電視照明用LEDLED光源顯色性評價標準TLCITLCI解析

劉思南，王京池

（1.阿諾萊德（北京）貿易有限公司，北京 100022；2.中央電視臺技術制作中心，北京 100859）

1 TLCI標準的產生

國際照明委員會（CIE）對顯色性的定義是：與標準的參考光源相比較，一種光源對物體顏色外貌所產生的效果。許多年以來，人們一直用顯色指數CRI（Color Rendering Index）作為評判光源對真實色彩還原的能力。CRI是針對人的眼睛來確定的，是一種光源與標準光源相比較之下，在顏色辨認方面的測量方式。它目前仍是一種得到普遍認可的度量光源顯色能力的標準。在這個評價體系中，鎢絲燈的CRI表現最好，幾乎可達到100，其他光源由于光譜的不連續性，CRI都比鎢絲燈的低。

近幾年，在電影電視拍攝的照明環境中，LED光源的使用已經非常普遍。由于LED光源發光原理和光譜分布的特殊性，有時候，CRI指數很高的光源，在電影電視的拍攝環境下使用時，也會因光譜成分與攝像機的感光芯片彩色特性的不匹配，表現出輸出畫面顏色上的偏差。這些偏差雖然可通過后期調色的辦法來加以適度校正，但通常耗費大量的時間和成本，結果往往也不盡如人意。

因此，這就需要一個新的度量標準，不僅能夠正確反映人眼對光源光色的感知程度，還要能反映攝像機對光色的接收和色彩的還原程度。為此，前英國廣播公司（BBC）工程師、光學專家羅伯特（Alan Roberts）先生與歐洲廣播聯盟（European Broadcasting Union，縮寫為EBU）一起合作，于2011年11月提出了電視光源一致性參數（Television Lighting Consistency Index，縮寫為TLCI），命名為TLCI-2012。它是通過光譜輻射測試儀對被測光源的光譜能量分布進行測試，然后用分析軟件計算，得到TLCI的測試結果。

2 TLCI標準主要內容

TLCI-2012是歐洲廣播聯盟公布的向燈光生產企業和電影電視制作單位推薦的一項標準，還不是一項國際上通用的技術標準。此標準是在英國廣播公司電視臺的大力支持和積極推動下建立和完善的，目前已經成為最為業界接受和通用的一項標準。它是一項評估演播室燈光色彩表現質量的標準。

TLCI是用光譜輻射計對一個光源發出的光譜能量分布進行測量和計算的。它通過數據分析，用0至100的數值來表示光源在電視照明環境中色彩還原的表現程度。數值的意義與CRI基本一致，但是也有很大的不同。對于CRI來說，一個光源的顯色指數大于等于85，就認為適合于電視拍攝；而TLCI-2012的數值是分得更加細致，詳細見表1。

眾所周知，CRI的測量值是由規定的14塊顏色樣品在被測光源下呈現的外貌與它們在標準的參考光源下呈現的外貌之間的差異來決定的。這些樣品都選自孟塞爾顏色樣品。如圖1展示了14塊標準CRI顏色樣品，前8塊通常用來測定一般顯色指數Ra（通常人們提到的CRI值就是指一般顯色指數），選取的TCS01～TCS08具有中等飽和度與大致相同的明度，并且顏色范圍涵蓋了整個可見光譜。最后6塊是特殊顏色樣品，TCS09～TCS14很少使用，它們中除了有模仿歐洲人膚色與樹葉綠色外，還包括了飽和度更高的原色。

TLCI標準的測試與CRI有些類似，是由一張色彩對比圖標顯示比對結果確定的，如圖2所示。TLCI的測試色塊有24個，測試的結果基于每個標準對比色塊在標準光源（標準光源是指色度和色溫都落在普朗克曲線的光源）的照射下，由電視攝像機輸出端畫面得到的色彩表現。此色彩表現是指在一個標準的一級高清電視監視器上可以看到的色彩表現。

TLCI標準的測試結果圖中會在每個測試色塊的中心插入一個小色塊。這個小色塊就是被測試的光源在同樣的測試環境下，在攝影機監視器上的色彩表現。在測試的時候，攝影機對每種顏色都分別做過顏色平衡，所以灰度級是準確的。圖3和圖4是對兩個不同光源測試的結果圖，明顯看出第一個光源的TLCI測試結果要低于第二個光源。其中圖3測試的是市場上隨機抽測的一款白光LED聚光燈，圖4測試的是一只阿萊（ARRI）L7-C聚光燈。

圖5所示為一個包含TLCI完整數據的測試結果圖表。除了色塊圖，測試結果中還包括色彩校正建議表和光譜能量分布圖等內容。圖頂端文字第一行描述的是被測光源的名稱和它的相關色溫值（CCT）。括號里的數值“-0.6”是指此光源色溫值偏離標準色溫曲線的偏差值，“+”表示偏向品紅色方向一邊，“-”表示偏向綠色方向一邊。當偏差數值大于1的時候，實際測試意義就不大了。第二行的紅色文字表示的是TLCI測試結果數值，此光源的測試結果值是90。

圖5右側的色彩校正建議表給出了圖像后期色彩校正的方向和程度，對12個不同的顏色區域（sector），根據程度的不同標注了“+”和“-”，“+”表示增強，“-”表示向減弱，“+”“-”號的多少表示程度的強弱。每個顏色區域，標出了明度（lightness）、色度（chroma）和色調（hue，亦譯為色相）三個參數的校正建議。例如：第一行“紅（R）”和第二行“紅/黃（R/Y）”三個參數都不需要校正。第三行“黃（Y）”亮度和色調不需要校正，色度需要少許的減弱。第六行“綠/青(G/C)”亮度不需校正，色度需要少許減弱，色調需要較大程度的增加。在圖5中我們看到該測試光源的TLCI值為90，按照表1的要求已經達到播出標準，但測試結果是按照TLCI值達到100的要求，因此，仍給出了色彩校正建議。

TLCI完整數據的測試結果圖表中右下角標注的是被測光源的可見光區域（波長380 nm～750 nm）光譜能量分布圖。圖中淺藍色曲線為陽光的光譜曲線。

3 TLCI與CRI測試結果比較

通過上面的分析，不難看出，TLCI與CRI的測試的目的和方法是不太一樣的，TLCI針對的是攝像機，而CRI針對的是人的眼睛。但它們都用數字0至100的數值來表示光源的色彩表現能力。兩者之間的關系又是怎樣的呢？下面，把光源的兩個數值比較一下就更明確了。

圖6所示的是被測試光源的TLCI和CRI測試結果關系圖，每個黑點代表一個光源測試結果的坐標位置，橫坐標對應數值為CRI值，縱坐標為TLCI值。

從中我們可以看出，兩者并不一定呈線性關系。也就是說，CRI值高的光源，TLCI值不一定高。

圖6中，粉紅的柱狀的右邊表示的是CRI值高于80的光源，這些光源中，TLCI值有高有低。從使用體驗來看，就是肉眼看上去顯色性高的光，它在攝像機鏡頭中的顯色性表現有好有壞。

筆者選取4個不同光源的測試結果點進行說明： A點表征的光源，其CRI值是92，但是TLCI值只有50，表示這個光源在肉眼看來，對色彩的還原度很好，但是在攝像機的輸出端，對顏色的還原度較差，這是一個不適合演播使用的光源；B點的CRI和TLCI值都高于90，這是一個肉眼看來和攝影機輸出都有很好色彩表現的光源，也適用于演播環境；C點的CRI值是70但TLCI值為90，說明它肉眼下看來色彩還原度一般，但是適合攝像機使用；D點表征的是一個CRI和TLCI都低于50的光源，它在肉眼觀察下和攝像機輸出端的色彩還原度都很差，是一個不適于攝像環境使用的光源。

究其原因，問題在于CRI的測試和計算是基于人眼對顏色的分辨能力，而TLCI的計算也參考了攝像機對顏色的分辨能力。兩者對顏色的分辨原理相似，但有所差別。圖7、圖8所示分別是人眼對顏色的敏感度曲線和一般電視攝像機對顏色的敏感度曲線。兩者敏感的波峰并不完全重合。

在這種情況下，在人眼中顯示出的顏色可能與在攝像機輸出端顯示的顏色不一樣。同樣，在人眼中看起來一樣的5 600 K色溫的白光，在攝像機鏡頭中，對色彩的還原能力相差甚至很大。因為LED光源得到白光的方法不同，所得白光的光譜可能差別很大，圖9所示是一個傳統的RGB混合產生白光LED的光譜圖。

這種RGB混合的白光光譜與圖10所示的傳統鎢絲燈的白光光譜差別很大。前者是一個連續性很差的光譜。它的TLCI值只有20，CRI值是75，是不能滿足攝像機要求的。但是，如果燈具生產企業通過一定的技術手段改變其光譜組成，提高TLCI值，也是能夠達到攝像機要求的。

因此，為了得到更好的TLCI值，各LED燈具生產企業也在采用不同的辦法，通過精心設計，期望得到光譜分布更好、更適合于演播室播出環境的LED燈具。

4 結束語

如何選擇高質量的適合電影電視照明環境的LED燈具，需要實踐去驗證，也需要標準的規范。作為目前最為業界關注和接受的一項通用技術標準，TLCI-2012反映了電視攝像機對照明環境的要求，為生產和使用LED燈具奠定了科學基礎，它的應用必將提高LED光源在影視照明中的應用水平。

[1]Alan Roberts, Practical Spectroradiometry- An introduction for users of the Television Lighting Consistency Index, http://www.gtc.org.uk/media/fm/Zerb%20articles/TLCI_web.pdf[2]Florian Bloch, Lighing Product Introduction by ARRI product management,ARRI 中國開放日技術交流活動文集, 2014.10.