不同照明條件下煙葉的視覺反映

范建立，張永安，范明登，陳少濱，齊凌峰，黃劍濱，范堅強*，包可翔，李銳

1 福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廈門市集美區(qū)濱水路298號 361021；2 福建省龍巖金葉復(fù)烤有限責(zé)任公司，龍巖市永定區(qū)坎市鎮(zhèn)福三北路100號 364102；3 中國煙葉公司，北京市西城區(qū)廣安門外大街9號 100055

煙葉評級主要通過“眼看、手摸、思想感覺”來實現(xiàn)，其中視覺是核心要素[1]。可見光、物體和健康的視覺器官，構(gòu)成了視覺三要素，當(dāng)物體顏色確定時，可見光的質(zhì)量決定了顏色感知[2-3]。自然光是基礎(chǔ)光源，但受限太多，煙葉評級工作離不開人工照明。

相關(guān)色溫Tc、照度E和一般顯色指數(shù)Ra，是人工照明光質(zhì)的3項重要指標(biāo)。Tc表征光照的色表、E表征光照的明亮程度、Ra表征物體呈現(xiàn)的真實程度。各行業(yè)對觀測物料時的照明要求差異較大，印刷和攝影觀察條件[4]要求Tc約5000 K、Ra≥90、E為（2000±250）lx（鑒定比較時）或（500±125）lx（實際評價時），棉花分級[5]要求Tc為（7500±200）K、Ra≥92、E為（750±100）lx，而鉆石分級[6]僅要求Tc為5500～7200 K。在煙葉評級領(lǐng)域，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對照明指標(biāo)亦提出了具體要求，YC/T 291—2009[7]要 求Tc為5300～5800 K，Ra≥90，E為（2000±200）lx；YC/T 146—2010[8]要 求E為（300±50）lx，并要求“煙葉精選時光照強度應(yīng)高于選葉區(qū)光照強度要求”；YC/Z 575—2018[9]要求Tc為6500 K左右，Ra≥80，E為（600±50）lx。這些標(biāo)準(zhǔn)差異較大，執(zhí)行時莫衷一是，而相關(guān)研究鮮見報道。

本文運用感官分析技術(shù)，初步考察了煙葉在不同照明條件下的視覺反映，甄選了最適宜煙葉評級工作的人工照明條件，以期為提高煙葉評級準(zhǔn)確性和自動化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 照明材料

照明材料為PHILIPS 5種型號的熒光燈管，分別 為：MASTER TL-D 90 Graphica 36W/965（簡 稱“965”）、MASTER TL-D 90 De Luxe 36W/950（簡稱“950”）、TL-D LIFEMAX Super 80 36W/865（簡稱“865”）、TL-D LIFEMAX Super 80 36W/840（簡稱“840”）和TL-D LIFEMAX Super 80 36W/830（簡稱“830”）。其中，865燈管用于第2階段試驗。

1.1.2 照明檢測儀器

照明檢測儀器為KONICA MINOLTA生產(chǎn)的CL-500A型分光輻射照度計。

1.1.3 參試煙葉樣品

參試樣品為在自然光條件下制作的8類初烤煙葉樣品，分別是：顏色煙樣2類，即桔黃煙和檸檬黃煙；含青煙樣2類，即葉脈含青煙和葉片含青煙；光滑煙樣2類，即平滑煙和褪色煙；雜色煙樣2類，即掛灰煙和烤紅煙。樣品均為中部葉，分別用于考察黃色、青色、平滑、褪色、灰色和紅色等6項煙葉外觀特性。

1.1.4 工作面

第1階段試驗的工作面為鋼制桌面，第2階段試驗的工作面為水泥地面，為避免工作面反光和顏色干擾，在原有工作面上鋪設(shè)白色棉布作為開展試驗的工作面。

1.2 方法

1.2.1 照明檢測方法

檢測指標(biāo)：色溫Tc、照度E和一般顯色指數(shù)Ra。

檢測方法：

——照度計的操作方法：打開照度計的電源開關(guān)，按屏幕提示校準(zhǔn)后（若屏幕未提示校準(zhǔn)，說明校準(zhǔn)周期未過，無需再行校準(zhǔn)），開啟受光窗的蓋子，讓受光窗向上，將照度計平放于工作面上，不人為遮擋受光窗處的光線，點按測量按鈕，第1聲“嘀”表示開始測量，聽到第2聲“嘀”后讀取數(shù)據(jù)，測量結(jié)束。如圖1所示。

圖1 照明檢測示意Fig. 1 Schematic of lighting detection

——測量人工照明時的注意事項：打開照明，應(yīng)等候1 min，待照明穩(wěn)定后，再行檢測。

——不同工作面的測量要求：工作面為桌面時，檢測值取桌面的4個角和中心點共5個測量值的平均值；工作面為地面時，檢測值取評價樣品的矩形區(qū)域的4個角和中心點共5個測量值的平均值。

1.2.2 視覺評價方法

照明效果最終要由人的生理視覺來評價[1]，CIE的視覺滿意度曲線即是如此得出的。對煙葉樣品的視覺評價采用主觀視覺描述法，各處理中煙葉的黃色、青色、平滑、褪色、灰色和紅色等外觀指標(biāo)的視覺反映，通過與對照CK對比評判視效強化或弱化的定性，通過處理間的對比評判視效強化或弱化的程度。

評價員5名，均具備煙葉評級技師資格及以上職業(yè)資格。對于每一個處理，評價員先進(jìn)行充分的視覺適應(yīng)，即進(jìn)入試驗場景約1.5 min后，再展開對比評價工作，以多數(shù)評價員的一致判定結(jié)果作為評價結(jié)果。

1.2.3 確定對照

基于人們的作息習(xí)慣，選取9:00—15:00北向晝光作為參照自然光源，將煙葉樣品在其中的視覺反映定為對照CK。

1.2.4 第1階段試驗

每盞燈盤可裝3支燈管，用965、950、840和830這4種型號的燈管排列出不同的組合共16組。基于燈管標(biāo)稱的相關(guān)色溫計算燈管組合的色溫估值，如表1中處理I燈管組合的色溫估值為：

（5300+6500×2）/3=6100（K）

參照YC/T 291—2009對色溫5300～5800 K的要求，并考察3300～5300 K中間色表，以合理的色溫梯度設(shè)計試驗。從16組燈管組合中篩選出8組進(jìn)行第1階段的試驗，按色溫估值由高到低分別稱之為處理I、處理II、處理III……處理VIII，具體的試驗安排見表1。工作面位于燈帶的中央，分別評價煙葉樣品在各處理中的視覺反映。

表1 第1階段試驗安排Tab. 1 Test arrangement in phase 1

1.2.5 第2階段試驗

為考察公司既有選葉場的照明效果，設(shè)置第2階段的試驗。從第1階段試驗中，遴選出煙葉視覺反映最接近CK的燈管組合（遴選結(jié)果為處理IV的燈管組合），按公司既有選葉場的燈具布局在試驗場設(shè)置試驗，稱之為處理IX。在試驗場按既有選葉場的燈管組合（3支865燈管）與布局設(shè)置試驗，稱之為處理X。將既有選葉場的照明狀況作為處理XI。第2階段的試驗安排詳見表2。工作面位于燈帶的中央，分別評價煙葉樣品在各處理中的視覺反映。

表2 第2階段試驗安排Tab. 2 Test arrangement in phase 2

2 結(jié)果

2.1 自然光下CK檢校

自然光條件下，在3個工作時段測得3組照明數(shù)據(jù)。5名評價員一致認(rèn)為，此3組照明條件下，煙葉各外觀特性的視覺反映無明顯差異，均可作為CK。試驗數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 自然光的照明指標(biāo)檢測及煙葉樣品觀測Tab. 3 Lighting index detection of natural light and observation of tobacco samples

2.2 人工照明試驗

熒光燈管是熒光受激發(fā)光，與黑體的發(fā)光特性不符，因此評價顏色時通常使用“相關(guān)色溫”這一指標(biāo)。相關(guān)色溫是指與具有相同亮度刺激的顏色最相似的黑體輻射時的溫度[10]。說熒光燈管的色溫實際為相關(guān)色溫。

人工照明條件下，11個處理的照明指標(biāo)檢測結(jié)果和煙葉樣品觀測結(jié)果詳見表4。分析如下：

表4 人工照明的照明指標(biāo)檢測及煙葉樣品觀測Tab. 4 Lighting index detection of artificial lighting and observation of tobacco samples

（1）處理IV的色溫接近5100 K、Ra大于90、照度接近500 lx，樣品的整體視覺反映最接近CK。與處理IV色溫相近的兩個處理，即處理IX和處理XI，前者因照度低至369 lx，視效變得模糊，樣品的光澤度和對比度被弱化；后者因Ra低至79，煙葉的黃色、青色、灰色、紅色和光澤度明顯被弱化，平滑和干燥感明顯強化。由此說明，在煙葉評級活動中，適宜色溫約為5100 K，照度不宜低于400 lx，一般顯色指數(shù)不宜低于80。

（2）處理I、處理II、處理III和處理V，Ra均高于處理IV的91，但因色溫的高低波動，煙葉外觀特性的視覺反映普遍較處理IV有更大程度地強化或弱化。雖然個別外觀特性在個別處理中的表現(xiàn)較好，但整體的失真效應(yīng)明顯。

（3）處理X與處理I，色溫均為6500 K左右，照度均為380 lx左右，因Ra從96降至82，導(dǎo)致煙葉色彩失真。說明一般顯色指數(shù)為80有余時，不能保證煙葉顏色的準(zhǔn)確呈現(xiàn)。

（4）在各個人工照明處理中，煙葉的黃色、青色、平滑、褪色、灰色和紅色等外觀特性均被不同程度地強化或弱化，但不能由試驗數(shù)據(jù)判定各外觀特性的視覺反映與色溫的趨勢性變化關(guān)系。

（5）煙葉的某一外觀特性接近自然呈現(xiàn)時，色溫和Ra的分布區(qū)間如下：

——黃色接近自然呈現(xiàn)時，色溫約在4500～6000 K之間，且Ra大于90。

——青色接近自然呈現(xiàn)時，色溫約在4500～5100 K之間，且Ra大于90。

——平滑接近自然呈現(xiàn)時，色溫約在3500～6000 K之間，且Ra大于80。

——褪色接近自然呈現(xiàn)時，色溫約在5000～6000 K之間，且Ra大于90。

——灰色接近自然呈現(xiàn)時，色溫約在3300～6000 K之間，且Ra大于80。

——紅色接近自然呈現(xiàn)時，色溫約在3300～5100 K之間，且Ra大于80。

因此，色溫約為5000～5100 K，且一般顯色指數(shù)大于90時，煙葉的各外觀特性均能近乎自然地呈現(xiàn)；若色溫或一般顯色指數(shù)超出該區(qū)間，煙葉的部分外觀特性將被明顯地強化或弱化。

3 討論

自然光色溫變化達(dá)千余K時，煙葉的視覺反映尚無明顯差異。人工照明相關(guān)色溫變化僅數(shù)百K，煙葉的視覺反映就有較明顯的差異。這一現(xiàn)象，應(yīng)該與光的波長飽和程度有關(guān)。在可見光范圍內(nèi)，日光的光能量分布圖譜是連續(xù)譜[11]，呈較平緩的丘陵狀[2,12]，波長飽和程度較高；熒光燈的光能量分布圖譜在某波段上會突然出現(xiàn)“脈沖”，能量在此出現(xiàn)爆發(fā)性的增大，其光譜圖甚至是不連續(xù)的[10]，波長飽和程度較低。混合色溫的設(shè)計，有助于提高人工照明光的質(zhì)量[1]。

目前，熒光燈用的三基色熒光粉中，綠粉和藍(lán)粉尤其是藍(lán)粉穩(wěn)定性較差[13-16]，工藝劣化和歷時劣化嚴(yán)重[13-14]，導(dǎo)致出現(xiàn)光衰[14]和色溫漂移[17-19]現(xiàn)象。處理VI的色溫實測值與估值偏離較大，以及處理XI與處理X照明材料相同色溫卻相差約1600 K的現(xiàn)象，是因為處理VI使用了幾支舊燈管，處理XI使用的均為舊燈管，舊燈管歷時劣化嚴(yán)重，從而引發(fā)處理VI和處理XI的實際色溫發(fā)生了大幅度的漂移所致。

本試驗的研究結(jié)果，與A. A. Kruithof的“舒適照度與色溫的關(guān)系”圖[1]中，色溫為5000～5100 K時，舒適照度的底限估值為400 lx的結(jié)果一致；與印品實際評價[4]對色溫、照度和一般顯色指數(shù)的要求基本一致；較煙葉評級實驗室環(huán)境條件[7]5300～5800 K和煙葉選葉場地[9]6500 K左右的色溫要求中間色表化；與其它領(lǐng)域客觀評定物料顏色的照明要求差異較大，如印品鑒定比較[4]、棉花分級[5]、鉆石分級[6]、茶葉感官審評[20]、印刷業(yè)觀測反射樣品[21]、紡織業(yè)目測評定色牢度[22]及通用建筑對有顏色要求的精細(xì)檢驗[23]等領(lǐng)域。

4 結(jié)論

（1）自然光條件下，即便色溫的變化較大，煙葉的視覺反映卻無明顯差異。

（2）人工照明條件下（試驗照度為370～560 lx），煙葉的黃色、青色、平滑、褪色、灰色和紅色等外觀特性接近自然呈現(xiàn)時，各外觀特性的色溫和一般顯色指數(shù)分布區(qū)間并不相同。當(dāng)色溫約為5000～5100 K，一般顯色指數(shù)大于90時，各外觀特性均能近乎自然地呈現(xiàn)；此兩項指標(biāo)超出相應(yīng)區(qū)間時，部分外觀特性的視覺反映將被明顯地強化或弱化。照度不宜低于400 lx，否則，視效模糊，視度和舒適度欠佳，且煙葉的光澤度和對比度被弱化。

（3）當(dāng)前，在煙葉評級活動中，人工照明雖已普遍應(yīng)用，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對照明指標(biāo)的要求大相徑庭，且未曾見過這方面的研究報道，而本試驗亦尚存不足之處，因此，業(yè)內(nèi)很有必要大力開展這方面的研究。