LED燈具的特殊顯色指數對電視圖像膚色還原的影響

譚磊　邊清勇

【摘 要】 介紹特殊顯色指數R9對電視圖像色彩還原影響的測試評價方法，對測試評價的數據進行整理分析并得出初步結 論。

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

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

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

TAN Lei1， BIAN Qing-yong2

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

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

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

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

1 LED燈具在電視演播室的應用

近年來，LED燈具作為一種新型的半導體光源，以其綠色、環保、高效、節能、安全、長壽、小巧等技術特點，正在成為新一代照明市場的主力產品。它主要有以下幾大優點：

（1）發光效率高、耗電低。LED燈具的高發光效率，使其能夠以較低的功率實現熱光源燈具同等的亮度。以目前的技術水準來看，LED燈具已經可以做到能耗僅為熱光源燈具的1/6甚至1/10，這樣大大節省了用電量。

（2）光源壽命長，使用壽命可達幾萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上，大大降低了維護費用。

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

（4）安全性高。LED燈是冷光源，可以安全觸摸，沒有炸泡的危險。

但是，LED燈具要作為白光照明應用到演播室里，僅僅有上述優點還是不夠的，還必須滿足下列要求：

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

（2）亮度。在進行電視節目錄制時，攝像機對被攝物體亮度是有要求的，一般不得低于1 500 lx。雖然隨著攝像機技術的進步，照度值要求逐漸降低，但仍然建議不低于800 lx。目前LED燈具完全能夠滿足這項要求。

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

正是因為LED燈具滿足了電視光源的基本技術要求，同時相比熱光源燈具有不少優勢，所以目前已經得到廣泛應用。

但隨著LED燈具大量用于電視演播室，筆者發現，有些LED燈具盡管一般顯色指數Ra滿足規范要求，即大于85甚至達到90以上，但拍攝的圖像色彩還原卻較差；而有些LED燈具盡管一般顯色指數Ra小于85，甚至小于80，但是拍攝的圖像色彩還原卻比較好。顯然，Ra值并不能完全反映LED燈具的顯色性，圖像色彩還原的質量也不完全取決于LED燈具的一般顯色指數Ra。那么，LED燈具的顯色性還與哪些指標有關？電視圖像色彩還原的質量除與LED燈具的一般顯色指數Ra有關，是否還與不在一般顯色指數Ra統計范圍的特殊顯色指數R9和R15有關？這是電視演播室燈光技術人員所關心及要研究和解決的問題。為此，筆者針對LED燈具一般顯色指數Ra及特殊顯色指數R9、R15對電視圖像色彩還原的影響做了測試和評價試驗。

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

2 一般顯色指數Ra

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

為了對光源的顯色性進行定量的評價，引入顯色指數的概念。以標準光源為準，將其顯色指數定為100，其余光源的顯色指數均低于100。顯色指數有15種顏色，見圖1，15種顏色名稱如下：

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

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

3 LED光源光譜與標準光源（太陽光）光譜對比

圖2為LED光源光譜圖，圖3為太陽光光譜，對比兩圖可知，相比太陽光的連續光譜，LED燈的光譜形成了明顯的波峰和波谷，在部分色光下光譜有明顯的缺失。尤其在R9的飽和紅色區域，缺失較為明顯。由于顯色指數Ra的計算值不包括R9～R15，這就造成了部分LED燈具即使Ra值較高，仍然會出現圖像畫面發黃的情況。所以在評價LED燈具對圖像色彩還原影響時，一定不能忽視特殊顯色指數R9。

4 測試

4.1 測試場地

中央電視臺新址E06演播室。

4.2 測試設備及測試條件

（1）光譜彩色照度計SPIC-200B。

（2）松下廣播級攝像機AK-HC3500。

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

（4）測試時，要求演播室內除被測光源外無其他任何光源。

4.3 測試方法

（1）在演播室中用標準燈具（熱光源燈具）和1～9號被測的LED燈具分別對模特、膚色卡、彩色方格測試卡進行布光。每一種燈具布光時要求垂直照度值大致相等，約為2 300 lx。

（2）分別測試被測燈具的一般顯色指數Ra、R1～R15及相關色溫、照度值。

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

（4）組織導演、燈光、舞美、化妝、普通觀眾等各類人員對已拍攝的圖像進行圖像色彩還原的主觀評價。

（5）將每一種LED燈具測得的顯色指數與圖像主觀評價的結果與標準燈具（熱光源燈具）進行比對、分析，從而得出結論。

4.4 顯色指數測試結果

分別對中央電視臺新址現有的9種LED燈具（300 W、200 W、100 W、50 W LED聚光燈及LED平板柔光燈）進行測試。測得的一般顯色指數Ra，特殊顯色指數R9、R15如表1。

4.5 主觀評價與顯色指數對照（見表2）

4.6 部分典型測試圖像對比

（1）1號燈（熱光源聚光燈，Ra：98.4，R9：95，R15：97，人物評價分：86.2，膚色卡評價分：81.5）。該燈具作為模板燈具，顯色指數高，色彩還原好，主觀評價好。見圖4。

（2）2號燈（LED聚光燈，Ra：93，R9：74，R15：94，人物評價分：84.3，膚色卡評價分：83.7）。該燈具顯色指數較高，尤其R9數值較高，色彩還原較好，主觀評價好。見圖5。

（3）3號燈（LED聚光燈，Ra：83.6，R9：39，R15：84，人物評價分：79.7，膚色卡評價分：82.6）該燈具顯色指數較低，R9數值也不高，但色彩還原尚可，主觀評價尚可。見圖6。

（4）7號燈（LED聚光燈，Ra：76，R9：23，R15：84，人物評價分：71.3，膚色卡評價分：75.4）該燈具顯色指數低，R9數值較低，僅為23，色彩還原較差，主觀評價較差。見圖7。

（5）10號燈（LED平板柔光燈，Ra：76.7，R9：8，R15：75，人物評價分：69.2，膚色卡評價分：66.7）該燈具顯色指數低，尤其R9數值很低，僅為8，色彩還原差，主觀評價差。見圖8。

5 對測評結果的分析和結論

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

（2）從各燈具顯色指數與主觀評價分大體可以看出顯色指數Ra、R9、R15數值越低，圖像色彩還原越差。在選擇LED燈具時，除了要考察燈具的Ra值，也應關注它的R9、R15數值，甚至R9至R15的數值。這樣才能選出更優質的燈具，獲得更好的節目錄制效果。

（3）從各測試圖像可以看出，顯色指數R9值對膚色圖像的色彩還原有很大的影響，R9值低的燈具圖像人物膚色偏黃。在使用LED燈具進行布光時，應特別關注人物白平衡的調整，以防出現人物偏色的現象。

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

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