsék a számítási egyenleteket (Li et al., 1999; Fairchild, 2001; Hunt et al., 2002; Li, Luo and Hunt, 2000). Ezen egyszerősítések közé tartozott egy lineáris kromatikus adaptációs transzformáció, egy módosított nem lineáris válasz-tömörítési függvény, módosított króma, telítettség valamint világossági tényezı skála, és módosított környezeti paraméterek bevezetése egyaránt.
Kromatikus adaptációs transzformáció A CIECAM97s-ben eredetileg egy nem lineáris transzformációt alkalmaztak a kék csatorna átszámítása során, mely a modellt komplexé és nehezen invertálhatóvá tette. Vizsgálatok kimutatták, hogy lineáris transzformáció használata nem befolyásolja szignifikáns mértékben a teljesítményt. A kromatikus adaptációs transzformáció végsı formájának egy 3x3-as mátrix tekintendı, melyet a legtöbb gyakorlati alkalmazásokban használatos adathalmazokra optimalizáltak és melyet MCAT02 mátrixnak neveztek el.
Relatív világossági skála Mivel a CIECAM97s modell esetében a J skála nem nulla minimum értéket vett fel, úgy gondolták, hogy hasonlóképpen, mint a CIELAB esetében is, a skálát érdemes 0 és 100 közé rögzíteni. Ezt az A akromatikus válasz kiszámítására szolgáló képlet módosításával érték el.
Króma skála A poszt-adaptációs nem lineáris válasz-tömörítés, valamint a króma egyenlet módosításával sikerült elérni, hogy alacsony krómájú minták esetén is a króma attribútum korrelátum jól illeszkedjék különbözı vizuális adathalmazokra.
Poszt-adaptációs nem lineáris válasz-tömörítés Hasonlóképpen az eredeti modellhez, a módosított egyenletekben használt függvények szintén hiperbolikus jellegőek, azonban a paraméterek módosításával sikerült elérniük, hogy a stimulus fénysőrőségi tényezıjének megváltozása ne eredményezzen telítettségbeli változást.
Környezeti paraméterek Az Nc elnevezéső környezeti paraméter értékét 1,1-rıl 0,9-re módosították, míg az átvilágított poszter környezeti feltételt eltörölték az elıre definiált állapotok közül. Eredetileg a 45
környezeti paraméterek kategorikusak voltak. Mivel ezen értékek szignifikáns mértékben hatással vannak a végsı számításokra, és lehetnek olyan látási szituációk, melyek a definiált kategóriák közé esnek, ezért hasznosnak tőnt, olyan eljárás kidolgozása, mellyel köztes állapotokhoz is rendelhetıek környezeti változók. A legtöbb esetben, az elıre definiált 3 állapot elégséges, de a c, Nc, és F köztes értékek meghatározására lineáris interpolációt vezettek be (3. ábra). Annak ellenére, hogy c és Nc értékei azonosak, eltekintettek a paraméterek egybe olvasztásától a CIECAM97s modellel való kompatibilitás és a késıbbi, lehetséges fejlesztések érdekében. 1,05 Átlagos
1,00
Nc vagy F
0,95 Mérsékelt
0,90 0,85 0,80
Sötét
0,75 0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
c
3. ábra: Környezeti paraméterek lineáris interpolációja köztes állapotok definiálásának céljából.
A módosítások egyik fı szempontja a modell könnyő invertálhatósága volt, melyre vonatkozó számítási lépések és inverz mátrixok a vonatkozó CIE 159:2004137-es publikációjában megtalálhatóak. A 4. számú Mellékletben részletezett CIECAM02 színmegjelenési modell azonban közel sem tekinthetı a fejlesztések egy végsı állapotának, további kutatások szükségeltetnek számos kapcsolódó területeken is egy olyan modell kidolgozásához, mely az emberi látás mechanizmusának minél pontosabb és közelebbi leírását adja.
46
4. Számítási módszerek ismertetése Az elızı fejezetben ismertetett színvisszaadási index meghatározására vonatkozó eljárások közül három számítási módszert célszerő a vizuális kísérletekkel összehasonlítani: a CIE 13.2 módszerét, a CIELAB színtért és a CIECAM02 modellt felhasználva. Ezek rövid leírását az alábbi fejezetek tartalmazzák, részletes ismertetésüket pedig a disszertáció mellékletében írom le.
4.1. A CIE 13.2-es publikációjának ismertetése: Az eljárás teszt objektumok eredı színi eltolódásán (resultant colour shift) alapul, melyet „Test Colour Method” eljárásnak neveztek el, és minden, a fényforrások színvisszaadási tulajdonságának meghatározását szorgalmazó módszer alapjának tekintendı. A színvisszaadás meghatározásának folyamata az alábbi fıbb lépésekre tagolódik:
4.1.1. -
Referencia fényforrásra vonatkozó megkötések: Mindig
valamilyen
matematikailag
meghatározott
referencia
fényforráshoz
viszonyítjuk adott fényforrás színvisszaadási tulajdonságait. A referencia fényforrás színessége azonos vagy közel azonos kell legyen a teszt fényforráséval. Ha máshogy nincs meghatározva, akkor 5000 K alatt referencia fényforrásnak egy a teszt fényforrás korrelált színhımérsékletével megegyezı Plank sugárzó tekintendı, és 5000 K felett pedig egy azonos korrelált színhımérséklető nappali sugárzáseloszlás választandó referenciának. -
Az így meghatározott referencia fényforrás és adott teszt fényforrás közötti színingerkülönbség: 1
∆C = [(uk − ur ) 2 + (vk − vr ) 2 ] 2 < 5,4.10 −3
(5)
kell, hogy legyen, ahol „k” a teszt fényforrásra, „r” a referencia fényforrásra utal.
47
-
Minden
esetben
a
színvisszaadási
index
értékét
a
referencia
fényforrás
színhımérsékletével együtt kell megadni.
4.1.2. -
Tesztmintákra vonatkozó megkötések: A Nemzetközi Világ. Tech. Bizottság által meghatározott színminták az alábbiak: 6. Táblázat: A 13.2 publikációban rögzített színminták Munsell megfelelıi Színminta száma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Munsell megfeleltetés 7,5 R 6/4 5 Y 6/4 5 GY 6/8 2,5 G 6/6 10 BG 6/4 5 PB 6/8 2,5 P 6/8 10 P 6/8 4,5 R 4/13 5 Y 8/10 4,5 G 5/8 3 PB 3/11 5 YR 8/4 5 GY 4/4
Megnevezés nappali megvilágítás mellett Világosszürkés piros Sötétszürkés sárga Telített sárgászöld Közepes sárgászöld Világos kékeszöld Világoskék Világos ibolya Világos vöröses bíbor Telített vörös Telített sárga Telített zöld Telített kék Világos sárgás rózsaszín (emberi arcbır) Közepes olivazöld
* A minták reflexiós spektrumainak adatai az 5. Függelékben találhatóak (CD Melléklet). -
A felsorolt minták mindegyikének spektrális sugárvisszaverési tényezıi (spectral reflectance factor) táblázatban rögzítettek.
-
Az elsı nyolc minta a színkört jól lefedi, mérsékelten telítettek és közel azonos világosságúak.
-
A további 6 mintát telített vörös, sárga, zöld, kék valamit bır és lombkorona színek alkotják.
-
Speciális színvisszaadási indexek meghatározásához elvileg bármilyen egyedi színminta használható, melynek spektrális reflexiója pontosan meghatározott, azonban
48
az általános színvisszaadási index meghatározásához csak az elsı nyolc minta használata elfogadott. A modell szerint értelmezett színvisszaadási index számítás egyes lépéseit a 2. számú Mellékletben részletezem. Az alábbi ábra szemlélteti a CIE 13.2 szerint értelmezett eljárás fı lépéseit: Teszt
Referencia (u,v)
xki,yki Xki,Yki,Zki
TesztMinták
xri,yri Xri,Yri,Zri
T
Von Kries adaptációs transzformáció
R
U*V*W*
U*V*W*
∆Ei
Ri Ra 4. ábra: CIE 13.2 számítási modell vázlatos ábrázolása
49
4.2. CIEALAB 1976 L*a*b* színinger térbe való konverzió Mivel 1976-ban a CIE az U*V*W* színinger tér és (u,v) színinger diagram helyett a CIELUV2 és CIELAB színinger tereket javasolta, egy másik lehetséges eljárás számított színingerkülönbségek meghatározására, hogy a színminták CIE színinger-összetevıit CIE 1976 (L*a*b*) vagy más néven CIELAB színinger térbe konvertáljuk. A transzformáció fı lépéseit és a színinger-különbségi formulák számítására szolgáló képleteket a 3. számú Melléklet tartalmazza.
4.3. CIECAM02 színmegjelenési modell 2002-ben a CIE eljárást fogadott el a színmegjelenés jellemzésére CIECAM02 néven. Mivel a színvisszaadás az észlelt színi eltéréseket kellene, hogy leírja, egy további lehetıség ezen CIECAM02 színmegjelenési modell használata. A módszer részletes leírását a 4. számú Melléklet tartalmazza.
2
Az utóbbi 30 év tapasztalatai alapján a CIELUV színtér jelentısége csökkent, ezért disszertációmban csak a CIELAB térrel foglalkozom.
50
5. Kísérleti munka leírása 5.1. Elı kísérlet A kísérlet célja a kis korrelált színhımérséklető, kereskedelmi forgalomban kapható halogén izzó valamint kompakt fénycsı és új-generációs Shark típusú RGB LED cluster fényforrások színvisszaadási tulajdonságának összehasonlítása volt egy pszicho-fizikai kísérletsorozat segítségével.
5.1.1.
Kísérleti doboz I.
Az elı kísérlet elvégzéséhez egy elsı kísérleti dobozt használtam, melynek bal és jobb oldalába helyeztem el a referencia ill. teszt fényforrásokat úgy, hogy a különbözı sugárzások ne keveredjenek egymással. Adott fényforrás párok esetén a fénysőrőségi szintet úgy állítottam be, hogy az a lehetıségekhez mérten közel azonos legyen. A minél homogénebb megvilágítás elérésére maratott üveglap szolgált, a megfigyelı „doboz” belseje fehér színő volt. A teszt fényforrások korrelált színhımérsékletéhez legközelebb esı színhımérséklető referencia fényforrást választottam, figyelembe véve azt is, hogy azok CIE (x, y) színkoordinátái a lehetı legközelebb legyenek egymáshoz lerövidítve ezáltal a kromatikus újra adaptálódás idejét.
51
5. ábra: Elı kísérlet – kísérleti elrendezés (bal: referencia, jobb: teszt).
5.1.2.
Kísérleti személyek kiválasztása
A kísérletben részt vett megfigyelık színlátását Munsell 100-Hue teszttel ellenıriztem. Mivel ezt a színlátási tesztet 6500K-es nappali sugárzáseloszlást használva fejlesztették ki, így a kísérleti dobozban elhelyezett kis korongokat én is egy Toshiba D65 nappali sugárzáseloszlású fénycsıvel világítottam meg. A megfigyelı feladata az volt, hogy a négy különbözı színezető skála számozott elemeit sorba rendezze. A kísérletben csak azon személyek vehettek részt, akik hibátlan vagy maximum két darab, egymás melletti minták felcserélési hibáját vétették az egyes színezetek esetén. Az elıkísérletben 9 személy (6 férfi, 3 nı) vett részt, akik a megfigyeléseket egyszer végezték el és közülük öt személy a késıbbi kísérletekben is segédkezett megfigyelıként.
5.1.3.
Tréning
A résztvevık általában nem rendelkeztek olyan mértékő színtani ismeretekkel, hogy az számunkra értékes adatokkal szolgáljon, ezért a konkrét kísérleteket megelızıen egy tréningen kellett részt venniük. Elsı lépésben a színinger három attribútumának – színezet, telítettség, világosság – megértése volt a fı cél. Ennek minél gyorsabb és gyakorlatiasabb szemléltetésére a Munsell atlasz színmintáiból színvillákat készítettem. Egy spektrofotométer
52
segítségével lemértem az MCC színes mintáinak színkoordinátáit és a Munsell atlaszban megkerestem az ezekhez legközelebb álló mintákat (ezeket referencia mintáknak neveztem el). Ezt követıen a Munsell megfeleltetett mintákhoz a színatlaszból további színmintákat kerestem, melyek egy Munsell egységgel világosabb, sötétebb, nagyobb illetve kisebb krómájú valamint azonos világosságú és krómájú, de egy színezeti egységgel a színkörön balra illetve jobbra elhelyezkedı minták voltak. Nyolc darab olyan MCC minta volt, melyekhez mind a hat szomszéd megtalálható volt az atlaszban. A színminták összekeverését követıen a megfigyelıknek meg kellett mondaniuk, hogy a referencia mintához képest melyik az, amelyik sötétebb, világosabb, nagyobb illetve kisebb krómájú, illetve milyen irányú színezetbeli eltolódást észlel. A tréning során a résztvevık megszerezték azt az ismeretanyagot, ami a kísérletek elvégzése szempontjából alapvetıen szükséges és igyekeztek elsajátítani azt, hogy egy-egy színezeti, világosságbeli és telítettségbeli különbség mekkora szürke-skála különbségnek felel meg.
6. ábra: A megfigyelık színtani ismereteinek bıvítését szolgáló tréning.
5.1.4.
Megvilágítási körülmények rögzítése
Referencia fényforrásnak közel 2700 K korrelált színhımérséklető halogén izzót, míg teszt fényforrásnak kompakt fénycsövet és vörös, zöld, kék clusterekbıl épített RGB LED-et választottam. Az így elıállított fényforrás párok az alábbiak voltak: Halogén izzó – Fénycsı, Halogén izzó – RGB LED, melyeknél az elsı fényforrás volt a referencia. A megvilágítók 53
normalizált spektrális teljesítmény-eloszlását az alábbi ábra szemlélteti; 2 nm-enkénti értékeit az 1. számú Függelék tartalmazza (CD Melléklet). 2700 K - Elı kísérlet
spektrális teljesítményeloszlás
1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullámhossz (nm) Halogén izzó - referencia
RGB LED cluster (S_2700)
Kompakt fénycsı
7. ábra: A 2700 K-es elı kísérletben vizsgált lámpák normalizált spektrális teljesítmény-eloszlásai.
Ha két sugárzó színhımérséklete vagy színességi koordinátái megegyeznek, attól azok még spektrálisan különbözhetnek egymástól. Ha azonos, elnyelı vagy reflektáló mintákat világítunk meg ilyen tulajdonságú fényforrásokkal, akkor azok eltérı színességi koordinátájú mintákat eredményezhetnek. Ezen értékek közötti színinger-különbséget általában valamilyen egyenlıköző színtérben határozzák meg, pl.: CIELAB. Mivel a referencia fényforrások által szolgáltatott megvilágítási szint nagyobb volt, mint a LED fényforrásoké (kb. 200 – 300 lux LED-ek esetén), így az azok által létrehozott megvilágítást ehhez az értékhez kellett közelíteni árnyékolások segítségével. Ennek eléréséhez homogén pausz papírt használtam, mely a sugárzók spektrumát csak intenzitásukban változtatta meg. A nyersadatokban szereplı értékek nem egy adott fényforrásra, hanem annak, már a kísérleti elrendezésben, az árnyékolásokkal együtt, spektroradiométerrel lemért spektrális teljesítmény eloszlására vonatkoznak, és a további számításokban is ezen „nem nyers” spektrális adatokkal dolgoztam. Ellentétben a halogén izzóval és a kompakt fénycsıvel, LED fényforrások esetén a három színcsatornát - vörös, zöld, kék – külön-külön lehetett vezérelni egy áramstabilizált tápegység
54
segítségével, így a referencia fényforrások színhımérsékletével teljesen azonos korrelált színhımérsékletet is be lehetett állítani. A három csatorna áramát 20mA és 300mA között 10mA-es lépésközzel állítva, megmértem azok spektrumát, a kapott értékekre függvényt illesztettem, amit felhasználva készítettem egy optimalizációs programot, mely adott CIE (x,y) színességi koordináták megvalósításához meghatározta az egyes csatornák áramát. Ezáltal egy közelítı értéket kaptam, amit finom csatornahangolásokkal és mőszeres méréssel a pontos értékekre igazítottam. A lámpák korrelált színhımérsékletét és színességi koordinátáiknak értékeit az alábbi táblázat tartalmazza: 7. Táblázat: A vizsgált lámpák színmetrikai adatai Fényforrások CCT x y Halogén izzó – referencia 0.4564 0.4154 2787 RGB LED cluster (S_2700) 0.4559 0.4145 2786 Kompakt fénycsı 0.4742 0.4146 2541
A fényforrások bemelegedési idejét fél órában határoztam meg, és minden egyes kísérlet elıtt mőszeres kontrollmérést hajtottam végre a legpontosabb színességi koordináták elérése érdekében.
5.1.5.
Elı kísérlet ismertetése
A Munsell színatlaszban található szürke mintákból azonos, egy Munsell egységnyi lépésköző szürke skálát állítottam elı – a minták csak relatív világosságukban tértek el egymástól -, amely a késıbbiekben az egyes minták közötti színinger-különbségek meghatározására szolgált. Referencia szürkének az ’N=6’ jelöléső mintát választottam alapul. A doboz bal, referencia fényforrással megvilágított kamrájában került elhelyezésre a szürke skála valamint mindkét oldalra egy-egy 18 kromatikus és 6 akromatikus színmintát tartalmazó GretagMacbeth ColorChecker Chart (MCC).
55
8. ábra: Gretag Macbeth ColorChecker Chart.
A megfigyelınek a kísérlet megkezdése elıtt tíz percet kellett várnia a sötét szobában, hogy megfelelı mértékben adaptálódjék a már elızıleg pontosan beállított és stabilizálódott környezethez, amely idıt a feladat megértésével, a fogalmak újbóli tisztázásával és az esetlegesen felmerülı kérdések megbeszélésével töltött. Feladata az volt, hogy a két kamrában elhelyezett teszt és referencia fényforrás által megvilágított MCC színtábla azonos mintái között észlelt színinger-különbséget megbecsülje. Az aktuálisan vizsgált színminta köré fekete takaró lapot kellett helyeznie, ami a tábla többi elemét teljes mértékben eltakarta. Az adott színminta párok elemei közt észlelt színinger-különbség meghatározásához egy olyan másik szürke mintát kellett választani az N=6 szürke minta mellé a szürke skála elemeibıl, amelyek közti észlelt világosság különbség megegyezett a két MCC minta közötti vizuálisan észlelt színinger-különbséggel. Részfeladat volt az így meghatározott színinger-különbség százalékos felbontása, hogy a megfigyelı szerint ennek a különbségnek mekkora hányada adódik
színezetbeli,
krómabeli
illetve
világosságbeli
eltérésbıl.
Ennek
pontos
meghatározásához használhatták a tréning során megismert színvillákat. A feladatra korlátlan idı állt rendelkezésre, de átlagosan kb. 45 percet töltöttek a színinger-különbségek meghatározásával. A kísérletek során a színinger-különbségek felbontása színezet, króma és világosság összetevıkre túl nehéznek bizonyult, a megfigyelık válaszai következetlenek voltak a három színi attribútum esetében. A mért és vizuálisan meghatározott különbségek közt korreláció nem volt kimutatható, így a késıbbi kísérleteknél a megfigyelınek már nem volt feladata a teljes színinger-különbség százalékarányos felbontása.
56
5.1.6.
Kiértékelés, eredmények és következtetések
A vizuális megfigyelések mellett, a következı számítási módszerek alkalmazásával határoztam meg a színinger-különbségeket: -
CIELAB színtérben számított színinger-különbség
-
CIECAM97sR színmegjelenési modell szerinti számított színinger-különbség
-
CIE 13.3-as publikáció által meghatározott modell szerinti számított színingerkülönbség
A számítási eljárások során alkalmazott referencia fehérnek az MCC színtábla fehér mintájának színinger összetevıit vettem alapul minden esetben. A kísérleti személyek mind a 24 (18 színes és 6 akromatikus) MCC színminta párokra megbecsülték a vizuálisan észlelhetı színinger-különbségeket, azonban a kiértékelés során csak a kromatikus színmintákhoz tartozó értékeket vettem figyelembe. A bal oldali MCC mintákat a referencia fényforrásnak tekintett halogén izzóval, míg a jobb oldali mintákat három-sávos kompakt fénycsı illetve RGB LED clusterrel megvilágítva alakultak ki a vizsgált fényforrás párok. A megfigyelık által meghatározott vizuális színingerkülönbségeket hasonlítottam össze a három modell által számított színinger-különbségekkel. Az egyes személyek vizuális eredményeit azok átlagára normalizáltam, hogy az eltérı skálázásból adódó különbségek okozta hatást kiküszöböljem, majd az összes vizuális eredményt átlagolva ábrázoltam az így kapott átlagos vizuális színinger-különbségeket a három modell által számított színinger-különbség függvényében (9. ábra, 10. ábra, 11. ábra ).
57
CIELAB 3,5 2
számított színinger-különbségek skálázása
average STD = 0,35
R = 0,5966
3,0 2
R = 0,5301 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
-0,5
vizuális skálázás
9. ábra: Átlagos vizuális színinger-különbségek ábrázolása CIELAB modell által számított színingerkülönbségek függvényében; Halogén izzó – Kompakt fénycsı és Halogén izzó – RGB LED cluster fényforrás párok esetén: :∆ ∆E*ab; kitöltött jelek: kompakt fénycsıre vonatkozó színinger-különbségek, üres jelek: RGB LED-re vonatkozó színinger-különbségek.
CIECAM97sR 3,5 2
R = 0,6895
számított színinger-különbségek skálázása
average STD = 0,35 3,0
2
R = 0,6631 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
-0,5
vizuális skálázás
10. ábra: Átlagos vizuális színinger-különbségek ábrázolása CIECAM97sR modell által számított színinger-különbségek függvényében; Halogén izzó – Kompakt fénycsı és Halogén izzó – RGB LED
58
cluster fényforrás párok esetén: : ∆E ∆ CIECAM97sR; kitöltött jelek: kompakt fénycsıre vonatkozó színingerkülönbségek, üres jelek: RGB LED-re vonatkozó színinger-különbségek.
U*V*W* 3,5 2
R = 0,4981
számított színinger-különbségek skálázása
average STD = 0,35 3,0
2
R = 0,6019 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
-0,5
vizuális skálázás
11. ábra: Átlagos vizuális színinger-különbségek ábrázolása U*V*W* modell által számított színingerkülönbségek függvényében; Halogén izzó – Kompakt fénycsı és Halogén izzó – RGB LED cluster fényforrás párok esetén: : ∆EU*V*W*; kitöltött jelek: kompakt fénycsıre vonatkozó színingerkülönbségek, üres jelek: RGB LED-re vonatkozó színinger-különbségek.
A grafikonokon jól látható, hogy a vizuális megfigyelések és mind a három modell által számított színinger-különbségek közötti korreláció gyenge, a pontos értékek az alábbi táblázatban (8. Táblázat) olvashatóak: 8. Táblázat: R2 korrelációs együtthatók értékei az összehasonlítások során: CIELAB, CIECAM97sR, CIE 13.3; Halogén izzó – Kompakt fénycsı/RGB LED
∆E*ab(F.) ∆ECIECAM97sR(F.) ∆EU*V* W*(F.) ∆E*ab(LED) ∆ECIECAM97sR(LED) ∆EU*V* W*(LED) 0,597 0,498 0,530 0,602 0,690 0,663 Egyik formula sem képes jól leírni a megfigyelık által, vizuálisan meghatározott színingerkülönbségeket, de mindkét fényforrás esetén a CIECAM97sR színmegjelenési modell jobban teljesít, mint a jelenleg elfogadott CIE 13.3-as módszer. Ez az elı kísérlet alátámasztotta, hogy a jelenleg használatos modell nem igazán alkalmas a vizuális megfigyelések valósághő leírására. Megmutattam, hogy a CIE teszt eljárása nem 59
képes nagy pontossággal elıre jelezni a vizuális megfigyelések során észlelt színingerkülönbségeket. Színmegjelenési modell alkalmazása jobb korrelációt eredményez a vizuális és számított színinger-különbségi értékek között. Ezek figyelembevételével elhatároztam, hogy részletesebben megvizsgálom a fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására vonatkozó módszereket, további korrelált színhımérsékleti szintek esetében is. Ahhoz, hogy fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak még tökéletesebb leírásához jussunk elképzelhetı, hogy a számításokat teljesen új alapokra kell fektetni, vizuális kísérletek igazolásával.
60
5.2. Színvisszaadás
meghatározására
vonatkozó
új
vizuális
kísérletsorozat leírása Az irodalmi tanulmányból és elı kísérleteimbıl nyilvánvalóvá vált, hogy a jelenleg használt színvisszaadás meghatározási módszer több ponton sem felel meg a modern elvárásoknak, de annak megváltoztatásához elıször meggyızı vizuális kísérleteket kell végezni. Ezért a munkám során elıször a vizuális kísérletekre koncentráltam.
5.2.1.
Kísérleti elrendezés
A fényforrásokat korrelált színhımérsékletük szerint három csoportba soroltam – 2700 K, 4000 K és 6500 K –, hogy különbözı adaptációs körülmények között tudjam vizsgálni azok színvisszaadási tulajdonságait, vizuális kísérletek segítségével. A CIE „Test Method” értelmezése szerint referencia fényforrásnak egy a teszt fényforrás korrelált színhımérsékletével azonos hımérséklető Plank-sugárzót kell választani, ha a teszt fényforrás korrelált színhımérséklete (CCT) 5000 K alatt van, míg egy azonos korrelált színhımérséklető természetes sugárzás-eloszlású fényforrást, ha a teszt fényforrás korrelált színhımérséklete (CCT) 5000 K felett van. Ennek értelmében az általam vizsgálni kívánt azonos
színhımérsékleti
csoportba tartozó teszt
fényforrásokhoz
olyan
referencia
fényforrásokat választottam, melyek ezen kritériumoknak a lehetıségekhez képest legjobban megfeleltek. A kísérletsorozathoz új, két részes fényforrás dobozt építettem, melynek belsı falait matt, közép szürkére festettem. Erre azért volt szükség, mert a hasonló jellegő kísérleteknél, a színmegjelenési modellek alkalmazásánál legtöbbször közép-szürke háttérre vonatkozólag végeznek számításokat, így az azokkal történı összevetés lehetısége is fennáll. A referencia fényforrásokat mind a három csoport esetében a bal oldali rekeszben helyeztem el, míg a jobb oldali részt úgy alakítottam ki, hogy a teszt fényforrásokat minél egyszerőbben lehessen cserélni, ha egy adott fényforrás-pár beállításai mellett az összes megfigyelı a kísérletet már elvégezte (12. ábra).
61
12. ábra: Kísérleti elrendezés.
A megvilágítási szintet mind a három színhımérsékleten úgy határoztam meg, hogy annak a teszt fényforrásnak a fénysőrőségét vettem alapul, mellyel a maximálisan elérhetı megvilágítás az adott csoportban található teszt fényforrások közül a legkisebb volt. Ha a többi teszt fényforrás és referencia lámpa megvilágítási szintje ennél nagyobb volt, akkor a lámpák színmintáktól való távolságával, illetve plexi, pausz és kartonpapír felhasználásával állítottam a fénysőrőségi szintet közel azonosra. Ezt a rekeszek közepére helyezett halonetalon referencia fehér mintán 0/45 fokos mérési geometriát alkalmazva, spektroradiométerrel mért fénysőrőségi értékekkel ellenıriztem.
5.2.2. 5.2.2.1.
Teszt és referencia fényforrások ismertetése 2700 K korrelált színhımérsékleti csoport
A kis korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások csoportjába referencia fényforrásnak egy halogén izzót, teszt fényforrásoknak pedig energiatakarékos kompakt fénycsövet, két különbözı gyártótól származó RGB LED clustert3, valamint egy fehér LED-et választottam. A lámpák normalizált spektrális teljesítmény-eloszlását az alábbi két grafikon (13. ábra, 14. ábra) szemlélteti.
3
LED fényforrások két típusát különböztetjük meg: ha vörös, zöld és kék chipekbıl épül fel a fehér fényt kisugárzó LED fényforrás, akkor azt LED cluster-nek, ha a lámpa egy sárga fényporral fedett kék chipbıl áll, akkor azt fehér LED-nek nevezzük.
62
A vörös, zöld és kék elemekbıl épített LED clusterek esetében lehetséges volt a referencia fényforrással teljesen azonos CIE (x,y) színkoordinátákat és ezáltal azonos korrelált színhımérsékletet is megvalósítani az egyes színcsatornák külön vezérlésével, mint ahogy az a fényforrások színmetrikai adatait tartalmazó 9. Táblázatból is kitőnik. A grafikonon (14. ábra) jól látszik, hogy a különbözı gyártók más-más hullámhosszúságú alapszínekkel tervezik LED fényforrásaikat és, hogy azonos korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások mennyire eltérı spektrumokkal is rendelkezhetnek, módosítva ezáltal azok színvisszaadási tulajdonságait.
1,2
1,0
SPD
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullámhossz (nm) Halogén izzó
En. kompakt fénycsı - (T_F82)
13. ábra: Halogén izzó (referencia) és energiatakarékos kompakt fénycsı spektrális teljesítmény-eloszlása a 2700 K színhımérsékleti csoportban (1).
63
1,2
1,0
SPD
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullámhossz (nm) LED cluster 1 - (S_2700)
LED cluster 2 - (L_2700)
White LED - (L_STAR/O_2700)
14. ábra: További három teszt fényforrás spektrális teljesítmény-eloszlása a 2700 K színhımérsékleti csoportban (2). 9. Táblázat: 2700 K-es fényforrások színmetrikai adatai Fényforrások Halogén izzó - referencia En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700) White LED - (L_STAR/O_2700)
x 0,4508 0,4541 0,4508 0,4508 0,4325
y 0,4086 0,4097 0,4087 0,4087 0,4086
CCT 2816 2774 2816 2816 3114
A fényforrások spektrális adatait a 2. számú Függelék (CD Melléklet) tartalmazza.
5.2.2.2.
4000 K korrelált színhımérsékleti csoport
Közepes színhımérsékleti tartományban már több fényforrás állt rendelkezésemre, melyek közül az alábbiakat választottam: referenciának egy hidegtükrös halogén izzót, melynek a közel 4000 K-es korrelált színhımérsékletét festett, maratott üveglap eléhelyezésével értem el; teszt fényforrásnak 3 sávos fénycsövet, Cool White (standard) fénycsövet, két darab Cool White kompakt fénycsövet, a már elızıekben megismert két RGB LED clustert, valamint a 2700 K-es csoportban már ismertetett fényporos fehér LED-et. Ennek korrelált színhımérséklete a 2700 K-es és a 4000 K-es referencia fényforrások közé esik, ezért mindkét
64
csoportban megvizsgáltam. A színes LED-ek színcsatornáinak áramstabilizált tápegységgel történı vezérlése, hasonlóan a kis színhımérsékleti tartományhoz, itt is lehetségessé tette a referencia fényforrás színkoordinátáival teljesen azonos beállítás elérését. A fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlását a 15. ábra, 16. ábra és 17. ábra, színmetrikai adataikat a 10. Táblázat tartalmazza.
1,2 1
SPD
0,8 0,6 0,4 0,2 0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullám hossz (nm ) Hidegt. halogén izzó
3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL)
Cool White fénycsı - (T)
15. ábra: 4000 K-es fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlása (1). 1,2 1
SPD
0,8 0,6 0,4 0,2 0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullám hossz (nm ) Cool White kompakt fénycsı - (O_840)
Cool White kompakt fénycsı - (O_940)
16. ábra: 4000 K-es fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlása (2).
65
1,2 1
SPD
0,8 0,6 0,4 0,2 0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullám hossz (nm ) LED cluster 1 - (S_4000)
LED cluster 2 - (L_4000)
White LED - (L_STAR/O_4000)
17. ábra: 4000 K-es fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlása (3).
10. Táblázat: 4000 K-es fényforrások színmetrikai adatai Fényforrások Hidegtükrös halogén izzó - referencia 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) Cool White fénycsı - (T) Cool White kompakt fénycsı - (O_840) Cool White kompakt fénycsı - (O_940) LED cluster 1 - (S_4000) LED cluster 2 - (L_4000) White LED - (L_STAR/O_4000)
x 0,3973 0,3881 0,3818 0,3905 0,3978 0,3973 0,3973 0,4323
y 0,3957 0,3825 0,3884 0,3861 0,3837 0,3958 0,3954 0,4074
CCT 3719 3841 4047 3809 3614 3719 3718 3105
A fényforrások spektrális adatait a 3a. és 3b. számú Függelékek tartalmazzák (CD Melléklet).
5.2.2.3.
6500 K korrelált színhımérsékleti csoport
Referenciának Toshiba D65 fénycsövet, míg teszt fényforrásnak 6500 K-es energiatakarékos kompakt fénycsövet, két RGB LED clustert valamint fehér LED-et választottam a kísérletsorozat ezen fázisában. Spektrális teljesítmény-eloszlásukat az alábbi két grafikon (18. ábra, 19. ábra), színmetrikai adataikat a 11. Táblázat tartalmazza.
66
1,2 1,0
SPD
0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullám hossz (nm ) Toshiba D65
6500 K Kompakt fénycsı - (T)
18. ábra: 6500 K-es fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlása (1).
1,2 1,0
SPD
0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullám hossz (nm ) LED cluster 1 - (S_6500)
LED cluster 2 - (L_6500)
White LED - (L_6500)
19. ábra: 6500 K-es fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlása (2).
11. Táblázat: 6500 K-es fényforrások színmetrikai adatai Fényforrások Toshiba D65 - referencia 6500 K kompakt fénycsı - (T) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500) White LED - (L_6500)
x 0,3241 0,3195 0,3241 0,3241 0,3077
y 0,3445 0,3419 0,3445 0,3445 0,3046
CCT 5869 6085 5867 5867 7076
67
A fényforrások spektrális adatait a 4. számú Függelék tartalmazza (CD Melléklet).
5.2.3. 5.2.3.1.
Kísérleti személyek és feladatuk Kísérleti személyek kiválasztása
Hasonlóan az elsı kísérlethez, fiatal hallgatók és egyetemi dolgozók közül választottam ki a megfigyelıket. Közel 10 ember végezte el az egyes fényforrás párok vizsgálatát (átlagosan 6 fiú és 4 lány), akiknek a színlátását Farnsworth-Munsell 100 Hue teszttel ellenıriztem. Ha olyan megfigyelırıl volt szó, aki elıtte még nem vett részt hasonló megfigyelésekben, akkor az elı kísérletnél már részletezett tréningen kellett elıször részt vennie, hogy a színtani fogalmakat – színezet, króma, világosság, színinger-különbség - elsajátítsa.
5.2.3.2.
A vizuális megfigyelık feladata
A kísérlet megkezdése elıtt 5-10 percet töltöttek a sötét szobában a környezethez való adaptálódás céljából. Feladatuk hasonlóképpen, mint az elı kísérletnél az volt, hogy a referencia és teszt fényforrás által megvilágított MCC színminták közti észlelt színingerkülönbségeket megbecsüljék egy Munsell mintákból felállított, egységnyi lépésköző (egy Munsell egység) szürke skála segítségével. A színinger-különbségek három színi attribútumra való százalékos felosztása nem volt része a feladatnak, mert azt már az elsı kísérletnél kimutattam, hogy a világosság, króma és színezet attribútumok vizuálisan történı felosztása igen nagy egyedi szórással bírt.
5.3. Objektív mérések és számítások eredményeinek kiértékelése A különbözı teszt és referencia fényforrások által megvilágított színminták színmetrikai adatainak meghatározása egy Photo-Research 705 típusú spektro-radiométerrel történt. A minták által reflektált sugárzás spektrális teljesítmény-eloszlását, hasonlóképpen, mint a halon-etalon referencia fehér mérésénél is, 0/45 fokos mérési geometriával végeztem. Az egyes teszt fényforrások vizsgálatánál az alábbi színmetrikai számításokat végeztem el:
68
1. Fényforrások közti rangsor felállítása a jelenleg használatos CIE 13.3 módszer szerint számított Ra színvisszaadási index függvényében, a modell szerint választott ’elméleti’ referencia fényforrás spektrumát alapul véve. 2. Fényforrások közti rangsor felállítása a jelenleg használatos CIE 13.3 módszer szerint számított Ra színvisszaadási index függvényében, az általam választott referencia sugárzó spektrumát alapul véve. 3. A CIE 13.3-as eljárásának értelmezése különbözı színminta halmazokon, színvisszaadási index számításánál. 4. Fényforrások színkészletének (gamut) vizsgálata CIELAB színtérben különbözı színminta halmazok esetén. 5. Színességi koordináták torzulásának vizsgálata u’v’ koordinátarendszerben. 6. Számított színinger-különbségi értékek meghatározása CIE 13.3, CIELAB és CIECAM02
modellek
felhasználásával,
melyek
a
késıbbiekben
a
vizuális
eredményekkel való közvetlen összehasonlítás alapjait képezik.
5.3.1.
A CIE 13.3-as publikációjában ismertetett eljárás – Ra általános színvisszaadási
index
számítása,
elméleti
referencia
fényforrással A CIE 13.3 számmal jelzett publikációja teljes egészében az 1974-es CIE 13.2-es módszerének leírását tartalmazza érdemi változtatások nélkül. Ennek a számításnak az elvégzéséhez a vizsgált fényforrások spektro-radiométerrel lemért spektrumaira volt szükség, melyet a halon-etalon referencia fehéren mért spektrális reflexióval határoztam meg. A számítások egy erre a célra készített excel fájlban történtek, mely a CIE 13.3-as eljárásban rögzítettek szerint képes egy adott korrelált színhımérséklettel rendelkezı lámpa spektrumához – annak értékétıl függıen (nagyobb vagy kisebb 5000 K-nél) – egy vele azonos
hımérséklettel
rendelkezı
Plank
sugárzó
illetve
vele
azonos
korrelált
69
színhımérséklettel rendelkezı nappali sugárzáseloszlás meghatározására. A fájl bemeneti paraméterként tartalmazza a CIE 1974-es TCS01-14 színminták (5. számú Függelék, CD Melléklet) ötnanométerenkénti spektrális sugárvisszaverési tényezıit, melybıl a minták CIE X,Y,Z színinger összetevıi a vizsgálandó fényforrások spektrális teljesítmény-eloszlásának
segítségével számolhatóak. Az U*V*W* színtérben számított ∆Ei színinger-különbségekbıl kerültek meghatározásra az Ri és Ra speciális és általános színvisszaadási indexek. Ez alapján az iparban mind a mai napig
elfogadott és ajánlott CIE 13.3 eljárás által számított általános színvisszaadási index segítségével egy sorrend állítható fel a vizsgált fényforrások között, jellemezve e modell alapján azok színvisszaadási tulajdonságait. A további kiértékelési módszerekkel való összehasonlításoknál az itt kapott sorrendet vettem alapul. Az Ra értékek számításánál ez a modell csak az elsı nyolc CIE 1974 - TCS01-08 színminta közti színinger-különbséget veszi figyelembe. A késıbbiekben azt is megvizsgálom, hogy milyen hatással van a színvisszaadási indexek számítására, ha a rögzített nyolc mintától eltérıen más színminta csoporton értelmezzük a színinger-különbségeket. A következı három táblázatból (12. Táblázat, 13. Táblázat, 14. Táblázat) kiolvashatóak mind a három korrelált színhımérsékleti csoportba tartozó lámpák Ra színvisszaadási indexei, csökkenı sorrendbe rendezve. Mindegyik színhımérsékleti szinten, az általam referenciának választott fényforrások rendelkeznek a legnagyobb Ra értékkel. 12. Táblázat: CIE 13.3 szerint számított Ra általános színvisszaadási indexek 2700 K korrelált színhımérséklet esetén Fényforrások
Halogén izzó (referencia)
Ra 99
White LED - (L_STAR/O_2700) 89 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 84 LED cluster 1 - (S_2700)
36
LED cluster 2 - (L_2700)
4
Mivel 5000 K korrelált színhımérsékletnél kisebb értékkel rendelkezı teszt fényforrásokhoz, azonos hımérséklető Plank sugárzót kell választani a CIE ajánlása szerint, nem véletlen, hogy a 2700 K-es csoportban, referenciának választott halogén izzó Ra értéke közel 100. A magyarázatot az alábbi grafikon adja (20. ábra).
70
14,0
Halogén izzó - (referencia)
12,0
CIE 13.3 által választott referencia
SPD
10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
hullámhossz - (nm)
20. ábra: Az általam választott referencia fényforrás (2700 K színhımérsékleti szinthez), valamint a vele azonos hımérséklető, CIE 13.3 szerint meghatározott Plank sugárzó spektruma.
A grafikonon ábrázolt két spektrum görbéi között minimális eltérés mutatkozik, így a modell jellegébıl következıleg a halogén izzó Ra értéke majdnem 100, ami a tökéletes színvisszaadást jelenti a CIE eljárásának értelmezésében. 13. Táblázat: CIE 13.3 szerint számított Ra általános színvisszaadási indexek 4000 K korrelált színhımérséklet esetén Fényforrások
Hidegt. halogén izzó (referencia)
Ra 94
Cool White kompakt fénycsı - (O_940) 93 White LED - (L_STAR/O_4000)
89
3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL)
84
Cool White kompakt fénycsı - (O_840) 82 Cool White fénycsı - (T)
61
LED cluster 1 - (S_4000)
42
LED cluster 2 - (L_4000)
5
A fényporos fehér LED-ek mind a három színhımérsékleti szinten jó színvisszaadási index-el rendelkeznek, nagyobb értékkel, mint a hagyományos keskeny sávú fénycsövek és energiatakarékos kompakt fénycsövek.
71
14. Táblázat: CIE 13.3 által számított Ra általános színvisszaadási indexek 6500 K korrelált színhımérséklet esetén Fényforrások
Ra 88
Toshiba D65 (referencia)
6500 K kompakt fénycsı - (T) 82 White LED - (L_6500)
79
LED cluster 1 - (S_6500)
52
LED cluster 2 - (L_6500)
13
A vörös, zöld és kék LED-ekbıl épített cluster fényforrások kivétel nélkül az utolsó helyeken szerepelnek a lámpák közt felállított rangsorban. Erre szintén a hozzájuk referenciaként választott elméleti fényforrások és saját spektrumuk közti nagy különbség ad magyarázatot. Mivel az ilyen spektrum három darab egyenként, közel 100 nm széles csúcsot tartalmazó spektrum
additív
összegeibıl
képzıdik,
ezért
nagy
hatással
bír
azon
minták
színmegjelenésére, melyek leginkább ezekben a hullámhossz tartományokban reflektálnak. Ha megvizsgáljuk az elsı nyolc mintára kapott speciális indexek értékeit (15. Táblázat), láthatjuk, hogy sok esetben (pl.: 1,4,5,8) igen kis értékeket kapunk. Ennek magyarázata az, hogy azon minták esetében melyek reflexiós tartományai bele esnek a három LED (vörös, zöld, kék) által sugárzott teljesítmény tartományának valamelyikébe, színmegjelenésük jelentısen torzul a modell szerint, referenciának választott fényforrás által megvilágított minták megjelenéséhez képest. Ez a jelenség nemcsak a 2700 K-es, hanem a másik két színhımérsékleti szinten is megfigyelhetı. 15. Táblázat: Az elsı nyolc teszt mintára számított Ri speciális színvisszaadási indexek értékei 2700 K színhımérsékleti csoport esetén TCS01 TCS02 TCS03 TCS04 TCS05 TCS06 TCS07 TCS08 R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
Halogén izzó (referencia)
99,4
99,9
99,3
99,3
99,5
99,9
99,2
98,4
White LED - (L_STAR/O_2700)
87,9
91,3
91,6
86,9
85,5
86,0
94,8
83,7
En. kompakt fénycsı - (T_F82)
98,3
96,9
55,9
89,9
89,4
85,8
88,7
69,1
LED cluster 1 - (S_2700)
20,3
68,9
61,6
15,8
28,3
54,1
53,4
-14,0
LED cluster 2 - (L_2700)
-16,5
44,9
73,1
-28,4
-17,5
17,0
31,1
-73,8
Az ábrán (21. ábra) jól látható a négyes számú sárgászöld minta (TCS04) reflexiós görbéjének és a zöld tartományban erısen sugárzó LED-ek emissziójának egybe esése, amibıl a referencia és teszt fényforrás által megvilágított ugyanazon minták közti jelentıs színinger-
72
különbség adódik. Ezen speciális indexek az átlagolásnál kicsi általános színvisszaadási indexet fognak eredményezni és így a rossz színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezı lámpák közé kerülnek besorolásra a jelenlegi módszer szerint. Ebbıl is látható mennyire fontos kérdés, hogy a vizsgálatokat milyen színminta csoport felhasználásával végezzük el. 1,2
TCS04 LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700) x2 y2 z2
1
SPD
0,8
0,6
0,4
0,2
0 350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
hullámhossz - (nm)
21. ábra: A TCS04 közepes sárgászöld színminta reflexiós görbéje és a két RGB LED spektruma.
Érdekesség, hogy a két RGB LED cluster között felállított rangsor nem változik egyik színhımérsékleti szint esetén sem; a köztük lévı jelentısnek mondható Ra indexbeli eltérés valószínőleg a más-más domináns hullámhosszúságú LED-ekre vezethetı vissza. Ha megvizsgáljuk mind a 14 mintára kapott színinger-különbségeket a két RGB LED esetén, egy újabb érdekességet fedezhetünk fel: a LED cluster 2 esetén meghatározott színingerkülönbségek körülbelül másfélszer akkorák, mint a LED cluster 1 esetében meghatározottak (2700 K, 22. ábra); a két mérési halmaz között jelentıs korreláció figyelhetı meg, ahol az R2 korrelációs együttható értéke 0,91.
73
80 y = 1,5534x + 0,7412 R2 = 0,9137
70
LED cluster 2 - ∆Ei
60 50 40 30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
LED cluster 1 - ∆Ei
22. ábra: A két RGB LED CIE 13.3 szerint meghatározott ∆Ei számított színinger-különbségeinek korrelációja (2700 K).
5.3.2.
A CIE 13.3-as Ra általános színvisszaadási index számítása, általam választott referencia fényforrással
Az elızı fejezetben ismertetett számítás során a modell értelmezése szerinti Planck illetve nappali sugárzás eloszlású referencia fényforrások és az általam vizsgált fényforrások között határoztam meg színinger-különbségeket. Ebben a részben ugyanezen modell alapján történı Ra értékek meghatározását végzem, azonban a színinger-különbségek kiszámítása az általam
referenciának tekintett fényforrás és a teszt fényforrások között történik minden egyes színhımérsékleti szint esetén. Ennek értelmében az általam, referenciának választott fényforrások színvisszaadása tekintendı etalonnak, ezért ebben az esetben azok Ra indexét 100-nak választhatjuk. Ezt a számítást azért végeztem, mert a vizuális kísérletek esetén a valós összehasonlító fényforrásokhoz képest észlelt eltérést tudtam meghatározni, és a CIE modell és a vizuális vizsgálatok közti eltérést csak akkor lehet helyesen értelmezni, ha tudjuk, hogy a szabvány és a valós összehasonlító fényforrás adta különbségek mekkorák. Megvizsgáltam, hogy tényleges, valódi fényforrást referenciának használva, mennyire változnak meg a lámpákhoz rendelt színvisszaadási indexek, és hogy ez mennyire változtatja meg a hozzájuk rendelt Ra indexek szerint felállított rangsort. A könnyebb összehasonlítás érdekében az alábbi táblázatokban (16. Táblázat, 17. Táblázat, 18. Táblázat) a módosított 74
számítási eljárás szerinti Ra’ értékek mellett feltüntettem az elızıekben számított Ra értékeket is, egy tizedes pontossággal, hogy a csekély különbségek szemléletesebbek legyenek. 16. Táblázat: A 2700 K –es színhımérsékleti csoportba tartozó lámpák Ra’ indexei, általam választott referencia fényforrás esetében. Fényforrások Ra’ Ra Halogén izzó (referencia)
100,0 99,4
White LED - (L_STAR/O_2700) 84,4
88,4
En. kompakt fénycsı - (T_F82)
84,3
84,2
LED cluster 1 - (S_2700)
35,4
36,0
LED cluster 2 - (L_2700)
3,1
3,7
17. Táblázat: A 4000 K –es színhımérsékleti csoportba tartozó lámpák Ra’ indexei, általam választott referencia fényforrás esetében Fényforrások Ra’ Ra Hidegt. halogén izzó (referencia)
100,0 94,2
Cool White kompakt fénycsı - (O_940)
90,1 93,2
3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL)
86,6 84,3
White LED - (L_STAR/O_4000)
85,9 88,8
Cool White kompakt fénycsı - (O_840)
83,8 82,0
Cool White fénycsı - (T)
62,5 60,6
LED cluster 1 - (S_4000)
35,1 41,5
LED cluster 2 - (L_4000)
-1,1
5,3
18. Táblázat: A 6500 K –es színhımérsékleti csoportba tartozó lámpák Ra’ indexei, általam választott referencia fényforrás esetében Fényforrások Ra’ Ra Toshiba D65 (referencia)
100,0 88,3
6500 K Kompakt fénycsı - (T) 88,0 81,8 White LED - (L_6500)
79,4 79,2
LED cluster 1 - (S_6500)
48,9 52,3
LED cluster 2 - (L_6500)
9,9
13,1
A táblázatokból látható, hogy az általam választott referencia fényforrásokkal és a modell szerinti referenciákkal meghatározott általános színvisszaadási indexek (Ra’, Ra) csak kis mértékben térnek el egymástól, és a sorrendet sem változtatják meg. Kivétel ez alól a 4000 K színhımérsékleti csoport esetén a 3 sávos fénycsı és fehér LED sorrendjének felcserélıdése. Ennek magyarázata, hogy a „White LED” korrelált színhımérséklete 3105 K, s ez a referenciaként tekintett hidegtükrös izzólámpa korrelált színhımérsékletétıl (3719 K) jelentısen eltér, így nagyobb színinger-különbségek is adódnak az egyes színminták 75
összehasonlítása során, mint a vele azonos színhımérséklető (3105 K), modell szerint választott Planck sugárzó esetében. A 18. Táblázatban bemutatott „White LED –(L_6500)” Ra értéke a modell szerinti referencia fényforrás és az általam használt referencia fényforrás esetén közel azonos. Ha azonban az Ri (i=1..8) speciális színvisszaadási indexeket külön-külön hasonlítjuk össze, úgy nagy különbségeket találunk. A 19. Táblázat ezt szemlélteti, mely jól mutatja a modell ezen sajátosságából eredı negatívumát. 19. Táblázat: Ugyanazon „White LED – (L_6500)” speciális színvisszaadási indexei különbözı referencia fényforrásokat alapul véve Modell szerinti Valós Különbség referencia referencia 91,6 79,7 R1 11,9
5.3.3.
R2
92,9
87,4
5,5
R3
87,3
88,6
-1,3
R4
74,3
74,4
-0,1
R5
69,1
79,3
-10,2
R6
61,3
80,7
-19,4
R7
79,6
81,6
-2,0
R8
77,6
63,7
13,9
Ra
79,2
79,4
-0,2
Különbözı színminta halmazok hatása a CIE 13.3-as eljárás alapján számított színvisszaadási indexekre
A CIE által 1974-ben fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására kifejlesztett és elfogadott módszer nyolc+hat színmintán értelmezett színinger-különbségek számításán alapul az U*V*W* színtérben. A CIE 1974 TCS01-TCS014 színmintákat a késıbbi eljárások (pl. CRI-1996) kifejlesztésének kapcsán nyolc darab MCC minta és két bırtípus felhasználásával helyettesítették. Fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak vizsgálatakor a referencia fényforrások megválasztásának kérdése mellett egy másik sarkalatos pont, hogy milyen színmintákon értelmezzük a színinger-különbségeket. Így adódott a feladat, hogy megvizsgáljam a CIE eljárását több színminta csoport elemein értelmezett színinger-különbségek meghatározásával, és hogy ez milyen hatással van a fényforrások elızıekben meghatározott sorrendjére.
76
A színminta halmazok, amiket vizsgáltam az alábbiak voltak: 1. A CIE 1974-es „Teszt Minta” eljárásában alkalmazott TCS01-TCS14 Munsell színminta halmaz elsı nyolc eleme (TCS01-TCS08), melyek közepes telítettségőek és közel azonos világosságúak. A következıkben „eredeti” színminták néven hivatkozom rájuk. 2. A TC 1-33 technikai bizottság által javasolt színminta halmaz az elsı pontban említett Munsell minták helyettesítésére (TCS01*-TCS10*, nyolc darab MCC minta, plusz két bırszín rögzített spektrális adatokkal, mivel utóbbiak a színvisszaadás szempontjából különösen fontosak). A következıkben, mint „választott” minták hivatkozom rájuk. 3. A harmadik vizsgált színminta halmaz a második pontban szereplı nyolc darab MCC minta valós reprezentációiból, valamint a TCS09* és TCS10* „választott” bırszín mintáiból állt. A következıkben, mint „valós” mintahalmaz hivatkozom rájuk. Az elsı két csoport esetén a minták táblázatos formában rögzített spektrális sugársőrőségi tényezıit, βi(λ), míg a valós MCC minták esetében azok spektro-radiométerrel mért valós adatait használtam a színinger-különbségek és színvisszaadási indexek meghatározásánál. A harmadik mintacsoport adatai a második mintacsoporttól csak a gyártási szórás és öregedés miatt térnek el. Azért használtam mindkét adatcsoportot, mert a vizuális kísérleteknél csak a harmadik jöhetett számításba, és kíváncsi voltam a valós mintán észlelt szín és az elméleti adat közti különbségekre. Az általános színvisszaadási indexek meghatározásánál az elsı halmaz esetén az eljárásban is rögzített elsı nyolc mintát, míg a másik két esetben a nyolc MCC mintát és két bırszínt vettem alapul. Az alábbi három ábrán (23. ábra, 24. ábra, 25. ábra) a 2700 K, 4000 K és 6500 K színhımérsékleti csoportba tartozó fényforrások három minta halmazon értelmezett Ra indexei láthatóak a köztük felállított rangsor függvényében a CIE „Teszt Minta” módszer alapján. Az eredeti eljárás és az abban rögzített színmintákon értelmezett Ra indexek a nagyobbak. Ennek magyarázata az, hogy az MCC minták a Munsell mintákhoz képest jóval telítettebb színőek, így azok érzékenyebbek a megvilágítók spektrális teljesítményeloszlásának megváltozására, nagyobb színinger-különbségeket (és ezzel kisebb speciális indexeket) eredményezve referencia és teszt fényforrás között.
77
120 100
CIE 13.3 Ra index
80 60 40 20 0 -20
0
1
2
3
4
5
6
-40 -60 -80 Rangsor - 2700 K TCS01-08
TCS01*-10*
MCC (8+2)
23. ábra: 2700 K-es csoporthoz tartozó fényforrások Ra indexei a rangsor függvényében.
A négyzet (zöld) és háromszög (kék) jelekkel jelölt görbék nagyrészt fedik egymást, ami igazolja, hogy az MCC minták elméleti és valódi reprezentációi között nincs lényeges különbség. 20. Táblázat: 2700 K-es csoporthoz tartozó fényforrások Ra indexei a három színminta halmaz esetén Fényforrások – 2700 K
Ra
TCS01-TCS08 TCS01*-TCS10* MCC(8+2) 99,4 98,9 98,9 Halogén izzó (referencia) 88,4 79,1 79,4 White LED - (L_STAR/O_2700) 84,2 66,8 68,8 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 36,0 -8,1 -1,2 LED cluster 1 - (S_2700) 3,7 -66,9 -59,8 LED cluster 2 - (L_2700)
78
120 100 80
CIE 13.3 - Ra index
60 40 20 0 -20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-40 -60 -80 -100
Rangsor - 4000 K TCS01-08
TCS01*-10*
MCC(8+2)
24. ábra: 4000 K-es csoporthoz tartozó fényforrások Ra indexei a rangsor függvényében.
Ez a 20. Táblázat.-22. Táblázatokban összefoglalt értékekbıl is jól kivehetı. Az RGB LED-ek esetében nagyon nagy különbség adódik az eredeti és az MCC mintákon értelmezett Ra értékekben, amire szintén a telítettebb színek, és a keskenysávú megvilágítás adhat magyarázatot. 21. Táblázat: 4000 K-es csoporthoz tartozó fényforrások Ra indexei a három színminta halmaz esetén Ra Fényforrások – 4000 K TCS01-TCS08 TCS01*-TCS10* MCC(8+2) Hidegt. halogén izzó (referencia) 94,2 88,5 88,9 Cool White kompakt fénycsı - (O_940) 93,2 87,3 88,0 White LED - (L_STAR/O_4000) 88,8 79,9 80,1 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) 84,2 69,4 72,3 Cool White kompakt fénycsı - (O_840) 82,0 66,4 69,8 Cool White fénycsı - (T) 60,6 22,3 24,8 LED cluster 1 - (S_4000) 41,5 -6,1 0,7 LED cluster 2 - (L_4000) 5,3 -73,1 -66,2
Legtöbbször a valós MCC mintákon értelmezett Ra indexek, ha kis mértékben is, de nagyobbak, mint a választott színminták esetén, ami szintén a mintáink elhanyagolható mértékő fakulására vezethetı vissza.
79
100 80
CIE 13.3 Ra index
60 40 20 0 -20
0
1
2
3
4
5
6
-40 -60 -80 -100
Rangsor - 6500 K TCS01-08
TCS01*-10*
MCC(8+2)
25. ábra: 6500 K-es csoporthoz tartozó fényforrások Ra indexei a rangsor függvényében. 22. Táblázat: 6500 K-es csoporthoz tartozó fényforrások Ra indexei a három színminta halmaz esetén Fényforrások – 6500 K
Toshiba D65 (referencia) 6500 K Kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
5.3.4.
Fényforrások
Ra TCS01-TCS08 TCS01*-TCS10* MCC(8+2) 88,3 91,2 91,1 81,8 76,5 77,0 79,2 67,7 68,2 52,3 -1,7 4,6 13,1 -73,6 -66,8
színkészletének
(gamut)
vizsgálata
CIELAB
színtérben Korábbiakban már Pracejus98 is felvetette annak lehetıségét fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak jellemzésére, hogy a vizsgált színminták koordinátáit adott színtérben ábrázolva, az azok által határolt terület nagyságát, alakját is lehetne használni a lámpák osztályozására. Thornton99 úgy gondolta, hogy a „gamut area” fogalma talán a lámpák színdiszkriminációs képességeivel is összefügghet, miszerint minél nagyobb ez a terület, annál jobb a színvisszaadás. Fontosnak tartottam Thornton felvetését megvizsgálni, és választ adni arra a kérdésre, van e valamilyen kapcsolat a CIE által javasolt színvisszaadási index-számítási eljárás és a minták
80
által határolt területek között. Az elızı fejezetben ismertetett színminta halmazokat alapul véve, CIELAB a*b* koordinátarendszerben ábrázoltam a nyolc darab Munsell minta és nyolc darab MCC minta koordinátái által határolt területeket. Azért csak ezt a nyolcat, mert ezek a színkörön mind egymástól, mind az origótól közel azonos távolságban helyezkednek el. A bırszín minták ezen pontok által határolt tartomány belsejében találhatóak, így azok felhasználása a területek jellemzésére nem alkalmas. Az eredeti Munsell minták által határolt területek közel háromszor-négyszer kisebbek a másik mintahalmazok által határolt területeknél, mivel az eredeti minták jóval kisebb krómával rendelkeznek, mint a késıbbi MCC színes minták. A második és harmadik csoportban lévı minták esetében közel azonos színkoordinátákat kaptam, mivel a harmadik csoport a második csoport elméleti mintáinak valós reprezentációja. TCS01-08 - "Eredeti" minták
TCS01*-08* - "Választott" minták
100
100
100
80
80
80
60
60
60
40
40
40
20
b*
-60
-40
MCC - "Valós" minták
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
-40
100
-60
-40
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
-60
-40
0 -20 0 -20
CIE 13.3
40
60
80
100
-60 a*
Halogén izzó
20
-40
-60 a*
CIE 13.3
20
b*
a*
Halogén izzó
CIE 13.3
Halogén izzó
26. ábra: Színkészletek ábrázolása CIELAB a*b* síkra vetítve három különbözı minta halmaz esetén a 2700 K színhımérsékleti csoport referenciájának választott halogén izzó esetén.
A fenti ábrán (26. ábra) láthatóak mind a három halmaz elemei által határolt területek a CIE 13.3-as eljárása szerint meghatározott referencia fényforrás (kék - ◊)4 illetve az általam 2700 K színhımérsékleti csoport esetén referenciának választott lámpa (piros - □) által megvilágítva. Az ábrákról leolvasható, hogy mind a három halmaz elemeit vizsgálva a két poligon majdnem tökéletesen fedi egymást, ami azt bizonyítja, hogy a valódi, általam referenciának választott fényforrás hasonlóképpen adja vissza a színeket, mint a CIE 13.3 eljárás értelmében választott, vele azonos hımérséklető elméleti fekete test sugárzó.
4
A további (27. ábra - 43. ábra) ábrákon is „◊ CIE 13.3”-al a CIE 13.3 szerint választott referencia fényforrással megvilágított színminták a*b* értékeit jelzem.
81
TCS01-08 - "Eredeti" minták
TCS01*-08* - "Választott" minták
100
100
100
80
80
80
60
60
60
40
40
40
20
b*
-60
-40
MCC - "Valós" minták
20
b*
0 -20 0 -20
20
40
60
80
-60
100
-40
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
-40
CIE 13.3: Yoshi
Hidegtükrös halogén izzó
40
60
80
100
-60 a*
a*
20
-40
-60
-60 CIE 13.3
20
b*
a*
Tungsram Halogen
CIE 13.3
Hidegt. halogén izzó
27. ábra: Színkészletek ábrázolása CIELAB a*b* síkra vetítve három különbözı minta halmaz esetén a 4000 K színhımérsékleti csoport referenciájának választott hidegtükrös halogén izzó esetén.
A további ábrákon (27. ábra, 28. ábra; 4000 K-es és 6500 K-es referencia fényforrások esetén) is jól látható, hogy a „választott” és „valós” minták közel azonos színkoordinátákkal rendelkeznek; a különbség a többi fényforrás párok esetén is elhanyagolható, így a továbbiakban csak az „eredeti” és „valós” minta halmazokon értelmezett ábrákat ismertetem.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
TCS01*-08* - "Választott" minták
100
100
100
80
80
80
60
60
60
40
40
40
20
b*
-60
-40
MCC - "Valós" minták
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
-40
100
-60
-40
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
-60
CIE 13.3
40
60
80
100
-60 a*
Toshiba D65
20
-40
-60 a*
CIE 13.3
20
b*
a*
Toshiba D65
CIE 13.3
Toshiba D65
28. ábra: Színkészletek ábrázolása CIELAB a*b* síkra vetítve három különbözı minta halmaz esetén a 6500 K színhımérsékleti csoport referenciájának választott Toshiba D65 fénycsı esetén.
Valós MCC minták esetén a területek legtöbbször, ha kis mértékben is de kisebbek, mint az elméleti minták esetén, ami a valós minták 2-3 év alatti kismértékő fakulására vezethetı vissza, de ennek hatása a késıbbi számításokra elhanyagolható. Az elızı három ábra mutatja, hogy mind a három színhımérsékleti szint esetén olyan fényforrásokat sikerült választani referenciának, melyek színvisszaadása a CIE 13.3 módszer szerint meghatározott elméleti referencia fényforrásokéval megegyezı.
82
Az imént bemutatott referencia fényforrásokhoz hasonlóan, mind a három színhımérsékleti csoport további fényforrásainak színkészletét is ábrázoltam a CIELAB a*b* síkra vetítve.
5.3.4.1.
2700 K korrelált színhımérsékleti csoport
Ezen színhımérsékleti csoportban egy kompakt fénycsövet, egy fehér LED-et valamint két RGB LED clustert vizsgáltam összehasonlítva azok színkészletét a CIE 13.3 módszer szerint hozzájuk referenciának választott fényforrások színkészletével. TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
0 -20 0 -20
En. kompakt fénycsı - (T_F82)
a*
CIE 13.3
En. kompakt fénycsı - (T_F82)
29. ábra: Energiatakarékos kompakt fénycsı színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A fenti ábrán (29. ábra) már jól kivehetı, hogy nagyobb színinger-különbségek adódnak referencia és teszt fényforrás között, ezáltal nagyobb mértékben torzítva a teszt poligon alakját a referencia poligonhoz képest. Az is jól látszik, hogy a torzulások irányultsága és nagysága eltérı a különbözı színminta halmazok esetén, holott az „eredeti” Munsell minták helyettesítéseként szolgáló MCC minták meghatározásánál törekedtek a színezetben leginkább közel álló minták kiválasztására. A valós minták esetén kicsi bal és jobb oldali irányultságú (zöld és vörös tengely) torzulás figyelhetı meg, ami egy függıleges irányú (sárga és kék tengely) megnyúlással párosul.
83
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
20
b*
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
a*
White LED - (L_STAR/O_2700)
CIE 13.3
White LED - (L_STAR/O_2700)
30. ábra: Fehér LED színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A fehér LED esetében (30. ábra), mivel ez a fényforrás is nagy Ra általános színvisszaadási index-el rendelkezik, nem meglepı, hogy a nyolc színminta által meghatározott poligonok jó közelítéssel fedik egymást, miközben, ha kis mértékben is, de a kompakt fénycsı esetében már látott oldalsó és függıleges irányú torzulás figyelhetı meg.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
20
b*
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
LED cluster 1 - (S_2700)
a*
CIE 13.3
LED cluster 1 - (S_2700)
31. ábra: RGB LED cluster 1 színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A CIE módszere szerint kis Ra színvisszaadási index-el rendelkezı RGB LED-ek esetében már jóval érdekesebb és szembetőnıbb a torzulás (lásd 31. ábra és 32. ábra). A nagy színinger-különbségekbıl adódóan az egyes színminták koordinátái között már jelentıs eltérés mutatkozik, mely a poligon alakját a referenciához képest nagymértékben torzítja. A poligon ebben az esetben inkább oldalsó irányban nyúlik és függıleges irányban szőkül, ellentétben az eddig tapasztaltakkal.
84
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
20
b*
0 -80 -60 -40 -20 0 -20
20
40
60
80 100
0 -80 -60 -40 -20 0 -20
-40
40
60
80 100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
LED cluster 2 - (L_2700)
a*
CIE 13.3
LED cluster 2 - (L_2700)
32. ábra: RGB LED cluster 2 színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A LED cluster 2 esetében még inkább érvényesül a poligon nagy színinger-különbségekbıl adódó torzulása, melynek iránya nagyban hasonlít a LED cluster 1 esetén már tapasztaltakkal. Az alábbi táblázatban (23. Táblázat) összefoglaltam a bemutatott grafikonokon ábrázolt területek nagyságát, a teszt és referencia fényforrások területeinek egymáshoz képesti arányával. Azon fényforrások esetében melyek jó színvisszaadási tulajdonságokkal bírnak a CIE 13.3 eljárása szerint, tehát kis színinger-különbségek adódnak az egyes színminták között referencia és teszt fényforrás által megvilágítva, azaz nagy Ra értékkel rendelkeznek, a poligonok egymáshoz képesti nagysága közel azonos (T(teszt)/T(ref.) ≈ 100%). De nem ilyen egyértelmő a helyzet, ha az eltérı spektrális teljesítmény-eloszlások miatt megváltozik a színek megjelenése és ezáltal jelentıs mértékben torzul a teszt fényforrás poligonjának alakja a referencia poligonjának alakjához képest. Az energiatakarékos kompakt fénycsı ábráján jól látható torzulás figyelhetı meg a „valós” minták esetében, mégis a két terület mérete megegyezik egymással (100,2%). Másik fontos észrevétel, hogy a jelentıs torzuláson átesett poligonok a LED clusterek esetén jelentıs területbeli növekedést tudhatnak magukénak a referencia fényforráshoz képest, miközben színvisszaadásuk a CIE értelmezésében jelentıs mértében csökken. Minden fényforrást figyelembe véve a LED cluster 1 poligonjának területe nı meg legnagyobb mértékben a referencia poligonjához képest (>120%), holott a CIE értelmezésében a LED cluster 2 esetében a legnagyobbak a számított színinger-különbségek az egyes színminták között (lásd késıbb, 32. Táblázat). Thornton feltételezése, miszerint ha egy adott fényforrással megvilágított mintahalmaz által meghatározott színkészleti tartomány nagyobb egy másik fényforrás által meghatározott 85
színkészletnél, akkor elıbbi jobb színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezik, a CIE 13.3 módszerét tekintve nem teljesül a fenti ellentmondásokat figyelembe véve. Kijelenthetı tehát, hogy az általam vizsgált színminták CIELAB a*b* színkoordinátái által meghatározott „gamut” területek nagysága nem alkalmas közel azonos korrelált színhımérséklettel
rendelkezı
fényforrások
közti
rangsor
felállítására,
ha
azok
színvisszaadási tulajdonságait a jelenleg érvényben lévı CIE eljárás szerint értelmezzük. 23. Táblázat: A vizsgált fényforrásokkal és a CIE 13.3 szerint értelmezett referencia fényforrással megvilágított színminták által határolt területek arányai és azok Ra indexei 2700 K "Eredeti" "Valós" T(teszt)/T(ref.) Ra T(teszt)/T(ref.) Ra Halogén izzó (referencia) 99,5% 99,4 99,6% 98,9 White LED - (L_STAR/O_2700) 97,9% 88,4 98,9% 79,4 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 108,4% 84,3 100,2% 68,8 LED cluster 1 - (S_2700) 127,5% 36,1 123,2% -1,2 LED cluster 2 - (L_2700) 118,0% 3,7 114,9% -59,7
5.3.4.2.
4000 K korrelált színhımérsékleti csoport
Ebben a csoportban a két-két hagyományos illetve két-két kompakt fénycsı mellett a már elızı csoportban ismertetett fehér LED-et valamint két RGB LED clustert hasonlítottam össze, mely két utóbbi korrelált színhımérsékletét áramstabilizált tápegység segítségével állítottam a referencia fényforrás színhımérsékletével teljesen azonosra. Az alábbi ábrákon (33. ábra - 37. ábra) megfigyelhetı, hogy mind a fénycsövek mind pedig a fehér LED esetén a torzulások hasonló irányultságúak, mint ami a 2700 K-es csoport esetében már tapasztalható volt mindkét vizsgált mintahalmazt tekintve.
86
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
0 -20 0 -20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
a*
3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL)
CIE 13.3
3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL)
33. ábra: 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve. TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
0 -20 0 -20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
a*
Cool White fénycs ı - (T)
CIE 13.3
Cool White fénycs ı - (T)
34. ábra: Cool White fénycsı - (T) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve. TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
0 -20 0 -20
Cool White k. fénycs ı - (O_840)
a*
CIE 13.3
Cool White k. fénycs ı - (O_840)
35. ábra: Cool White kompakt fénycsı - (O_840) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
87
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
a*
Cool White k. fénycs ı - (O_940)
CIE 13.3
Cool White k. fénycs ı - (O_940)
36. ábra: Cool White kompakt fénycsı - (O_940) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve. TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
White LED - (L_STAR/O_4000)
a*
CIE 13.3
White LED - (L_STAR/O_4000)
37. ábra: White LED - (L_STAR/O_4000) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Úgyszintén nagyon hasonló torzulást eredményeznek a 4000 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı LED clusterek a 2700 K-es esethez viszonyítva, a LED cluster 1 poligonja ugyan itt sem torzul olyan látványosan, mint a LED cluster 2 poligonja, de az általa határolt terület nagysága szintén a legnagyobb mértékben változik az összes fényforrás közül a CIE 13.3 szerinti referenciához képest (38. ábra, 39. ábra). Minél nagyobb ez a terület annál több színt vagyunk képesek megjeleníteni egy adott fényforrás segítségével, miközben az általam vizsgált esetekben jelentıs mértékben csökken a lámpák színvisszaadási tulajdonsága a CIE értelmezésében.
88
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
20
b*
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
a*
LED cluster 1 - (S_4000)
CIE 13.3
LED cluster 1 - (S_4000)
38. ábra: LED cluster 1 - (S_4000) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve. TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
20
b*
0 -80 -60 -40 -20 0 -20
20
40
60
80 100
0 -80 -60 -40 -20 0 -20
-40
40
60
80 100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
LED cluster 2 - (L_4000)
a*
CIE 13.3
LED cluster 2 - (L_4000)
39. ábra: LED cluster 2 - (L_4000) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Közepes korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások vizsgálatánál is elmondható, de leginkább az RGB LED-ek esetén, hogy kicsi Ra index értékhez nagyobb színminták által határolt CIELAB színtérbeli terület tartozik, mint a referencia fényforrás esetén. Ha a „valós” mintahalmazon értelmezett százalékokat és Ra értékeket vesszük szemügyre, akkor az is jól látszik, hogy a referencia és teszt fényforrások által megvilágított színminták által határolt területek öt esetben közel azonosak (≈100%), miközben azok Ra színvisszaadási értékei jelentısen eltérnek egymástól. Itt is kijelenthetı tehát, hogy fényforrások CIE 13.3 szerint értelmezett általános színvisszaadási indexe a „gamut” területtel nem korrelál. A „gamut” terület szemléletes képet ad az egyes színek várható észleletbeli torzulásainak mértékérıl és irányultságáról. A vizuális észleletekkel történı összevetés során a színvisszaadás jellemzésében való szerepére még visszatérek.
89
24. Táblázat: A vizsgált fényforrásokkal és a CIE 13.3 szerint értelmezett referencia fényforrással megvilágított színminták által határolt területek arányai és azok Ra indexei 4000 K "Eredeti" "Valós" T(teszt)/T(ref.) Ra T(teszt)/T(ref.) Ra Hidegtükrös halogén izzó (referencia) 97,0% 94,2 97,5% 88,9 Cool White kompakt fénycsı - (O_940) 103,1% 93,2 99,9% 88,0 White LED - (L_STAR/O_4000) 98,2% 88,8 99,2% 80,1 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) 103,9% 84,2 98,5% 72,3 Cool White kompakt fénycsı - (O_840) 107,2% 82,0 101,6% 69,8 Cool White fénycsı - (T) 79,8% 60,6 79,6% 24,8 LED cluster 1 - (S_4000) 128,8% 41,5 125,9% 0,7 LED cluster 2 - (L_4000) 121,7% 5,3 119,3% -66,2
5.3.4.3.
6500 K korrelált színhımérsékleti csoport
Mint a korábbi színhımérsékleti szinteken, itt is összehasonlításra került egy energiatakarékos kompakt fénycsı, egy fehér LED, valamint két RGB LED cluster. Fénycsı esetén, a CIE értelmezése szerint meghatározott referenciához képest csak kis mértékben torzulnak a színek, de azok irányultsága megegyezik az eddig tapasztaltakkal – balról, jobbról kicsit összenyomódik, alul, felül kicsit megnyúlik a minták által határolt terület alakja – mind az „eredeti”, mind pedig a „valós” mintahalmaz esetén (40. ábra). TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
0 -20 0 -20
-40
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
6500 K Kompakt fénycs ı - (T)
a*
CIE 13.3
6500 K Kompakt fénycs ı - (T)
40. ábra: 6500 K Kompakt fénycsı - (T) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Eltérıen a már vizsgált másik két szinttıl, a nagy korrelált színhımérsékleti csoportba tartozó fehér LED esetén jelentısebb torzulások figyelhetıek meg mindkét mintahalmaz elemeit tekintve fıleg a sárga-kék tengelyen felvett értékekre vonatkozóan, de a bal-jobb oldali szőkülés is nagyobb mértékő, mint eddig (41. ábra).
90
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
0 -20 0 -20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
a*
White LED - (L_6500)
CIE 13.3
White LED - (L_6500)
41. ábra: White LED - (L_6500) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A várakozásoknak megfelelıen az RGB LED-ekkel megvilágított színminták nagymértékő torzuláson esnek át a hozzájuk meghatározott referencia fényforrás által megvilágított mintákhoz képest. A változások irányultságai hasonlóak az eddig látottakhoz és a nyolc minta által határolt területek mérete is több mint 20 százalékkal nagyobb a referenciához képest.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
0 -20 0 -20
20
b*
20
40
60
80
-40
100
-60
-40
0 -20 0 -20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
LED cluster 1 - (S_6500)
a*
CIE 13.3
LED cluster 1 - (S_6500)
42. ábra: LED cluster 1 - (S_6500) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Az egyes számú RGB LED-hez tartozó színminták általi terület majdnem teljes egészében magába foglalja a referencia fényforráshoz tartozó poligont, míg a LED cluster 2 esetén megmarad a már látott jellegzetes, nagymértékő bal-jobb irányú megnyúlás illetve a sárga-kék tengely értékeinek origó irányba való csökkenése (42. ábra, 43. ábra).
91
TCS01-08 - "Eredeti" minták
MCC - "Valós" minták
100
100
80
80
60
60
40
40
20
b*
-60
-40
20
b*
0 -20 0 -20
20
40
60
80
100
-60
-40
-40
0 -20 0 -20
40
60
80
100
-40
-60
-60 a*
CIE 13.3
20
a*
LED cluster 2 - (L_6500)
CIE 13.3
LED cluster 2 - (L_6500)
43. ábra: LED cluster 2 - (L_6500) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A 25. Táblázatban szereplı számokból is jól látható, hogy a CIE szerint meghatározott referencia és az általam vizsgált fényforrásokhoz tartozó területek arányai nem korrelálnak a CIE 13.3 szerint számított színvisszaadási indexekkel, mert például mindkét fénycsı esetén ezen arány közel azonos (100%) – valós minták esetén, míg számított Ra indexeik között jelentıs különbség van. Színes LED-eket tekintve szintén közel azonos a területek arányainak változása, míg általános színvisszaadási indexeik között óriási különbség figyelhetı meg. 25. Táblázat: A vizsgált fényforrásokkal és a CIE 13.3 szerint értelmezett referencia fényforrással megvilágított színminták által határolt területek arányai és azok Ra indexei 6500 K "Eredeti" "Valós" T(teszt)/T(ref.) Ra T(teszt)/T(ref.) Ra Toshiba D65 (referencia) 102,5% 88,3 100,9% 91,1 6500 K Kompakt fénycsı - (T) 105,9% 81,8 101,3% 77,0 White LED - (L_6500) 89,4% 79,2 89,6% 68,2 LED cluster 1 - (S_6500) 131,2% 52,3 129,1% 4,6 LED cluster 2 - (L_6500) 128,8% 13,1 125,9% -66,8
Mindhárom színhımérsékleten azt találtam, hogy a hagyományos általános színvisszaadási index és a nyolc színminta által lefedett terület mérete nem korrelál egymással.
5.3.5.
Színkoordináták
torzulásának
vizsgálata
u’v’
koordináta-
rendszerben Ha a referencia és teszt fényforrással megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáit színességi diagramban ábrázoljuk és az egymáshoz tartozó pontokat vonallal összekötjük, akkor jól láthatóvá válik, hogy milyen irányú és nagyságú torzulást
92
szenvednek a vizsgált színminták a spektrális sugárzáseloszlás megváltozása miatt. Ezt felhasználva újabb grafikus módszert kaphatunk, melynek segítségével fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemezhetjük. Az ábrázolás egyszerő megvalósításához egy számítógépes programot készítettem, ahol bemeneti paraméternek meg kell adni a színminták referencia és teszt fényforrás által megvilágított u’v’ koordinátáit. A grafikonon ábrázolásra került, egy a laboratóriumban található színes CRT monitor RGB háromszöge is. A háromszög vörös, zöld és kék csúcsai közti színes átmenetek segítik felismerni, hogy milyen irányba is mennek végbe a színminták koordinátáinak eltolódásai a sugárzáseloszlás megváltozásával. A grafikonon kis, fehér négyzet jelöli a referencia fényforrás által megvilágított minták helyzetét, míg kis, fekete háromszög a teszt fényforrás által megvilágított minták koordinátáit, és az azonos mintákat egy vékony, fekete vonal köti össze. Az ábrákon az MCC mind a 18 mintáját ábrázoltam, nem csupán az elızı elemzéseknél használt nyolc mintát, melyeket a CIE bizottsága a 18 minta közül kiválasztott. Az alábbiakban színhımérsékleti csoportonként elemzem a kapott képeket.
5.3.5.1.
2700 K korrelált színhımérséklető fényforrások
Az adott színhımérsékleti csoportba tartozó képeket, ha megnézzük, egyértelmő választ kapunk arra vonatkozólag, mely esetekben torzulnak jelentıs mértékben a színek a referencia fényforrással megvilágított minták színéhez képest. A vizsgált színminta halmazra vonatkozólag következtethetünk az adott teszt fényforrások referencia fényforráshoz képesti színvisszaadási tulajdonságaira, valamint a változások irányultságát figyelembe véve az is kimutatható, hogy a színészlelet telítettebbé, telítetlenebbé válik vagy esetleg a színezete változik meg. A kompakt fénycsı és fehér LED diagramjait (44. ábra) nézve jól látható különbség mutatkozik az eltérések nagyságát illetıen. A LED esetében nagyobb torzulásokat mutat a grafikon, ami azért is érdekes, mert ez nagyobb színinger-különbséget és ezzel kisebb Ra index értéket jelentene a kompakt fénycsıhöz képest, ha az MCC 18 darab mintáját vennénk alapul a színvisszaadási index számításánál. A 20. Táblázatban található számok azonban azt mutatják, hogy a vizsgált mintahalmazoktól függetlenül a fehér LED CIE 13.3 szerint
93
számított általános színvisszaadás indexe minden esetben nagyobb, mint a fénycsıé. Erre a késıbbiekben alkalmazott színi áthangolódási korrekció ad magyarázatot (27. Táblázat). Érdekes az eltolódások irányát is megfigyelni a fehér LED esetében. Minden egyes színminta a színességi diagramban balra illetve lefelé tolódik, ami azt jelenti, hogy a minták kékeszöldes (türkiz) tartalma nı, illetve amelyek már amúgy is nagy kék vagy zöld tartalommal bírtak, azok telítettsége is megnı. Ennek magyarázata egyfelıl a fehér LED felépítésében keresendı, mivel maga a fényforrás egy kék hullámhossz tartományban sugárzó LED, ami elé sárgás színezető foszfort helyeznek, másfelıl a referencia fényforráshoz képesti közel 400 Kel nagyobb korrelált színhımérséklet még jobban kihangsúlyozza ezt.
44. ábra: 2700 K-es referencia fényforrás és kompakt fénycsı valamint fehér LED által megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
Mindkét RGB LED cluster esetén az eltolódások iránya nagyon hasonló képet mutat, de merıben mást, mint a fehér LED vagy fénycsı esetén. Az ötös számú minta (45. ábra), egy elválasztó pont szerepét tölti be, a koordináta rendszerben tıle balra elhelyezkedı pontok a teszt fényforrás által megvilágítva a diagramban balra, míg a tıle jobbra elhelyezkedı pontok jobbra tolódnak. Ez a fajta kivételesnek nevezhetı irányultság változás a többi színhımérsékletnél is megmarad az RGB LED-eket vizsgálva. Az itt tapasztalható nagyságrendbeli színinger-különbségek azonban összefüggésben vannak a CIE 13.3 szerint számított Ra indexekkel, mivel az 1-es számú LED cluster mindig nagyobb színvisszaadási index-el rendelkezik, mint a 2-es számú LED cluster és a képekrıl is leolvasható, hogy az eltolódások mértéke kisebb az 1-es LED esetében.
94
45. ábra: 2700 K-es referencia fényforrás és az RGB LED clusterek által megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
Az adott referencia és teszt fényforrás által megvilágított színminták színességi koordinátáit (u’v’) felhasználva, az összetartozó minta párok közti geometriai távolságokat kiszámítottam (
(u '
−u 'i ,teszt ) + (v'i ,ref −v'i ,teszt ) , i=1..18), majd az így kapott 18 darab távolságot 2
i ,ref
2
összegeztem. Ezáltal egy olyan számot határoztam meg minden egyes fényforráshoz, mely a vizsgált színmintákra jellemzı torzulásokat azok összegeivel írja le.
White LED nélkül
Összes fényforrás 100
100
2
2
R = 0,9971
80
80
60
60
Ra index
Ra index
R = 0,8983
40
20
20
0 0,00
40
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
Összes geometria különbség
0,70
0,80
0 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Összes geometriai különbség
46. ábra: A 2700 K-es csoportba tartozó megvilágítók Ra általános színvisszaadási indexeinek ábrázolása a minta párok fényforrásonkénti geometriai távolságuk összegének függvényében
A 46. ábra a fényforrások általános színvisszaadási indexeinek értékét a 18 darab színminta referencia és teszt fényforrás által megvilágított u’v’ színességi pontjai közti koordinátarendszerbeli távolságaik összegének függvényében ábrázolja. A jobb oldali grafikonon a két halmaz közti korreláció vizsgálatából kihagytam a fehér LED értékeit, és így a maradék
95
három pont közel egy egyenesen helyezkedik el, mely azt mutatja, hogy eltekintve a ténytıl, hogy a két módszer teljesen különbözı színminta halmazon értelmezett, a köztük lévı korreláció közel 100 százalékos. A fehér LED azért nem illeszkedik a sorba, mert korrelált színhımérséklete eltér a többi fényforrás korrelált színhımérsékletétıl. 26. Táblázat: A 2700 K-es teszt fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemzı adatok összefoglaló táblázata Fényforrások – 2700 K Ra Σ∆u’v’ CCT White LED - (L_STAR/O_2700) 88,4 0,29 3114 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 84,2 0,15 2774 LED cluster 1 - (S_2700) 36,0 0,45 2816 LED cluster 2 - (L_2700) 0,68 2816 3,7 2 R korrelációs együttható (White LED nélkül): -0,9971
A fenti táblázatban (26. Táblázat) összegeztem a lámpák színhımérsékletét, CIE 13.3 szerint számított Ra általános színvisszaadási index értékeit, valamint az általam meghatározott referencia és teszt fényforrás által megvilágított minták közti távolságok összegét. A fehér LED elhagyásával a két halmaz közti R2 korrelációs együttható két tizedesre kerekítve már 1,00 értéket venne fel (26. Táblázat).
Színi áthangolódással 100 2
R = 0,9973
Ra index
80
60
40
20
0 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Összes geometriai különbség
47. ábra: Színi áthangolódási korrekciót alkalmazva a fehér LED által megvilágított színmintákra
Mivel a fehér LED korrelált színhımérséklete nem változtatható eltérıen az RGB LED-ektıl, így színi áthangolódási korrekciót kell végre hajtani, hogy a megvilágított minták színességi koordinátái össze vethetıek legyenek a többi fényforrás által megvilágított mintákkal. Von Kries kromatikus adaptációs transzformációt alkalmaztam a fényporos LED által megvilágított színminták XYZ színességi koordinátáira, majd visszatranszformálva a kapott értékeket CIE XYZ színtérbe, az
abból számítható u’v’ koordinátákat felhasználva a
96
távolságok meghatározásához, a regressziós egyenesbe már lényegesen jobban illeszkedı pontot kaptam (47. ábra). 27. Táblázat: A 2700 K-es teszt fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemzı adatok összefoglaló táblázata a fehér LED által megvilágított mintákra színi áthangolódási korrekciót alkalmazva Fényforrások – 2700 K Ra Σ∆u’v’ CCT White LED - (L_STAR/O_2700) 88,4 0,10 3114 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 84,2 0,15 2774 LED cluster 1 - (S_2700) 36,0 0,45 2816 LED cluster 2 - (L_2700) 0,68 2816 3,7 2 R korrelációs együttható (színi áthangolódással): -0,9973
A 27. Táblázat tartalmazza a módosított értékeket, melybıl jól kivehetı, hogy így már a fehér LED-hez számított Σ∆u’v’ is arányban van a CIE szerinti általános színvisszaadási index-el.
5.3.5.2.
4000 K korrelált színhımérséklető fényforrások
4000 K korrelált színhımérsékleten több különbözı típusú fényforrás összehasonlítására volt lehetıség, ezáltal a változások jellegei is szélesebb körőek. Mindegyik fénycsı diagramján látható, hogy az eltolódások általában egy irányba, a háromszög kék csúcsa felé mutatnak, és az eltolódások mértéke is összhangban van a CIE 13.3 szerint meghatározott Ra általános színvisszaadás indexek értékeivel, kivéve ugyancsak a fehér LED-el megvilágított minták eltolódásait.
97
48. ábra: 4000 K-es referencia fényforrás és különbözı típusú fénycsövek által megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
A kis és közepes korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások kiválasztásánál a fehér LED-et mindkét halmazba beválasztottam, mivel annak tényleges korrelált színhımérséklete 2700 K és 4000 K közé esett. Így a 49. ábra ugyanazon fehér LED összehasonlítását mutatja a 4000 K-es referencia fényforrással, mint a 44. ábra a 2700 K-es esetben, de az itt látható változások irányultságai teljesen ellentétesek az ott tapasztaltakkal. Ebben az esetben a teszt fényforrás általi színességi pontok változásainak mindegyike nem a háromszög kék, hanem annak vörös csúcsa felé irányulnak a referenciához képest. Elsı gondolatra ez ellentétes azzal a magyarázattal, amit a LED szerkezeti felépítésére vonatkozólag tettem a 2700 K-es esetben, azonban a referencia és teszt fényforrás közti nagy, közel 600 K-es színhımérsékletbeli eltérés (CCTref > CCTteszt) hatása már jobban érvényesül.
98
49. ábra: 4000 K-es referencia fényforrás és fehér LED által megvilágított színminták spektroradiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
A közel 4000 K korrelált színhımérsékletre beállított RGB LED clusterekkel megvilágított színminták színességi pontjai – hasonlóan a 2700 K-es csoporthoz – abban az esetben, ha az ötös számú mintától jobbra helyezkedtek el, a vörös csúcs felé, ha balra, akkor a zöld csúcs felé tolódtak a referencia pontokhoz képest. Mivel ezen fényforrások sugárzáseloszlása három domináns hullámhosszal (vörös, zöld és kék tartományban) rendelkezı spektrum additív összegeibıl képzıdik, nagy hatással bírnak a hasonló színezettel rendelkezı mintákra. Ezért lehetséges, hogy a narancsos, vöröses, lilás színezető MCC minták színességi pontjai a nagy intenzitással jelen lévı vörös LED hatása révén a háromszög vörös csúcsa felé, míg a kékes, zöldes színezető MCC minták színességi pontjai a közel azonos intenzitású kék és zöld LED hatása révén a zöld csúcs felé tolódnak. Kivétel ez alól a LED cluster 1 esetén a legkékebb 13-as számú MCC színminta, ahol a változás irányultsága inkább a kék csúcs felé mutat.
99
50. ábra: 4000 K-es referencia fényforrás és az RGB LED clusterek által megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
Megvizsgálva a fényforrások általános színvisszaadási indexének kapcsolatát a színminták közti geometriai távolságok fényforrásonkénti összegével hasonló korreláció mutatható ki, mint 2700 K esetén. Mivel a fehér LED ezen színhımérsékleti csoportba sem illeszkedik tökéletesen, elhagyva azt az összehasonlításnál, még szignifikánsabb korrelációt kapunk (51. ábra).
Összes fényforrás
White LED nélkül
100
100 2
2
R = 0,9817 80
60
60
Ra index
Ra index
R = 0,907 80
40
20
0 0,00
40
20
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
Összes geometriai különbség
0,70
0,80
0 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Összes geometriai különbség
51. ábra: A 4000 K-es csoportba tartozó megvilágítók Ra általános színvisszaadási indexeinek ábrázolása a minta párok fényforrásonkénti geometriai távolságuk összegének függvényében
A 28. Táblázatban a fényforrások színhımérsékleti értékei mellett megtalálhatóak azon adatok is, melyekbıl a fenti korrelációs grafikonokat készítettem. A számított Σ∆u’v’ értékekbıl is jól látszik, hogy a fehér LED esetén ez az érték jóval nagyobb, mint ahogy azt az Ra index indokolná.
100
28. Táblázat: A 4000 K-es teszt fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemzı adatok összefoglaló táblázata Fényforrások – 4000 K Ra Σ∆u’v’ CCT Cool White kompakt fénycsı - (O_940) 93,2 0,13 3614 White LED - (L_STAR/O_4000) 88,8 0,34 3105 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) 84,2 0,21 3841 Cool White kompakt fénycsı - (O_840) 82,0 0,21 3809 Cool White fénycsı - (T) 60,6 0,43 4047 LED cluster 1 - (S_4000) 41,5 0,47 3719 LED cluster 2 - (L_4000) 5,3 0,78 3718 2 -0,9817 R korrelációs együttható (White LED nélkül):
Mint, ahogy azt már a ~2700 K-es lámpák esetén is tapasztalható volt, a fehér LED korrelált színhımérsékletének a referencia fényforrásétól való nagyobb mértékő eltérése miatt színi áthangolódási korrekcióra van szükség a pontos összevethetıség érdekében. Von Kries modellt alkalmazva, a regressziós egyenesre már lényegesen jobban illeszkedı pontot kapunk; a változásokat a 29. Táblázat tartalmazza. Színi áthangolódással 100 2
R = 0,9792
Ra index
80
60
40
20
0 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Összes geometriai különbség
52. ábra: Színi áthangolódási korrekciót alkalmazva a fehér LED által megvilágított színmintákra 29. Táblázat: A 4000 K-es teszt fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemzı adatok összefoglaló táblázata a fehér LED által megvilágított mintákra színi áthangolódási korrekciót alkalmazva Fényforrások – 4000 K Ra Σ∆u’v’ CCT Cool White kompakt fénycsı - (O_940) 93,2 0,13 3614 White LED - (L_STAR/O_4000) 88,8 0,12 3105 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) 84,2 0,21 3841 Cool White kompakt fénycsı - (O_840) 82,0 0,21 3809 Cool White fénycsı - (T) 60,6 0,43 4047 LED cluster 1 - (S_4000) 41,5 0,47 3719 LED cluster 2 - (L_4000) 5,3 0,78 3718 2 R korrelációs együttható (színi áthangolódással): -0,9792
101
5.3.5.3. A
nappali
6500 K korrelált színhımérséklető fényforrások sugárzáseloszlás
6500
K
színhımérsékletével
közel
azonos
korrelált
színhımérséklető lámpák csoportjában egy energiatakarékos kompakt fénycsı, egy fehér LED valamint két RGB LED cluster került kiértékelésre. A fénycsı esetében nagyon kicsik a színminták közti mért különbségek, és a változások irányultságai sem olyan jellegzetesek, mint az eddig vizsgált esetekben, bár sok esetben a változás a háromszög kék csúcsa felé mutat (53. ábra). A fehér LED-el megvilágított színminták színességi pontjai a referencia koordinátákhoz képest egyértelmően a kék csúcs felé tolódnak, egyrészt a sugárzáseloszlás jellegébıl, másrészt a többi fényforráshoz képesti közel 1000 K-el nagyobb korrelált színhımérsékletbıl adódóan (53. ábra).
53. ábra: 6500 K-es referencia fényforrás és kompakt fénycsı (balra) valamint fehér LED (jobbra) által megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
Habár a referencia fényforrás által megvilágított minták u’v’ színességi koordinátái a színhımérséklet növelésével arányosan a kék csúcs felé mozdulnak, az RGB LED-ek okozta jellegzetes torzulások, itt a 6500 K-es esetben is megmaradnak. A 18 darab mintát az 5-ös számú minta itt is két csoportra osztja, a bal oldalán lévık erıteljesen balra, míg a jobb oldalán lévık erıteljesen jobbra tolódnak a koordinátarendszerben (54. ábra).
102
54. ábra: 6500 K-es referencia fényforrás és az RGB LED clusterek által megvilágított színminták spektro-radiométerrel mért színességi koordinátáinak ábrázolása u’v’ színességi diagramban
Itt is megvizsgáltam milyen kapcsolat áll fenn a fényforrásokhoz meghatározott CIE szerinti színvisszaadási indexek valamit az általam számított geometriai távolságok összege között. Az alábbi két ábrán (55. ábra) jól látszik, hogy míg négy fényforrást alapul véve a korreláció jóval kisebb, mint az eddig tapasztaltak, a fehér LED-et a sorból eltávolítva újfent közel 100 százalékos korreláció mutatható ki. Minél kisebb Ra értékkel rendelkezik egy fényforrás, annál nagyobbak a színminták közti távolságok összegei. Kivétel ez alól újból a fehér LED, ahogy azt a 30. Táblázat adatai is mutatják; a fehér LED-el megvilágított színminták sokkal nagyobb mértékben torzulnak a referencia fényforrás által megvilágított mintákhoz képest, mint ahogy azt az Ra index indokolná. A többi fényforrás adatait összevetve a korreláció 100 százalékosnak mondható.
Összes fényforrás
White LED nélkül
100
100 2
2
R = 0,9995
80
80
60
60
Ra index
Ra index
R = 0,6658
40
20
0 0,00
40
20
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
Összes geometria távolság
0,70
0,80
0 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Összes geometriai távolság
55. ábra: A 6500 K-es csoportba tartozó megvilágítók Ra általános színvisszaadási indexeinek ábrázolása a minta párok fényforrásonkénti geometriai távolságuk összegének függvényében
103
Ha a fehér LED által megvilágított minták esetén színi áthangolódási korrekciót hajtunk végre, majd visszatranszformálunk a CIE XYZ rendszerbe, és az így korrigált színinger összetevıkbıl számítjuk az u’v’ színességi koordinátákat, akkor az így meghatározott értékek már lényegesen jobban belesimulnak a regressziós egyenesbe. Ebbıl azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a telítetlen 8 darab Munsell minta segítségével meghatározott színvisszaadás jól korrelál a telített 18 darab MCC minta segítségével meghatározott Σ∆u’v’ értékekkel. 30. Táblázat: A 6500 K-es teszt fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemzı adatok összefoglaló táblázata Fényforrások – 6500 K Ra Σ∆u’v’ CCT 6500 K Kompakt fénycsı - (T) 81,8 0,15 6085 White LED - (L_6500) 79,2 0,51 7076 LED cluster 1 - (S_6500) 52,3 0,43 5867 LED cluster 2 - (L_6500) 13,1 0,77 5867 2 -0,9995 R korrelációs együttható (White LED nélkül):
Von Kries kromatikus adaptációs transzformációt alkalmazva a fehér LED esetében, itt is a sorba jobban illeszkedı, és a CIE Ra indexekkel arányban lévı Σ∆u’v’ értéket kapunk, melyet a 31. Táblázat szemlélteti. Színi áthangolódással 100 2
R = 0,9951
Ra index
80
60
40
20
0 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Összes geometriai távolság
56. ábra: Színi áthangolódási korrekciót alkalmazva a fehér LED által megvilágított színmintákra 31. Táblázat: A 6500 K-es teszt fényforrások színvisszaadási tulajdonságait jellemzı adatok összefoglaló táblázata a fehér LED által megvilágított mintákra színi áthangolódási korrekciót alkalmazva Fényforrások – 6500 K Ra Σ∆u’v’ CCT 6500 K Kompakt fénycsı - (T) 81,8 0,15 6085 White LED - (L_6500) 79,2 0,22 7076 LED cluster 1 - (S_6500) 52,3 0,43 5867 LED cluster 2 - (L_6500) 13,1 0,77 5867 Korreláció (White LED nélkül): -0,9951
104
5.3.5.4.
Összegzés
Az általam készített grafikonok egyértelmően szemléltetik, hogy egy adott teszt fényforrás egy referencia fényforráshoz képest milyen mértékő és irányultságú változásokat fog eredményezni az általuk megvilágított színminta halmazok esetében. Ha az elsıdleges szempont az, hogy a referencia fényforrás színvisszaadási tulajdonságait minél jobban közelítı másik fényforrást (például energiatakarékosabb lámpát) találjunk, azaz, hogy a teszt fényforrás által visszaadott színek a legkevésbé torzuljanak el a referenciához képest, ez a fajta összehasonlítás jó megoldásnak tőnik. A kompakt fénycsövek esetén tapasztalható kicsi színinger-különbségek nem annyira szemléletesek, de annál inkább a LED-ek esetében. A fényporos LED-ekrıl minden színhımérsékleti szinten elmondható, hogy a tapasztalt változások nagyobbak, mint azt az Ra indexe indokolná. Ennek elsıdleges oka a referenciához képesti nagy korrelált színhımérsékletbeli eltérés, aminek következtében a színi áthangolódást
is
figyelembe
kell
venni
az
„effektív”5
színességi
koordináták
meghatározásához. A színes RGB LED-ek mindennapi életben való alkalmazása elıtt mindenképp figyelembe kell venni, hogy a minták torzulásai ezekben az esetekben a legnagyobbak. Olyan területeken, ahol a megszokottól nagyobb mértékben változnának ezáltal a tárgyak színei, és ez kihatással lenne a megvilágítás mellett végzett tevékenységre (pl. kórházi mőtı), jelenleg az ilyen RGB LED cluster fényforrások nem alkalmasak a régebbi típusú lámpák helyettesítésére. Megoldást jelenthetne a problémára, ha a gyártók minél több különbözı hullámhosszúságú színes LED-eket tudnának kifejleszteni és így a clusterek nem három, hanem több (6~10) különbözı színő LED-bıl is állhatnának138.
5.3.6.
Számított színinger-különbségi értékek meghatározása CIE 13.3, CIELAB és CIECAM02 modellek felhasználásával
Kutatásom elsıdleges célja, hogy megvizsgáljam és összehasonlítsam a jelenleg ismert és fontosnak
tartott
színlátással
kapcsolatos
matematikai
modelleket
vizuális
5
Effektív színességi koordinátákról beszélünk, ha a megvilágító fényforrások (referencia és teszt fényforrás) közötti színi áthangolódást is figyelembe vesszük.
105
megfigyeléseimmel. A referencia és teszt fényforrás által megvilágított minták spektroradiométerrel meghatározott CIE XYZ színességi koordinátáit bemenetként alkalmazva a különbözı számítási modellekben, az egyes színminta párok közti számított színingerkülönbségeket határoztam meg a modellek színtereiben. A 32. Táblázatban összefoglaltam az általam vizsgált három modell – CIE 13.3, CIELAB, CIECAM02 – szerint számított színinger-különbségi értékeket a 2700 K korrelált színhımérséklető F1-F4 fényforrások esetén. A számokból egyértelmően kitőnik, hogy nagyságrendbeli eltérés van a különbözı modellek szerint, ugyanazon színmintára meghatározott színinger-különbségi értékek között, és az is jól látszik, hogy legtöbbször a 15ös számú, vörös minta esetén a legnagyobb a számított színinger-különbség (vastag, dılt betővel jelöltem a legnagyobb értékeket). 32. Táblázat: Számított színinger-különbségek: Halogén izzó (referencia) – F1: White LED (L_STAR/O_2700), F2: LED cluster 1 - (S_2700), F3: LED cluster 2 - (L_2700), F4: En. kompakt fénycsı (T_F82) 2700 K
CIE 13.3 –
CIECAM02 -
CIELAB –
∆EU*V*W*
∆E(J,aC,bC)
∆Eab
F1
F2
F3
F4
F1
F2
F3
F4
F1
F2
F3
F4
1
2,40
9,96
16,56
1,10
2,05
8,32
13,34
1,28
1,18
5,14
8,35
1,26
2
3,91 13,55 24,04
1,95
2,82
8,56
14,85
1,65
1,10
5,73
10,52
1,43
3
1,83 10,83 18,04
2,30
3,35 10,78 18,89
2,62
2,43
6,53
12,43
1,49
4
0,66
9,68
5,21
8,57
2,24
8,54
4,31
9,73
1,67
5,52
3,52
7,08
5
2,55
1,71
4,23
1,80
4,93
1,95
8,50
3,36
3,21
1,49
6,75
2,98
6
4,26 25,29 35,62
1,87
1,36 16,84 23,24
4,23
1,08 14,24 21,32
3,45
7
4,89 31,51 47,99
3,81
3,96 23,42 36,29
3,42
1,36 13,84 21,70
3,92
8
3,28
15,86
4,85
5,21
17,97
5,30
5,33
13,69
5,32
9
6,63 36,79 49,28
1,58
3,76 23,52 30,84
1,45
2,63 14,14 20,04
1,59
10
5,45
14,77
9,89
4,86
8,56
15,11 13,48 2,57
7,03
12,88 10,33
11
1,73 15,23 11,69
8,10
5,42
9,69
11,10 10,60 5,00
8,26
12,63
9,24
12
4,41 23,00 45,03
3,57
4,68 16,33 32,23
5,14
2,44 11,64 21,97
5,33
13
5,00
12,66
4,44
7,07
14,12
4,10
8,99
11,98
4,92
14
3,28 26,84 35,79
3,66
3,84 19,97 26,08
7,80
4,15 16,59 24,14
7,31
15
7,78 46,08 67,26 11,40 4,17 29,95 42,71
9,03
2,29 19,31 28,35
5,17
16
5,18 11,29 31,94 10,52 6,86
18,96
8,93
17
9,46 35,84 54,81
9,84
5,63 21,45 32,51
7,66
4,08 15,66 26,20
7,43
18
5,13 20,52 36,02
6,34
4,78 15,15 26,36
4,97
3,63 13,86 26,29
4,28
max
8,36 6,96
5,93
8,41
6,89
8,64
24,41 10,29 4,70
5,52
4,29
6,97
9,46 46,08 67,26 11,40 7,07 29,95 42,71 13,48 8,99 19,31 28,35 10,33
A 33. Táblázatban a modellek szerint számított színinger-különbségek összefoglalása található az általam vizsgált hét darab ~4000 K korrelált színhımérséklető teszt fényforrásra vonatkozólag,
melyeket
az
egyszerőség
kedvéért
F1-F7-el
jelöltem.
Ahogy
kis
106
színhımérsékleten már látható volt, a legtöbb esetben itt is a vörös mintánál illetve az ıt követı élénksárga mintánál voltak a legnagyobbak a színinger-különbségek. 33. Táblázat: Számított színinger-különbségek: Hidegtükrös halogén izzó (referencia) – F1: 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL), F2: Cool White fénycsı - (T), F3: Cool White kompakt fénycsı - (O_840), F4: Cool White kompakt fénycsı - (O_940), F5: LED cluster 1 - (S_4000), F6: LED cluster 2 - (L_4000), F7: White LED - (L_STAR/O_4000) 4000 K F1
F2
CIE 13.3 –
CIECAM02 -
∆EU*V*W*
∆E(J,aC,bC)
F3
F4
F5
F6
F7
F1
CIELAB – ∆Eab
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
1
0,86
6,91
0,70
1,24 10,39 18,82 1,58 0,83
5,37
0,66
0,91
8,52
14,75 2,03 0,71
4,14
0,50
0,44
6,43
11,10 1,80
2
0,83
10,30
0,49
1,79 14,44 24,22 1,58 0,71
6,51
0,49
1,18
9,04
14,89 1,88 1,30
5,41
0,71
0,68
7,38
12,49 1,06
3
2,71
6,47
3,55
0,88
9,46
18,59 3,15 3,74
7,14
4,22
2,26 10,01 18,97 3,62 3,07
5,97
3,25
1,60
7,42
15,21 2,32
4
6,43
1,25
7,43
3,61
7,81
4,26
3,79 7,20
1,56
7,99
3,39
6,89
3,85
1,56 6,79
1,88
7,24
3,07
5,25
3,54
0,89
5
1,64
3,03
2,85
1,37
1,55
5,04
3,45 3,16
4,90
3,94
2,69
2,28
7,58
3,25 2,87
4,08
3,61
1,86
2,49
6,85
1,94
6
2,07
13,33
2,83
1,63 22,05 35,36 2,93 2,36
8,68
3,84
0,95 15,42 24,10 2,56 2,77
7,80
3,76
1,08 14,75 25,27 2,42
7
2,80
18,54
1,66
3,18 31,72 51,62 2,73 1,29 12,14
1,89
2,23 23,36 37,87 1,23 0,78
9,33
1,45
1,59 16,71 26,57 3,00
8
3,49
5,97
4,97
1,45
6,99
6,40
3,31
8,59
6,90
2,92
9
1,20
24,27
1,99
5,22 38,79 53,88 4,67 0,70 14,31
1,14
2,91 23,89 32,41 2,52 1,35 11,17
1,15
1,97 16,46 24,23 2,19
10
6,26
9,53
6,16
2,78
7,88
3,76 10,86 18,40 2,47 5,10
11
5,77
4,28
8,16
3,88 13,74 12,37 6,81 7,51
12
4,34
15,00
5,75
0,94 23,38 47,48 4,72 4,41 11,68
13
2,38
4,69
4,00
1,09
13,63 5,45 4,65
6,11
14
2,05
11,50
2,96
2,69 24,25 34,55 5,64 4,40
7,99
15
10,72 35,70
9,23
3,71 52,42 77,97 7,14 7,84 22,70
16
9,30
12,75 11,92 3,34 12,80 34,72 6,40 9,68 12,59 11,29 4,70 10,60 26,95 2,13 9,47 10,95 10,40 4,96 10,36 23,92 3,38
17
6,75
27,50
6,26
2,71 39,55 61,05 6,69 4,95 17,21
5,18
3,25 23,02 34,71 3,24 4,33 13,51
4,83
2,20 18,44 30,36 1,91
18
7,74
14,20
9,75
2,03 16,76 34,69 5,51 6,91 11,65
8,13
2,97 13,31 26,02 5,45 7,43 11,78
8,30
3,79 13,59 30,55 5,18
max
7,29 9,25
4,85
17,54 4,80 5,36
18,35 1,90 7,47 11,27 7,22
7,85
19,03 3,35 6,17
6,88
17,60 3,96
7,09
5,76
2,89
8,72
15,35 2,51
12,62 2,05 7,61
8,10
9,78
4,20
9,44
14,84 1,74
4,68
1,38 17,14 34,12 1,96 4,77
9,84
4,59
2,19 14,80 27,56 3,59
5,82
2,60
15,51 3,38 5,96
9,94
7,66
2,80
6,74
3,06 18,42 26,03 1,94 5,18
8,07
7,22
2,84 17,66 27,72 1,50
7,06
2,26 32,60 47,64 4,14 5,30 16,45
4,67
2,97 22,94 35,33 3,38
10,27 4,48
8,84 6,10
4,19
16,04 6,57
10,72 35,70 11,92 5,22 52,42 77,97 7,14 9,68 22,70 11,29 4,70 32,60 47,64 5,45 9,47 16,45 10,40 4,96 22,94 35,33 6,57
A 34. Táblázat a modellek szerint számított színinger-különbségeket tartalmazza, vastag, dılt betővel jelölve a maximális különbségeket a ~6500 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı lámpák esetében. Magas korrelált színhımérsékleten is érvényesül a 15-ös, vörös színminta meghatározó szerepe, mint a legnagyobb számított színinger-különbséggel rendelkezı minta.
107
34. Táblázat: Számított színinger-különbségek: Toshiba D65 (referencia) – F1: LED cluster 2 – (L_6500), F2: White LED - (L_6500), F3: LED cluster 1 – (S_6500), F4: 6500 K kompakt fénycsı - (T) 6500 K
CIE 13.3 –
CIECAM02 -
CIELAB –
∆EU*V*W*
∆E(J,aC,bC)
∆Eab
F1
F2
F2
F3
F4
1
16,83
3,96
8,21
2
24,26
4,54
1,30 11,15
4,85
5,73
1,06
1,16 13,96
5,69
7,76
1,07
3
15,76
4,01
7,12
4
2,79
0,55
5,05
8,15
3,33 14,93
8,05
6,39
2,58
4,47
4,54
3,11
2,45
3,80
4,50
5
7,44
2,80
2,05
1,97
7,03
2,17
2,18
7,87
5,67
2,12
2,35
6
26,96
6,50
7
15,58 2,76 21,07
5,10
12,28 2,38 21,06
5,62
11,67 1,98
48,68 11,58 25,80 2,63 35,49
9,14
19,74 2,74 27,14 12,24 15,58 2,93
8
17,73
4,45
F3
F2
F3
1,63 13,73
3,47
7,11
13,49 1,40 15,43
3,48
8,72
3,05 17,34
9,56
4,57
3,42
1,82
8,16
6,24
F4
F1
3,66 20,40 11,56
7,68
F4
F1
4,44 19,92 13,45
6,47
5,09
9
53,71 12,16 36,07 1,01 31,69
7,29
21,96 1,02 25,67
9,12
17,02 0,82
10
19,03
10,64 3,84 20,99
4,16
12,89 4,56 15,66
1,24
9,63
2,32
9,08
7,35
6,27
5,28
11
9,67
3,59
10,73 5,83 11,43
7,66
7,01
12
45,93
9,14
19,71 5,31 32,82
8,96
14,76 3,45 28,38 12,50 13,21 3,38
13
14,19
5,56
5,76
14
26,21
5,01
18,04 3,14 21,50
15
81,32 19,01 53,77 9,23 47,45 12,73 32,07 7,25 37,17 12,91 24,57 4,43
16
36,85
17
61,21 13,34 38,40 5,13 35,33
18
26,42
max
8,38 8,17
3,64 18,63 12,60 4,51
12,58 9,08 27,82 11,60 8,42
10,41 6,54 21,95 12,97
8,15
6,16 11,82
4,64 18,86 18,32
14,33 3,77 22,88 9,81
7,39 25,27 13,96
23,04 3,49 30,02 8,92
5,14
6,15
6,35 25,35 14,91
4,45
6,11
14,91 4,15 8,85
7,11
18,38 2,35 8,84
6,13
81,32 19,01 53,77 9,23 47,45 12,97 32,07 7,39 37,17 18,32 24,57 7,11
5.4. Vizuális megfigyelések függetlenség vizsgálata A vizuális megfigyelések során kapott adathalmazok valamint a különbözı modellek szerint számított
színinger-különbségek
közötti
függvény
illesztések
és
azok
korrelációs
együtthatóinak vizsgálata elıtt szükségszerő ellenırizni, hogy az egyes megfigyelések egymástól függetlenek-e vagy sem, mivel a további teszteknek ez elıfeltétele. Azt kell vizsgálni, hogy egyik kísérleti személy megfigyelt értékeibıl sem tudunk olyan információt nyerni, melynek segítségével következtethetünk egy másik személy aktuális becsült értékeire. Ez elviekben nem történhet meg, ha csak nem tételezzük fel, hogy a megfigyelık „összejátszanak”, ami ebben az esetben teljes bizonyossággal kizárható, de a további statisztikai próbáknak ez elıfeltétele. Ennek kimutatására χ2-próbát illetve asszociációs kapcsolatvizsgálatot alkalmaztam, mert függetlenség vizsgálatra leginkább ezt a próbát használják; a χ2 statisztika pedig önmagában is egy fontos szám, melyet megfelelıen normálva képet kaphatunk a sztochasztikus kapcsolat erısségérıl is. Erre jó példa az asszociációs kapcsolatvizsgálatnál alkalmazott Cramer és
108
Csuprov mutató, mely 0 és 1 közötti számot szolgáltat; a próba egyes lépéseit az 5. számú Melléklet tartalmazza. 2700 K-es színhımérsékleten négy, 4000 K-es színhımérsékleten hét, 6500 K-es színhımérsékleten szintén négy, azaz összesen 15 megfigyelési szituáció során keletkezett vizuális adatok függetlenségének vizsgálatára volt szükség. Minden fényforrás pár esetén a χ2-próba és az asszociációs kapcsolatvizsgálat során kapott eredmények egyaránt alátámasztották azt a feltételezést, miszerint az egyes megfigyelık sorozatai egymástól függetlenek. A függetlenség vizsgálat eredményeit a 35. Táblázatban összegeztem, melybıl jól látható, hogy χ2 értéke mindig kisebb, mint χ2(ν,α) és a C Cramer-féle mutatószámokra is közel 0 körüli értéket kapunk minden esetben, mely a vizsgált sorozatok függetlenségére jellemzı. 35. Táblázat: A megfigyelések egymástól való függetlenségének meghatározására szolgáló χ2 és C értékek a három vizsgált színhımérsékleti csoportba tartozó lámpák esetén (α α = 0,99; ν = (megfigyelések száma1)(színminták száma-1)) 2 2 2700 K C χ χ (ν,α) White LED - (L_STAR/O_2700) 0,102 33,96 272,83 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 0,081 15,66 234,91 LED cluster 1 - (S_2700) 0,108 19,06 196,61 LED cluster 2 - (L_2700) 0,085 17,12 234,91 2 χ
2 χ (ν,α)
4000 K Cool White kompakt fénycsı (O_940) White LED - (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) Cool Whitekompakt fénycsı - (O_840) Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 - (S_4000) LED cluster 2 - (L_4000)
0,098 9,66
157,80
0,066 0,074 0,096 0,071 0,076 0,105
18,57 23,49 9,32 16,74 35,58 17,79
310,46 310,46 157,80 272,83 385,05 196,61
6500 K 6500 K kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
C 0,063 0,064 0,085 0,076
2 χ
2 χ (ν,α)
13,00 30,04 52,74 42,92
272,83 458,98 458,98 458,98
C
109
5.5. Három szempontú varianciaanalízis vizsgálat Ha a megfigyelésünk során nyert adathalmazt különbözı szempontok szerint csoportosítani tudjuk, mint például kísérleti személyek, vizsgált színminták és különbözı színhımérséklettel rendelkezı
fényforrások,
akkor variancianalízis139
segítségével
lehetıségünk
nyílik
megvizsgálni, hogy vajon a különbözı csoportosítások által nyert adathalmazaink, azok átlagai és\vagy szórásai tekintetében szignifikánsan azonosak illetve adott esetben szignifikánsan különbözıek e. A kísérletem szempontjából ez azt jelenti, hogy van e befolyásoló tényezıje például annak, hogy egy adott kísérleti személy, egy adott színmintát milyen fényforrás alatt lát, vagy például adott megvilágító alatt látott különbözı színmintákat különbözı képpen ítél e meg egy adott kísérleti személy vagy sem, azaz gyakorol e ténylegesen hatást valamely vizsgált mennyiségre egy adott szempont. Az ilyen vizsgálatok egyik fontos kérdése, hogy a csoportosítások révén kapott adathalmazok között létezik e különbség. Ha egy szempont lényegesnek bizonyul, például a fényforrás színhımérséklete, mely maga egy mennyiségi változó – azaz különbözı értékeket vehet fel – akkor a variancianalízis eredményeként regressziós vizsgálat is lefolytatható, de sztochasztikus kapcsolat ezen esetben nem lenne kimutatható. Kísérletem kiértékeléséhez az alábbi csoportosítási szempontokat határoztam meg: 1. csop. szempont: fényforrások (korrelált színhımérsékletük szerint 3 csoportba osztva) 2. csop. szempont: kísérleti személyek 3. csop. szempont: színminták (18 darab) (az azonos elemszám nem feltétlenül szükséges, mert a módszer kezelni tudja). Az adathalmazomat tehát ezen három szempont szerint csoportosítottam. A mérési eredményeimet egy Excel táblában összegeztem úgy, hogy egy megfigyelés egy sorban, egy kísérleti személyre vonatkozó mérések egy oszlopban, illetve egy fényforrásra vonatkozó adatok egy munkalapon találhatóak. A módszer lényege, hogy megvizsgáljuk van e különbség az egyes csoportok között (a csoportok közötti átlagok (esetleg szórások) szignifikanciáját vizsgáljuk) jelen esetben azt, hogy egy adott fényforrás alatt végzett kísérletek átlaga (esetleg szórása) szignifikánsan
110
azonos-e egy másik fényforrás alatt végzett kísérletek átlagával (esetleg szórásával), azaz a null hipotézisünk, H0: a csoportok szignifikánsan nem térnek el egymástól. A módszer lehetıséget ad arra is, hogy a szempontok együttes hatását is vizsgáljuk, pl. elsı kísérleti személy elsı megvilágító alatt vett értékei szignifikánsan különböznek-e a második kísérleti személy elsı megvilágító alatt vett értékeivel és így tovább. Tehát a H0 hipotézis szerint az átlagok és szórások szignifikánsan azonosak. Ha p értéke közel van a 0-hoz H0-t el kell vetni. (Ezt szeretnénk bizonyítani). Ebben az esetben H0 ellentettje azt jelentené, hogy van legalább egy olyan csoport, melyben az átlagok és\vagy szórások szignifikánsan különbözıek. Az elemzést MATLAB-script segítségével végeztem melynek forráskódja a dolgozathoz mellékelt CD-n található az általam bemenetként használt Excel táblákkal együtt. Eredmények: Az elsı oszlopban találhatóak a szempontok, a másodikban a négyzetösszegek, a harmadikban a szabadsági fokok száma (N-1), a negyedikben az átlagos eltérés (variancia), az ötödikben az F-statisztika értéke és a hatodikban p értéke. Ha ez nulla közeli p<0,05 értéket vesz fel (95% szignifikancia szint mellett, akkor H0-t el kell vetni.) 36. Táblázat: Hipotézis vizsgálat a 2700 K színhımérsékleti csoportra vonatkozólag (elsı mérés) Forrás Négyzetes összeg sz.fok Variancia p megvilágító 29.501 3 9.83378 0 kísérleti személy 57.243 6 9.54046 0 színminta 14.252 17 0.83838 0 megvilágító * k.személy 15.363 14 1.09735 0 megvilágító * színminta 21.777 51 0.427 0 k.személy * színminta 21.123 102 0.20709 0 37. Táblázat: Hipotézis vizsgálat a 2700 K színhımérsékleti csoportra vonatkozólag (második mérés) p Forrás Négyzetes összeg sz.fok Variancia megvilágító 15.703 3 5.23421 0 kísérleti személy 45.269 6 7.54481 0 színminta 11.009 17 0.64759 0 megvilágító * k.személy 9.817 14 0.70122 0 megvilágító * színminta 14.705 51 0.28833 0 k.személy * színminta 15.716 102 0.15408 0.0003
111
A táblázat elsı 3 sorában láthatóak az egyes vizsgált szempontok, hogy azok külön-külön milyen hatással vannak a csoportosításokra, míg a következö háromban pedig két-két szempont együttes hatása található. Minden p értékre igaz, hogy kisebb, mint 0.05, így H0 egyik esetben sem tartható. H0-t el kell vetni, ami azt jelenti, hogy mindhárom szempont külön-külön és együttesen is hatással bír a csoportosításokra, azaz például a különbözı fényforrások alatt elvégzett kísérletek eredményei szignifikánsan különböznek egymástól vagy például egy adott kísérleti személy egy adott színmintára adott válaszai az összes fényforrás esetén szignifikánsan különböznek egy másik kísérleti személy ugyanazon színmintára adott válaszaitól az összes fényforrás esetén (36. Táblázat, 37. Táblázat). 38. Táblázat: Hipotézis vizsgálat a 4000 K színhımérsékleti csoportra vonatkozólag (elsı mérés) p Forrás Négyzetes összeg sz.fok Variancia megvilágító 109.928 6 18.3214 0 kísérleti személy 15.55 9 1.7278 0 színminta 22.504 17 1.3238 0 megvilágító * k.személy 62.081 30 2.0694 0 megvilágító * színminta 49.682 102 0.4871 0 k.személy * színminta 19.973 153 0.1305 0.0188 39. Táblázat: Hipotézis vizsgálat a 4000 K színhımérsékleti csoportra vonatkozólag (második mérés) p Forrás Négyzetes összeg sz.fok Variancia megvilágító 100.3336 6 16.7223 0 kísérleti személy 12.175 9 1.3528 0 színminta 20.199 17 1.1882 0 megvilágító * k.személy 37.1088 30 1.237 0 megvilágító * színminta 52.2409 102 0.5122 0 k.személy * színminta 15.7577 153 0.103 0.0301 p
értékeibıl jól látszik, hogy a 4000 K színhımérsékleti csoportba tartozó fényforrások alatt
végzett kísérleteknél is H0-t el kell vetni, minden szempont külön-külön és együttesen is hatással van a csoportosításokra, azok adott valószínőségi szint mellett szignifikánsan különböznek egymástól (38. Táblázat, 39. Táblázat). 40. Táblázat: Hipotézis vizsgálat a 6500 K színhımérsékleti csoportra vonatkozólag (elsı mérés) p Forrás Négyzetes összeg sz.fok Variancia megvilágító 85.5346 3 28.5115 0 kísérleti személy 47.1096 11 4.2827 0 színminta 33.7914 17 1.9877 0 megvilágító * k.személy 29.3031 28 1.0465 0 megvilágító * színminta 20.7881 51 0.4076 0 k.személy * színminta 23.8711 187 0.1277 2E-09
112
41. Táblázat: Hipotézis vizsgálat a 6500 K színhımérsékleti csoportra vonatkozólag (második mérés) p Forrás Négyzetes összeg sz.fok Variancia megvilágító 76.7265 3 25.5755 0 kísérleti személy 30.6195 11 2.7836 0 színminta 32.2315 17 1.896 0 megvilágító * k.személy 20.6537 28 0.7376 0 megvilágító * színminta 24.3675 51 0.4778 0 k.személy * színminta 23.9638 187 0.1281 2E-12
Hasonlóan az elızı két színhımérsékleti csoporthoz, 6500 K esetén is az a következtetés vonható le, hogy a különbözı szempontok szerinti csoportosítások szignifikánsan különbözıek, H0 hipotézist el kell vetni (40. Táblázat, 41. Táblázat). Összegezve a kapott eredményeket elmondható, hogy mindhárom színhımérsékleti csoport esetén mind a színminták, a kísérleti személyek és mind a fényforrások közti különbségek szignifikánsnak bizonyultak.
113
5.6. A vizuális megfigyelések és számított színinger-különbségek közti kapcsolatok erısségének vizsgálata A statisztika tudományában nagy szerepet tölt be a sokaság kettı vagy több ismérv szerinti vizsgálata, melynek lényege, hogy minden egységet egyidejőleg kettı vagy több ismérv szerint vizsgálunk, s a két ismérv egyikét a részsokaságok kialakítására, a másik ismérvet pedig a részsokaságokon belüli további vizsgálódásra használjuk. Az én esetemben a két ismérvet a színmintákhoz vizuálisan rendelt értékek, valamint a modellek szerint számított színinger-különbségi értékek jelentik. A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségi sorozatok függetlenségének kimutatása után arra kerestem a választ, létezik-e és ha igen, milyen erısségő kapcsolat mutatható ki a számított színinger-különbségek és becsült értékek között. Az ismérvek közötti kapcsolat vizsgálata a valóság jelenségei között fennálló összefüggések tömör számszerő jellemzését célozza, ezért kiemelkedıen fontos részét képezi a statisztikai módszertannak. Négy különbözı matematikai modellt – CIE 13.3, CIELAB, CIECAM02 valamint ∆u’v’ – alapul véve és a 15 darab megfigyelési szituációt, összesen 60 darab kapcsolatvizsgálatot végeztem; az egyes lépések az alábbiak voltak: 1. Adott fényforrás párok esetén a kísérletet elvégzı összes személy, összes megfigyelésének mind a 18 színmintára adott válaszát az éppen vizsgált matematikai modell által számított értékek növekvı sorrendje szerint rendeztem el. 2. Mind a számított, mind pedig a vizuális értékeknél megkerestem azok maximálisan felvett értékeit, majd a legtöbb esetben, ahol erre lehetıség volt, hat-hat egyenlıköző intervallumra osztottam az így meghatározott számított és vizuálisan felvett értékek 0tól a maximális értékig terjedı skáláját, ezáltal meghatározva a két ismérv szerinti részsokaságokat, amit azért képezünk, mert arra számítunk, hogy az azokon belüli vizuálisan becsült értékek megoszlása eltérıen fog alakulni. 3. Ha a színmintákhoz tartozó, adott modell szerint számított színinger-különbségek bele estek a számított skála elsı intervallumába (az egyik ismérv szerint képzett részsokaság), akkor az ezen színmintákhoz tartozó, azon vizuálisan megbecsült értékeknek vettem az összegét, melyek értékei bele estek a vizuális skála elsı intervallumába (másik ismérv szerint képzett részsokaság). Az így kapott összeg lett a kontingencia táblázat (5. számú Melléklet, 82. Táblázat) elsı sorának és elsı
114
oszlopának eleme. A második oszlop elsı sorában azon vizuális értékek összegét határoztam meg, melyek értékei bele esnek a vizuális skála elsı intervallumába azoknál a színmintáknál, melyekhez meghatározott adott modell szerint számított színinger-különbségek bele estek a számított skála második intervallumába. Ezen elv alapján készítettem el a kontingencia táblázatot, mely bizonyos szempontból egy arra vonatkozó gyakorisági táblázat, hogy a megfigyelık milyen nagyságú értékeket becsültek meg azon színminták esetében, melyekhez a különbözı modellek szerint meghatározott színinger-különbségi értékek egy bizonyos intervallumon belülre estek. A fısokaság egységeinek valamely ismérv szerinti megoszlását – pl. azon színmintákhoz rendelt vizuális értékek megoszlását, melyekhez tartozó számított színinger-különbségek bele esnek az ismérv szerint képzett valamely részsokaságba – feltétel nélküli megoszlásnak, míg a fısokaságból egy másik ismérv szerinti feltételek – a színmintákhoz rendelt azon vizuális értékek halmaza, melyek bele esnek a vizuális ismérv szerint képzett valamely részsokaságba – által kijelölt részsokaságok ugyanezen ismérv szerinti megoszlását feltételes megoszlásnak nevezzük. A feltétel nélküli megoszlások mindig szóródó ismérvet tételeznek fel, ezzel szemben a feltételes megoszlások már nem szükségképpen szóródóak, ugyanis valamilyen alkalmas osztályozással rendszerint el lehet érni azt, hogy egy-egy részsokaságba a vizsgált ismérv szempontjából már csak kevéssé szóródó vagy kedvezı esetben egyáltalán nem szóródó azonos elemek kerüljenek148. A vizuális és számított értékek skálája szerinti részsokaságok képzésének lényege is az, miszerint feltételezzük, hogy adott nagyságú vizuálisan becsült értékekhez, azonos nagyságrendbeli számított értékek tartoznak. Annak vizsgálata, hogy a feltételes megoszlások szóródása milyen mértékő, illetve hogyan viszonyul a feltétel nélküli megoszlások szóródásához, igen nagy gyakorlati jelentısséggel bír, mert az effajta vizsgálat az ismérvek közötti kapcsolatra derít fényt. 4. Ezek után a további lépések már megegyeznek az 5. számú Mellékletben ismertetett 2.-4. lépésekkel, melynek célja, hogy megmutassa, létezik e valamilyen sztochasztikus kapcsolat – a két ismérv – a kísérleti személyek vizuális megfigyelései valamit a számított színinger-különbségek között adott fényforrás pár esetén, és ha igen, milyen erısségő. Ha minden feltételes megoszlás egyforma, akkor a részsokaságok képzésére használt csoportképzı ismérvet és a részsokaságokon belüli elemzésre használt ismérvet egymástól függetlennek mondjuk. A kísérlet szempontjából ez azt jelentené, hogy ha 115
adott mintára vonatkozó vizuális értékek és a számított értékek függetlenek lennének egymástól, akkor annak ismerete, hogy milyen nagyságú vizuális érték lett a mintához rendelve, nem adna semmilyen többletinformációt a modellek szerint számított színinger-különbség értékére. Ha azonban nem minden feltételes megoszlás egyforma, akkor a két szóban forgó ismérv között kapcsolat van, mégpedig, ha a feltételes megoszláson belül van szóródás, akkor sztochasztikus, ha nincs akkor determinisztikus (függvényszerő) kapcsolatról beszélünk. Ez esetben ez azt jelentené, hogy a mintákhoz rendelt vizuális értékek adnak valamilyen többletinformációt a számított értékek ismérve szerinti feltétel nélküli megoszlásához képest. A következı táblázatokban (42. Táblázat, 43. Táblázat, 44. Táblázat) a három színhımérsékleti szinten vizsgált különbözı megfigyelési szituációk során meghatározott vizuális értékek és a négy modell szerint számított értékek közti kapcsolat erısségére vonatkozó C Cramer-féle együttható valamint a χ2-próba eredménye látható, ahol H0 a függetlenséget, H1 pedig a sztochasztikus kapcsolat létét jelzi. 42. Táblázat: A vizuális és számított színinger-különbségi értékek közti kapcsolatok függetlenségének és
∆u’v’
CIELAB
CIE 13.3
CIECAM02
erısségének vizsgálata 2700 K esetén
2700 K
C
H0,1
C
H0,1
C
H0,1
C
H0,1
White LED - (L_STAR/O_2700) En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700)
0,147 0,198 0,377 0,322
H0 H0 H1 H1
0,155 0,209 0,388 0,344
H0 H1 H1 H1
0,134 0,210 0,348 0,264
H0 H1 H1 H1
0,156 0,204 0,353 0,289
H0 H1 H1 H1
Abban az esetben, ha a C értéke 0,25 alatti, a statisztikai tapasztalatok szerint általában nem található a két ismérv (vizuális és számított értékek közötti) sztochasztikus kapcsolat, C = 0,2 alatt általában pedig a χ2-próba is függetlenséget mutat, míg ha ennél nagyobb, akkor a kapcsolat jellegére vonatkozó függvényillesztésekkel már meg lehet próbálkozni. A táblázatok adataiból jól látszik, hogy azon fényforrások esetében, melyek jó színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkeznek, azaz a megfigyelések során a kísérleti személyek csak nagyon kis színinger-különbségeket észlelhettek, ott a vizuális és számított értékek közt nincs feltételezhetı sztochasztikus kapcsolat függetlenül a vizsgált modelltıl. Ez igazolja azon 116
késıbbi számításaimat, ahol lineáris regressziót feltételezve – a vizuális és számított értékek között – a korrelációs együtthatók ilyen esetekben nagyon kis értékekkel rendelkeztek (lásd 5.7.1 fejezet). 43. Táblázat: A vizuális és számított színinger-különbségi értékek közti kapcsolatok függetlenségének és
∆u’v’
CIELAB
CIE 13.3
CIECAM02
erısségének vizsgálata 4000 K esetén
4000 K
C
H0,1
C
H0,1
C
H0,1
C
H0,1
Cool White kompakt fénycsı - (O_940) White LED - (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) Cool Whitekompakt fénycsı - (O_840)
0,152 0,126 0,171 0,280 0,232 0,264 0,479
H0 H0 H0 H1 H1 H1 H1
0,209 0,109 0,173 0,237 0,255 0,232 0,431
H0 H0 H0 H0 H1 H1 H1
0,177 0,128 0,158 0,265 0,259 0,224 0,386
H0 H0 H0 H1 H1 H1 H1
0,203 0,092 0,227 0,296 0,295 0,269 0,460
H0 H0 H1 H1 H1 H1 H1
Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 - (S_4000) LED cluster 2 - (L_4000)
Az alkalmazott asszociációs kapcsolatvizsgálati módszer értelmében legtöbbször csak gyenge sztochasztikus kapcsolatról beszélhetünk, de a 4000 K-es színhımérsékleti csoportba tartozó LED cluster 2 - (L_4000) lámpa esetén közepes erısségőnek nevezett a kapcsolat. 44. Táblázat: A vizuális és számított színinger-különbségi értékek közti kapcsolatok függetlenségének és
6500 K 6500 K kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
∆u’v’
CIELAB
CIE 13.3
CIECAM02
erısségének vizsgálata 6500 K esetén
C
H0,1
C
H0,1
C
H0,1
C
H0,1
0,135 0,127 0,267 0,315
H0 H0 H1 H1
0,137 0,117 0,317 0,315
H0 H0 H1 H1
0,125 0,112 0,274 0,311
H0 H0 H1 H1
0,151 0,112 0,254 0,240
H0 H0 H1 H1
A késıbbi vizsgálataimnál azt állapítottam meg, hogy ha lineáris függvénykapcsolatot feltételezünk a vizuális és számított értékek között, akkor a CIECAM02 modell, illetve az általam ∆u’v’–vel jelzett módszer korrelációs együtthatói a legnagyobbak. Ezzel szemben itt, a sztochasztikus kapcsolat erısségének meghatározásánál már nem ennyire egyértelmő ezen két modell ’jósága’, bár nem szabad elfelejteni, hogy ebben az esetben csak a
117
kapcsolat erısségére kapunk választ és a kapcsolat típusára (pl. lineáris, hatvány, exponenciális) nem. A ~2700 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı RGB LED-eket tekintve (azért csak ezeket, mert a másik két lámpa esetében nincs értelme kapcsolatról beszélni a C mutatószám szerint) a kapcsolatok erısségét összehasonlítva CIECAM02, CIE 13.3, ∆u’v’ valamint CIELAB sorrend állapítható meg. 4000 K esetén a ∆u’v’ modellel való kapcsolatok erıssége sok fényforrás pár esetén a legnagyobb, míg a 6500 K-es csoportba tartozó lámpáknál a vizuális megfigyelések értékeinek ∆u’v’ modellel való kapcsolatának erısségét mutató számokat tekintve ezek az értékek jóval kisebbek mint az elızı két színhımérséklet esetében, és a CIELAB modellel való kapcsolatok erıssége nagy mértékben növekedett.
118
5.7. Vizuális
kísérletek
és
objektív
mérések
eredményeinek
összehasonlítása A vizuális és számított értékek közti kapcsolatok erısségének meghatározására vonatkozó statisztikai elemzést követıen a feladat a köztük lévı kapcsolatok jellegének meghatározására irányult. A kísérletek során nyert adatok elemzését kétféle megközelítésben próbáltam összehasonlítani az általam vizsgált matematikai modellek szerint számított színinger-különbségi értékekkel. Az egyik, mikor mind a három színhımérsékleti szinten, minden egyes fényforrás pár (referencia-teszt) esetén az egyes színmintákra adott vizuális válaszokból és számított értékekbıl képeztem pont párokat, és ezeknek az adott fényforrás pár szerinti korrelációját határoztam meg (45. Táblázat) lineáris regressziót feltételezve. Így választ kaphattam arra, hogy az egyes referencia és teszt fényforrásokkal megvilágított színminták közti vizuálisan észlelt színinger-különbségek milyen mértékben korrelálnak egy adott modell által ugyanazon színmintákra számított színinger-különbségekkel. 45. Táblázat: Adott referencia és teszt fényforrás által megvilágított színminták közti vizuális és számított színinger-különbségek korrelációinak vizsgálata Színminta Vizuális száma színinger-különbség MCC1 MCC2 MCC3 . . MCC18
v1 v2 v3 . . v18
CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 számított számított számított színinger-különbség színinger-különbség színinger-különbség CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 1 1 1 CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 2 2 2 CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 3 3 3 . . . . . . CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 18 18 18 R – CIE 13.3 R - CIELAB R – CIECAM02
A másik fajta megközelítésben nem az egyes színmintákhoz rendelt vizuális és számított értékek általi pont párok alkották a vizsgált ponthalmazt egy adott teszt fényforrás esetén, hanem egy adott színmintát vizsgálva, egyazon színhımérsékleti csoportban lévı lámpákhoz tartozó, összes megfigyelések általi vizuálisan becsült értékek átlaga, valamint ugyan ezen színmintához és lámpákhoz, a három matematikai modell által számított színinger-különbségi értékek alkották a pont párok halmazát (46. Táblázat). Ezáltal egy adott színhımérséklet esetén, mind a 18 színmintára kapott korrelációkat átlagoltam, és ezen értékeket vettem alapul a modellek közti összehasonlítás során.
119
46. Táblázat: Azonos színhımérsékleti csoportba tartozó lámpák, egy adott színmintára meghatározott vizuális színinger-különbségi értékeinek átlagai és ugyanezen mintára számított színinger-különbségi értékek közti korreláció vizsgálata Egy csoportba tartozó lámpák
Vizuális megfigyelések átlaga egy adott színmintára
Lámpa1 Lámpa2 Lámpa3 . .
v-átlag1 v-átlag2 v-átlag3 . .
CIE 13.3 szerint CIELAB szerint CIECAM02 szerint számított számított számított színinger-különbség színinger-különbség színinger-különbség egy adott színmintára egy adott színmintára egy adott színmintára CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 1 1 1 CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 2 2 2 CIE 13.3 CIELAB CIECAM02 sz sz sz 3 3 3 . . . . . . 2 2 2 R – CIE 13.3 R - CIELAB R – CIECAM02
A következı két fejezet az imént ismertetett összehasonlítási típusok közül az elıbbi, míg a harmadik fejezet az utóbbi leírását tartalmazza.
5.7.1.
A vizuális és számított értékek közti, fényforrás páronkénti korrelációk meghatározása
Ebben a fejezetben ismertetem a három színhımérsékleti szinten elvégzett vizuális kísérletek eredményeit, összehasonlítva azokat a „Számítási módszerek ismertetése” címő fejezetben leírt CIE 13.3 eljárás, CIELAB színtér valamint CIECAM02 színmegjelenési modell szerint számított színinger-különbségekkel. A fényforrások összehasonlítása során a kísérleti személyek által vizuálisan meghatározott szubjektív színinger-különbségi értékeket a dolgozathoz mellékelt CD lemez tartalmazza (7-es, 8-as, 9-es számú Függelék). A vizuális megfigyelık feladata az volt, hogy minden egyes fényforrás pár esetén megbecsülje az észlelt vizuális színinger-különbséget egy szürke skála segítségével minden egyes MCC kromatikus minta pár esetén. A referencia és teszt fényforrások telepítése és állapotuk rögzítése után, minden vizsgálatot kétszer végeztek el a kísérleti személyek minimum egy nap eltéréssel, a becsült értékeket minden alkalommal papírra rögzítették, amit a késıbbiekben összegeztem.
120
5.7.1.1.
Kis korrelált színhımérséklettel (~2700 K) rendelkezı fényforrások esetén meghatározott vizuális eredmények kiértékelése
Elıször modellek szerint, kísérleti személyenként és fényforrás páronként mutatom be a számított és vizuális színinger-különbségek közti összefüggéseket. A megfigyelık által szolgáltatott vizuálisan meghatározott színinger-különbségeket (két sorozat minden fényforrás pár esetén) személyenként átlagoltam, külön-külön megvizsgáltam a korrelációjukat a különbözı modellek szerinti számított színinger-különbségekkel, majd ezen korrelációk átlagát tekintettem elsıdleges eredménynek (a táblázatokban „Á”-val jelölve). Másodszor, az egyes megfigyelık adott fényforrás párra vonatkozó válaszainak átlagával normalizáltam az egyes színmintákra adott válaszokat, majd az összes, így kapott, sorozatonkénti és személyenkénti normált értékek halmazának vettem az átlagát az egyes színmintákra vonatkozólag. Ezzel egy átlagos vizuális színinger-különbséget határoztam meg a megfigyelık teljes csoportjára, minden egyes színmintára, amit szintén korreláltattam a modellek szerint számított értékekkel. Ezt az eredményt a táblázatokban „ Á’ ”-vel jelöltem. Normalizálásra azért van szükség, hogy a különbözı megfigyelık eltérı vizuális skálázását össze lehessen hasonlítani. Azért az átlaggal való normalizálást választottam a maximális értékkel való leosztás helyett, mert ha valaki egy kirívóan szélsıséges értéket választott a sklálája maximumának, akkor az a többi színmintára adott válaszát erısebben befolyásolná a normalizálás során. Megoldást azonban ez sem jelent minden esetben, hiszen a vizuális értékelések során elıfordulhat, hogy valaki figyelmetlenség, fáradtság miatt olyan színinger-különbségi értékeket határoz meg, hogy az a számított értékekkel nem áll szoros összefüggésben, míg mások becsült értékei és a számított értékek közt szignifikáns korreláció mutatható ki. Ezen nem szignifikáns vizuális eredmények elhagyása a normalizált sorozatok átlagolásánál egy harmadik lehetséges módja a kapcsolatok vizsgálatának. Így meghatároztam egy minimális korrelációs értéket, melyet a megfigyelı által becsült vizuális értékek és a számított értékek közti korrelációnak el kellett érni, hogy azt a sorozatot a normalizált értékek színmintákra való átlagolásánál figyelembe vegyem. Ezt a határt 0,5-ben határoztam meg és az így meghatározott korrelációs értékeket „Á’’ ”-vel jelöltem.
121
Az alábbi táblázatban (47. Táblázat) a CIE 13.3 szerinti modellel meghatározott színingerkülönbségek és az egyes megfigyelık (m1-m7) vizuális eredményeinek összehasonlítása látható a fentebb említett szempontokat figyelembe véve: 47. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIE 13.3 módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 2700 K-es csoport esetén CIE 13.3 White LED - (L_STAR/O_2700) En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700)
m1 0,45 0,77 0,88 0,92
m2 -0,17 0,43 0,05 0,20
m3 -0,26 0,13 0,06 0,18
m4 0,09 0,54 0,73 0,66
m5 m6 m7 Á Á’ Á’’ 0,09 0,32 -0,02 0,07 0,06 x 0,47 0,72 0,77 0,55 0,37 0,50 0,71 0,90 0,75 0,54 0,71 0,90 0,85 0,44
A vizuális kiértékelés ezen fázisában legtöbb hét, legkevesebb öt megfigyelı vett részt a közel 2700 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások összehasonlításában. A fényforrások táblázatbeli megjelenésének sorrendje megegyezik a CIE 13.3 eljárás szerint meghatározott Ra színvisszaadási index által felállított sorrenddel. Az egyes megfigyelık által becsült értékek és a számított értékek közötti korreláció széles skálán mozog, bizonyítva azt is, hogy mennyire nem egyszerő egy ilyen vizuális értékelési feladat. Azon fényforrás párok esetén, ahol a számított színinger-különbségek kicsik, értelemszerően az észlelt színingerkülönbségek is kicsik, így a megfigyelıknek nehéz volt megbecsülnie ezen értékeket a szürke skála segítségével. A két összehasonlítandó értékhalmaz közti korreláció sokszor nulla körüli értékeket vett fel. Ha a személyenkénti korrelációk átlagát nézzük („Á”), azok értékeibıl jól látszik, hogy minél nagyobbak voltak a fényforrás párok közti színinger-különbségek, annál következetesebben tudták azt a megfigyelık megbecsülni, annál jobb lett a két halmaz közti korreláció. Minél nagyobb Ra színvisszaadási index-el rendelkezett egy lámpa, annál kisebb mértékben volt szignifikáns kapcsolat kimutatható a számított és becsült értékek között. Ezt az elızı fejezetben ismertetett függetlenség és asszociációs kapcsolat vizsgálatok is megerısítik. Az egyes sorozatok saját átlagukkal való normalizálását és azok színmintánként való átlagolását követıen minden fényforrás esetében nıtt a korreláció és ezen változások nem befolyásolták a már elızıekben felállított lámpák közti rangsort. Sajnos a legtöbb megfigyelés során mindig akadt olyan személy, aki valamilyen okból kifolyólag megfigyelésével lényegesen eltért az átlagtól, ezért fontosnak tartottam azt is megvizsgálni mi történik akkor, ha ezeket a „rossz” sorozatokat az átlagolásból kihagyom. Így került meghatározásra az „Á’’ ”-vel jelölt korreláció, melynek értéke jól látható módon nıtt az összes megfigyelés átlagával való számoláshoz képest és a sorrendet ez sem változtatta meg.
122
Ennek a csoportnak a vizsgálatánál leginkább az m2 és m3-al jelölt személyek értékeit hagytam el az átlagolás során, mert az ı korrelációik az átlagtól lényegesen eltértek. Azon lámpák esetén, ahol bizonyos személyek eredményeinek elhagyása (korreláció < 0,5) után is még maradt elegendı számú sorozat az átlagolás elvégzéséhez, ott meghatároztam ezt az értéket. Ha túl sok megfigyelés esett áldozatul ezen feltételnek, és az átlagot már csak egykét megfigyelı értékei szolgáltatták, ott nem láttam értelmét elvégezni ezt az összehasonlítást (a táblázatban ’x’-el jelölve). Ez fıleg azon lámpák esetében fordult elı, amelyek nagy Ra index-el rendelkeztek, mert a kis színinger-különbségek révén a korreláció legtöbbször rossz volt. Sajnos a különbözı lámpák vizsgálatánál általában nem ugyanazon megfigyelık értékeit kellett az átlagolásból kihagyni, így ezek a korrelációk nem hasonlíthatóak össze egymással teljes mértékben objektíven. 48. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIECAM02 módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 2700 K-es csoport esetén CIECAM02
m1
m2
m3
m4
White LED - (L_STAR/O_2700) En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700)
0,36 0,67 0,90 0,94
0,26 0,42 0,09 0,28
-0,01 0,17 0,12 0,27
0,23 0,69 0,74 0,67
m5 m6 m7 Á Á’ Á’’ 0,05 0,38 0,28 0,22 0,35 x 0,47 0,72 0,81 0,42 0,46 0,51 0,73 0,90 0,72 0,59 0,77 0,92 0,89 0,50
A 48. Táblázat követi az elızı szerkezetét, csak most a megfigyelık vizuális értékeit a CIECAM02 színmegjelenési modell szerint számított értékekkel hasonlítottam össze. Ahogy az már az elı kísérletekbıl is megmutatható volt, a várakozásoknak megfelelıen a színmegjelenési modell szerint számított értékek jobban korrelálnak a vizuálisan meghatározott értékekkel, mint a jelenleg elfogadott CIE 13.3 modell esetében. 49. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIELAB módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 2700 K-es csoport esetén CIELAB White LED - (L_STAR/O_2700) En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700)
m1 0,06 0,56 0,85 0,80
m2 0,24 0,33 -0,06 0,01
m3 -0,20 0,21 0,00 0,09
m4 -0,09 0,58 0,70 0,53
m5 m6 m7 Á -0,15 0,03 -0,10 -0,03 0,40 0,29 0,43 0,42 0,64 0,42 0,79 0,29
Á’ Á’’ -0,03 x 0,60 0,69 0,62 0,84 0,56 0,78
Harmadikként a CIELAB L*a*b* színtérben meghatározott színinger-különbségeket vizsgáltam a megfigyelések során becsült színinger-különbségekkel. Érdekesség, hogy az itt kapott korrelációk szinte minden tekintetben kisebb értéket eredményeznek, mint a CIE 13.3as módszer esetén, pedig a CIELAB kifejlesztésénél elsıdleges szempont volt egy jóval
123
egyenlıközőbb és ezáltal az emberi látást jobban leíró színtér megvalósítása, mint a 13.3-ban használt U*V*W* színtér. Ez valószínőleg arra vezethetı vissza, hogy a CIELAB képletekbe beépített színi áthangolódási korrekció rosszabb, mint a CIE 13.3-ban szereplı, az L,M,S csapérzékenységekre épülı von Kries transzformáció. 50. Táblázat: Átlagos vizuális színinger-különbségek és a számított értékek közti R - korrelációs együtthatók összefoglaló táblázata fényforrásonként és modellenként 2700 K
CIE 13.3 – Á’ CIECAM02 – Á’ CIELAB – Á’ 0,35 White LED - (L_STAR/O_2700) 0,06 -0,03 0,72 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 0,72 0,60 0,73 LED cluster 1 - (S_2700) 0,71 0,62 0,77 LED cluster 2 - (L_2700) 0,71 0,56
A 50. Táblázatban összefoglaltam a 2700 K-es csoport lámpáihoz tartozó vizuális eredmények korrelációit mind a három modell szerint számított értékekkel (összes kísérleti személy, összes megfigyeléseinek normalizált értékeinek színminták szerinti átlagolása – „Á’ „), melybıl jól látszik, hogy a CIECAM02 színmegjelenési modell az emberi látás mechanizmusát jobban képes leírni az általam végzett vizuális kísérletek eredményeit figyelembe véve ezen színhımérsékleti szinten, mint a másik két módszer. A 57. ábra szemlélteti a legnagyobb korrelációval rendelkezı LED cluster 2 lámpa esetén mért és becsült értékek kapcsolatát mind a három modell esetén. Azonos skálázást választva megfigyelhetı, hogy az egyes modellek szerint számított színinger-különbségek között lényeges nagyságbeli eltérés mutatkozik; CIE 13.3 szerint számított értékek közel kétszer akkorák, mint a CIELAB színtérben meghatározottak, míg a CIECAM02 esetében a számított színinger-különbségek valahol a kettı között helyezkednek el, azonban ez csak arra enged következtetni, hogy a ∆E = 1 az egyes modellek esetén vizuálisan különbözı.
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
70,0
CIELAB - számított színinger-különbség
70,0
CIECAM02 - számított színinger-különbség
CIE 13.3 - számított színinger-különbség
70,0
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
0,0
0,5
1,0
1,5
vizuális szÍninger-különbség
2,0
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
0,0
0,5
1,0
1,5
vizuális szÍninger-különbség
2,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
vizuális szÍninger-különbség
57. ábra: A számított színinger-különbségek ábrázolása az átlagos vizuális becslések függvényében: LED cluster 2 - (L_2700)
124
5.7.1.2.
Közepes korrelált színhımérséklettel (~4000 K) rendelkezı fényforrások esetén meghatározott vizuális eredmények kiértékelése
4000 K korrelált színhımérséklet esetén már jóval több fényforrás összehasonlítására volt lehetıség. A vizsgált szempontok teljesen azonosak az elızı fejezetben megfogalmazottakkal. A kísérletben részt vevı személyek száma négy és tíz között változott a vizsgált lámpák függvényében. A lámpák táblázatban látható sorrendje megegyezik a CIE 13.3 szerint számított Ra általános színvisszaadási index által felállított rangsorral. Hasonlóan a 2700 K-es esethez, azon lámpák esetén melyek nagyon jó színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkeznek a CIE eljárása szerint, azaz a színminták közti színingerkülönbségek kicsik a fényforrás párok esetén, ott szignifikáns korreláció nem mutatható ki (51. Táblázat: pl. Cool White kompakt fénycsı - (O_940)) 51. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIE 13.3 módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 4000 K-es csoport esetén CIE 13.3 Cool White kompakt fénycsı (O_940) White LED (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) Cool White kompakt fénycsı (O_840) Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 (S_4000) LED cluster 2 (L_4000)
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
m8
m9
m10
Á
Á’
Á’’
-0,33 -0,22 -0,29 -0,41
-0,31 -0,39
x
-0,31 -0,37 -0,45 -0,41 -0,36 -0,16 0,08 -0,62
-0,32 -0,62
x
0,36
0,49 0,80
0,57
0,67 0,75
0,57
0,69 0,76
0,71
0,19 0,86 0,80 0,43 0,35 0,59
0,75 0,88
0,88
0,76
0,82 0,82
0,10
0,37
0,71
0,44
0,43
0,65 0,01 0,17
0,51
0,32
0,81
0,62
0,37
0,42
0,73
0,66
0,63
0,72 0,48
0,51
0,53
0,71
0,83
0,64
0,72
0,75
0,80
Egy érdekes dolog azonban, hogy a nulla közeli korrelációk (CIE 13.3 módszernél) jelentıs negatív korrelációval helyettesítıdnek (51. Táblázat), fıleg a fehér LED esetében, ami azt jelenti, hogy minél nagyobb színinger-különbséget határoztak meg vizuálisan a megfigyelık, az valójában egyre kisebb számított színinger-különbségekkel társult. Eltekintve a feltétellel megszőrt sorozatok átlagolásának esetétıl, hasonlóan a 2700 K-es csoporthoz, minél kisebb Ra indexel rendelkezett egy fényforrás, annál nagyobb színinger-különbségek adódtak az egyes minták között, így a megfigyelık következetesebben tudták azokat megítélni, ezáltal nagyobb korrelációkat eredményezve a számított és becsült értékek között.
125
52. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIECAM02 módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 4000 K-es csoport esetén CIECAM02 Cool White kompakt fénycsı (O_940) White LED (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) Cool White kompakt fénycsı (O_840) Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 (S_4000) LED cluster 2 (L_4000)
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
m8
m9
m10
Á
Á’
Á’’
-0,37 0,06 -0,42 -0,17
-0,22 -0,29
x
-0,19 0,01 -0,06 -0,02 0,43 -0,27 -0,01 -0,12
-0,03 0,04
x
0,23 0,47 0,76
0,45 0,49 0,62
0,44
0,60 0,76
0,52 0,39 0,67
0,60
0,55
0,64 0,67
0,48 0,59 0,78
0,67 0,68 0,72
0,51
0,63
0,75 0,78
0,53 0,62 0,75
0,84 0,74 0,21
0,86
0,80 0,48 0,38 0,62
0,79 0,88
0,71 0,81 0,84
0,86 0,90
0,82
0,89 0,89
0,19
0,30
Közepes színhımérsékleti szinten is megmutatható, hogy a CIECAM02 színmegjelenési modell által számított értékek (52. Táblázat) jobban korrelálnak a vizuális megfigyelésekkel, mint az elfogadott CIE 13.3 modell. A CIELAB L*a*b* színtér vizsgálatánál, hasonlóan az alacsony színhımérséklethez, itt a legkisebb a korreláció az egyes fényforrások összehasonlításában, bár a különbség lényegesen kisebb, mint 2700 K-nél. 53. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIELAB módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 4000 K-es csoport esetén CIELAB Cool White kompakt fénycsı (O_940) White LED (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) Cool White kompakt fénycsı (O_840) Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 (S_4000) LED cluster 2 (L_4000)
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
m8
-0,50 -0,02 -0,48 -0,35
m9
m10
Á
Á’
Á’’
-0,34 -0,42
x
0,12
0,03 -0,26 -0,34 0,06 -0,55 -0,36 -0,33
-0,20 -0,37
x
0,21
0,42
0,59
0,33 0,43 0,43
0,35
0,47
x
0,52
0,38
0,57
0,48
0,49
0,57 0,61
0,33
0,50
0,58
0,45 0,41 0,43
0,23
0,42
0,50 0,70
0,47
0,50
0,67
0,82 0,68 0,33
0,87
0,77 0,42 0,32 0,59
0,74 0,87
0,58
0,78
0,77
0,83 0,81
0,75
0,82 0,82
0,16
0,20
Sok esetben elıfordult itt is, hogy egyes személyek eredményei az átlagtól nagymértékben eltértek (53. Táblázat), rontva ezáltal az átlagos vizuális különbségek és a számított értékek közti korrelációt, így harmadikként megvizsgáltam azt is, mi van, ha ezeket a sorozatokat az átlagolásból elhagyom. Sajnos azonban nem mindig ugyan annak a megfigyelınek a sorozatait kellett elhagyni, így ezek a korrelációk sem hasonlíthatóak össze egymással 126
objektíven, de az minden esetben látszik, hogy ezek elhagyásával a korreláció nagymértékben javul. A 54. Táblázatban összefoglaltam a 4000 K-es vizuális eredmények korrelációit mind a három modell szerint számított értékekkel (összes kísérleti személy, összes megfigyeléseinek normalizált értékeinek színminták szerinti átlagolása – „Á’ „). A várakozásoknak megfelelıen, ott ahol már szignifikáns korreláció mutatható ki a vizuális és számított értékek között újból a CIECAM02 színmegjelenési modell esetén találhatóak a legnagyobb korrelációk, kivétel a CoolWhite kompakt fénycsı (O-840). 54. Táblázat: Átlagos vizuális színinger-különbségek és a számított értékek közti R - korrelációs együtthatók összefoglaló táblázata fényforrásonként és modellenként 4000 K CIE 13.3 – Á’ CIECAM02 – Á’ CIELAB – Á’ -0,42 Cool White kompakt fénycsı - (O_940) -0,39 -0,29 -0,62 White LED - (L_STAR/O_4000) 0,04 -0,37 0,60 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) 0,49 0,47 0,67 Cool White kompakt fénycsı - (O_840) 0,64 0,57 0,75 Cool White fénycsı - (T) 0,69 0,50 0,79 LED cluster 1 - (S_4000) 0,75 0,74 0,89 LED cluster 2 - (L_4000) 0,82 0,82
A 58. ábra szemlélteti a legjobb korrelációval bíró fényforrás esetét, ami hasonlóan az elızı fejezetben leírtakkal, itt is a második típusú RGB LED clusterhez tartozik; ezen beállítások mellett volt észlelhetı a legnagyobb színinger-különbség az egyes színminták között.
70,0
60,0
60,0
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
70,0
CIELAB - számított színinger-különbség
70,0
CIECAM02 - számított színingerkülönbség
CIE 13.3 - számított színingerkülönbség
LED cluster 2 - (L_4000)
LED cluster 2 - (L_4000)
LED cluster 2 - (L_4000)
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
0,0
0,5
1,0
1,5
vizuális szÍninger-különbség
2,0
0,0
0,5
1,0
1,5
vizuális szÍninger-különbség
2,0
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
vizuális szÍninger-különbség
58. ábra: A számított színinger-különbségek ábrázolása az átlagos vizuális becslések függvényében: LED cluster 2 - (L_4000)
127
5.7.1.3.
Nagy korrelált színhımérséklettel (~6500 K) rendelkezı fényforrások esetén meghatározott vizuális eredmények kiértékelése
A 6500 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı lámpák esetében a kereskedelmi forgalomban is kapható kompakt fénycsı és a már elızıekben is használt két RGB LED cluster mellett, egy újabb fényporos fehér LED is bevizsgálásra került. A tendencia megegyezik a már eddig tapasztaltakkal, nagy színvisszaadási indexel rendelkezı lámpák esetén, a kis észlelt színinger-különbségek miatt a megfigyelık szubjektív értékelései kevésbé korrelálnak a számított értékekkel, mint a nagy észlelt színinger-különbséget elıidézı lámpák esetében. Nagy korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások vizsgálatánál lényegesen kevesebb olyan vizuális sorozat született, aminek korrelációja negatív, vagy közel van a nullához. Ez azzal magyarázható, hogy a vizsgált fényforrás párok által megvilágított színminták között (pl. fénycsı és fehér LED esetén) nagyobb észlelhetı színinger-különbségek voltak, mint az elızı két színhımérsékleti szinten, és ezt a lámpák közel 80-as Ra indexei is bizonyítják (14. Táblázat). Mindkét épített RGB LED esetén a nagy színinger-különbségek révén a vizuálisan meghatározott értékek jól korrelálnak a számított értékekkel, miközben az összes megfigyelésre vonatkozó átlagos színinger-különbségek (Á’) korrelációja lényegesen javul. 55. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIE 13.3 módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 6500 K-es csoport esetén CIE 13.3 6500 K kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
-0,13 0,45 0,57 0,33 0,36 0,24 0,25
m8
m9
m10 m11 m12
Á
Á’
Á’’
0,30 0,57
0,66 0,20 0,37 0,37 0,09 0,48 0,11 0,48 0,49 0,01 0,23 0,21 0,31 0,50 0,54 0,45 0,66 0,86 0,85 0,56 0,72 0,86 0,82 0,20 0,44 0,80 0,65 0,83 0,67 0,69 0,79 0,84 0,82 0,39 0,75 0,76 0,85 0,53 0,59 0,73 0,70 0,85
x x 0,90 0,88
Ugyancsak a CIECAM02 szerint számított színinger-különbségek állnak legközelebb a megfigyelık által, vizuálisan megállapított színinger-különbségekhez a két színes RGB LED esetén, alátámasztva ezzel a CIECAM97s színmegjelenési modell továbbfejlesztésének jelentısségét és az új modell használatát a jelenleg elfogadott CIE 13.3 eljárással szemben.
128
56. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIECAM02 módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 6500 K-es csoport esetén CIECAM02 6500 K kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
m8
m9
m10 m11 m12
Á
Á’
-0,11 0,43 0,52 0,22 0,21 0,14
0,34
0,25 0,48
0,55 0,11 0,25 0,40 0,06 0,09 0,60 0,56 0,69 0,88 0,88 0,59 0,72 0,77 0,73 0,89 0,83 0,49
-0,02 0,69 0,72
0,20 0,52 0,17 0,45 0,48 0,27 0,47 0,85 0,79 0,28 0,49 0,82 0,68 0,87 0,76 0,81 0,59 0,60 0,79 0,72 0,88
Á’’ x x 0,91 0,89
Mint az eddigi két vizsgált színhımérsékleten is, a CIELAB színtérben számolt értékek korrelálnak legkevésbé a vizuális megfigyelésekkel, ami ebben az esetben azért is nagyon érdekes, mert az ezen színtérben való számításokat pontosan úgy alkották meg, hogy D65 sugárzáseloszlást tekintettek referencia fényforrásnak. 57. Táblázat: A megfigyelık által vizuálisan becsült színinger-különbségek és a CIELAB módszer szerint számított színinger-különbségek közti R - korrelációs együtthatók a 6500 K-es csoport esetén CIELAB 6500 K kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
-0,18 0,20 0,29 0,21 0,04 0,00
0,25
0,47 0,05 0,07 0,13 -0,07 0,01 0,50 0,43 0,62 0,86 0,86 0,65 0,59 0,67 0,60 0,86 0,72 0,48
-0,19 0,70 0,66
m8
m9
m10
m11 m12
Á
Á’
0,12 0,24 0,11 0,56 0,86 0,73 0,65 0,67
-0,08 0,21 0,46
0,22 0,27 0,13 0,20 0,51 0,74 0,64 0,81 0,50 0,68 0,63 0,76
Az alábbi táblázatból (58. Táblázat) látható, hogy itt is nagy színinger-különbségek esetén a CIECAM02 modellel való korreláció a legjobb, míg kis színinger-különbségek mellett újból a CIE 13.3 nyújt jobb eredményt, bár ezen esetekben az észlelhetı különbségek oly kis mértékőek, hogy a megfigyelık becslései és a számított értékek közti korrelációk nem nevezhetıek szignifikánsnak (lásd 44. Táblázat). 58. Táblázat: Átlagos vizuális színinger-különbségek és a számított értékek közti R - korrelációs együtthatók összefoglaló táblázata fényforrásonként és modellenként 6500 K CIE 13.3 – Á’ CIECAM02 – Á’ CIELAB – Á’ 0,57 6500 K kompakt fénycsı - (T) 0,48 0,24 0,50 White LED - (L_6500) 0,47 0,20 0,87 LED cluster 1 - (S_6500) 0,83 0,81 0,88 LED cluster 2 - (L_6500) 0,85 0,76
A legjobb korrelációval rendelkezı fényforrás három modell által számított értékeinek a vizuális értékek függvényében való ábrázolása (59. ábra) hasonló képet mutat az elızı két színhımérsékleti szinten tapasztaltakkal. A modellek közötti – egységnyi színingerkülönbséget tekintve – skálázásbeli eltérések ez esetben is leolvashatóak a grafikonokról.
129
Á’’ x x 0,88 0,79
70,0
60,0
60,0
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0
70,0
CIELAB - számított színinger-különbség
70,0
CIECAM02 - számított színingerkülönbség
CIE 13.3 - számított színingerkülönbség
LED cluster 2 - (L_6500)
LED cluster 2 - (L_6500)
LED cluster 2 - (L_6500)
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
0,0 0,0
0,5
1,0
1,5
0,0
2,0
0,5
1,0
1,5
2,0
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0,0
vizuális szÍninger-különbség
vizuális szÍninger-különbség
0,5
1,0
1,5
2,0
vizuális szÍninger-különbség
59. ábra: A számított színinger-különbségek ábrázolása az átlagos vizuális becslések függvényében: LED cluster 2 - (L_6500)
5.7.1.4.
Korrelációs
együtthatók
különbségeinek
szignifikancia
vizsgálata mindhárom színhımérsékleti szint esetén Az elızı fejezetekben, a vizuális és számított színinger-különbségek közötti lineáris kapcsolat mérésére meghatározott korrelációs együtthatókat szignifikancia vizsgálat alá vetettem a köztük lévı különbségek szempontjából. A módszer140 becslést próbál adni arra, hogy két korrelációs együttható adott elemszámok mellett szignifikánsan eltér e egymástól illetve szignifikánsan azonos e, jelen esetben például arra, hogy az általam vizsgált számítási modellek és a vizuális megfigyelések közötti korrelációk szignifikánsan azonosak e vagy sem. Az ún. Fisher-féle z-transzformáció segítségével két korrelációs együttható (r1, r2) eltérésének szignifikanciáját az alábbi képletek segítségével tesztelhetjük: z=
z1 − z 2 − µ z1 − µ z2
σ z −z 1
,
(6)
2
1 1 + r1 , z1 = ln 2 1 − r1 1 1 + r2 , z 2 = ln 2 1 − r2
(7)
(8)
ahol µ z1 , µ z 2 az r1 és r2 korrelációs együtthatók z eloszlásbeli átlagai, σ z1 − z 2 a korrelációs együtthatók z eloszlásbeli szórásainak különbsége:
σ z −z = 1
2
1 1 . + N1 − 3 N 2 − 3
(9)
130
Jelen esetben azt szeretnénk vizsgálni, hogy a két minta átlagai nem térnek el szignifikánsan egymástól, vagyis µ z1 − µ z2 = 0 , így a standard normális eloszlás z értéke: z=
z1 − z 2 − 0
σ z −z 1
(10)
2
Ha ezen z érték a [-1.96,1.96] intervallumba esik (5%-os szignifikancia szint mellett) akkor a H0 hipotézisünket megtartjuk, vagyis r1 és r2 korrelációs együtthatók szignifikánsan nem térnek el egymástól, azaz a különbözı modellek és vizuális megfigyelések közötti korrelációk szignifikánsan nem különböznek. 59. Táblázat: Korrelációs együtthatók eltérései közti szignifikancia vizsgálat eredményei 2700 K korrelált színhımérsékleti szint esetén 2700 K
CIE 13.3 <> CIECAM02
CIECAM02 <> CIELAB
White LED - (L_STAR/O_2700)
-0.8363 0.0000 -0.1138 -0.3646
-1.0830 -0.5874 -0.5579 -1.0612
En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700)
Mindhárom színhımérsékleti szint esetén megvizsgáltam a korábban már ismertetett, az átlagos vizuális és számított színinger-különbségek közti korrelációs együtthatók eltéréseinek szignifikanciáját CIECAM02-CIE13.3 valamint CIECAM02-CIELAB modell párokat alapul véve. 2700 K korrelált színhımérsékleti csoportba tartozó összes fényforrás-pár esetén z értéke a kritikus intervallumon belülre esett, így a korrelációkról elmondható, hogy bár értékeikben különböznek, statisztikai szempontból a korrelációk szignifikánsan nem térnek el egymástól. A táblázatban szereplı számokból azonban az is jól látszik, hogy z értékei több esetben is, jelentıs mértékben eltérnek a nullától, és ezen esetek nagy részében a CIECAM02 modellhez tartozik nagyobb korrelációs érték. 60. Táblázat: Korrelációs együtthatók eltérései közti szignifikancia vizsgálat eredményei 4000 K korrelált színhımérsékleti szint esetén 4000 K
CIE 13.3 <>CIECAM02
CIECAM02<>CIELAB
Cool White kompakt fénycsı - (O_940)
-0.3101 -2.0951 -0.4302 0.1440 -0.3423 -0.2697 -0.7260
-0.4084 -1.1733 -0.5014 -0.3030 -1.1602 -0.3312 -0.7260
White LED - (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) Cool White kompakt fénycsı - (O_840) Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 - (S_4000) LED cluster 2 - (L_4000)
131
Közepes színhımérsékleti szint esetén, egy esetet kivéve (CIECAM02-CIE13.3: White LED) hasonló következtetést vonhatunk le, miszerint a vizsgált korrelációs együtthatók szignifikánsan nem térnek el egymástól, de ettıl függetlenül elmondható, hogy z értéke több esetben is jelentısen eltér a nullától. 61. Táblázat: Korrelációs együtthatók eltérései közti szignifikancia vizsgálat eredményei 6500 K korrelált színhımérsékleti szint esetén 6500 K
CIE 13.3 <>CIECAM02
CIECAM02<>CIELAB
6500 K kompakt fénycsı - (T)
0.3411 0.1075 -0.3969 -0.3276
-0.7619 -0.8417 -0.5643 -1.0394
White LED - (L_6500) LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
A vizsgálat eredménye a 6500 K-es csoport esetén sem hozott érdemi változást, a korrelációs együtthatók szignifikánsan ezen esetekben sem tértek el egymástól, azonban z értéke itt is több esetben, nagyban eltér a szignifikancia vizsgálat során alkalmazott intervallum közepétıl. Bár az eredmények mindhárom színhımérsékleti szinten azt mutatják, hogy a különbözı modellek és vizuális megfigyelések közti korrelációs együtthatók szignifikánsan nem térnek el egymástól, a köztük felállított jósági sorrend megtartható figyelembe véve, hogy azok két mennyiségi változó közti lineáris kapcsolat erısségére vonatkozóan nyújtanak konkrét becslést. A tendencia mindenképpen megfigyelhetı.
5.7.2.
Vizuális eredmények fényforrás páronkénti összehasonlítása az u’v’ diagramban számított távolságokkal
Miközben választ kerestem arra, hogy melyik modell közelíti meg legjobban az emberi látás fiziológiáját, fontosnak tartottam megvizsgálni a 5.3.5 fejezetben bevezetett színminták közti u’v’
koordináta-rendszerbeli
eltérések
összevetését
a
vizuálisan
meghatározott
különbségekkel. Ennek eredményeit az alábbi három táblázat tartalmazza a vizsgált színhımérsékleti szinteken. A korábbi 5.7.1 fejezetben már látott táblázatok jobb oldalára, egy új oszlopban
132
tüntettem fel a ∆u’v’ korrelációs eredményeket, hogy a már eddig számított értékekkel könnyebben összevethetıek legyenek. 62. Táblázat: A különbözı modellek szerint számított és vizuális eredmények közti fényforrásonkénti R korrelációs együtthatók a 2700 K-es csoport esetén 2700 K CIE 13.3 – Á’ CIECAM02 – Á’ CIELAB – Á’ ∆u’v’ White LED - (L_STAR/O_2700) En. kompakt fénycsı - (T_F82) LED cluster 1 - (S_2700) LED cluster 2 - (L_2700)
0,06 0,72 0,71 0,71
0,35 0,72 0,73 0,77
0,17 0,79 0,73 0,79
-0,03 0,60 0,62 0,56
2700 K-es esetben az eredmények azt mutatják, hogy négybıl három esetben az u’v’ színtérben számított távolságok jobb korrelációt eredményeznek a vizuális megfigyelésekkel, az eddig vizsgált modellek közül legjobban teljesítı CIECAM02 modellel szemben is. Kivétel ez alól a fehér LED esete, ahol a megfigyelıknek nagyon kis színinger-különbségeket kellett vizuálisan a szürke skála segítségével meghatározniuk. 63. Táblázat: A különbözı modellek szerint számított és vizuális eredmények közti fényforrásonkénti R korrelációs együtthatók a 4000 K-es csoport esetén 4000 K CIE 13.3 – Á’ CIECAM02 – Á’ CIELAB – Á’ ∆u’v’ Cool White kompakt fénycsı - (O_940) White LED - (L_STAR/O_4000) 3 sávos fénycsı - (T8 Polylux XL) Cool Whitekompakt fénycsı - (O_840) Cool White fénycsı - (T) LED cluster 1 - (S_4000) LED cluster 2 - (L_4000)
-0,39 -0,62 0,49 0,67 0,69 0,75 0,82
-0,29 0,04 0,60 0,64 0,75 0,79 0,89
0,69 0,62 0,82 0,85
-0,42 -0,37 0,47 0,57 0,50 0,74 0,82
0,73 0,84 0,92
Hasonlóan szemléletes a 4000 K-es fényforrások esetén is az eddig vizsgált módszerek illetve a ∆u’v’ értelmezésében számított értékek és vizuális eredmények közti korrelációk összehasonlítása. A Cool White fénycsı kivételével – ugyan a két korreláció közti különbség nem nagy a CIECAM02 modell javára – minden esetben jobb korrelációt eredményeznek a vizuális eredményekkel az u’v’ diagramban számított távolságok, mint az eddigiekbenlegjobban teljesítı CIECAM02 modell. A korreláció mértékének növekedése itt még jelentısebb, mint 2700 K esetén, és drasztikus a változás az amúgy rendkívül kis színingerkülönbségeket eredményezı fehér LED és kompakt fénycsı (O_940) esetében. 64. Táblázat: A különbözı modellek szerint számított és vizuális eredmények közti fényforrásonkénti R korrelációs együtthatók a 6500 K-es csoport esetén 6500 K CIE 13.3 – Á’ CIECAM02 – Á’ CIELAB – Á’ ∆u’v’ 6500 K kompakt fénycsı - (T) White LED - (L_6500)
0,57 0,50
0,48 0,47
0,24 0,20
0,54 0,36
133
LED cluster 1 - (S_6500) LED cluster 2 - (L_6500)
0,83 0,85
0,87 0,88
0,81 0,76
0,90 0,86
A helyzet némi kép változik a legnagyobb korrelált színhımérséklettel rendelkezı lámpák vizsgálatánál. A táblázat elsı két fényforrása esetén, ahol a vizsgált színinger-különbségek kicsik voltak, a CIE 13.3 modell korrelációit nem tudta egyik másik modell sem felül múlni. Az egyes számú RGB LED cluster esetében az u’v’ színtérben meghatározott különbségek jobb korrelációt mutatnak a vizuális eredményekkel, mint a CIECAM02 esetén, illetve a LED cluster 2 esetén pont fordított a helyzet. A fenti táblázatok eredményeit tekintve úgy tőnik, hogy az általam lefolytatott vizuális kísérletek során vizsgált fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak leírására legtöbb esetben jobban alkalmasak az u’v’ színtérben meghatározott színinger-különbségek, mint az eddigiekben legalkalmasabbnak tőnı CIECAM02 színmegjelenési modell.
5.7.3.
A vizuális és számított értékek közti, színmintánkénti korrelációk meghatározása
Mind a három vizsgált színhımérsékleti szinten fényforrás páronként összegyőjtöttem a kísérleti személyek megfigyelései során meghatározott vizuális színinger-különbségi értékeket, és minden egyes sorozat esetén a színmintákhoz tartozó értékeket normáltam a fényforrás párhoz tartozó összes vizuális érték átlaga -val. Figyelembe véve ezáltal a kísérleti adott megfigyelı, adott sorozatának átlaga személy adott megfigyelésének egyedi skálázását, valamint az összes megfigyelések átlagát, az így meghatározott normált értékek már jobban összevethetıek egymással. Az így keletkezett normált sorozatok felhasználásával ezek után minden egyes színmintára meghatároztam a hozzá tartozó sorozatonkénti normált értékek átlagát (AVE), szórását (STD), maximálisan felvett értékét (MAX), átlag+szórás értékét (AVE+STD), valamint az általam relMAX-nak nevezett relatív maximum értéket, melyet az alábbi képlettel számoltam:
MAX − ( AVE + STD ) , mely azt mutatja meg, hogy az adott mintához tartozó átlagnak a AVE mintához tartozó értékek szórásával növelt értékének a maximum értéktıl való eltérése milyen mértékő az átlagértékhez képest.
134
Hasonlóképpen került meghatározásra a színmintákhoz tartozó értékek minimuma (MIN), átlag-szórás értéke (AVE-STD), valamint a relMIN-el jelölt relatív minimum érték a
MIN − ( AVE − STD ) képlet segítségével az elızıek analógiájára. AVE Ezen kívül minden egyes színmintához kiszámítottam a hozzá tartozó vizuális értékek szórásának a mintához tartozó átlaghoz viszonyított százalékos arányát, melyet relSTD%-al
STD jelöltem * 100 . AVE
Ezen értékek figyelembe vételével három különbözı módon (módosítatlan, módosított, relatív szórás figyelembe vétele) színmintánként, lineáris függvényillesztéseket készítettem az összetartozó vizuális és számított érték párokra.
5.7.3.1.
Eredeti (módosítatlan), normalizált vizuális értékek felhasználása
Ennél a vizsgálatnál a normalizálás során keletkezı értékeken semmilyen további módosítást nem hajtottam végre, a színmintákhoz ily módon számított átlagos vizuálisan becsült, normalizált értékeket használtam fel a függvényillesztésekhez, melyet az alábbiak szerint végeztem: Adott színhımérsékleti csoportban, mind a 18 színmintához külön-külön kigyőjtöttem az összes megvilágítási szituáció (vizsgált fényforrások) során keletkezett vizuálisan becsült, normált értékek átlagait és a három matematikai modell (CIE 13.3, CIELAB, CIECAM02) szerint számított színinger-különbségi értékeket és az így kapott pont párokra illesztett egyenes korrelációs együtthatóit vizsgáltam. A 2700 K-es csoportba négy fényforrás tartozott, így egy négy pontból álló halmazra kellett a lineáris regressziót vizsgálni egy adott színmintára. Ennek bemutatására szolgál az alábbi 65. Táblázat. A táblázat AVE oszlopában láthatóak az egyes számú (sötét barna bırszín) MCC színmintához tartozó összes vizuális megfigyelés normalizált értékeinek átlaga a vizsgált fényforrásokra, majd a következı három oszlopban a CIE 13.3, CIELAB valamint CIECAM02 modellek szerint számított színinger-különbségi értékek, míg a táblázat alsó két sorában láthatóak az átlag értékeknek az adott modellel való R2 és R korrelációs együtthatóinak értékei.
135
65. Táblázat: Példa az egyes számú MCC mintára vonatkozó korrelációk meghatározására 2700 K esetén Színminta Fényforrás megnevezése AVE ∆E-U*V*W* ∆E*ab ∆E(J,aC,bC)* STD 1 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 0,2962 1,10 1,26 1,28 0,13 LED cluster 2 - (L_2700) 1,1733 16,56 8,35 13,34 0,29 LED cluster 1 - (S_2700) 0,7913 9,96 5,14 8,32 0,23 White LED - (L_STAR/O_2700) 0,5065 2,40 1,18 2,05 0,21 2 R= 0,974 0,943 0,966 R= 0,99 0,97 0,98
Ebben az esetben például elmondható, hogy a négy különbözı megvilágítási szituáció során ugyanazon mintára adott vizuális válaszok normált értékeinek átlaga, valamint a modellek szerint számított színinger-különbségek jól korrelálnak egymással. Ezt a fajta elemzést mind a 18 mintára mind a három színhımérsékleti szinten elvégeztem, és a kapott R2 korrelációs értékeknek vettem az átlagát. Ez látható a következı táblázatokban. A 2700 K-es csoport esetén a színmintákra kapott R2 korrelációs együtthatók valamint azok átlagai (táblázat utolsó sora) a három modellt vizsgálva az alábbiak: 66. Táblázat: R2 - korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 2700 K színhımérsékleti csoportba tartozó négy fényforrás esetén a 18 darab MCC minta felhasználásával 2 2 2 2700 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 1 0,974 0,943 0,966 2 0,746 0,651 0,747 3 0,936 0,845 0,890 4 0,110 0,188 0,282 5 0,161 0,024 0,058 6 0,965 0,912 0,930 7 0,896 0,837 0,885 8 0,853 0,531 0,721 9 0,972 0,965 0,981 10 0,461 0,371 0,252 11 0,001 0,331 0,429 12 0,686 0,532 0,644 13 0,886 0,562 0,955 14 0,952 0,896 0,949 15 0,916 0,921 0,929 16 0,284 0,254 0,344 17 0,689 0,574 0,674 18 0,919 0,891 0,910 Átlag 0,689 0,624 0,697 *A kitöltött cellák a kis korrelációval rendelkezı értékeket jelölik.
A 4000 K-es csoport esetén a színmintákra kapott R2 korrelációs együtthatók valamint azok átlagai (táblázat utolsó sora) a három modellt vizsgálva az alábbiak:
136
67. Táblázat: R2 – korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 4000 K színhımérsékleti csoportba tartozó hét fényforrás esetén a 18 darab MCC minta felhasználásával 2 2 2 4000 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 1 0,857 0,799 0,827 2 0,906 0,871 0,907 3 0,832 0,880 0,854 4 0,532 0,724 0,686 5 0,147 0,449 0,437 6 0,917 0,951 0,923 7 0,953 0,947 0,964 8 0,617 0,698 0,737 9 0,916 0,928 0,911 10 0,817 0,828 0,786 11 0,756 0,634 0,687 12 0,986 0,988 0,990 13 0,278 0,291 0,451 14 0,848 0,895 0,871 15 0,860 0,879 0,865 16 0,942 0,961 0,964 17 0,882 0,928 0,899 18 0,754 0,797 0,747 Átlag 0,767 0,803 0,806 *A kitöltött cellák a kis korrelációval rendelkezı értékeket jelölik.
A 6500 K-es csoport esetén a színmintákra kapott R2 korrelációs együtthatók valamint azok átlagai (táblázat utolsó sora) a három modellt vizsgálva az alábbiak: 68. Táblázat: R2 – korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 6500 K színhımérsékleti csoportba tartozó négy fényforrás esetén a 18 darab MCC minta felhasználásával 2 2 2 6500 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 1 0,847 0,707 0,861 2 0,948 0,842 0,944 3 0,823 0,815 0,845 4 0,281 0,016 0,185 5 0,455 0,404 0,565 6 0,905 0,916 0,900 7 0,933 0,859 0,941 8 0,782 0,487 0,672 9 0,968 0,924 0,975 10 0,867 0,939 0,922 11 0,644 0,503 0,595 12 0,968 0,882 0,965 13 0,920 0,265 0,758 14 0,832 0,778 0,789 15 0,978 0,961 0,978 16 0,952 0,706 0,856 17 0,962 0,956 0,970 18 0,798 0,854 0,876 Átlag 0,832 0,715 0,802 *A kitöltött cellák a kis korrelációval rendelkezı értékeket jelölik.
137
A 18 darab mintához tartozó korrelációk átlagolása mellett kiszámítottam a TC 1-33 zárójelentésében rögzített nyolc darab MCC minta valamint két darab bırszín (ezt ebben az esetben az MCC 1 és MCC 2 minták helyettesítették) általi mintahalmaz esetén kapott korrelációk átlagát is, miként változik a korreláció ha csak az „alap” színeket és két bırszínt tekintünk. A 18 illetve 10 mintára (1,2,7,11,13,14,15,16,17,18 számú MCC minták) számított átlagos korrelációs értékeket az alábbi táblázatok tartalmazzák. 69. Táblázat: A 18 ill. 10 mintára számított R2 korrelációs együtthatók átlaga 2700 K esetén 2 2 2 2700 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 0,697 18 minta Átlag 0,689 0,624 0,779 10 minta Átlag 0,726 0,686
2700 K és 18 darab minta korrelációs értékeinek átlagát nézve a CIE 13.3 modellhez képest kis különbséggel ugyan, de a legjobb korrelációt a CIECAM02 modell esetén kapjuk, CIELAB-ot tekintve a korreláció már lényegesen kisebb. 10 minta esetén a modellek egymáshoz képesti viszonya változatlan marad, de a CIECAM02 és a CIE 13.3 valamint CIELAB közti különbség már jóval nagyobb, miközben mind a három korreláció jelentıs mértékben javul. 70. Táblázat: A 18 ill. 10 mintára számított R2 korrelációs együtthatók átlaga 4000 K esetén 2 2 2 4000 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 – R 0,806 18 minta Átlag 0,767 0,803 0,818 10 minta Átlag 0,804 0,800
A 4000 K-es csoportot és 18 mintát tekintve itt is a CIECAM02 rendelkezik a legjobb korrelációval, azonban a CIELAB megelızi a CIE 13.3-at, míg 10 minta esetén a korreláció csak a CIE 13.3 esetén nı meg nagyobb mértékben és a CIECAM02 marad a legjobb korrelációjú modell, és az eltérések minimálisak. 71. Táblázat: A 18 ill. 10 mintára számított R2 korrelációs együtthatók átlaga 6500 K esetén 2 2 2 6500 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 0,832 18 minta Átlag 0,715 0,802 0,881 10 minta Átlag 0,743 0,857
6500 K esetén a 10 darab mintával vett átlagok nagymértékben nınek a 18 mintán vett átlagokhoz képest, miközben a legjobb korreláció a CIE 13.3-hoz tartozik nagy különbséggel a CIECAM02-höz és még nagyobbal a CIELAB-hoz képest.
138
A vizuális és számított értékek közti színmintánkénti korrelációk átlagait tekintve ezen típusú összehasonlítás során elmondható, hogy két esetben a CIECAM02 bizonyult jobbnak a többi modellnél és egy esetben pedig a CIE 13.3 rendelkezett jobb korrelációval a másik kettınél. A TC 1-33-ban rögzített 10 minta átlagát alapul véve az MCC tábla 18 mintájának átlagával szemben egy eset kivételével a korrelációk javulnak.
5.7.3.2.
Normalizált vizuális értékek módosítása
Az alábbi fejezetben azt vizsgáltam, hogy vajon van-e hatása a legeltérıbb minták kihagyásának az adathalmazból, feltételezve, hogy ez a megfigyelı figyelmetlenségébıl vagy fáradásából származik. Az eredmények analízise azt mutatta, hogy az ilyen "korrekciós próbálkozás" nem hoz egyértelmőbb eredményt. Dolgozatom ezen fejezetét csak mint zárójeles részt tekintem. Némely esetben az egyes színmintákra kapott korrelációk nagyságrendekkel kisebbek, mint a többi színminta esetén. Ezért minden egyes fényforrás pár esetén külön-külön megnéztem a színmintákhoz számított relMAX értéket, és ha ez 0,7-nél nagyobb volt (ami azt jelenti, hogy a maximális érték és az átlag érték szórással növelt értéke közti különbség az átlagnak legalább a 70 százaléka), akkor az adott színmintára az összes megfigyelı által becsült és általam normalizált vizuális válaszok közül a maximális értékkel rendelkezıt (MAX) kicseréltem a színmintához tartozó normalizált válaszok átlag értékével (AVE), feltételezve azt, hogy a kiugró érték téves bejegyzés eredménye6 (a megfigyelı feltételezhetı fáradása miatt téves értéket jegyzett fel). Ezután az átlag, szórás, relMAX stb. értékeket a módosított értékekkel újra számítottam és mindaddig cseréltem a színmintához tartozó legnagyobb válasz értékét míg a relMAX értéke 0,7 alá nem csökkent. Hasonlóképpen kívántam eljárni a relMIN értékek szemre vételezése során is, azonban ilyen jellegő változtatásra egyik színhımérsékleti szinten és egyik fényforrás párnál sem volt szükség. Az így kapott eredményeket szintén táblázatban foglaltam össze. A 2700 K-es csoport esetén a módosított értékekkel számított R2 korrelációs együtthatók valamint azok átlagai (táblázat utolsó sora) a három modellt vizsgálva az alábbiak:
6
Az ezen és a következı alfejezetben leírt vizsgálatokat természetesen nem tartom egzakt értékőnek, de azért végeztem el, hogy ezekbıl esetleg javaslatot tudok leszőrni késıbb elvégzendı vizsgálatok számára.
139
72. Táblázat: Módosított értékekkel meghatározott R2 – korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 2700 K színhımérsékleti csoportba tartozó négy fényforrás esetén a 18 darab MCC mintára vonatkozólag 2 2 2 2700 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 1 0,974 0,943 0,966 2 0,728 0,630 0,728 3 0,936 0,845 0,890 4 0,110 0,188 0,282 5 0,381 0,151 0,239 6 0,965 0,925 0,945 7 0,896 0,837 0,885 8 0,853 0,531 0,721 9 0,972 0,965 0,981 10 0,461 0,371 0,252 11 0,001 0,331 0,429 12 0,658 0,502 0,615 13 0,886 0,562 0,955 14 0,923 0,895 0,949 15 0,890 0,904 0,914 16 0,267 0,257 0,343 17 0,689 0,574 0,674 18 0,919 0,891 0,910 Átlag 0,695 0,628 0,704 *A kitöltött cellák a módosított értékekkel újraszámolt korrelációkat jelölik.
A 4000 K-es csoport esetén a módosított értékekkel számított R2 korrelációs együtthatók valamint azok átlagai (táblázat utolsó sora) a három modellt vizsgálva az alábbiak: 73. Táblázat: Módosított értékekkel meghatározott R2 – korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 4000 K színhımérsékleti csoportba tartozó hét fényforrás esetén a 18 darab MCC mintára vonatkozólag 2 2 2 4000 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 1 0,857 0,799 0,827 2 0,906 0,871 0,907 3 0,832 0,880 0,854 4 0,532 0,724 0,686 5 0,147 0,449 0,437 6 0,920 0,948 0,921 7 0,950 0,945 0,962 8 0,617 0,698 0,737 9 0,916 0,928 0,911 10 0,817 0,828 0,786 11 0,756 0,634 0,687 12 0,986 0,988 0,990 13 0,267 0,275 0,429 14 0,843 0,895 0,870 15 0,860 0,879 0,865 16 0,942 0,961 0,964
140
17 18 Átlag
0,882 0,754 0,766
0,928 0,797 0,802
0,899 0,747 0,804
*A kitöltött cellák a módosított értékekkel újraszámolt korrelációkat jelölik.
A 6500 K-es csoport esetén a módosított értékekkel számított R2 korrelációs együtthatók valamint azok átlagai (táblázat utolsó sora) a három modellt vizsgálva az alábbiak: 74. Táblázat: Módosított értékekkel meghatározott R2 – korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 6500 K színhımérsékleti csoportba tartozó négy fényforrás esetén a 18 darab MCC mintára vonatkozólag 6500 K CIE 13.3 - R
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Átlag
0,841 0,948 0,873 0,298 0,565 0,905 0,933 0,860 0,968 0,898 0,555 0,968 0,920 0,824 0,978 0,949 0,962 0,775 0,834
2
CIELAB - R
0,695 0,842 0,909 0,029 0,455 0,916 0,862 0,595 0,924 0,969 0,583 0,882 0,265 0,770 0,961 0,689 0,956 0,868 0,732
2
CIECAM02 - R
2
0,854 0,944 0,930 0,190 0,404 0,900 0,941 0,773 0,975 0,953 0,654 0,965 0,758 0,780 0,978 0,844 0,970 0,886 0,817
*A kitöltött cellák a módosított értékekkel újraszámolt korrelációkat jelölik.
A táblázatok színezett cellái azon színminták sorait jelölik melyeknél valamely fényforrás pár esetén a normalizált értékeket egy vagy akár több megfigyelı esetén is módosítani kellett. A módosított értékekkel számított korrelációk esetén is meghatároztam a 18 darab MCC minta, valamint a TC 1-33-ban rögzített nyolc MCC + két bırszín minta átlagával vett korrelációkat. Ez látható a következı táblázatokban.
141
75. Táblázat: A módosított értékek szerint 18 ill. 10 mintára számított R2 korrelációs együtthatók átlaga 2700 K esetén 2 2 2 2700 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 0,695 0,628 0,704 18 minta Átlag (0,689) (0,624) (0,697) 0,717 0,682 0,775 10 minta Átlag (0,726) (0,686) (0,779) *zárójelben az eredeti értékekkel számított korrelációk találhatóak
2700 K-nél, 18 színminta esetén hét darab mintán végrehajtott módosítás során kapott új korrelációs átlagok minimális mértékben nıttek az eredeti értékekkel számított korrelációkhoz képest, és az egymáshoz képesti viszonyok sem változtak. A CIECAM02 jobb eredménnyel bír, mint a CIE 13.3, míg CIELAB-al összehasonlítva már nagyobb mértékő a különbség. 10 minta esetén négy olyan szín maradt a mintahalmazban melyeknél módosítás történt, és érdekesség, hogy ha minimálisan is, de a korrelációk romlottak az elızı fejezetben számítottakhoz képest, míg jelentısen nıttek a 18 minta korrelációihoz képest, és az egymáshoz képesti eltérések arányai közel azonosak maradtak. Ennél a színhımérsékletnél tehát nem vezetett számottevı eltéréshez az átlagtól kiemelkedıen eltérı értékek átlaggal való helyettesítése. 76. Táblázat: A módosított értékek szerint 18 ill. 10 mintára számított R2 korrelációs együtthatók átlaga 4000 K esetén 2 2 2 4000 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 0,766 0,802 0,804 18 minta Átlag (0,767) (0,803) (0,806) 0,802 0,799 0,816 10 minta Átlag (0,804) (0,800) (0,818) *zárójelben az eredeti értékekkel számított korrelációk találhatóak
4000 K esetén és az MCC tábla mind a 18 kromatikus mintáját figyelembe véve csak négy darab színminta esetén történt módosítás a vizuális értékekben, és az eredeti korrelációs értékekhez képest mind a három modell korrelációi romlottak. CIECAM02 modell foglalja el az elsı helyet a korrelációk tekintetében, nagyon kicsivel lemaradva a CIELAB, és csak harmadik a CIE 13.3. 10 minta esetén már csak három szín maradt a halmazban, ahol módosítás történt és a korrelációk ez esetben is minimális mértékben, de csökkentek az eredeti átlagokhoz képest, a sorrend némiképp módosul a tekintetben, hogy a CIE 13.3 modellel való korreláció jelentısen javul a 18 mintáshoz képest, minimálisan megelızi a CIELAB-ot, míg a CIECAM02 marad az elsı helyen. 4000 K esetén sem vezetett az értékek módosítása a korrelációk jelentısebb megváltozásához és fıként javulásához.
142
77. Táblázat: A módosított értékek szerint 18 ill. 10 mintára számított R2 korrelációs együtthatók átlaga 6500 K esetén 2 2 2 6500 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 0,834 0,732 0,817 18 minta Átlag (0,832) (0,715) (0,802) 0,868 0,749 0,861 10 minta Átlag (0,881) (0,743) (0,857) *zárójelben az eredeti értékekkel számított korrelációk találhatóak
A 6500 K-es színhımérsékleti csoportot vizsgálva, a legtöbb módosítás itt történt, szám szerint a 18-ból 10 minta esetén változtak a vizuális értékek. Ez nagyobb mértékben befolyásolta a korrelációs átlagokat, mint az elızı két színhımérséklet esetén. 18 minta korrelációinak átlagát alapul véve leginkább a CIELAB és CIECAM02 modellekhez tartozó korreláció nıtt meg a módosítás következtében, viszont legjobb korrelációval nagy színhımérsékleti szint esetén továbbra is a CIE 13.3 rendelkezik a CIECAM02 és a CIELAB modellek elıtt. 10 minta esetén (6 mintánál történtek módosítások) sem változik a sorrend, bár a CIE 13.3 és CIECAM02 közötti eltérés minimálisra csökken, míg a 18 mintához képesti korrelációk jelentısen nınek. Az eredeti értékekkel számított korrelációkhoz képest CIE 13.3 esetén csökkent, míg a másik két modell esetén kismértékben nıtt a korreláció. Jelentısnek mondható és fıként pozitív változás tehát ezen színhımérséklet esetén sem mutatható ki a vizuális értékek módosításával. Összefoglalva tehát elmondható, hogy az a fajta vizsgálat, hogy esetleg a kiugró vizuális értékek torzították a három modellel való korrelációk eredményeit nem igazolódott. A 18 mintáról 10 mintára történı átlagolás egy esetet kivéve mindig jobb korrelációt eredményezett az adott modellre nézve, újból bizonyítva ezáltal a számítások során alkalmazott színminta halmazok fontosságát. A módosított normalizált értékek során 2700 K-es és 4000 K-es csoportba tartozó lámpák esetén a CIECAM02 kicsivel bizonyult csak jobbnak korreláció szempontjából a CIE 13.3nál, míg 6500 K esetén kicsivel ugyan, de a CIE 13.3 került az elsı helyre, míg a CIELAB modellel való korrelációs értékek jelentısen elmaradtak a másik két modellétıl.
5.7.3.3.
A vizuális értékek közti relatív szórás figyelembe vétele
Mivel a vizuális értékek közti, az átlagtól nagymértékben eltérı értékek átlaggal való cseréje nem vezetett a várt eredményre, a relatív szórás figyelembe vétele tőnt egy további lehetséges
143
megoldásnak, hogy a vizuális eredményekbıl valamiképpen kiszőrjem azokat, melyek nagy valószínőséggel rontják a modellek összehasonlítására szolgáló korrelációk eredményeit. Adott fényforrás pár és adott színminta esetén, az általam normalizált, a megfigyelık által meghatározott összes vizuális értékek szórásának (STD) a vizuális értékekbıl számított átlag értékhez (AVE) képesti százalékos arányát tekintettem szőrı feltételnek, mégpedig úgy, hogy ha a szórás nagyobb volt mint az átlag 50 százaléka, akkor ennek a színmintának a vizsgálatakor az adott fényforrás párra vonatkozólag ezt az értéket kihagytam a függvényillesztésbıl. Ha egy színmintára valamely fényforrás pár esetén ilyen relSTD% érték került meghatározásra, akkor pl. 2700 K esetén 4 pont helyett, csak három pontra történt a korreláció vizsgálata. Ha már két fényforrás esetén is nagyobb volt az eltérés mint 50 százalék egy adott színmintát vizsgálva, akkor a függvényillesztést már csak két pontra kellett volna elvégezni, ami mindig R2=1 értéket és ezzel egyidejőleg téves következtetést eredményezett volna a vizuális értékek és számított értékek közötti kapcsolatra, így ekkor ezt a korrelációs értéket kihagytam a minták korrelációnak átlagolásából. Hasonlóképpen jártam el, ha a vizsgált fényforrások közül már csak egy maradt, hisz egy pontra nem lehet függvényt illeszteni. 4000 K esetén, mivel ott hét fényforrást vizsgáltam, ilyen esetek nem fordultak elı, de 6500 K-nél, ahova szintén csak négy megvilágító tartozott, ott igen. Mivel ez a módszer csak a 4000 K-es csoportnál szolgál értékelhetı adatokkal – a másik két csoportban túl kevés fényforrás és színminta marad az elemzéshez – a dolgozatban csak a 4000 K-es lámpákra vonatkozó eredményeket ismertetem. (Kis színhımérséklet esetén, figyelembe véve a relatív szórások értékeit a 6,7,8,11,13,14 MCC mintákra már nem lehetett figyelembe venni a számított korrelációkat mivel csak egy vagy két fényforrás felelt meg a szőrıfeltételnek. A ~6500 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı lámpák csoportjának vizsgálatánál is több színmintánál elıfordult – 8,9,10,11,13 – hogy kettı vagy akár egy lámpa felelt csak meg a szőrıfeltételnek.) 4000 K esetén, a vizsgált hét fényforrásnak köszönhetıen egyik színmintához tartozó korrelációt sem kell figyelmen kívül hagyni, miközben azok értékei sok esetben javulnak a szőrıfeltételnek nem megfelelı fényforrásokhoz tartozó átlag értékek elhagyásával, amit az utolsó sorban látható átlag értékek eddigi két módszer (eredeti és módosított) szerint számított értékeihez képesti növekedés is jól mutat.
144
78. Táblázat: A relatív szórás figyelembe vételével meghatározott R2 – korrelációs együttható értékeinek összefoglaló táblázata a 4000 K színhımérsékleti csoportba tartozó, szőrıfeltételnek megfelelı fényforrások esetén a 18 darab MCC mintára vonatkozólag 2 2 2 4000 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 – R 1 0,857 0,799 0,827 2 0,906 0,871 0,907 3 0,832 0,880 0,854 4 0,530 0,722 0,686 5 0,078 0,419 0,361 6 0,898 0,940 0,902 7 0,936 0,933 0,947 8 0,617 0,698 0,737 9 0,916 0,928 0,911 10 0,817 0,828 0,786 11 0,614 0,889 0,937 12 0,986 0,991 0,994 13 0,784 0,775 0,757 14 0,835 0,897 0,842 15 0,771 0,797 0,770 16 0,930 0,958 0,963 17 0,873 0,929 0,892 18 0,746 0,796 0,740 Átlag 0,774 0,836 0,823
Hasonlóan az eddigiekhez itt is megvizsgáltam mind a három modell szerinti korrelációt mind a 18, mind pedig a 10 elembıl álló mintahalmazok esetén. A könnyebb összevethetıség érdekében a táblázatban (79. Táblázat) feltüntettem mind a három modell, átlagolás szerinti végsı korrelációs együtthatók értékeit. 79. Táblázat: A három különbözı típusú, átlagolással számított korrelációk 4000 K esetén 2 2 2 4000 K CIE 13.3 - R CIELAB - R CIECAM02 - R 0,806 18 minta Eredeti 0,767 0,803 0,804 Módosított 0,766 0,802 0,836 relSTD % 0,774 0,823 CIE 13.3 - R 10 minta Eredeti 0,804 Módosított 0,802 relSTD % 0,825
2
CIELAB - R 0,800 0,799 0,864
2
CIECAM02 - R 0,818 0,816 0,858
2
A vizsgált közepes színhımérsékleten jelentıs mértékben nı a korreláció mind a három modell esetén. Mind a 18 és mind a 10 elemő halmazhoz tartozó értékeket tekintve a CIELAB modellhez számított korreláció lesz a legnagyobb. Ezt követi kis különbséggel a CIECAM02 és nagyobbal a CIE 13.3.
145
A relatív szórás figyelembe vételével meghatározott korrelációs átlagokat tekintve tehát 4000 K esetén a CIELAB bír a legnagyobb korrelációs értékkel.
146
6. Összefoglalás Dolgozatom elsıdleges célja az volt, hogy a mindennapi életben használatos hagyományos és új generációs fényforrások színvisszaadási tulajdonságait vizuális kísérletek segítségével vizsgáljam és a megfigyelık által szolgáltatott adatokat összevessem a gyakorlati, színvisszaadási indexek meghatározására szolgáló módszerekkel, melyik közelíti meg vagy írja le legjobban az emberi látás mechanizmusát. A hagyományos izzólámpák, halogén izzók és fénycsövek elterjedésének idıszakában, fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására az 1974-ben elfogadott CIE 13.2-es (késıbbiekben CIE 13.3) módszer a fényforrás gyártók körében mind a mai napig általánosan elfogadott szabvány, hogy lámpáikat színvisszaadás tekintetében osztályozzák. A technikai fejlıdésnek köszönhetıen a világítótestek piacán megjelentek az eddigieknél lényegesen energiatakarékosabb és hosszabb élettartammal („örökélető”) bíró, a régebbi fényforrásokétól teljesen eltérı spektrális teljesítmény-eloszlással rendelkezı fényporos és színes RGB LED-ek. Mindezidáig az irodalomban nem volt található olyan jellegő kutatás amely a napjainkban használatos és új típusú lámpákra, jellemzı színhımérsékleti szinteken – 2700 K, 4000 K, 6500 K – átfogó összehasonlítást közölt volna azok színvisszaadási tulajdonságairól, vizuális kísérletek eredményeinek alátámasztásával. A gyártók is azt szerették volna, ha valaki elıször vizuális kísérleteket folytat e téren, és ha beigazolódik, hogy a jelenleg elfogadott módszer az új technológiájú lámpák színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására nem kellıképpen alkalmas, akkor új módszert kell keresni. Ezek ismeretében kezdtem bele mind három színhımérsékleti szintet átfogó fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak vizsgálatába vizuális kísérletsorozat segítségével. A megfigyelık feladata röviden az volt, hogy egy, két rekesszel rendelkezı, a rekeszeket fallal elválasztó megfigyelı doboz egyik részében adott referencia fényforrással, másik részében adott teszt fényforrással, egyidejőleg megvilágított MCC színtáblák színmintái közti észlelt vizuális színkülönbséget egységnyi lépésköző szürke skála segítségével megbecsüljék. Az irodalomban több olyan módszer, színtér illetve színmegjelenési modell ismert, melyek segítségével két, adott színinger közt színinger-különbség határozható meg, melyek
147
összevetése az általam végzett kísérletek során nyert vizuális különbségekkel képezte a modellek összehasonlításának alapját a vizsgált fényforrás párokra. Kapott eredmények: 1. Az elı kísérletem során megmutattam, hogy a CIE 13.3-as eljárásával meghatározott, mőszeres mérések eredményeibıl számított színinger-különbségek kisebb mértékben korrelálnak a vizuális színinger-különbségekkel, mint a vizsgált CIECAM02 színmegjelenési modellel meghatározott értékek. A 5.1.6 fejezetben ismertetett további ellentmondások vezettek a színhımérsékleti szinteket szélesebb körben átfogó vizsgálatokhoz. 2. Az újabb vizuális kísérletek elvégzése utáni elsı feladat az volt, hogy a gyártók által is alkalmazott CIE 13.3-as módszer szerint értelmezett általános színvisszaadási értékeket (Ra) meghatározzam minden egyes vizsgált referencia és teszt fényforrásra mind három színhımérsékleti szinten. Ennek eredményeit a 5.3.1 fejezetben ismertettem. A kapott színvisszaadási indexek értékeibıl látszik, hogy az általam referenciának választott fényforrások színvisszaadása közel azonos (Ra ≈ 100) a CIE modelljében értelmezett Plank-sugárzó illetve nappali sugárzáseloszlás színvisszaadásával, ami bizonyítja, hogy jól választottam meg a három referencia fényforrást. A számokból az is leolvasható, hogy a színes RGB LED-ek nagyon rossz színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkeznek e modell szerinti értelmezésben, valamint az is, hogy a fényporos LED-ek színvisszaadása megközelíti a fénycsövekét és referencia fényforrásokét. 3. Mivel a vizuális kísérletek során valós fényforrásokat alkalmaztam referenciának, szükség volt a szabvány (CIE modell) és a valós összehasonlító fényforrások adta különbségek meghatározására, mivel a CIE modell és a vizuális vizsgálatok közti eltérést csak ennek ismeretében lehet helyesen értelmezni. Az eredményeket a 5.3.2 fejezetben ismertettem. Az eredmények azt mutatják, hogy az általam választott referencia fényforrásokkal és a modell szerinti referenciákkal meghatározott általános színvisszaadási indexek csak kis mértékben térnek el egymástól, és egy eset kivételével a lámpák közt felállított rangsort sem változtatják meg. 4. Megvizsgáltam milyen hatással van a CIE szerinti színvisszaadási indexek meghatározására, ha azokat nem az eljárásban rögzített színminta halmazon 148
értelmezzük. Azt találtam, hogy a jóval telítettebb MCC mintahalmazon értelmezett indexek ugyan kisebbek lettek a nagyobb színinger-különbségek révén, azonban a lámpák közt felállított rangsort nem befolyásolta (5.3.3 fejezet). 5. Fényforrások színkészletének (gamut) vizsgálata során arra a következtetésre jutottam, hogy a CIELAB színtérben ábrázolt nyolc darab színminta által határolt területek nagysága egyik színhımérsékleti szinten sem korrelál a lámpák CIE szerint értelmezett
általános
színvisszaadási
indexeivel.
A
grafikus
ábrázolásnak
köszönhetıen (5.3.4 fejezet), azonban egyértelmően leolvashatóvá válik, hogy a referencia fényforrás által megvilágított színmintákhoz képest milyen jellegő torzulások várhatóak az adott teszt fényforrásra vonatkozólag, illetve a területek arányait egymáshoz viszonyítva információt kaphatunk az adott lámpa színkészletének méretérıl valamint irányultságáról egyaránt. 6. A különbözı teszt lámpákkal megvilágított színminták színkoordinátáinak u’v’ koordinátarendszerben való torzulásának vizsgálata során az általam készített grafikonok egyértelmően szemléltetik, hogy egy adott teszt fényforrás egy referencia fényforráshoz képest milyen mértékő és irányultságú változásokat fog eredményezni az általuk megvilágított színminta halmazok esetében. Ha az elsıdleges szempont az, hogy a referencia fényforrás színvisszaadási tulajdonságait minél jobban közelítı másik fényforrást (például energiatakarékosabb lámpát) találjunk, azaz, hogy a teszt fényforrás által visszaadott színek a legkevésbé torzuljanak el a referenciához képest, ez a fajta összehasonlítás jó megoldásnak tőnik. A különbözı típusú lámpákra vonatkozó megállapításaimat a 5.3.5.4 fejezet tartalmazza. 7. Kutatásom elsıdleges célja volt, hogy a vizuális színinger-különbségeket matematikai modellek szerint meghatározott színinger-különbségekkel vessem össze. Ennek érdekében meghatároztam a színminta párok közti CIE 13.3, CIELAB valamint CIECAM02 eljárások szerint számított színinger-különbségeket a mőszeres mérések adatait alapul véve. Az értékeket tartalmazó táblázatok a 5.3.6 fejezetben találhatóak. 8. A vizuális megfigyelések során kapott adathalmazok valamint a különbözı modellek szerint számított színinger-különbségek közötti függvény illesztések és azok korrelációs együtthatóinak vizsgálata elıtt ellenırizni kellett, hogy az egyes megfigyelések egymástól függetlenek e vagy sem. Az eredményekbıl (35. Táblázat) jól látható, hogy a vizsgált sorozatok függetlenek, ami a késıbbi próbák elvégzésének elıfeltétele volt.
149
9. Ezt követıen meghatároztam a vizuális és számított színinger-különbségi értékek közti kapcsolatok erısségét asszociációs kapcsolatvizsgálatot alkalmazva (5.5 fejezet), ahol kimutatható volt, hogy a két ismérv közötti kapcsolatok csak abban az esetben rendelkeznek már értékelhetı, azaz gyenge vagy közepes sztochasztikus kapcsolattal, mikor a referencia és teszt fényforrások által megvilágított minták közt nagy vizuális színinger-különbség volt tapasztalható – leginkább LED fényforrások esetében. 10. A vizuális és a különbözı modellek szerint számított színinger-különbségek közötti, fényforrás páronkénti korrelációik értékei a 5.7.1 fejezetben találhatóak. Mind három színhımérsékleti szinten kimutatható, hogy a vizuális megfigyelések a CIECAM02 színmegjelenési modell szerint számított értékekkel jobban korrelálnak, mint a jelenleg elfogadott CIE 13.3-as eljárás szerint értelmezett színinger-különbségek. 11. A 5.7.1.4 fejezetben bemutatott táblázatokat tekintve elmondható, hogy ugyanezen vizuálisan meghatározott színinger-különbségek összevetése az u’v’ színtérben meghatározott színinger-különbségekkel a legtöbb esetben nagyobb korrelációs értéket eredményez, szemben az elızıekben legjobban teljesítı CIECAM02 modellel, és ebbıl kifolyólag a CIE 13.3-as módszerénél már egy lényegesen jobb eljáráshoz juthatunk, mely az eredmények alapján már pontosabban írja le a vizuálisan észlelhetı színinger-különbségeket. 12. Az általam, színmintánként értelmezett korrelációk meghatározásánál három esetet különböztettem meg aszerint miként vettem figyelembe az átlagtól kiugróan magas becsült vizuális értékeket valamint a vizsgált lámpáknál, egy adott színmintára nagy szórással meghatározott vizuális értékeket. Abban az esetben, ha a vizuális értékeken a normalizáláson kívül semmilyen további változtatást nem hajtottam végre azt találtam, hogy a 5.7.3 fejezetben értelmezett átlagos korrelációk tekintetében 2700 K és 4000 K színhımérséklet esetén a CIECAM02 modell, míg 6500 K esetén a CIE 13.3-as eljárása bizonyul jobbnak a másik két modellnél. Az a feltételezés, miszerint a kiugró vizuális értékek torzították a három modellel való korrelációk eredményeit meglepı módon nem igazolódott. A módosított normalizált értékek során 2700 K-es és 4000 K-es csoportba tartozó lámpák esetén a CIECAM02 kicsivel bizonyult csak jobbnak korreláció szempontjából a CIE 13.3-nál, míg 6500 K esetén kicsivel ugyan, de a CIE 13.3 került az elsı helyre, míg a CIELAB modellel való korrelációs értékek jelentısen elmaradtak a másik két modellétıl.
150
A vizuális értékek közti relatív szórás figyelembe vétele csak a 4000 K színhımérsékleti
csoport
esetén
volt
értelmezhetı.
A
vizsgált
közepes
színhımérsékleten jelentıs mértékben nı a korreláció mind a három modell esetén. Mind a 18 és mind a 10 elemő színminta halmazhoz tartozó értékeket tekintve a CIELAB modellhez számított korreláció volt a legnagyobb. Ezt követi kis különbséggel a CIECAM02 és nagyobbal a CIE 13.3. A lámpák színkészletének grafikus ábrázolása jó alternatívát jelenthet, ha arra vagyunk kíváncsiak milyen mértékő és irányultságú várható torzulások mennek végbe a referencia illetve teszt fényforrással megvilágított színminták színmegjelenésében. Az ábrázolt színkészlet méretébıl és alakjából jól következtethetı a fényforrás által megjeleníthetı színek tartománya illetve a referencia fényforráshoz képesti viszonya, de a referenciához képesti minél nagyobb mérető tartományból semmiképpen sem következtethetünk annak CIE szerinti értelmezéső színvisszaadási tulajdonságaira. A referencia fényforráshoz képesti különbségek ábrázolásának másik szemléletes módja a színminták torzulásának az u’v’ koordinátarendszerbeli ábrázolása. A vizsgálat során egyes fényforrás típusok estében (pl. színes RGB) olyan jellegzetes irányultságú változások voltak tapasztalhatóak a 18 színmintára, mely elızetes információk nélkül még arra is megoldásul szolgálhat, hogy az RGB LED típusú fényforrásokat beazonosítsa. A kapott eredményekbıl levonható egyik általános következtetés, hogy a vizuálisan becsült színinger-különbségek és a különbözı típusú modellekkel számított értékek közti kapcsolatok, a vizsgált összehasonlítási módszerekre vonatkozólag a legtöbb esetben a CIECAM02 színmegjelenési modell esetén rendelkeztek a legnagyobb korrelációs értékekkel, de azt mindenképpen meg kell jegyezni, hogy a jelenleg, fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására elfogadott CIE 13.3-as módszer korrelációs értékei legtöbbször csak kicsit tértek el a CIECAM02 modell korrelációitól. A vizuális értékeknek a CIELAB modellel való összehasonlítása szinte minden esetben a legrosszabb korrelációval rendelkezı kapcsolatokat eredményezte, így kijelenthetı, hogy a CIELAB modell ilyen jellegő felhasználása nem elınyös a másik két modellel szemben. Kutatásaim alapján kijelenthetı tehát, hogy a gyártóknak nem kellene attól tartaniuk, hogy az elavult U*V*W* színtér és von Kries transzformáció helyett a CIECAM02 színmegjelenési modellre alapozott színvisszaadási index számítás gyökeresen megváltoztatná fényforrásaik besorolását. A 151
CIECAM02-re történı áttérés a vizuális megfigyelésekkel valamivel jobb korrelációt biztosítana, és megszüntetné azt a visszás helyzetet, hogy a színvisszaadás számítás elavult, és a CIE által visszavont színtérre alapul.
152
7. Tézisek
1. Statisztikailag szignifikáns vizuális kísérletekkel igazoltam azt a korábban csak anekdotikus kijelentésekre támaszkodó véleményt141,142, hogy a CIE 13.3 publikáció2 (de facto nemzetközi szabvány) szerinti színvisszaadási index nem korrelál jól a vizuális
megfigyelésekkel.
Három
szempontú
varianciaanalízis
vizsgálattal
megmutattam, hogy a színminták, a kísérleti személyek és a fényforrások közti különbségek szignifikánsak. [P1,P3-P6]
2. Az irodalomban a belsıterek különbözı fényforrásokkal történt megvilágításából leszőrt gyakorlati tapasztalatot, hogy a színvisszaadási index kb. 5 egységnyi változását a megfigyelı már nem tudja jól érzékelni52,53,54, jó színvisszaadású fényforrások által megvilágított minták esetén végzett színkülönbség meghatározások segítségével igazoltam. Kimutattam, hogy Ra≈80 általános színvisszaadási indexnél nagyobb általános színvisszaadási indexel rendelkezı fényforrás esetén a vizuális észlelet és a matematikailag meghatározható színinger különbségek közt a sztochasztikus kapcsolat gyenge, ezzel szemben, ha az észlelt színkülönbség nagy, akkor közepes erısségő is lehet a sztochasztikus kapcsolat a vizuális észlelet és a matematikailag meghatározott színinger különbség között. [K1]
3. Kísérletileg kimutattam – az irodalomban található megállapítással szemben143 – hogy a színvisszaadási index számításánál a CIE eredeti színmintáit (pasztell Munsell minták) a GretagMacbeth ColorChecker Chart telített mintáira lecserélve a fényforrások színvisszaadási jósági sorrendjében változás nem következik be. [P1]
4. Thornton korábbi felvetését99 cáfolva kimutattam, hogy a színvisszaadási index nem korrelál az Ra (általános színvisszaadási index) meghatározásához használt nyolc színminta CIELAB térben lefedett területével. [P1]
153
5. Kísérletileg kimutattam, hogy a színvisszaadás elvi definíciója szerint végrehajtott vizuális kísérletek (ha csak kis mértékben is, de) jobban korrelálnak a CIECAM02 színvisszaadási modell alapján számolt indexel, mint a CIE 13.3 publikációban használt, ma már a CIE által visszavont U*V*W* térben és von Kries transzformáció alapján végzett index meghatározással, és ugyanakkor a fényforrások színvisszaadási sorrendje nem változik. Bár a korrelációs együtthatók szignifikánsan nem térnek el egymástól, a köztük felállított jósági sorrend megtartható figyelembe véve, hogy azok két mennyiségi változó közti lineáris kapcsolat erısségére vonatkozóan nyújtanak konkrét becslést. A tendencia mindenképpen megfigyelhetı. Ezek alapján a CIE számára megfogalmazható egy olyan ajánlás, hogy tegyen javaslatot CIECAM02 színmegjelenési modellen alapuló színvisszaadási index számítás bevezetésére. [P1]
6. A vizuális színvisszaadással az összes eddigi módszernél jobban korreláló, a CIE 1976 UCS színességi diagramján alapuló, matematikai modellt dolgoztam ki. [K1]
154
Publikációs lista A
DOKTORI
ÉRTEKEZÉS
TÉMAKÖRÉHEZ
KAPCSOLÓDÓ
TUDOMÁNYOS
PUBLIKÁCIÓK
NEMZETKÖZI FOLYÓIRATBAN:
[P1] N. Sándor, J. Schanda: Visual colour-matching experiments at different correlated colour temperatures, Lighting Research & Technology. [P2] N. Sándor, T. Ondró and J. Schanda: Spectral interpolation errors. Colour Research & Application, 2005; 30(5): 348-353.
TÉZISEKHEZ
KÖZVETLENÜL
KAPCSOLÓDÓ
REFERÁLT,
HAZAI
ÉS
NEMZETKÖZI
KONFERENCIÁK KIADVÁNYAIBAN (PROCEEDINGS-EK) MEGJELENT DOLGOZATOK:
[P3] Csuti Péter, Sándor Norbert, Schanda János: Modern elsıdleges és másodlagos fényforrások színvisszaadása. XXIX. Kolorisztikai Szimpózium, Eger, 2003. május 26-28. (CD kiadás) [P4] N. Sándor, P. Bodrogi, P. Csuti, J. Schanda: Direct Visual Assessment of Colour Rendering, 25th Session of the CIE, San Diego, California USA, 25 June – 2 July 2003, p. D1-42. [P5] N. Sándor, P. Csuti, P. Bodrogi , J. Schanda Visual observation of colour rendering. CIE EXPERT SYMPOSIUM on LED Light Sources: Physical Measurement and Visual and Photobiological Assessment, 7-8 June, 2004, Tokyo, Japan. p. 16-19. [P6] N. Sándor, J. Schanda: Visual colour-rendering experiments. 10th Congress of the International Colour Association, AIC Colour 05, 8-13 May, Granada, Spain, 2005. p. 511-514.
155
TÉZISEKHEZ KÖZVETLENÜL KAPCSOLÓDÓ TOVÁBBI KONFERENCIÁKON ELHANGZOTT ELİADÁSOK:
[K1] Sándor Norbert, Schanda János: Fényforrások Színvisszaadási Tulajdonságainak Átfogó Vizsgálata Különbözı Korrelált Színhımérsékleteken. Világítástechnikai Ankét, Budapest, 2005. október 12-13.
DOLGOZATHOZ
KAPCSOLÓDÓ TOVÁBBI IDEGEN NYELVŐ KONFERENCIÁKON TARTOTT
ELİADÁSOK:
[K2] P Csuti, N. Sándor: Direct Visual Assessment of Colour Rendering. 1st PhD MiniSymposium, Veszprém, 16 June 2003. [K3] N. Sándor: Visual observation of colour rendering. 2nd PhD Mini-Symposium, Veszprém, June 2004. [K4] F. Szabó, N. Sándor, P. Bodrogi, J. Schanda: Colour rendering of white LED light sources: Visual experiment with colour samples simulated on a colour monitor. CIE Midterm Meeting, Leon, Spain, 2005.
DOLGOZATHOZ
KAPCSOLÓDÓ TOVÁBBI MAGYAR NYELVŐ KONFERENCIÁKON TARTOTT
ELİADÁSOK:
[K5] Dr. Schanda János, Sándor Norbert: A színlátás fejlıdése és az emberi színlátás mechanizmusa. Világítástechnikai Ankét, Budapest, 2003. október 15-16. [K6] Csuti Péter, Sándor Norbert, Dr. Schanda János: Modern elsıdleges és másodlagos fényforrások és a színvisszaadás, Lux et Color Vespremiensis, Veszprém, 2003. október [K7] Sándor Norbert, Ondró Tamás, Dr. Schanda János: A spektrális interpoláció hibái, Lux et Color Vespremiensis, Veszprém, 2004. október 21.
156
Melléklet 1. CIE – CRI-1996 színvisszaadási index számítás fı lépéseinek ismertetése
CIE 1931 tristimulusos értékek meghatározása Legelıször szükség van a teszt fényforrás relatív spektrális teljesítmény-eloszlására, melyet egy arra alkalmas és megbízhatóan pontos spektroradiométerrel határozunk meg 380 nm és 780 nm közötti tartományban 5nm –es lépésközzel. Ebbıl már számolhatók a teszt fényforrás CIE Xk, Yk, Zk színinger összetevıi, valamint xk, yk színkoordinátái. A referencia fényforrás kiválasztása a már említettek révén történik. Felhasználva a színminták spektrális reflexióját valamint a teszt és referencia fényforrás spektrális teljesítmény-eloszlását, könnyen számolhatjuk a minták tristimulusos értékeit Xki, Yki, Zki teszt fényforrás, valamint Xri, Yri, Zri referencia fényforrás által megvilágítva.
Tristimulusos értékek átszámolása D65 megvilágító adaptációs szintjére A CIE 109-1994 új kromatikus adaptációs formuláját alapul véve, a színminták 1000 lx megvilágítási szinttel rendelkezı standard D65 megvilágító adaptációjához tartozó tristimulusos értékek meghatározása három lépésben történik: 1. Az X, Y, Z értékek Estévez-Hunt-Pointer144,145,146 R, G, B számhármasra való transzformációja az alábbiak szerint:
R = 0,40024 X + 0,70760Y + 0,08081Z G = −0,22630 X + 1,16532Y + 0,04570 Z B= 0,91822 Z
(11)
2. Az így kapott R, G, B értékek RD, GD, BD D65 megvilágítóhoz kapcsolódó értékeinek meghatározása számos lépés során: β ( R0 ) / β1 ( R0 D )
RD = (20ξ D + 1)[(R + 1) / (20ξ + 1)] 1
−1
β1 (G0 ) / β1 (G0 D )
−1
β 2 ( B0 ) / β 2 ( B0 D )
−1
GD = (20η D + 1)[(G + 1) / (20η + 1)]
BD = (20ζ D + 1)[(B + 1) / (20ζ + 1)]
(12)
és
157
ξ = (0,48105 x + 0,78841y − 0,08081) / y η = (− 0,27200 x + 1,11962 y + 0,04570) / y ζ = 0,91822(1 − x − y ) / y (13)
ξ D = (0,48105 x D + 0,78841y D − 0,08081) / y D η D = (− 0,27200 x D + 1,11962 y D + 0,04570 ) / y D ζ D = 0,91822(1 − x D − y D ) / y D ahol, x, y (xk, yk vagy xr, yr) a teszt ill. referencia fényforrás színkoordinátái, és XD, YD pedig a standard D65 megvilágítóé. R0, G0, B0, R0D, G0D, B0D, β1(R0), β1(G0), β2(B0), β1(R0D), β2(B0D) értékek számítása szintén egyenletben rögzített a publikációban (4a, 4b, 5 egyenletek). 3. Végsı lépésben pedig az így kapott D65 alatti tristimulusos értékeket inverz transzformációval CIE 1931 tristimulusos értékekké alakítjuk: X D = 1,85995 RD − 1,12939GD + 0,21990 BD YD = 0,36119 RD + 0,63881GD
(14)
1,08906 BD
ZD =
Értékek CIE 1976 CIELAB térbe való transzformációja Az i-dik színmintához tartozó XDki, YDki, ZDki és XDri, YDri, ZDri tristimulusos értékek (k a teszt, r a referencia fényforrás által megvilágított mintákra utal) L*Dki, a*Dki, b*Dki és L*Dri, a*Dri, b*Dri CIELAB koordinátákra való átszámolása pedig az alábbiak szerint történik:
L* = 116(Y / Yn ) − 16,
1/ 3
ha,
Y / Yn > 0,008856
L* = 903,3(Y / Yn )
ha,
Y / Yn ≤ 0,008856
a* = 500[ f ( X / X n ) − f (Y / Yn )] b* = 200[ f (Y / Yn ) − f (Z / Z n )]
(15)
(16)
ahol,
158
1/ 3
f (X / X n ) = (X / X n )
ha,
X / X n > 0,008856
f ( X / X n ) = 7,787( X / X n ) + 16 / 116 ha,
X / X n ≤ 0,008856
1/ 3
f (Y / Yn ) = (Y / Yn )
ha,
Y / Yn > 0,008856
f (Y / Yn ) = 7,787(Y / Yn ) + 16 / 116
ha,
Y / Yn ≤ 0,008856
f (Z / Z n ) = (Z / Z n )
ha,
Z / Z n > 0,008856
f (Z / Z n ) = 7,787(Z / Z n ) + 16 / 116
ha,
Z / Z n ≤ 0,008856
1/ 3
(17)
Az eredı színi eltolódás meghatározása, mely a két különbözı fényforrás általi megvilágításból adódó észlelt színinger-különbséget írja le, a következı CIELAB színingerkülönbségi formula segítségével lehetséges minden egyes i minta esetén:
* ∆Eab = ,i
=
(L − L ) + (a − a ) + (b (∆L ) + (∆a ) + (∆b ) * 2 ki
* ri
* 2 i
* ri
* 2 i
* 2 ki
* ri
− bki*
)
2
* 2 i
(18)
CRI-1996 színvisszaadási indexek kiszámítása A speciális színvisszaadási indexek kiszámolása: * R96 i = 100 − c∆Eab ,i
,
c = 3,2562
(19)
ahol az eredményt a legközelebbi egész számra kell kerekíteni. Az általános színvisszaadási index kiszámítása pedig ezen speciális indexek számtani közepeként számolandó: R96 a =
1 n ∑ R96i n i =1
(20)
ahol n = 10, a nyolc darab MCC színmintából és a két valódi bırszínbıl tevıdik össze. Vizsgálatok során megmutatták, hogy körülbelül háromegységnyi R96i jelenti az éppen észlelhetı színinger-különbségeket feltéve, ha azok hasonló irányultságú eltolódással bírnak. A relatív spektrális teljesítmény-eloszlás pontos mérésére is nagy hangsúlyt kell fektetni, mert annak értéke kihatással van az R96a –ra, akár 3 egységnyit is. 1994 és 1997 között 7 fogalmazványa született a fent említett modellnek, miközben a színmegjelenési modellek és kromatikus adaptációs transzformációk területén nagy 159
változások történtek. 1997-ben Tokióban elhatározták a TC 1-33 lezárását; a bizottság megállapításainak összefoglalását a (CIE 135/2-1999) publikáció tartalmazza. Nem sokkal késıbb, 1998-ban publikálásra került egy új, színmegjelenési modell CIECAM97s147 néven, melynek leírása a (CIE 131-1998) publikációjában olvasható.
160
Melléklet 2. A CIE 13.2-es publikációjában ismertetett színvisszaadási index számítási eljárás fı lépéseinek ismertetése
A színvisszaadás meghatározásának lépései: -
a referencia sugárzáseloszlás megválasztása
-
színminták CIE színinger összetevıinek és színkoordinátáinak (CIE 1931: X, Y, Z, x, y) meghatározása a referencia és a teszt fényforrás által megvilágítva
-
a kapott színmetrikai értékek CIE 1960 UCS rendszerbe való transzformálása az alábbi egyenletek segítségével: u = 4 X ( X + 15Y + 3Z ) v = 6Y ( X + 15Y + 3Z )
(21)
vagy, u = 4 x (− 2 x + 12 y + 3) v = 6 y (− 2 x + 12 y + 3) -
(22)
a kromatikus adaptáció és színi áthangolódás figyelembe vétele – adaptációs színi eltolódás (adaptive colour shift) – az alábbi formula segítségével:
cr d ck , i − 4 r d k , i ck dk u 'k , i = c d 16,518 + 1,481 r ck , i − r d k , i ck dk 10,872 + 0,404
v 'k , i =
(23)
5,520 c d 16,518 + 1,481 r ck , i − r d k , i ck dk
ahol, u’k,i és v’k,i az i-dik tesztminta színkoordinátái, figyelembe véve a kromatikus adaptációt, melynek értelmében u’k = ur és v’k = vr, azaz az áthangolódási korrekció után a teszt és referencia fényforrás u,v koordinátái azonosak.
161
-
a fenti egyenletben található ck, dk, cr, dr valamint ck,i, dk,i értékek (uk, vk, ur, vr és uk,i, vk,i felhasználásával) az alábbiak szerint számolandó:
1 (4 − u − 10v ) v 1 d = (1,708v + 0,404 − 1,481u ) v
c=
-
(24)
Az így kapott értékeket ezek után transzformálni kell a CIE 1964-es UCS színtér koordinátáiba az alábbiak szerint: Wr*, i = 25(Yr , i ) − 17
Wk*, i = 25(Yk , i ) − 17
U r*, i = 13Wr*, i (ur , i − u r )
U k*, i = 13Wk*, i (u 'k , i −u 'k )
Vr*, i = 13Wr*, i (vr , i − vr )
Vk*, i = 13Wk*, i (v'k , i −v'k )
13
13
(25)
ahol Yr = Yk = 100 –at alapul véve kell Yr,i és Yk,i értékeit normalizálni. -
ezek után a „k” teszt fényforrás által megvilágított i-dik színminta és a referencia fényforrás által megvilágított ugyanazon minta közötti színinger-különbség a CIE 1964 színinger-különbségi formulájával az alábbiak szerint számolandó:
(U − U ) + (V − V ) + (W (∆U ) + (∆V ) + (∆W ) * r, i
∆Ei = =
* 2 i
* 2 k,i * 2
i
* 2 k,i
* r,i
* r, i
− Wk*, i
)
2
(26)
* 2
i
Ez a CIE 1964-es UCS színterébe transzformált színösszetevık közti vektor különbség meghatározását jelenti.
Színvisszaadási Indexek meghatározása: -
Speciális Színvisszaadási Index (Special Colour Rendering Index) jelölésére az Ri szolgál utalva az i-dik színmintára, mely érték meghatározása az alábbi egyenlettel történik, annak értékét a legközelebbi egész számra kerekítve: Ri = 100 − 4,6∆Ei
(27)
162
-
Általános Színvisszaadási Index (General Colour Rendering Index) jelölésére az Ra szolgál, melynek eredményét az elsı nyolc színminta Ri értékeinek számtani középértéke adja:
Ra =
-
1 8 ∑ Ri 8 i=1
(28)
Ri = 100 a teszt fényforrás és a referencia fényforrás által megvilágított i-dik színminta színkoordinátáinak teljes azonosságát jelenti. Az általános színvisszaadási indexet a 4,6 szorzótényezı segítségével úgy határozták meg, hogy egy standard meleg fehér fénycsı Ra értéke, izzólámpát referencia fényforrásként tekintve, 50 legyen.
163
Melléklet 3. CIELAB színinger térbe való konverzió fı lépéseinek ismertetése
L* = 116 f (Y Yn ) − 16
(29)
a* = 500[ f ( X / X n ) − f (Y / Yn )]
(30)
b* = 200[ f (Y / Yn ) − (Z / Z n )]
(31)
ahol Xn, Yn, Zn a választott referencia fehér X,Y,Z színinger-összetevıi. Ha (X/Xn), (Y/Yn) vagy (Z/Zn) hányados értéke nagyobb, mint (24/116)3, akkor: 1/ 3
f (X / X n ) = (X / X n )
(32)
1/ 3
f (Y / Yn ) = (Y / Yn )
(33)
1/ 3
f (Z / Z n ) = (Z / Z n )
(34)
különben,
f ( X / X n ) = (841 / 108) )( X / X n ) + 16 / 116
(35)
f (Y / Yn ) = (841 / 108) )(Y / Yn ) + 16 / 116 f (Z / Z n ) = (841 / 108) )(Z / Z n ) + 16 / 116
(36) (37)
Színezeti szög és króma értékek: CIE 1976 a,b színezeti szög:
hab = arctan(b * / a*)
(38)
CIE 1976 a,b króma: 1/ 2
C = a* + b* * ab
2
2
(39)
A színinger-különbségi formulák az alábbi egyenletekkel határozhatóak meg: CIE 1976 (L*a*b*) vagy más néven CIELAB színinger-különbségi formula:
[( ) ( ) ( ) ] = [(∆L ) + (∆H ) + (∆C ) ] 2
2
* ∆Eab = ∆L* + ∆a * + ∆b *
∆E
* ab
* 2
* 2 ab
2 1/ 2
1/ 2 * 2 ab
(40) (41)
164
CIE 1976 a,b színezet különbség:
[(
) ( ) ( 2
2
* * * ∆H ab = ∆Eab − ∆L* − ∆Cab
)]
2 1/ 2
(42)
165
Melléklet 4. CIECAM02 színmegjelenési modellbe való konverzió fı lépéseinek ismertetése Elsı lépésben meg kell határozni a környezeti paraméterek (80. Táblázat) megfelelı értékeit az SR „környezeti hányados” függvényében: SR =
LSW
(43)
LDW
ahol, LSW a környezet fehérpontjának fénysőrősége, LDW a megvilágított, tökéletesen visszaverı diffúzor vagy egy önvilágító berendezés fehér pontjának fénysőrősége. Ha SR értéke 0, akkor a sötét látási szituációhoz tartozó értékek választandóak, ha SR kisebb, mint 0,2, akkor „félhomály” és SR nagyobb vagy egyenlı, mint 0,2 esetén átlagos körülményekrıl beszélünk. Lineáris interpolációval a köztes értékek meghatározása megengedett, de az alap értékek használata erısen ajánlott. 80. Táblázat: Kategorikus környezeti paraméterek alap értékei
Látási szituáció
C
Nc
F
Átlagos környezet
0,69
1,0
1,0
„Félhomály” környezet
0,59
0,9
0,9
Sötét környezet
0,525
0,8
0,8
Következı lépésben a CIE 1931 színinger összetevıinek RGB színtérbe konvertálása történik a MCAT02 mátrix segítségével:
R X G = M CAT 02 Y B Z
M CAT 02
0.7328 = − 0.7036 0.0030
(44)
0.4296 1.6975 0.0136
− 0.1624 0.0061 0.9834
(45)
Kiszámítjuk a fehér ponthoz való adaptáció fokát, a D faktort:
1 −( L A + 42 ) D = F 1 − e 92 3,6
(46)
166
ahol LA (a környezet fénysőrőségi szintje) és F környezeti paraméterek. Alkalmazzuk a D faktorral súlyozott színi áthangolódási transzformációt:
+ (1 − D ) R Rc = YW D RW
(47)
+ (1 − D ) G G c = YW D GW
(48)
+ (1 − D ) B Bc = YW D B W
(49)
ahol, RW, GW, és BW a fehér ponthoz tartozó RGB értékek és YW a referencia fehér Y színinger összetevıje. Ezek után következik a látási szituációtól függı konstansok meghatározása:
k = 1 / (5LA + 1)
(50)
(
FL = 0.2k 4 (5LA ) + 0.1 1 − k 4
) (5L ) 2
1/ 3
A
(51)
n = Yb / Yw
(52) 0.2
N bb = N cb = 0.725(1 / n )
(53)
z = 1,48 + n
(54)
Elvégezzük a kromatikus RGB értékek Hunt-Pointer-Estevez színtérbe való konvertálását:
Rc R' G ' = M M −1 G HPE CAT 02 c Bc B'
M HPE
M
(55)
0.38971 0.68898 = − 0.22981 1.18340 0.00000 0.00000
−1 CAT 02
1.096124 = 0.454369 − 0.009628
− 0.07868 0.04641 1.00000
− 0.278869 0.473533 − 0.005698
(56)
0.182745 0.072098 1.015326
(57)
hogy alkalmazhassuk a poszt-adaptációs nem lineáris tömörítést: 0 , 42
400(FL R' / 100 ) R'a = + 0,1 0 , 42 27,13 + (FL R' / 100 )
(58)
167
0 , 42
400(FL G ' / 100 ) G 'a = + 0,1 0 , 42 27,13 + (FL G ' / 100 )
(59)
0 , 42
400(FL B ' / 100 ) B 'a = + 0,1 0 , 42 27,13 + (FL B ' / 100 )
(60)
Ha R’, G’ vagy B’ bármelyikének értéke negatív, akkor azok abszolút értékével kell a továbbiakban számolni, és a poszt-adaptációs egyenletek értékeit úgy kell meghatározni, hogy a tört értékét -1-el megszorozzuk mielıtt a 0,1-et hozzá adnánk. Az ideiglenes Descartes reprezentációk (a és b), valamint a színezeti szög (h) meghatározása a következı lépés:
a = R ' a −12G ' a / 11 + B ' a / 11
(61)
b = (1 / 9 )(R ' a +G ' a −2 B ' a )
(62)
h = tan −1 (b / a )
(63)
ahol, h értéke fokban számolandó (amennyiben h értékét radiánban kapjuk, szorozni kell
180 π -vel, és így a hr relatív színezeti szöghöz jutunk): -
ha a és b pozitív, akkor hr pozitív és h = hr
-
ha a negatív és b pozitív, akkor hr negatív, és h = hr + 180
-
ha a és b negatív, akkor hr pozitív és h = hr + 180
-
ha a pozitív és b negatív, akkor hr negatív, és h = hr + 360.
Az excentricitási faktor meghatározása az alábbi képlet segítségével történik, ahol h értékét radiánban kell megadni (ezért a π/180 szorzó):
π et = 1 cos h + 2 + 3,8 4 180
(64)
A színezeti kvadratúra meghatározásához az alábbi táblázatban rögzített állandók szükségeltetnek: 81. Táblázat: Alap színekhez tartozó állandók a színezeti kvadratúra meghatározásához
Vörös
Sárga
Zöld
Kék
Vörös
i
1
2
3
4
5
hi
20,14
90,00
164,25
237,53
380,14
ei
0,8
0,7
1,0
1,2
0,8
168
Hi
0,0
H = Hi +
100,0
200,0
300,0
400,0
100(h'− hi ) / ei (h'−hi ) / ei + (hi+1 − h') / ei+1
(65)
ahol, ha h < h1, akkor h’ = h + 360, különben h’ = h valamint hi ≤ h’ < hi+1. Akromatikus válasz számítása:
A = [2 R' a +G ' a + (1 / 20)B'a −0,305]N bb
(66)
Világossági tényezı meghatározása: cz
J = 100( A / Aw )
(67)
Abszolút világosság meghatározása:
Q = (4 / c ) J
0 , 25 ( Aw + 4)FL 100
(68)
Króma meghatározása:
(50000 / 13)N c N cb et a 2 + b 2 t= R ' a +G ' a + (21 / 20 )B' a C = t 0, 9 J
(69)
(1,64 − 0,29 ) 100
n 0 , 73
(70)
Színezetdússág meghatározása:
M = CFL
0 , 25
(71)
Telítettség meghatározása:
s = 100 M
Q
(72)
Kapcsolódó Descartes koordináták számítása:
aC = C cos(h )
(73)
bC = C sin (h )
(74)
a M = M cos(h )
(75)
bM = M sin (h )
(76)
a s = s cos(h )
(77)
bs = s sin (h )
(78)
169
Melléklet 5. Függetlenség vizsgálat fı lépéseinek ismertetése χ2 próba segítségével 1. Rögzíteni kell minden egyes megfigyelı mindkét sorozatában, mind a 18 színmintára adott vizuális színinger-különbség értékeit a különbözı fényforrás párok esetén, melyhez meg kell határozni minden sor és oszlop összegét. Ezt tekintettem a statisztikában csak kontingencia táblázat néven ismert táblázatnak, melynek általános sémája a következı: 82. Táblázat: A kontingencia táblázat általános sémája148
Y szerinti osztályok … CYj … CYc
X szerinti osztályok
CY1
CY2
X
C 1 C X2
f11 f21
f12 f22
…
fij
f1c f2c
f1. f2.
…
… fi2
… …
…
… fi1
f1j f2j
…
… C Xi
… …
Σj
fic
fi.
…
…
…
…
…
…
… C Xr
fr1
fr2
…
frj
…
frc
fr.
Σi
f.1
f.2
…
f.j
…
f.c
N
ahol a fısokaság Y ismérv szerinti megoszlása – a feltétel nélküli Y-megoszlás – a táblázat legutolsó sorában található (f.j), míg a részsokaságok Y szerinti megoszlásai – az X ∈ CiX (i = 1,2,…,r) feltétel melletti feltételes Y-megoszlások – az összesen sor feletti sorokban helyezkednek el (fi.). Ehhez teljesen hasonló módon értelmezhetık a feltétel nélküli és feltételes X-megoszlások is, melyek a kontingencia táblázat megfelelı oszlopaiban találhatók. N pedig a feltétel nélküli Y-megoszlások összegét jelenti. 2. Második lépésben a fenti táblázat elemeibıl képezni kell az
f ij* = f i.
f. j N
(79)
170
módon meghatározott ún. feltételezett gyakoriságokkal kitöltött táblázatot, ahol a táblázat összesen sora és oszlopa változatlan marad, és minden sor megoszlása pontosan
egyformává
válik.
Ezért
az
f*ij
gyakoriságokat
a
két
ismérv
függetlenségének feltételezése melletti gyakoriságnak szokás nevezni.148 3. Harmadik lépésként meg kell határozni az eltérés négyzetösszegek segítségével χ2 értékét az alábbi képletet felhasználva: r
c
χ = ∑∑ 2
(f
ij
i =1 j =1
− f ij*
)
2
(80)
f ij*
statisztikát, mely függetlenség esetén közelítıleg χ2-eloszlást követ (r-1)(c-1) szabadságfokkal. Ennek értelmében: ha χ2 értéke kisebb, mint χ2(ν,α), akkor az egyes megfigyelések függetlenek
-
egymástól, ha χ2 értéke nagyobb, mint χ2(ν,α), akkor a megfigyelések nem függetlenek
-
egymástól, ahol ν adott szabadságfokot, α pedig adott valószínőséget jelent. A további statisztikai próbák elvégzésének ez elıfeltétele, azonban ez a módszer nem mond semmit a kapcsolat erısségérıl. 4. A kapcsolat erısségének vizsgálatához asszociációs kapcsolatvizsgálatot kell végezni. A χ2 mennyiséget valamilyen alkalmas viszonyítási alaphoz hasonlítva az asszociáció szorosságának különféle χ2-alapú mérıszámaihoz juthatunk. Az egyik lehetséges viszonyítási alap a χ2 felsı határaként meghatározott N min{(r − 1), (c − 1)} érték. Ezt használva az asszociáció
χ2
2
C =
N min{(r − 1), (c − 1)}
illetve (+/-) C
,
= C2
mérıszámához jutunk , ahol N az elemszámot (adott fényforrás pár esetén az összes megfigyelések száma*színminták száma(18)), r és c a vizuális és számított skála síkok felosztásának
számát
jelenti.
A
C
mutatószámot
Cramer-féle
asszociációs
együtthatónak nevezzük, mely a 0 és 1 határok között mozog148.
171
C értékelése a következıképpen értelmezhetı: -
ha C értéke 0 és 0,25 között van, akkor azt mondhatjuk, hogy nincs sztochasztikus kapcsolat X és Y ismérvek között,
-
ha C értéke 0,25 és 0,4 közé esik, gyenge,
-
ha C értéke 0,4 és 0,6 közé esik, közepes,
-
ha C értéke 0,6 és 0,8 közé esik, erıs sztochasztikus kapcsolatról beszélünk és ha C értéke 0,8 felett van, azt mondhatjuk hogy függvényszerő (C=1 esetén determinisztikus) kapcsolat áll fenn X és Y között.
172
Melléklet 6. Rövidítések, betőszavak összefoglaló táblázata 83. Táblázat: Rövidítések, betőszavak összefoglaló táblázata
CDI – Colour Discrimination Index Színmegkülönböztetési index CIE - Commission Internationale de Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság l’Eclairage CIE 13.3 (13.2) “Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources” – CIE publikáció. CIE 1931 színingermérı rendszer – XYZ Olyan trikromatikus rendszer, amely a CIE által elfogadott X, Y, Z alapszíningereken és az x(λ ), y(λ ), z (λ ) színinger-megfeleltetı függvényeken alapul, és amely alkalmas tetszıleges spektrális teljesítményeloszlások színinger-összetevıinek meghatározására. CIE 1960 UCS diagram; CIE 1960 A CIE által, elsıként 1960-ban elfogadott egyenletes színességi skálájú diagram; egyenletes színességi skálájú diagramja (u,v), melyet a késıbbiekben, 1976-ban tovább módosítottak. A koordinátapárok közötti összefüggés: u' = u
v' =
3 v 2
CIE 1964 U*V*W* diagram
A CIE 1964-es egyenletes színességi skálájú diagramja CIE 1974 általános színvisszaadási index – Nyolc meghatározott CIE 1974 tesztelı Ra színmintára számított CIE 1974 speciális színvisszaadási index átlaga. CIE 1974 speciális színvisszaadási index – Mérıszám annak jellemzésére, hogy egy Ri adott CIE tesztelı színmintának a vizsgált fényforrással kapott színe hogyan egyezik meg ugyanazon mintának referencia sugárzáseloszlással történı megvilágítás hatására kapott színével, figyelembe véve a kromatikus adaptációt. CIE 1976 UCS diagram; CIE 1976 Az alábbi összefüggés szerint számított u’ egyenletes színességi skálájú diagram; és v’ derékszögő koordinátákkal értelmezett egyenletes színességi skálájú diagram: 4X u' = X + 15Y + 3Z , 9Y v' = X + 15Y + 3Z ahol 173
X, Y, Z a kiválasztott színinger színingerösszetevıi a CIE 1931 vagy a CIE 1964 kiegészítı színingermérı rendszerben és x, y a megfelelı színességi koordináták. CIE CRI-1996 A CIE által kidolgozott, átmeneti színvisszaadási index számítási model. CIECAM02 - Colour Appearance Model A CIE korábbi színmegjelenési modelljének módosítása, tovább fejlesztése (lásd. Melléklet 4.) CIECAM97s – Colour Appearance Model A CIE által kidolgozott színmegjelenési modell, mely a megvilágítás és a környezet jellemzıit is figyelembe veszi, hogy a színészlelettel jobban korreláló mennyiséghez jussunk. CIECAM97sR A CIECAM97s módosított változata. CIEDE2000 színingerkülönbségi formula CIEDE94 színingerkülönbségi formula CIELAB szín(inger-)tér; CIE 1976 L*a*b* Megközelítıen egyenletes, háromdimenziós szín(inger-)tér; színinger tér, amelynek L*a*b* derékszögő koordinátáit az alábbi egyenletek határozzák meg: 13 L* = 116(Y Yn ) − 16, 13
13
a* = 500( X X n ) − (Y Yn ) , 13
13
b* = 200(Y Yn ) − (Z Z n ) , Y Yn X X n > 0,008856 Z Z n ahol X, Y, Z a választott színinger és Xn, Yn, Zn a meghatározott fehér akromatikus színinger összetevıi. CIELUV szín(inger-)tér; CIE 1976 L* u* Megközelítıen egyenletes, háromdimenziós v* szín(inger-)tér; színinger tér, amelynek L* u* v* derékszögő koordinátáit az alábbi egyenletek határozzák meg: 13 L* = 116 (Y Y n ) − 16 , Y Yn > 0,008856 ,
( v* = 13 L * (v
) ),
u* = 13 L * u ' − u n' ,
CMC
'
−v
' n
ahol Y, u’, v’ a kiválasztott színinger és Yn, un’, vn’ a meghatározott fehér akromatikus színinger koordinátái. Colour Measurement Committee (of The Society of Dyers and Colourists); CIELCh színtéren alapuló színingerkülönbségi
174
formula. CPI – Colour Preference Index Színpreferencia index IEC International Electrotechnical Commission IES Illuminating Engineering Society IESNA Illuminating Engineering Society of North America; Észak-Amerikai Világítástechnikai Mérnökök Társasága Korrelált színhımérséklet – Tcp Annak a Planck-sugárzónak a (Correlated Colour Temperature – CCT) hımérséklete, amelynek színészlelete a legjobban hasonlít a kiválasztott ugyanolyan világosságú színinger színészleletéhez, meghatározott megfigyelési feltételek mellett. Egysége: K (Kelvin) Megjegyzés: A fenti meghatározást a CIE 1. Szakosztálya megváltoztatta, a vizuális színészlelet különbség helyett az u, v színességi diagramban vett minimális távolság alapján definiálva a CCT-t. Ezt a Magyar szabványosítás még nem honosította. LED – Light Emitting Diodes Világító dióda MCC – GretagMacbeth ColorChecker GretagMacbeth ColorChecker színtábla Chart sCDI Speciális színmegkülönböztetési index Szín(inger-) koordináták; színességi A három összetartozó színinger összetevı koordináták; mindegyikének és ugyanazon színingerösszetevık összegének a hányadosa. Szín(inger-)diagram; színességi diagram; Síkban értelmezett diagram, amelyen a színességi koordinátákkal meghatározott pontok képviselik a színingerek színességét. Szín(inger-)összetevık Valamely színinger megfeleltetéséhez, adott trikromatikus rendszerben szükséges alapszíningerek mennyisége. Színhımérséklet – Tc Egy olyan Planck-sugárzónak a hımérséklete, amely sugárzásának ugyanaz a színessége, mint a kiválasztott színingeré. Egysége: K (Kelvin) Színinger tér A színingerek geometriai szemléltetése, általában háromdimenziós térben. TC Technical Committee; Technikai Bizottság. TCS – Test Colour Sample Teszt színminta UCS diagram; egyenletes színességi Kétdimenziós színinger-diagram, amelyben skálájú diagram; a koordinátákat azzal a céllal értelmezték, hogy az egész diagramban ugyanakkora fénysőrőségő színingerek közötti egyenlı színmegkülönböztetési lépéseknek, amennyire lehet, megközelítıen egyenlı távolságok feleljenek meg. 175
Forrás: -
Magyar Szabványügyi Hivatal, Fénytechnikai terminológia, Látás, színvisszaadás, MSz 9620-2, 1990.
-
Magyar Szabványügyi Hivatal, Fénytechnikai terminológia, Színmérés, MSz 9620-3, 1990.
176
Irodalomjegyzék
1
Bouma PJ. Physical Aspects of Colour. (Philips Industries, Netherlands), English translation, 1947, pp. 321.
2
Commission Internationale de l’Eclairage: Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources. Publ. CIE 13.3-1995 (a verbatim re-publication of the 1974 2nd edition).
3
Commission Internationale de l’Eclairage: Colour rendering, TC 1-33 closing remarks. Publ. CIE 135/2-1999.
4
Commission Internationale de l’Eclairage: International Lighting Vocabulary. Publ. CIE 17.4-1987.
5
Halstead MB. Colour rendering: past, present and future. In AIC Color 77, Adam Hilger, Bristol, 1977: 97-127.
6
Jerome CW. Flattery versus color rendition. J.IES, April, 1972: 208-211.
7
Schanda J. Colour rendering and the impression of comfort with artificial illumination. Information Couleur 1978; 3(2): 23-28.
8
Yaguchi H, Takahashi Y, Shioiri S. A proposal of color rendering index based on categorical color names. Internat. Lighting Congress, Istanbul, 2001.
9
Whitaker T. LED design wins New York City streetlight competition. (December, 2004: archive) www.ledsmagazine.com
10
Cartier building gets LED holiday wrapping (and LED tiaras). (December, 2004: archive) www.ledsmagazine.com
11
Lumileds’ Luxeon low CCT www.lumileds.com/products/
12
LEDs for Aircraft Passenger Reading Lights. Lighting http://www.lrc.rpi.edu/programs/solidstate/completedProjects.asp
and
high
CRI
warm
white
solid-state
light
Research
source. Center,
13
Lumileds’ Luxeon LEDs Blaze New Trails with Audi A8 6.0, the First Production Vehicle with LED Daytime Running Lights. www.lumileds.com
14
Paterson D. The examination of colours and their appearances under artificial illuminants. J. Soc. Dyers Colour 1896; 12: 191-207.
15
Bouma PJ. Colour reproduction in the use of different sources of ’white’ light. Philips Tech. Rev. 1937; 2: 1-7.
16
CIE Compte Rendu 11th. Session, Paris 1948, p. 5.
17
Barnes BT. Band systems for appraisal of colour rendition. Journal of the OSA 1957; 47(12): 11241129.
18
Bouma PJ. Tow Methods of Characterizing the Colour Rendering Properties of Light Sources. Proc. of the 1939 CIE Meeting 10, Vol. 2, p. 57-71.
19
Kruithof AA. Proc. of the 1951 CIE Meeting, Vol. 2, paper V.
20
Barr AC, Clark CN, Hessler J. Evaluation of Colour Rendition by Fluorescent Lamps - An Exploratory Study. Illuminating Engineering 1952; XLVII: 649-656.
21
Crawford BH. Measurement of colour rendering tolerances. Journal of the OSA, 1959; 49(12): 11471156.
22
Crawford BH. Colour-rendering tolerances and the colour-rendering properties of light sources. Trans. Illum. Eng. Soc. 1963; 28(2): 50-64.
23
Crawford BH. The colour rendering properties of illuminants: the application of psychophysical measurements to their evaluation. Brit. J. Appl. Phys. 1963; 14: 319-328.
177
24
Commission Internationale de l'Eclairage, CIE Compte Rendue de 13 Session, Zurich, 1955; 3: 41.
25
Commission Internationale de l'Eclairage, CIE Compte Rendue de 14 Session, Bruxelles, 1959; A: 111.
26
Ouweltjes JL. The specification of colour rendering properties of fluorescent lamps. Die Farbe, 1960; 9(4-6): 207-246.
27
Münch W. Zum Begrifflichen und zur Kennzeichnungsmoglichkeit der Farbwiedergabe durch Lichtquellen. Die Farbe, 1960; 9: 143-82.
28
Münch W, Schultz U. Bestimmung der Farbwiedergabe-Eigenschaften von Lichtquellen nach einem vereinfacten Testfarbenverfahren. Lichttechnik, 1963; 15(5): 269-274.
29
Nickerson D. Measurement and specification of colour rendition properties of light sources. Illuminating Engineering 1958; 53: 77-90.
30
Nickerson D. Light sources and colour rendering. Journal of the OSA 1960; 50(1): 57-69.
31
Helson H, Judd DB, Wilson M. Colour rendition with fluorescent sources of illumination. Illuminating Eng. 1956; 329-346.
32
Nickerson D. On behalf of the Subcommittee of the IES, Interim method of measuring and specifying colour rendering of light sources. Illum. Engng. 1962; 471-95.
33
Gibson KS. Approximate Spectral Energy Distribution of Skylight. Jour. Opt. Soc. Amer. 1940; 30: 88.
34
Newhall SM, Nickerson D, Judd DB. Final report of the O.S.A. Subcommittee on the spacing of the Munsell Colours. Jour. Opt. Soc. Amer. 1943; 33: 385-418.
35
Nickerson D. Interrelation of Colour Specifications. TAPPI Technical Assn. Papers, 1947; pp. 472490. and TAPPI Section of Paper Trade Jour. 1947; 125(2).
36
Burnham RW. Comparison of Colour Systems with Respect to Uniform Visual Spacing. Jour. Opt. Soc. Amer. 1949; 39: 387-392.
37
Nickerson D, Judd DB, Wyszecki G. Uber eine Transformation des Normalenzsystems in ein empfindungsgemass gleichabstandiges System auf der Grundlage des Munsell-Systems. Die Farbe, 1955; 4: 285-288.
38
Nickerson D. The Specification of Colour Tolerances. Textile Research 1936; 6: 505-514.
39
Helson H, Judd DB, Warren MH. Object-Colour Changes from Daylight to Incandescent Filament Illumination. Illuminating Engineering 1952; XLVII: 221-233.
40
Helson H, Judd DB, Wilson M. Colour Rendition with Fluorescent Sources of Illumination. Illuminating Engineering 1956; 51: 329-346.
41
Burnham RW, Evans RM, Newhall SM. Influence on Colour Perception of Adaptation to Illumination. Jour. Opt. Soc. Amer. 1952; 42: 597-605.
42
Burnham RW, Evans RM, Newhall SM. Prediction of Colour Appearance with Different Adaptation of Illuminations. Jour. Opt. Soc. Amer. 1957; 47: 35-42.
43
MacAdam DL. Perceptions of Colours in Projected and Televised Pictures. J. Soc. Television and Motion Picture Eng. 1956; 65: 455.
44
Nickerson D. Recent work on colour rendering properties of fluorescent lamps. Die Farbe, 1963; 9(1-6): 69-74.
45
Hennicke I. Zur Frage der Farbwiedergabe durch Lichtquellen und ihrer Kennzeichnung. Die Farbe, 1960; 9(4-6).
46
Crawford BH. The physiology and psychology of colour rendering. Symp., Sept. 1957, Teddington Vol. 2, London '58, 381-85.
47
Commission Internationale de l'Eclairage, CIE Compte Rendu de 15. Session, Vienna, 1963; A: 115-159.
178
48
Commission Internationale de l'Eclairage, Method of measuring and specifying colour rendering st properties of light sources, CIE Publication No. 13 (E-1.3.2), 1 ed., 1965.
49
Ouweltjes JL. Chromatic adaptation and colour rendering of light sources. Tagungsbericht Internationale Farbtagung COLOR 1969; Stockholm, 824-830.
50
CIE 1974, Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources, CIE Publication No. 13, 2nd edition, TC-3.2.
51
Von Kries J. Papers on visual sensation and adaptation, 1878, 1902 and 1905 (reprinted in translation in 1970 Sources of Colour Science ed D. L. MacAdam (Cambridge, Mass.: MIT Press) pp.101-26), 1970.
52
Halstead MB, Morley DI, Palmer DA, Stainsby AG. Colour rendering tolerances in the CIE system. Lighting Research and Technology, 1971; 3(2): 99-124.
53
Kambe N, Mori L. Visual judgements of colour rendering properties of light sources. Proceedings of CIE Compte Rendu, Barcelona, 1971; 21A:135-140.
54
Maitreya VK. Subjective evaluation of colour-rendering properties of fluorescent lamps. Die Farbe, 1975; 24(1/6): 109-121.
55
Eastman AA, Allen CJ, Brecher GA. The subjective measurement of colour shifts with various light sources. Journal of IES 1972; 2: 23-28.
56
Nayatani Y, Kurioka Y, Sobagaki H. Spectral power distribution of illuminants with general colour rendering index of 100 and its application to metamerism. J. Illum. Engng Inst. Japan 1970; 54: 29.
57
Thornton WA. Luminosity and colour-rendering capability of white light. Journal of the OSA 1971; 61( 9): 1155-1163.
58
Koedam M, Opstelten JJ, Radielovic D. The application of simulated spectral power distributions in lamp development. J. Illum. Engng Soc. 1971; 1:285-289.
59
Opstelten JJ, Radielovic D, Wanmaker WL. The choice and evaluation of phosphors for application to lamps with improved colour rendition. J. Electrochem. Soc. 1973; 120(10): 1400-1408.
60
Haft HH, Thornton WA. High performance fluorescent lamps. Journal of IES 1972; 2: 29-35.
61
Soules TF, Maier MA. Optimized spectral power distributions for mercury vapour lamps. J. Electrochem. Soc. 1974; 121: 407-412.
62
Mahr K. Leuchtstofflampen mit optimierter spektraller Strahlungsbilanz. Fachtagung 1974; LiTG, SLG, LTAG, Salzburg, 1: 106.
63
Iwama K, Yamaguchi M, Watarai Y. Colour rendering optimization of high-pressure mercury vapour lamps. J. Illum. Engng Inst. 1976; Japan, 60: 41-48.
64
Ohta N, Wyszecki G. Designing illuminants that render given objects in prescribed colours. J. Opt. Soc. Am. 1976; 66: 269-75.
65
Verstegen JMPJ, Radielovic D, Vrenken LE. A new generation de luxe fluorescent lamp combining an efficacy greater than 80 lm/W with a colour rendering index of about 85. J. Illum. Engng Soc. 1974; 4: 90-8.
66
Thornton WA, Corth R, Evans GS. Fluorescent light sources: a survey of the new colours – as well as an analysis of visual and non-visual applications. Light. Des. & Applic. 1975; 5: 6-14.
67
Koedam M, Opstelten JJ. Measurement and computer-aided optimization of spectral power distributions. Lighting Research & Technology 1971; 3(3): 205-211.
68
Walter W. Optimum phosphor blends for fluorescent lamps. Appl. Opt. 1971; 10: 1108-13.
69
Walter W. Optimum lamp spectra. Lighting Design & Application 1977; 22.
70
Aston SM, Bellchambers HE. Illumination, colour rendering and visual clarity. Lighting Res. & Techn. 1969; 1(4): 259-261.
71
Schanda J, Czibula G. New description of colour discrimination properties of light sources. Acta Chromatica 1980; 3(5): 209-211.
179
72
Boyce PR, Simons RH. Hue discrimination and light sources. Lighting Research & Technology 1977; 9(3): 125-140.
73
Boyce PR. Illuminance, lamp type and performance on a colour discrimination task. Lighting Res. & Techn. 1976; 8(4): 195-199.
74
IES, Code for Interior Lighting (1973).
75
The Farnsworth-Munsell 100-Hue Test for the examination of Color Discrimination, MANUAL by Dean Farnsworth, Revised 1957; Munsell Color Company, Inc.
76
Crawford BH. Just Perceptible Colour Differences in Relation to Level of Illumination. International Institute for Conservation of Historic and Artistic Works, London, Studies in Conservation, 1973; 18(4): 159-166.
77
Pointer MR. J. Opt. Soc. Am. 1974; 64: 750.
78
Ganz E, Eitle D. Die Berechnung von speziellen Farbwiedergabe-Indices mit fluoreszierenden Testfarben. Die Farbe 1970; 19: 103-108.
79
Ouweltjes JL. Fluorescence of colorants and the specification for the colour rendering of light sources. Die Farbe 1968; 17(1/4): 94-100.
80
Berger A, Strocka D. Quantitative assessment of artificial light sources for the best fit to Standard Illuminant D65. Appl. Opt. 1973; 12: 338-48.
81
Berger A, Strocka D. Assessment of the ultraviolet range of artificial light sources for the best fit to Standard Illuminant D65. Appl. Opt. 1975; 14: 726-33.
82
Terstiege H, Mallwitz E. Bewertung von Strahlungsverteilungen in UV-Bereich. CIE Compte Rendu, London, 1975; P-75-33, pp. 276-82.
83
Moore JR, Stott P, Davies IF, Halstead MB, Large FE. The effect of measurement uncertainty on the colour rendering indices of fluorescent lamps. Light. Res. Tech. 1973; 5: 17-28.
84
Halstead MB, Henderson ST, Large FE, Sproson WN. Corrections for chromatic adaptation in the determination of colour rendering indices. Light. Res. Tech. 1973; 5: 84-94.
85
Henderson ST, Halstead MB. Corrections for chromatic adaptation in the determination of colour rendering indices, part 2. Light. Res. Tech. 1975; 7: 113-24.
86
Judd DB. A flattery index for artificial illuminants. Illuminating Engineering Society 1967; 593-598.
87
Sanders CL. Assessment of colour rendition under an illuminant using colour tolerances for natural objects. Illum. Eng. 1959; 54: 640-646.
88
Sanders CL. "Colour Preferences for Natural Objects". Illum. Engng. 1959; 54: 452.
89
Buck GB, Froelich HC. "Colour Characteristics of Human Complexions". ILLUMINATING ENGINEERING, 1948; 43: 27-49.
90
Newhall SM, Burnham RW, Clark JR. Comparison of Successive with Simultaneous Colour Matching. Journal of the Optical Society of America, 1957; 47: 43.
91
Bartleson CJ. "Memory Colours of Familiar Objects". Journal of the Optical Society of America, 1960; 50: 73-77.
92
Jerome CW. Flattery vs colour rendition. Journal of IES 1972; April, p. 208-211.
93
Jerome CW. The flattery index. Journal of IES 1973; 2(4): 351-354.
94
Thornton WA. A validation of the colour-preference index. J. Illum. Engng Soc. 1974; 4: 48-52.
95
Thornton WA. The quality of white light. Lighting Design & Application, 1972; 51-52.
96
Einhorn HD. Colour preference index (Principles and formulation for Warm White lighting), CIE Compte Rendu, London, 1975; pp. 297-304.
97
Halstead MB, Bull JF, Large FE. A proposed dual index for expressing the colour-rendering properties of lamps. Proc. 2nd AIC Congr. Colour 73, London, B21 Colour Rendering, B211, 357359.
180
98
Pracejus WG. Preliminary report on a new approach to colour acceptance studies. Illum. Engng. 1967; 62: 663-73.
99
Thornton WA. Colour-discrimination index. J. Opt. Soc. Am. 1972; 62: 191-194.
100
Hunt RWG Problems in colour reproduction. Proc. 2
101
Thornton WA. Matching lights, metamers, and human visual response. J. Color & Appearance 1973; 2: 23-29.
102
Thornton WA. Lamps for assessing metamerism. J. Illum. Engng Soc. 1974; 4: 11-18.
103
Thornton WA. Lamps for assessing metamerism. Part II – Lamp design. J. Illum. Engng Soc. 1975; 5: 79-84.
104
Brockes A. Der Einfluss von systematischen Messfehlern und Beobachterunterschieden auf die Bewertung von Farbdifferenzen an metameren Probenpaaren. Proc. 1st AIC Congr. Color 69, (Göttingen: Musterschmidt), 1969; 752-762.
105
Bellchambers HE, Godby AC. Illumination, colour rendering and visual clarity. Light. Res. Tech. 1972; 4: 104-106.
106
Boyce PR, Lynes JA. Illuminance, colour rendering index and colour discrimination index, CIE Compte Rendu, London 1975; 290-297.
107
Thornton WA. The high visual efficiency of prime colour lamps. Light. Des.& Applic. 1975; 5: 35-41.
108
Thornton WA. The commercial prime-colour fluorescent lamp. Light. Des. & Applic. 1976; 6: 46-47.
109
Nayatani Y, Takahama K, Sobagaki H, Hashimoto K. Colour-appearance model and chromaticadaptation transformation. CRA 1990; 15(4): 210-221.
110
Hunt RWG. A revised colour appearance model for related and unrelated colours. CRA 1991; 16: 146-165.
111
Walter W. Computation of Colour Rendering Indices Using Colour Appearance Models. Proc. CIE th 19 Session, Melbourne, 1991; 1(1): 47-48.
112
Commission Internationale de l’Eclairage, A method of predicting corresponding colours under different chromatic and Illuminance adaptations. Publication CIE 109-1994.
113
McCamy CS, Marcus H, Davidson JG. A color-rendition chart. Journal of Applied Photographic Engineering, 1976; 2(3): 95-99.
114
Lovett PA, Hill AR, Halstead MB. The effect on clinical judgements of new types of fluorescent lamp: III, Further statistical analyses leading to a new specification for lamps. Lighting Res. Technol. 1991; 23(1): 69-80.
115
Japanese Industrial Standard, JIS Z 8726-1990, Method of Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources, English Trans., Translated and published by Japanese Standard Association, 1990.
116
Yaguchi H, Takahashi Y, Shioiri S. A proposal of colour rendering index based on categorical colour names. Abstract, CIE 2001.
117
Yaguchi H. Colour categories in Various Colour Spaces. The 9th Color Imaging Conference: Color Science and Engineering: Systems, Technologies, Applications, Scottsdale, Arizona, November 6, 2001; p. 6-8.
118
Berlin B, Kay P. Basic colour terms: Their universality and evolution. 1969; Berkeley, University of California Press., Reprinted 1991.
119
Boynton RM, Fargo L, Collins BL. Categorical colour rendering of four common light sources, Color Res. Appl., 1990; 15: 222-230.
120
Magyar Szabványügyi Hivatal, Fénytechnikai terminológia, Látás, színvisszaadás, MSz 9620-2, 1990, 8-11
121
CIE (1996) Proceedings of the CIE Expert Symposium ’96 Colour Standards for Image Technology, CIE Publ. No. x010-1996, Vienna, Austria: Central Bureau of the CIE
nd
AIC Congr. Colour 73, London, 1973; 53-75.
181
122
Luo MR, Clarke AA, Rhodes PA, Schappo A, Scrivener SAR, Tait C. Quantifying colour appearance. Part I. LUTCHI colour appearance data. Col. Res. Appl., 1991; 16: 166-180.
123
Luo MR, Gao XW, Rhodes PA, Xin HJ, Clarke AA, Scrivener SAR. Quantifying colour appearance. Part IV. Transmissive media. Col. Res. Appl., 1993; 18: 191-209.
124
Kuo WG, Luo MR, Bez HE. Various chromatic adaptation transforms tested using new colour appearance data in textiles. Col. Res. Appl., 1995; 20: 313-327.
125
Moroney N. A comparison of CIELAB and CIECAM97s. Scottsdale: Proceedings of IS&T/SID, 6 Colour Imaging Conference, 1998; 17-21.
126
Fairchild MD. The ZLAB colour appearance model for practical image reproduction applications. Proceedings of the CIE Expert Symposium ’97 on Colour Standards for Image Technology, CIE Pub x014, 1998; 89-94.
127
Fairchild MD. Considering the surround in device-independent colour imaging. Color Res. Appl., 1995; 20: 352-363.
128
Finlayson GD, Süsstrunk S. Performance of a chromatic adaptation transform based on spectral th sharpening. Scottsdale: Proceedings of IS&T/SID, 8 Colour Imaging Conference, 2000; 49-55.
129
Li CJ, Luo MR, Rigg B. Simplification of the CMCCAT97. Scottsdale: Proceedings of IS&T/SID, 8 Colour Imaging Conference, 2000; 56-60.
130
Newman T, Pirrotta E. The darker side of colour appearance models and gamut mapping. Derby, Proceedings of Colour Image Science 2000; 215-223.
131
Li CJ, Luo MR, Hunt RWG. A revision of the CIECAM97s Model. Col. Res. Appl., 2000; 25: 260266.
132
Fairchild MD. A revision of CIECAM97s for practical Applications. Col. Res. Appl., 2001; 26: 418427.
133
Nakayama M, Ikeda K. Comparison of percieved colour differences with colorimetric colour differences in uniform colour spaces and colour appearance model. J. Light & Vis. Env., 2004; 28: 81-92.
134
Ikeda K, Obara K. Linear Uniform Colour Space Composed of Simple Transformation of Tristimulus Values X, Y and Z. J. Light & Vis. Env., 2001; 25(1): 49-59.
135
Ikeda K. Non-linear and Non-symmetry in Opponent Colour Response Mechanisms. J. Light & Vis. Env., 2001; 25(2): 51-63.
136
Changjun Li M, Ronnier Luo, Robert WG. Hunt, Nathan Moroney, Mark D. Fairchild, Todd Newman, The performance of CIECAM02, IS&T/SID Tenth Color Imaging Conference: Color Science and Engineering Systems, Technologies, Applications, Scottsdale, Arizona, November 12, 2002; 10: 28-32.
137
Commission Internationale de l’Eclairage, A colour appearance model for colour management systems: CIECAM02, Publication CIE 159-2004.
138
Szemmelveisz Zoltán, Kránicz Balázs, Hangolható színképő fényforrás készítése LED-ekbıl (diploma munka), Veszprémi Egyetem, Képfeldolgozás és Neuroszámítógépek Tanszék, 2004.
139
Vincze István: Matematikai 1976.
140
http://www.hik.hu/tankonyvtar/site/books/b163/ch10s01s02s01.html
141
Halstead MB. Tc-3.2 Colour rendering report. Light and Lighting ’83, Proc. CIE 20 Amsterdam, 1983; C3:14-15.
142
Bodmann HW. Report on Division 1 Meeting, Vision and Colour, ibid. C9:1-3.
143
Schanda J. The influence of the test samples used for calculating colour rendering indices, AIC Intnat. Congress Colour '85, Monte-Carlo, 1985.
144
Estévez O. On the fundamental data-base of normal and dichromatic color vision. Ph.D. Thesis, University of Amsterdam, 1981.
th
th
statisztika ipari alkalmazásokkal. Mőszaki Könyvkiadó, Budapest,
th
Session,
182
145
Hunt RWG, Pointer MR. A Colour Appearance Transform for the CIE 1931 Standard Colorimetric Observer. CRA 1985; 10: 165-179.
146
Nayatani Y, Hashimoto K, Takahama K, Sobagaki H. A nonlinear color-appearance model using Estévez-Hunt-Pointer primaries. CRA 1987; 12(5): 231-242.
147
Commission Internationale de l’Eclairage, The CIE 1997 interim colour appearance model (Simple version), CIECAM97s, Publication CIE 131-1998.
148
Hunyadi László, Mundroczó György, Vita László, STATISZTIKA, Budapesti Közgazdaságtudományi Egyetem, AULA Kiadó, 1997.
183
