Többszempontú színpreferencia vizsgálat a fényforrás színességi koordinátájának elhelyezkedése alapján Szabó Ferenc, Csuti Péter, Schanda János Pannon Egyetem, Veszprém
Lux et Color Vesprimiensis, 2011.11.29, Veszprém
Tartalom
SSL4EU A színminőség kérdése, mérőszámai Színességi koordináták elhelyezkedése Kísérleti elrendezés Eredmények Konklúzió
Osram AG, Németország Osram OS, Németország Osram Italy, Olaszország Siemens AG, Németország STMicroelectronics s.r.l., Olaszország Regent Lighting, Svájc Lighting Perceptions Innovators, Spanyolország AALTO University, Finnország L-UP, Franciaország Pannon Egyetem, Magyarország
WP4 – Acceptance studies
Task 4.2/ 4.3
Task 4.1
Small scale experiments
• Develop Questionnaires
Full scale experiments & evaluation
• Develop Questionnaires: home/office/shop activities
• Calibrate photometric & colorimetric instruments • Build double/triple lighting booths with controllable light intensity, SPD (7), CCT (3) • Conduct experiments with 180 observers
• Build one-to-one rooms (2 home, 2 office) with fully controllable lighting (intensity, CCT, SPD), Identify 2 suitable retail stores • Conduct observer (40-60 in each country) evaluations in fullscale rooms (home/office/shopping activities)
• Set up data-base, select and narrow down parameters for • Identify optimum light quality and SPD for different full scale experiments environments, give recommendations for luminaire design 180 observers evaluate each situation,
120 observers 1-4 h in each home/office
A színminőség kérdése, mérőszámai
Színvisszaadási index
CIE 13.3-as publikáció (1995): Colour Rendering Index
Színminták referencia és teszt fényforrás alatti megjelenése közötti színkülönbségek alapján számítjuk.
Referencia fényforrás: teszt ff. CCT < 5000K --> azonos színhőmérsékletű feketetest (Planck) sugárzó teszt ff. CCT > 5000K --> azonos korrelált színhőmérsékletű nappali sugárzás eloszlás
Színi áthangolódás: Von Kries adaptációs transzformáció Színkülönbségek számítása az 1964 U*V*W* színingertérben 8 + 6 speciális színvisszaadási index (Ri): Ra általános színvisszaadási index:
Commission Internationale de l’Eclairage: Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources. Publication CIE 13.31995 (a verbatim re-publication of the 1974 2nd edition).
R i 100 4.6Ei 1 8 Ra Ri 8 i 1
40
bc
30
20
10
0 -40
-30
-20
-10
0
10
20
-10
-20
-30
-40 Reference
Ra max
30
ac 40
A színminőség kérdése, mérőszámai
NIST: Colour Quality Scale
15 viszonylag telített Munsell színminta alapján értékel.
Színkülönbségek számítása egyenközű CIE 1976 L* a* b* színingertérben. Negatív Qa értékek elkerülése utólagos nemlineáris transzformációval:
Rout 10 lnexp( Rin / 10) 1
Von Kries --> CAT02 adaptációs transzformáció Különbség a színezet és króma menti eltolódások között, valamint a króma menti eltolódás irányának figyelembe vétele
Qa: általános színminőségi index + kiegészítő metrikák:
Qf:
színhűség (fidelity) index Qp: színpreferencia index Qg: színkészlet (gamut area) index Davis W, Ohno Y. Toward an improved color rendering metric. Fifth International Conference on Solid State Lighting, Proc. SPIE, 5941, 59411G, 2005.
A színminőség kérdése, mérőszámai
Kontrasztészlelet index - Feeling of Contrast Index (FCI)
4 darab, viszonylag telített színminta alapján meghatározott színkészlet nagysága a referencia (D65) megvilágító alatti színkészlet nagyságához képest. CIE kromatikus adaptációs formula (CIE 109-1994) használata a tri-stimulusos értékek referencia fényforráshoz transzformálásához. A színkészlet nagyságának számítása a CIELAB színingertérben (vagy a CIECAM02 színmegjelenési modellben) ábrázolt elhelyezkedés alapján.
R5R4/12 (5R4/12)
4.5PB3.2/6 B (4.5PB3.2/6)
G (5.5G5/8) 5.5G5/8
Y5Y8.2/10 (5Y8.2/10)
L*
Y R
G
1, 5
G (T ) 100 FCI G (D65) Hashimoto K et al. “New Method for Specifying Color-Rendering Properties of Light Sources Based on Feeling of Contrast” Color Research and Application 2007; 32: 361-371
a*
B b*
Kísérleti elrendezés Referencia
•
Megfigyelési távolság: 55 -60 cm
•
Átlagos fénysűrűség: 170 cd/m2
LED
LED színképi teljesítmények 0,02 0,018 0,016
absolute SPD
0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0
380
430
480
530
580 630 wavelength [nm]
680
730
780
Színességi koordináták elhelyezkedése CIE x-y 0,48
Superbalox 4x60W
0,4
CIE x-y
D65 FCI max, duv>0 - Meas
FCI max, duv>0 - Meas
FCI max, duv>0 - Meas
FCI max, duv<0 - Meas
Qg max, duv<0 - Meas
Qg max, duv>0 - Meas
ipRGC max - Meas
S(l) max - Meas
max Ra
Planckian radiators
Qg max, duv<0 - Meas
Qg max, duv>0 - Meas
Max Ra - Meas
Planckian radiators
0,38
Enhanced chroma - 1
Enhanced chroma - 2
5000K
0,43
0,36
2800K
duv > 0
2600K
0,45
0,38
duv < 0
0,38
x
0,43
0,34
CIE x-y
Solux 4100K
FCI-max, duv<0 - Meas
FCI max, duv>0 - Meas
ipRGC max - Meas
S(l) max - Meas
Planckian radiators
Qg max, duv>0 -0,32 Meas
Qg max, duv<0 - Meas
Max Ra - Meas
duv > 0
6000K
duv < 0 0,3 0,25
0,48
y
0,33 0,33
duv > 0
y
y
3720K
0,27
0,29
x
0,31
0,4 4000K
2700K
6500K
3000K
duv < 0
0,35 0,35
0,37
0,39
x
0,41
0,43
0,45
0,33
0,35
Teszt fényforrások – 2700K 0,014
0,014
0,012
0,012
0,01
0,01
Qg max, duv<0 - Meas 0,008
FCI-max, duv<0 - Meas 0,008
absolute SPD
absolute SPD
FCI max, duv>0 - Meas
Qg max, duv>0 - Meas
0,006
0,004
0,006
0,004
0,002 0,002
0 380
430
480
530
580
630
680
730
0 380
780
430
480
530
580
630
680
730
780
-0,002 -0,002
wavelength [nm]
wavelength [nm] 0,014
0,01
Mimic of gamut increasing lamp - 2 Mimic of gamut increasing lamp - 1
0,012
0,008 0,01
0,006 absolute SPD
absolute SPD
Max Ra - Meas
0,004
0,002
0,008
0,006
0,004
0,002
0 380
430
480
530
580
630
680
730
780 0 380
-0,002 wavelength [nm]
430
480
530
580 wavelength [nm]
630
680
730
780
Reference – incandescent lamp
FCI-max, duv<0
FCI max, duv>0
Qg max, duv<0
Qg max, duv>0
Max Ra
Mimic of gamut increasing lamp - 1
Mimic of gamut increasing lamp - 2
2692
CCT [K]:
2697
2715
2713
2722
2616
2715
2740
0,002
Duv:
-0,004
0,005
-0,003
0,006
0,002
-0,001
0,006
98,74
CIE 13.3 Ra:
80,46
80,52
79,82
79,98
94,21
78,43
83,56
97,04
R(9-12):
59,35
61,94
62,08
61,67
89,80
64,01
86,48
96,70
R9:
9,12
10,25
14,98
18,56
94,05
49,97
93,35
150,37
LER:
237,79
246,08
242,27
250,20
268,41
258,84
340,90
76,33
LPW:
76,33
76,33
76,33
76,33
76,33
76,33
76,33
98,31
CQS Qa:
87,00
83,91
82,47
82,32
94,48
76,58
83,75
98,35
Qf:
82,10
81,58
77,35
79,91
94,47
75,52
82,90
98,36
Qf2:
82,03
81,60
77,54
80,39
94,36
74,18
83,21
98,11
Qp:
98,01
90,04
94,14
88,88
94,70
79,77
86,58
100,91
Qg:
114,88
106,86
116,20
108,67
101,93
104,02
102,28
122,39
FCI:
157,98
151,27
152,00
146,40
127,36
115,83
137,15
98,25
CIECAM02-UCS:
84,17
84,27
75,53
82,23
94,46
71,13
84,20
0,05051
G-V(λ)
0,05186
0,05161
0,05151
0,05165
0,05119
0,05148
0,05099
0,00749
G-S(λ)
0,00951
0,00617
0,00995
0,00665
0,00664
0,00945
0,00600
0,01632
G-ipRGC(λ)
0,01809
0,01446
0,01663
0,01366
0,01398
0,01489
0,01442
0,15
CL:
0,15
0,13
0,14
0,12
0,13
0,12
0,14
873,83
CLA:
903,12
777,67
797,45
707,27
729,51
693,02
789,55
0,58
CS:
0,58
0,56
0,57
0,55
0,56
0,55
0,57
0,02665
G-V’(λ)
0,02885
0,02756
0,02612
0,02579
0,02459
0,02295
0,02740
1,37
S/P ratio:
1,44
1,38
1,32
1,29
1,25
1,16
1,38
0,22
η:
0,35
0,36
0,35
0,37
0,39
0,38
0,50
Teszt fényforrások – 3720K 0,009
0,016
0,008
0,014
FCI-max, duv<0 - Meas FCI max, duv>0 - Meas
0,007
Qg max, duv>0 - Meas
0,012
Qg max, duv<0 - Meas 0,006 0,005
absolute SPD
absolute SPD
0,01
0,004 0,003
0,008
0,006
0,004 0,002 0,002
0,001 0 380
430
480
530
580
630
680
730
0 380
780
-0,001
430
480
530
580
630
680
730
780
-0,002 wavelength [nm]
wavelength [nm]
0,009
0,014
0,008
0,012
0,007 0,01
ipRGC max - Meas S(l) max - Meas
0,006 0,008
absolute SPD
absolute SPD
Max Ra - Meas 0,005
0,004
0,006
0,003
0,004
0,002
0,002
0,001 0 380
0 380
430
480
530
580 wavelength [nm]
630
680
730
780
430
480
530
580
-0,002 wavelength [nm]
630
680
730
780
Teszt fényforrások – 6500K 0,012
0,012
0,01
0,01 FCI max, duv<0 - Meas
Qg max, duv<0 - Meas
FCI max, duv>0 - Meas
Qg max, duv>0 - Meas
0,008
absolute SPD
absolute SPD
0,008
0,006
0,004
0,002
0 380
0,006
0,004
0,002
430
480
530
580
630
680
730
0 380
780
-0,002
430
480
530
580
630
680
730
780
-0,002
wavelength [nm]
wavelength [nm] 0,009
0,007
0,008
ipRGC max - Meas
0,006
S(l) max - Meas
0,007 0,005
0,004
absolute SPD
absolute SPD
0,006 Max Ra - Meas
0,003
0,005 0,004 0,003
0,002
0,002 0,001
0,001 0 380
430
480
530
580 wavelength [nm]
630
680
730
780
0 380
430
480
530
580
-0,001 wavelength [nm]
630
680
730
780
2700K 40
40 bc
30
30
30
20
20
20
10
10
10
ac
0 -40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
-30
-20
-10
20
30
-30
-20
-10
-20
-30
-30
-30
-40 Reference
40
40
bc
30
20
20
20
10
10
10
20
30
ac 40 -40
-20
-10
ac 0
10
20
30
40
-30
-20
-10
0
-10
-10
-20
-20
-20
-30
-30
Reference
Mimic of gamut increasing lamp -2
10
20
-30
-40 CQS Qg max,duv>0
30
ac 40
bc
0 -40
-10
-40
40
10
0 -30
30
D65
30
0
20
-40
30
-10
10
Reference
Mimic of gamut increasing lamp-1
bc
ac 0
-20
CQS Qg-max,duv<0
bc
0
40 -40
-20
0
Reference
10
-10
40
-20
0 -10
-40
-30
ac
0 -40
-10
'Reference
-40
40
bc
-40 Reference
Ra max
3700K 40
bc
40
40 bc
30
20
10
0 -40
-30
-20
-10
0
10
20
30
ac 40
-30
-20
10
10
ac 0
10
20
30
40
-30
-20
-10
0
-20
-20
-20
-30
-30
-30
-40 S(l) max
bc
40
0
10
20
30
40
-40
-30
-20
-10
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
10
20
30
ac 40
0 -40
-30
-20
'ipRGC-max
FCI-max,duv<0
-10
0
10
20
30
-10
-20
-30
-40
-40
bc
10
0
ac
0
40
20
10
10
30
30
20
20
20
CQS Qg-max, duv<0
30
30
-10
Reference
FCI max, duv>0
bc
10
-40
'Reference
40
ac
0 -40
-10
40
'Reference
20
-10
-40
-20
20
-10
Reference
-30
30
0 -40
-10
-40
30
bc
-40 Reference
Reference
CQS Qg-max, duv>0
ac 40
6500K 40
40
bc
30
30
20
20
10
10
ac
0 -40
-30
-20
-10
0
10
20
30
-30
-20
-10
10
20
30
40 -40
-30
-20
-10
0
-20
-20
-20
-30
-30
-30
'Reference
40
bc
40
0
10
20
30
ac 40
-30
-20
-10
-20
-30
-10
0
10
20
30
ac 40 -40
CQS Qg-max, duv<0
FCI-max,duv<0
ac
0 -30
-20
-10
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
-40
-40
bc
10
0 -40
ac 40
20
10
0
30
30
20
10
20
S(l) max
30
20
-10
Reference
FCI max, duv>0
bc
10
-40
-40 CQS Qg-max, duv>0
30
Reference
0
ac 0
-10
40
-20
10
-10
-40
-30
20
0
40 -40
bc
30
-10
Reference
-40
40 bc
10
20
-40 Reference
'Reference
'ipRGC-max
30
40
Tesztminták
Kérdőív Színi megjelenés értékelése 10 szempont szerint
A szakaszt a megjelenésnek megfelelően kell elmetszeni.
Kérdőív Színi megjelenés értékelése összehasonlítással
A szakaszt a megjelenésnek megfelelően kell elmetszeni. A színezeti körön a teszt illetve referencia fényforrás alatti megjelenéshez legközelebb álló színmintát kell megjelölni.
Megfigyelők •
Fiatalok (20 – 35 év között): 20 férfi, 20 nő
•
Idősek (65 év felett): 10 férfi, 10 nő
•
Összesen 60 megfigyelő
Kettesy látásélesség teszt
Farnsworth Munsell 100 Hue színlátás teszt
Kísérleti eredmények – 3720K Idős megfigyelők Sárga teszt minta (5Y 8.2/10) Teszt fényforrások:
90 108
99
81
10
72
117
1-T 63
8
126 135
54 45
6
144
36
4
153
27
2
162
2-T
3-T 18
0
171
-2
9
180
-4
0
189
351
198
4-T
5-T
342
207
333
216
6-T
324 225
315 234
7-T
306 243
297 252
261
279 270
288
R-mean
#1 – max FCI, duv<0 #2 – max FCI, duv>0 #3 – max ipRGC gerjesztés #4 – max S csap gerjesztés #5 – max Qg, duv<0 #6 – max Qg, duv>0 #7 – max Ra
Színezet eltolódás - magyarázat 100
bc
Teszt fényforrások: 80
#1 – max FCI, duv<0 #2 – max FCI, duv>0 #3 – max ipRGC gerjesztés #4 – max S csap gerjesztés #5 – max Qg, duv<0 #6 – max Qg, duv>0 #7 – max Ra 40
60
40
20
bc
ac
0 -100
30
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
-20 20
10
-40
-30
-20
-10
SPD 2
ac
0 -40
0
10
20
30
40
SPD 1
-60
SPD 3
-10
SPD 4 -80
-20
SPD 5 SPD 6
-30
-100
3. Solux 4100K
-40 'Reference
SPD 7
'ipRGC-max
Kérdőív Észlelt világosság értékelése összehasonlítással
A szakaszt a megjelenésnek megfelelően kell elmetszeni.
Észlelt világosság, 2700K Fiatalok
Teszt fényforrások: #1 – max FCI, duv<0 #2 – max FCI, duv>0 #3 – max Qg, duv<0 #4 – max Qg, duv>0 #5 – max Ra #6 – Mimic of gamut increasing lamp #1 #7 – Mimic of gamut increasing lamp #2
7
light sources
6
5
4
White paper without optical brightener
3
White paper with optical brightener
2
1 -15
-10
-5 0 5 perceived brightness compared to reference (mean values of 20 observer's 2 observations)
10
15
Kísérleti eredmények – 6500K Idős megfigyelők
Teszt fényforrások: #1 – max FCI, duv<0 #2 – max FCI, duv>0 #3 – max excitation of ipRGC #4 – max excitation of S cones #5 – max Qg, duv<0 #6 – max Qg, duv>0 #7 – max Ra
light sources
Észlelt világosság 7
White paper without optical brightener
6
White paper with optical brightener
5
4
3
2
1 -20
-15
-10 -5 0 5 perceived brightness compared to reference (mean values of 20 observer's 2 observations)
10
15
Észlelt világosság - magyarázat 7
White paper without optical brightener
6
White paper with optical brightener
0,008
ipRGC max - Meas S(l) max - Meas
0,007
light sources
0,009
5
4
0,006
absolute SPD
3 0,005
2 0,004
1
0,003 0,002
-20
-15
0,001 0 380
-10 -5 0 5 perceived brightness compared to reference (mean values of 20 observer's 2 observations)
10
15
D65
D65-SIM
1,2
430
480
530
580
630
680
730
780
-0,001 wavelength [nm] 1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 380
430
480
530
580
630
680
730
780
Eredmények – színdússág 6500K – fiatalok
Teszt fényforrások: #1 – max FCI, duv<0 #2 – max FCI, duv>0 #3 – max ipRGC gerjesztés #4 – maxS csap gerjesztés #5 – max Qg, duv<0 #6 – max Qg, duv>0 #7 – max Ra
7
6
light sources
5
4
Yellow
Red
3
Green
2 Blue
1
Own hand
-40
-30
-20
-10 0 10 20 colourfulness compared to reference [% ] (mean value of 10 observer's 2 observations)
30
40
Konklúzió
Egyféle színminőségi metrika alapján történő fényforrás választás a felhasználó számára jelenthet különböző mértékű vizuális tapasztalatot. Valamely színpreferencia metrika szerint azonos értékkel rendelkező színképi teljesítményeloszlás nem feltétlenül szolgáltat ugyanolyan vizuális tapasztalatot => Szükség van a színminőségi metrika értékén kívül további kiegészítő információ közlésére!
Köszönöm a figyelmet!
A kutatás az SSL4EU – Szilárdtest fényforrások Európa számára című, 257550 szerződésszámú EU FP7-ICT-2009-5 projekt keretében valósult meg. This research was supported by EU FP7-ICT-2009-5 project (grant number: 257550) entitled Solid State Lighting for Europe (SSL4EU). @:
[email protected]
