MODERN FÉNYFORRÁSOK SZÍNMINŐSÉGÉNEK JELLEMZÉSE ÚJ FEJLESZTÉSŰ SZÍNILLESZKEDÉSI MODELLEK SEGÍTSÉGÉVEL. Szabó Ferenc

Átírás

1 MODERN FÉNYFORRÁSOK SZÍNMINŐSÉGÉNEK JELLEMZÉSE ÚJ FEJLESZTÉSŰ SZÍNILLESZKEDÉSI MODELLEK SEGÍTSÉGÉVEL Doktori (Ph.D) értekezés Szabó Ferenc Témavezető: Dr. Schanda János Informatikai Tudományok Doktori Iskola Pannon Egyetem Veszprém 2011

2 MODERN FÉNYFORRÁSOK SZÍNMINŐSÉGÉNEK JELLEMZÉSE ÚJ FEJLESZTÉSŰ SZÍNILLESZKEDÉSI MODELLEK SEGÍTSÉGÉVEL Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: Szabó Ferenc Készült a Pannon Egyetem Informatikai Tudományok Doktori Iskola programja keretében (aláírás) Témavezető: Dr. Schanda János Elfogadásra javaslom (igen / nem) A jelölt a doktori szigorlaton... % -ot ért el, Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: 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 minősítése... Az EDT elnöke 2

3 Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani mindazoknak, akik önzetlen segítségükkel és tanácsaikkal segítették munkámat és hozzájárultak tudományos értekezésem elkészítéséhez. Mindenekelőtt szeretném megköszönni témavezetőmnek, Dr. Schanda Jánosnak a rengeteg szakmai és emberi támogatást a laborban eltöltött évek alatt. Nemcsak tudásával, tapasztalatával, hanem türelmével, nyitottságával is segítette munkám minden lépését. Köszönettel tartozom Dr. Bodrogi Péternek a PhD képzés alatti szakmai támogatásért, iránymutatásért. Köszönetet mondok a Virtuális Környezetek és Fénytan Laboratórium minden tagjának, akikhez minden kérdésemmel bátran fordulhattam és azoknak a munkatársaknak, egyetemi és PhD hallgatóknak akiknek a kísérleti szobában eltöltött óráik nélkül ez a dolgozat nem születhetett volna meg. Köszönöm Dr. Kosztyán Zsoltnak, hogy az általam elvégzett statisztikai elemzések eredményeit ellenőrizte. 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. 3

4 Tartalomjegyzék Köszönetnyilvánítás... 3 Tartalomjegyzék Tartalmi kivonat Abstract Zusammenfassung Bevezetés Irodalmi áttekintés A fényforrások színminőség meghatározásának lehetőségei A színvisszaadás, mint a színminőség jellemzője Új színinger terekre épülő színvisszaadás számítás CIE CRI A színvisszaadási index számításának problémái A színdiszkrimináció kérdése A színpreferencia kérdése Duál indexek Vizuális tisztaság Colour Quality Scale A színminőség leírásának legújabb lehetőségei Összefoglalás A színharmónia és a színilleszkedés fogalmának összehasonlítása Célkitűzések Számítási módszerek ismertetése Kísérleti munka leírása Előkísérletek Az előkísérletek elméleti háttere Kísérleti módszer Kísérleti személyek kiválasztása Tréning Színminták kiválasztása Előkísérletek menetének ismertetése Kiértékelés, eredmények és következtetések Színingerek vizuális illeszkedésének vizsgálata mesterséges színi eltolódások segítségével Kísérleti módszer Kísérleti személyek kiválasztása Tréning Színminták kiválasztása Kiértékelés, eredmények és következtetések A vizuális illeszkedés modellezésére vonatkozó új vizuális kísérletsorozat leírása Kísérleti elrendezés Teszt minták kiválasztása Kísérleti személyek kiválasztása Kísérleti személyek feladata Vizuális eredmények értékelése Vizuális megfigyelések függetlenség vizsgálata Többszempontú varianciaanalízis vizsgálat

5 7.2.1 Vizuális megfigyelések normalitásának vizsgálata A varianciák homogenitásának vizsgálata Varianciaanalízis vizsgálat A vizuális illeszkedés modellezése két és három színingerből álló színkombinációk esetén A vizuális illeszkedés modellezése két színingerből álló színkombinációk esetén A vizuális illeszkedés modellezése három színingerből álló színkombinációk esetén A vizuális illeszkedési index bevezetésének lehetőségei A vizuális illeszkedési index bevezetésére irányuló kísérletek ismertetése Kísérleti elrendezés Teszt és referencia fényforrások ismertetése A megvilágítás időbeli változásának ellenőrzése A megvilágítás térbeli változásának ellenőrzése K korrelált színhőmérsékletű csoport K korrelált színhőmérsékletű csoport K korrelált színhőmérsékletű csoport Teszt színminták kiválasztása Kísérleti személyek és feladatuk Vizuális megfigyelések értékelése Vizuális megfigyelések értékelése A közvetlen értékelés kísérlet eredménye Az összehasonlító kísérlet eredménye A vizuális illeszkedési index bevezetése Fényforrás színképi optimalizálása a vizuális illeszkedési indexhez A vizuális illeszkedési index értékének összehasonlítása más színminőséget jellemző mérőszámokkal Összefoglalás Tézisek Publikációs lista Melléklet M1.1 Referencia fényforrásra vonatkozó megkötések M1.2 Tesztmintákra vonatkozó megkötések Melléklet M2.1 A színharmónia fogalma M2.2 A színilleszkedés és színharmónia fogalmának összehasonlítása Melléklet M3.1 Ou és Luo matematikai előrejelző modellje M3.2 CIECAM02 színmegjelenési modell Melléklet Melléklet Melléklet Melléklet Melléklet Irodalomjegyzék

6 1 Tartalmi kivonat Értekezésem elsődleges célja, hogy a hétköznapi életben használatos hagyományos és új generációs, valamint napjainkban, a kereskedelmi forgalomban gyorsütemben terjedő világító dióda alapú fényforrások színminőségét újszerűen megközelítő, vizuális kísérleteken alapuló, és így az emberi megfigyelő vizuális tapasztalataival jól korreláló színminőségi metrikát dolgozzak ki. Dolgozatom témájának felvetését az a tény szolgáltatta, hogy a fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak meghatározására 1974-ben nemzetközileg elfogadott és a fényforrásgyártók által azóta is használt CIE 13.2-es (későbbiekben CIE 13.3) módszer az új generációs fényforrások esetén nem szolgáltat megfelelően pontos információt. A színvisszaadási index előrejelzésének az észlelettől eltérő voltát számos publikáció taglalja, és annak elfogadása óta több javaslat is született a módszer megújítására, megjavítására, azonban egyetértést egyik sem váltott ki. Az új javaslatok új szempontok mint a színhűség, színpreferencia, színdiszkrimináció alapján közelítik meg a fényforrások színminőségének kérdését. Az irodalomban mindezidáig nem volt fellelhető olyan próbálkozás, amely a fényforrások színminőségét az épített környezet együttesére gyakorolt hatásuk alapján, a természetes megvilágítás körülményei között a látótérben jelenlévő színingerek illeszkedése alapján 1, az egymáshoz való illeszkedés mesterséges fényforrások általi torzításának mértékével jellemzi. Dolgozatomban vizuális kísérletek segítségével igazolom, hogy rögzített színösszetételek megjelenését megfigyelve mesterséges fényforrások esetén egy referencia megvilágításhoz képest a megfigyelő számára az egymás mellé helyezett színingerek illeszkedése torzulásokat szenvedhet. Ennek lehetséges okát grafikus úton mutatom meg. A vizuális tapasztalatok legpontosabb leírása érdekében új, matematikai modellt fejlesztek ki, két és három egymás mellé helyezett színinger illeszkedésének jellemzésére. Ezek a formulák egy adott megvilágítás esetén a megfigyelő szerinti illeszkedés mértékének pszicho-fizikai korrelátumát szolgáltatják. Az újonnan kifejlesztett matematikai formulákat alkalmazva bevezetem a színilleszkedési indexet, amelynek használhatóságát újabb vizuális kísérletsorozattal igazolom. Az új matematikai formula a jelenlegi színvisszaadási index mellett kiegészítésül szolgálhat a fényforrás gyártók számára, fényforrásaik spektrális teljesítmény eloszlásának optimalizálásakor. 1 A színilleszkedés, valamint fitting/anpassung fogalmakat a színharmónia fogalmától való megkülönböztetés érdekében használom. Az általam vizsgált jelenség leírására nemzetközileg ezek helyett sok esetben a harmónia (harmony, harmonie) fogalmak használatosak. 6

7 1.1 Abstract New aspects in the description of the colour quality of modern light sources with the help of new colour fitting formulae The primary aim of my dissertation was the development of a new colour quality metric based on visual experiments, correlating well with human observer s visual experiences both in case of traditional and new generation light sources and light emitting diodes (LED), which are widely spreading nowadays in commercial trade. The origin of my thesis topic was provided by the fact, that the CIE 13.2 (later CIE 13.3) method internationally accepted in 1974 for describing the colour rendering properties of light sources and since then used by light source manufacturers worldwide does not provide satisfying and accurate information for new generation light sources. The reason for the failure of the colour rendering index has been discussed in many publications, and many proposals have been put forward to renew and update this metric but none of them achieved accordance till now. The new proposals such as colour fidelity, colour preference, colour discrimination are approaching the issue of light-source colour-quality from the point of view of new considerations. To my best knowledge no research has been described in the literature that would have characterized the colour quality of light sources by their effects on the whole of the built environment, with the distortion of the impression of fitting of colours (in the future, I will term it colour fitting impression) 2 by artificial light sources, which impression is built up and present in natural lighting conditions. With the help of visual experiments I verified that observing a given set of colour compositions under artificial lighting conditions the observer s colour fitting impression might be distorted compared to a reference illumination. I showed the possible reason of this phenomenon by means of diagrams/graphs. To achieve the most accurate description of visual experiences, I developed new colour fitting models for two- and three-colour combinations on mathematical basis. These formulae provide the psycho-physical correlate of visual colour fitting impression in case of a given lighting situation. Using the recently developed colour fitting formulae, I introduced the colour fitting index. I verified the utility of this index by subsequent visual experiments. This new mathematical metric can be a supplementary index for the light source manufacturers beside the current colour rendering index, to optimize the spectral power distribution of their light sources. 2 The terms színilleszkedés, fitting and anpassung are used to make a distinction from the term colour harmony. In the international literature, the terms colour harmony, Farbharmonie is often used instead of these for the description of the phenomenon investigated in this dissertation. 7

8 1.2 Zusammenfassung Neue Gesichtspunkte in der Charakterisierung der Farbqualität der modernen Lichtquellen mit der Hilfe von neue entwickelten Farbanpassungs-Formeln Das primäre Ziel meiner Dissertation war eine Farbqualitäts-Metrik auszuarbeiten. Diese auf visuellen Experimenten beruhende Metrik soll an die Farbqualität der im Alltagsleben benutzten traditionellen und von neuer Generation stammenden Lichtquellen, weiterhin die der sich zurzeit im Handel schnell verbreitenden Leuchtdioden neuartig herangehen und mit den visuellen Erfahrungen des menschlichen Beobachters gut korrelieren. Das Thema meiner Dissertation lieferte die Tatsache, dass die CIE 13.2 (später CIE 13.3) Methode die zur Bestimmung der Farbwiedergabe- Eigenschaften der Lichtquellen in 1974 international anerkannt wurde, und von den Lichtquellen-Hersteller seitdem benutzt wird liefert keine entsprechend genaue Information. Die Ursache der Ungenauigkeit des Farbwiedergabe-Index wurde in mehreren Publikationen erörtert, und seit seiner Annahme sind mehrere Vorschläge entstanden um die Methode zu erneuern, zu verbessern, aber keiner von ihnen hat Einverständnis erreicht. Die neuen Vorschläge wie Farbtreue, Farbpräferenz, Farbdiskrimination nähern die Frage der Farbqualität der Lichtquellen von neuen Gesichtspunkten an. In der Fachliteratur war bislang kein Versuch zu finden, der die Farbqualität der Lichtquellen anhand ihrer Wirkung auf die Gesamtheit der gebauten Umgebung beschreibt, d.h. die Farbqualität mit dem Maß der Torsion der Farbanpassungs-Wahrnehmung 3 verursacht von künstlichen Lichtquellen, bezogen auf die Farbanpassung unter natürlicher Beleuchtung charakterisiert. Mit der Hilfe von visuellen Experimenten habe ich bewiesen, dass bei gegebenen Farbkombinationen im Falle von künstlichen Lichtquellen, die im Beobachter entstehenden Farbanpassungs- Wahrnehmungen im Vergleich zu einer Referenz-Beleuchtung verzerrt werden können. Den Grund für diese Verzerrung habe ich graphisch dargestellt. Um die visuellen Erfahrungen am genauesten zu beschreiben können habe ich ein neues, mathematisches Modell für aus zwei und drei Farbreize bestehenden Farbkombinationen entwickelt. Diese Formeln liefern das psycho-physikalische Korrelat einer visuellen Farbanpassungs- Wahrnehmung bei gegebener Beleuchtung. Die neuentwickelten Farbanpassungs-Formeln benutzt habe ich den Farbanpassungs-Wiedergabeindex eingeführt, wessen Benutzbarkeit 3 Die Begriffe Anpassung, fitting und színilleszkedés werden benutzt, damit sie vom Begriff Farbharmonie unterschieden werden können. Statt deren werden die Begriffe Harmonie (harmony, harmónia) in der internationalen Fachliteratur oft benutzt, um die Erscheinungen, die in der Dissertation behandelt werden, beschreiben zu können. 8

9 ich erneut mit Experimenten bewiesen habe. Die neue Formel kann für die Lichtquellen- Hersteller neben dem derzeitigen Farbwiedergabe-Index als eine Ergänzung funktionieren um die spektrale Verteilung der Leistung ihrer Lichtquellen zu optimisieren. 9

10 2 Bevezetés Az ember a külvilágból származó információ 90%-át látórendszere segítségével veszi fel. A látórendszer által detektálható, majd agyi mechanizmusok által információvá konvertált ingerek többféle típusból tevődnek össze. Ezek közül az ingerek közül az egyik legnagyobb mennyiségű információt hordozó és legnagyobb jelentőséggel bíró inger a színészlelés folyamata által jut el hozzánk. A mindennapi életben használt tárgyak színe nagymértékben függ a megvilágító fényforrásoktól, amelyek napjainkban igen különböző színképi teljesítményeloszlásokkal készülnek. Ha megváltozik a fényforrás (azon belül a színképi teljesítmény eloszlás), az általa megvilágított tárgyak színmegjelenésében is változás lép fel. Az áruházi megvilágítás mellett gondosan kiválasztott, egymással harmonikus kompozíciót alkotó alkalmi ruha összeállítás megjelenése könnyen meglepetést okozhat számunkra, ha azt viselve kilépünk a napfényre, vagy elmegyünk benne színházba, bálba. Természetszerűleg észlelt tény, hogy az egyes ruhadarabok színi megjelenésének megváltozása a megfigyelőben korábban kialakult vizuális színilleszkedés torzulását idézheti elő. Hétköznapjainkban a hagyományos és halogén izzólámpák, fénycsövek színképe, valamint a természetes napfény különböző fázisai jelentik az elsődleges, mindennapi életben gyakran előforduló színképi eloszlásokat. A kompakt fénycsövek és nagynyomású gázkisülő lámpák mellett az ezredfordulón megjelentek a világító diódák (Light Emitting Diode - LED) is, mint a modern világítástechnika fényforrásai. A LED fényforrások egyre nagyobb teret hódítanak a mindennapi életünkben, nem csak fejlettebb közlekedési jelzőlámpák formájában, hanem a kültéri és beltéri világítástechnika, valamint az autófényszórók területén is. Emiatt szükség van egy olyan, a mai színmérés modern eszközeit használó matematikai számítási modellre, amely jól korrelál a vizuális megfigyelésekkel, és az alkalmazás területétől függően a jelenlegi vagy egy megújított színvisszaadási index mellett, azt kiegészítve ad információt a fényforrás színminőségéről. 10

11 A világító dióda alapú fényforrások színképi teljesítmény-eloszlása nagyon eltérő a hagyományos fényforrásokétól, ezért a felületszínek színészlelete, valamint belsőtér világítás esetén az egymás mellett alkalmazott színek kombinációjának illeszkedési mértéke (a köznapi szóhasználatban gyakran pontatlanul színharmónia tartalomként említett tulajdonság) is változhat attól függően, hogy milyen fényforrás típussal (s azon belül milyen színképi teljesítmény-eloszlással) világítjuk meg azokat. A fényforrások színminőségének értékelésére jelenleg egyedüli hivatalosan elfogadott módszer a CIE színvisszaadási index 1 (CIE 13.3 publikáció), amely akkor került bevezetésre, amikor a második generációs fénycsövek megjelentek a piacon. Az azóta eltelt 30 év alatt több próbálkozás is történt, hogy az első publikációt módosítsák, valamint szinkronba hozzák a modern színmetrikai gyakorlattal, de teljes egészében ez mind a mai napig nem történt meg. További gyakorlati probléma merül fel azzal, hogy a kompakt fénycsövek valamint világító diódák fényporainak kifejlesztésekor a gyártók sokáig nem a jó vizuális színvisszaadási tulajdonságot tartották szem előtt, hanem arra törekedtek az optimalizálás során, hogy jó fényhasznosítást és nagy színvisszaadási indexet érjenek el. A CIE meghatározása a színvisszaadás fogalmáról megtalálható a Nemzetközi Világítástechnikai Szótárban 2, melynek magyar fordítását az MSZ , Fénytechnikai Terminológia: Látás, színvisszaadás kötete 3 tartalmazza: A sugárzás spektrális eloszlásának a hatása a tárgyak színes megjelenésére; a tárgyak egy referencia-eloszláshoz tartozó színes megjelenésével való tudatos vagy tudatalatti összehasonlítása. Az utóbbi évtizedekben jó néhány javaslat készült a jelenlegi módszer kiterjesztésére vagy frissítésére. Ezek a javaslatok mind új szempontok - pl. színpreferencia, színdiszkrimináció, vizuális tisztaság szerint közelítik meg a színminőség kérdését. A javaslatok másik csoportja új, vagy átdolgozott számítási módszer (pl. a színminőségi skála) bevezetése felé mutat. Jelen dolgozatban a fényforrások színminőségének megközelítésére új, eddig nem alkalmazott módszert 11

12 mutatok be, amely a megfigyelőben egy adott látási szituációban egymás melletti színingerek illeszkedésének torzulása alapján értékeli a fényforrásokat. A színvisszaadási index mellett egy ilyen kiegészítő metrika használatával elérhető a gyártás során a fénypor összetevők változtatásának segítségével a fényforrás színképi teljesítmény eloszlásának optimalizálása annak érdekében, hogy a fényforrás optimális vizuális tulajdonságokkal rendelkezzék. 12

13 3 Irodalmi áttekintés 3.1 A fényforrások színminőség meghatározásának lehetőségei A mesterséges fényforrások megjelenése lehetővé tette, hogy az emberiség megváltoztassa kulturális szokásait, jobban kihasználja a nap 24 óráját, környezetét komfortosabbá és biztonságosabbá tegye. Azonban az első mesterséges fényforrások megjelenésének pillanatától kezdve ösztönösen is felvetődő kérdés a mesterségesen keltett fény kölcsönhatása az emberi környezettel. Amint többféle mesterséges fényforrás került használatba, tudatos vizsgálatok nélkül is megállapításra kerültek az egyes fényforrások által biztosított világítás minőségi jellemzői. Ez az általában szubjektív és pusztán vizuális tapasztalatokon alapuló ítélet önmagában csak nehezen általánosítható, pontatlan és ellentmondásos mértéket szülhetett volna. A színmérés eszközeinek fejlődésével és szabványainak kidolgozásával azonban megnyílt az út a mérési adatokon és vizuális megfigyelések eredményeinek összevetésén alapuló mértékek létrehozása előtt, melyek mint látni fogjuk többféle ötlet és szempont alapján jellemzik a fényforrások színminőségét A színvisszaadás, mint a színminőség jellemzője Az emberi természetből legkézenfekvőbb módon fakad valamilyen pillanatnyilag észlelt jelenség összehasonlítása valamely általa megszokottnak vélt körülmény közötti észlelettel. A mesterséges fényforrások esetében ilyen összehasonlítás tehető a színes környezet elemeinek emberi megfigyelő által természetes sugárzáseloszláskor észlelt színészlelete, valamint ugyanazon felületek mesterséges fényforrás által megvilágított színészlelete között. Az első objektív méréseken alapuló színvisszaadási mérőszám megalkotása Bouma 4 nevéhez fűződik, aki a fényforrás színképi teljesítmény eloszlásának objektív mérési eredményéből indult ki. Alapötletével a látható színképtartomány sávokra osztásával több szerzőt ösztönzött a színvisszaadás ilyen elvű megközelítésére. A műszerével mérhető 380 nm 760 nm közötti 13

14 hullámhossztartományt 8 intervallumra osztotta fel, és minden intervallumra meghatározta a fénysűrűség relatív értékeit, így minden tesztfényforrást 8 számmal jellemzett. A módszer fő problémája, hogy a rövidebb hullámhossztartományban 20 nm - 40 nm nagyságú intervallumokat, míg a látható színképtartomány többi részében 50 nm nm nagyságú tartományokat jelölt ki, így a kisebb intervallumokra számolt fénysűrűségi értékekre vagyis színvisszaadást jellemző mérőszámokra elhanyagolhatóan kicsi értékeket kapott, pedig a vizuális tapasztalatok szempontjából ezek a tartományok is releváns tartalommal bírnak. Ettől eltérő elven alapuló számítási modellt dolgozott ki Kruithof 5 és Barnes 6, akik Bouma módszerének vizsgálatából és annak kritikájából következően 7 sávot állapítottak meg, viszont már tesztmintákat is használtak. Kruithof és Barnes módszere a tesztmintákban különbözött egymástól, ugyanis míg Kruithof valós színmintákat használt, addig Barnes elméleti színminták reflexiós spektrumaival számolt. A látható színképtartomány további, más elvű felosztását javasolta Crawford 7, aki az előző két szerzővel szemben olyan tartományokat definiált, amelyek közötti fénysűrűségi szint változása éppen észlelhető vizuális különbséget jelentett. A minősítési rendszerében elsőként toleranciavonalakat alkalmazott, amelyek segítségével az eddigi puszta számítási eredményekhez így már vizuális észleletet előrejelző jelentéstartalom is társult. A sávosztásos módszerek közös tulajdonsága, hogy bár az alkalmazott sávok számának és a sávok határának módosításával az egyes fényforrások színképi teljesítmény-eloszlásához igazíthatók általános, minden esetben használható modellt nem szolgáltatnak. Emiatt a következő törekvések már általános érvényű színvisszaadási metrika kifejlesztésére irányultak. Nickerson 8 összefoglalta az addig megismert módszereket, a rendelkezésre álló információkat, és hiányosságokat. Összegyűjtötte a CIE által 1931-ben elfogadott A, B, és C standard megvilágítók, és a további rendelkezésre álló fényforrások színképét. Ennek eredményeképp jelentek meg az első olyan vizsgálatok eredményei, amelyek a színvisszaadást referencia és tesztfényforrással megvilágított színminták színi eltolódásaként vizsgálták. Ez az összeállítás azonban rögtön felveti a tesztminták kiválasztásának, valamint az adott tesztfényforráshoz megfelelő referencia megválasztásának problémáját. Kezdeti tanulmányok 9 C 14

15 sugárzáseloszlást referenciaként használva, 18 Munsell minta színi eltolódásán alapultak, azonban ezek a módszerek csak a természetes eloszlással azonos korrelált színhőmérsékletű tesztfényforrások vizsgálatára voltak alkalmasak, a kromatikus adaptáció figyelmen kívül hagyásának következményeként. Az általánosan használható színvisszaadási metrikák felé nagy lépést tulajdoníthatunk a Von Kries transzformációnak 10, amely matematikai modellt alkotott a kromatikus adaptáció folyamatára, így lehetővé vált a referenciától kis mértékben különböző korrelált színhőmérsékletű teszt fényforrások vizsgálata is. A színi eltolódások nagyságának jellemzéséhez szükséges valamilyen színkülönbséget számszerűsítő összefüggés is. Ezt a színkülönbséget a vizuális tapasztalatokkal összhangban csak emberi színészlelet szerint egyenletes színtérben határozhatjuk meg. E kritérium teljesítése akkoriban azért számított különösen nagy kihívásnak, mivel az 1931-ben elfogadott CIE x-y színességi diagramról MacAdam 11 és szerzőtársai éppen az 1940-es években igazolták, hogy vizuális észlelet szerint nem egyenközű ben vált elérhetővé a CIE U*V*W* színinger tér és az ebben definiált színkülönbségi formula 12. Az említett vizsgálatok ugyan újszerű és általános módszert nem szolgáltattak megmutatták, hogy megfelelő kiválasztás esetén akár már 8-15 színminta is alkalmas lehet a fényforrások színvisszaadásának jellemzésére. Az időközben szabványosított sugárzáseloszlások segítségével kétféle alapelven, végtelen sok referencia fényforrás használatát javasolták. Ha a tesztfényforrás korrelált színhőmérséklete 5000 K-nél kisebb, a tesztfényforrással megegyező színhőmérsékletű Planck sugárzót kell választani K feletti korrelált színhőmérsékletű tesztfényforrás esetén azzal megegyező korrelált színhőmérsékletű, generátorfüggvények segítségével előállított természetes sugárzáseloszlás használandó. Az említett szabályok rögzítésével a CIE U*V*W* színkülönbségekből speciális színvisszaadási indexeket (R i ) definiáltak, míg ezek átlagolásával általános színvisszaadási index (R a ) számolható. A képletben szereplő konstans értékét úgy határozták meg, hogy a tesztfényforrás általános színvisszaadási indexe (R a ) a tesztminták színkoordinátáinak a referencia fényforrás alatti megjelenéssel való teljes egyezése esetén 100-nak adódjon, míg az akkori forgalomban lévő melegfehér fénycső színvisszaadási indexe 50 legyen. Ez az 15

16 eredmény a felhasználó számára is érthető információt szolgáltatott 13. Halstead 14 és szerzőtársai vizuális kísérletek segítségével vizsgálták a színvisszaadás jelenségét. Eredményeik azt mutatták, hogy a megfigyelők által egy-egy tesztminta esetén vizuálisan észlelhető színinger különbség az adott mintára vonatkozó speciális színvisszaadási index (R i ) tekintetében egység változásnak felel meg. Maitreya 15 binokuláris látómező technikával folytatott kísérletei ugyanerre az esetre 5 R i egységet határoztak meg. A CIE által is elfogadott modell a fényforrás tervezőket és gyártókat arra ösztönözte, hogy az új modell szerinti legnagyobb színvisszaadási index elérése érdekében optimalizálják lámpáik színképi teljesítmény-eloszlását. A nagynyomású gázkisülő lámpa gyártásánál alkalmazott újabb elemek (disprosium, tallium, nátrium) a színképi eloszlásban új színképvonalakat gerjesztenek, így a fényhasznosítás romlása ellenében nagyobb színvisszaadási index érhető el. A fénycsövek és az ezidőtájt megjelenő kompakt fénycsövek esetén megmutatták, hogy megfelelően kiválasztott fénypor összetevők alkalmazásával három sáv esetén 80 körüli, míg 4 sáv esetén 95 körüli R a érték érhető el Új színinger terekre épülő színvisszaadás számítás A CIE U*V*W* színingertér helyett a CIE 1976-ban két új színteret 16 fogadott el CIELAB és CIELUV néven. Később Nayatani 17 és Hunt 18 színmegjelenéssel kapcsolatos vizsgálataira alapozva színmegjelenési modellekre alapozott színvisszaadás számítási eljárás kidolgozása is szóba került, viszont Walter 19 megmutatta, hogy a színmegjelenési modellek használatával hasonló eredmények érhetők el, mint az 1974-ben elfogadott 13.2 publikáció szerinti eljárással. Az 1990-es évek elején a színvisszaadási indexek számításához kétféle színkülönbség számítási eljárás jelenthetett alternatívát: az 1976-ban elfogadott két új színtér egyike, vagy az ezeknél újabb színmegjelenési modell alkalmazása, az akkor újonnan megjelent kromatikus adaptációs transzformációval

17 3.1.3 CIE CRI-1996 A 13.2 publikáció megjelenése óta elfogadott újabb színterekre és a von Kries transzformáció helyett ajánlott CIE azonosítóval jelzett új kromatikus adaptációs transzformációra 20 alkalmazva 1996-ban a CIE CRI módszer egy továbbfejlesztett változata került ismertetésre ideiglenes megoldásként, míg egy színmegjelenési modellen alapuló számítási algoritmusban nem sikerül megállapodni. Az új javaslat a referencia és teszt fényforrások által megvilágított tesztminták tri-stimulusos értékeit a CIELAB 1976 L* a* b* színingertérbe transzformálja, D65 megvilágítási adaptáció mellett. A módszer azért sem lehetett több egy ideiglenes megoldásnál, mert kidolgozását nagyon sok megkötés határolta be. A színvisszaadás számításának korábban elfogadott elvét ugyanis nem szabadott megváltoztatni, vagyis az általános színvisszaadási indexet továbbra az addigra sokat kritizált elv szerint, skalár színkülönbségek átlagaként kellett számítani. A referencia fényforrások választására azonban új módszert határoztak meg K és 6500 K között 6 sugárzáseloszlást rögzítettek, és a tesztfényforráshoz ezek közül azt kellett választani referenciaként, amelynek CIELAB a* b* koordinátái a legközelebb esnek a tesztfényforrás CIELAB színkoordinátáihoz. 1. Táblázat: A CIE CRI-1996 eljárásban meghatározott referencia fényforrások és színingermetrikai jellemzőik Megvilágító megnevezése Korrelált színhőmérséklet CIE 1931 (x,y) színkoordináták x y CIE D 65 daylight 6500 K 0,3128 0,3292 CIE D 50 daylight 5000 K 0,3457 0,3586 P4200 Planck sugárzó 4200 K 0,3720 0,3714 P3450 Planck sugárzó 3450 K 0,4081 0,3921 P2950 Planck sugárzó 2950 K 0,4405 0,4053 P2700 Planck sugárzó 2700 K 0,4599 0,4106 Az 1996-ban javasolt módszer a tesztmintákkal kapcsolatos problémákat orvosolta, ugyanis a 13.2 publikációban meghatározott, időközben már elérhetetlenné vált Munsell mintákat a CIELAB színingerteret jobban lefedő, telítettebb színmintákra 17

18 cserélte le. Az új tesztmintahalmazt a GretagMacbeth ColorChecker Chart színminta gyűjtemény nyolc kromatikus mintáját és kétféle bőrszínt választva alkották meg. Kétféle bőrszínt ugyan a ColorChecker színgyűjtemény is tartalmaz, a CRI-1996 módszerben inkább a Halstead 21 valamint Buck 22 és Froelich által meghatározott kaukázusi bőrszínt, valamint a japán ipari szabvány 23 által rögzített japán női arcszínt választották. 2. Táblázat: A CRI-1996-ban rögzített tesztminták MCC és Munsell megfelelői CRI-1996 TCS MacBeth ColorChecker Chart megfeleltetés Munsell megfeleltetés TCS01* MCC R 4/12 TCS02* MCC 7 5.0YR 6/11 TCS03* MCC YR 8/11.1 TCS04* MCC GY 7.08/9.1 TCS05* MCC G 5.38/8.65 TCS06* MCC B 5/8 TCS07* MCC PB 2.90/12.75 TCS08* MCC RP 5/12 TCS09* TCS10* Kaukázusi bőrszín Kelet-ázsiai bőrszín A színvisszaadási index számításának problémái A jelenleg is világszerte használt CIE 13.2 publikáció (később apró szerkesztői változtatásokkal változatlan tartalom melletti CIE 13.3 publikáció) szerinti színvisszaadási index több problémát hordoz magában, különösen világító dióda alapú fényforrások rangsorolása esetén. A jelenlegi helyzetben a színvisszaadási index az egyedüli nemzetközileg elfogadott mérőszám, amely a fényforrások színminőségének jellemzésekor szóba kerülhet, azonban az utóbbi fejezetekből is láthatjuk, hogy nagy hiba a színminőség összetett problémáját pusztán a színvisszaadás kérdéseként kezelni. A színvisszaadás egyedül a felületi színek megjelenésének színhűségét jellemzi, azzal a nem minden esetben helytálló megkötéssel, hogy ugyanazon színes felületek feketetest sugárzó illetve természetes 18

19 (nappali) 4 sugárzó alatti megjelenéséhez képesti bármilyen irányú és mértékű különbséget kedvezőtlenebb vizuális megjelenésként értékelünk. A CIE U*V*W* egykor egyenközűként elfogadott színinger-teréről mára bebizonyosodott, hogy különösen a vörös tartományában nem egyenközű, ezért használatát a CIE a továbbiakban nem ajánlja. A vörös tartományban a színkülönbségeket az észlelt színkülönbséghez képest jelentősen felnagyítja, míg a sárga és kék tartományban alábecsüli. A mai gyakorlatban a színvisszaadási index és a korrelált színhőmérséklet számításán kívül semmilyen más területen nem használatos. Helyette a CIE az 1976-ban elfogadott L*a*b* (CIELAB) és L*u*v* (CIELUV) színinger terek és az ezekben számított színinger különbségek használatát javasolja, illetve kis színingerkülönbségek esetén a CIE DE2000 színkülönbségi formulát 24. A színi áthangolódás tekintetében a Von Kries transzformációnál sokkal pontosabban leíró modell, a CMCCAT2000 (Colour Measurement Committee s Chromatic Adaptation Transform) 25 használata teheti a következő színvisszaadási formulát hatékonyabbá. A számítási algoritmus következménye, hogy még a legkülönfélébb színképi teljesítmény-eloszlással rendelkező fényforrásoknak is lehet teljesen azonos színvisszaadási indexük annak ellenére is, hogy vizuálisan tökéletesen eltérő észleletet nyújtanak. A CRI módszer előírja a tesztfényforrással azonos korrelált színhőmérsékletű referencia fényforrás választását, amely teljes színi adaptációt feltételez a megvilágítók közös fehér pontjához. Ez a feltételezés azonban extrém korrelált színhőmérsékletek esetén első látásra is hibás eredményt szolgáltat. További ellentmondás, hogy a 2000 K korrelált színhőmérsékletű feketetest sugárzó (észlelet szerinti vöröses fényével) R a =100 indexet kap a rangsorolásnál, csak úgy, mint a 6504 K korrelált színhőmérsékletű természetes (nappali) sugárzáseloszlás és ugyanígy a K korrelált színhőmérsékletű (észlelet szerint meglehetősen kellemetlenül kékes) természetes sugárzáseloszlás. Az egyformán kiváló színvisszaadást jelző R a =100 ellenére vizuálisan nagy különbség észlelhető a három tesztfényforrással megvilágított színminták színészlelete között, amelyek közül a 2000 K és K korrelált színhőmérsékletű források biztosan nem 4 nemzetközileg elfogadott angol megfelelőjét - daylight a színtanban általában nappali sugárzáseloszlásnak fordítják. A magyar terminológiában elfogadott szabvány a természetes sugárzáseloszlás használatát határozza meg. 19

20 idéznek elő kellemes, jó színhűséggel rendelkező megvilágítást. Meglepő eredményt produkál a referencia fényforrás kiválasztásánál figyelembe veendő 5000 K-es határértéknél bekövetkező éles különbség is. Ha ugyanis egy 4999 K színhőmérsékletű feketetest sugárzót tekintünk tesztfényforrásnak, ahhoz a CRI módszer 4999 K színhőmérsékletű feketetest sugárzó választását írja elő referencia fényforrásként. Ebből következik, hogy ezen tesztfényforrás R a értéke 100-nak adódik. Ha viszont egy 5001 K színhőmérsékletű feketetest sugárzót tekintünk tesztfényforrásnak, ahhoz a CIE ajánlása szerint már 5001 K korrelált színhőmérsékletű természetes sugárzáseloszlást kell választanunk, így ezen tesztfényforrás R a értéke 2 egységet csökken. A színvisszaadási index skálája tehát nem folytonos: 2 egységnyi R a különbség keletkezik annak ellenére, hogy a két tesztfényforrás színképi eloszlása közötti különbség elhanyagolható, korrelált színhőmérsékletük közötti 2 K különbség vizuálisan megfigyelhető színkülönbséget nem idéz elő. A tesztmintákkal kapcsolatos probléma, hogy az R a számításnál alkalmazott 8 tesztminta mindegyike kis vagy maximum közepes krómájú. Keskenysávú fényforrások (például világító dióda alapú fényforrások) esetén azok színvisszaadása telített színek esetén nagyságrendekkel rosszabb lehet, mint ahogy az a kevésbé telített mintákkal számított R i speciális színvisszaadási indexekből és R a általános színvisszaadási indexből következne. Mivel a színvisszaadási indexek értéke kizárólag a fényforrás színképi teljesítmény eloszlásán alapul, a fényforrásgyártók gyakran élnek a fénypor összetétel olyan változtatásával, hogy az az R a érték pozitív irányú változását vonzza magával. A nyolc tesztminta színkülönbségének átlagából származtatott index lehetővé teszi, hogy az adott lámpa nagy általános színvisszaadási indexet kapjon még akkor is, ha a nyolc tesztminta közül egy vagy két tesztminta esetén a referenciához képest nagy színinger-különbségeket találunk. Különösen gyakori ez a jelenség világító diódák esetén, melyek keskenysávú, több csúccsal rendelkező spektruma eredményezhet nagy színinger-különbségeket a színingertér egy kis tartományában. A színes környezet kedvező megítélése szempontjából a vizuális tapasztalatokkal ellentmond az is, hogy a referenciához képest színezetben és krómában észlelt 20

21 bármilyen irányú és nagyságú változás rosszabb színvisszaadást jelent. Számos alkalmazásban ugyanis a telítettség növekedése nagyobb fokú kontrasztot vagy vizuális tisztaságot eredményez és növeli az észlelt világosságot, ezért vizuálisan jobb tapasztalatokkal és emiatt jobb ítélettel jár együtt, a kisebb fokú színhűség és a kisebb R a érték ellenére is (lásd színpreferencia kutatás) A színdiszkrimináció kérdése A színdiszkrimináció a mesterséges fényforrások azon jellegzetessége, hogy az adott megvilágító alkalmazása esetén a minimális (ΔE 1-2 CIELAB egység) színkülönbséggel rendelkező tesztminta halmaz tagjai vizuálisan mennyire különböztethetők meg egymástól. Boyce 26,27 vizuális kísérletei alapján színdiszkriminációs indexet dolgozott ki, melynek alapgondolata a kiválasztott 8 darab Munsell minta által az adott fényforrás alatt a CIE UCS egyenközű diagramjában kifeszített oktagonális terület nagyságának vizsgálata volt. Megállapította, hogy a kísérleti elrendezésében használt 300lx és 1000lx megvilágítási szinten a Farnsworth-Munsell 100Hue teszt 28 korongjainak sorba rendezésekor a kísérleti személyek annál kevesebb hibát követnek el, minél nagyobb a tesztminták által kifeszített terület. Később ugyan több szerző is megmutatta, hogy a CIE UCS diagramja sem egészében egyenközű, azonban azon a területen, ahova a gyakorlatban használt tesztfényforrások által megvilágított színminták (pl. Farnsworth-Munsell 100Hue teszt) színkoordinátái esnek, a színingertér anomáliái csak csekély mértékben mutathatók ki. Fényforrás színdiszkriminációs képességének számszerűsítésére Schanda és Czibula 29 8 darab elsődleges tesztminta, és azok mindegyike köré elhelyezett 8 darab másodlagos színminta megkülönböztethetőségét vizsgálta, és speciális színdiszkriminációs indexet alkotott a színinger különbségek és azok standard szórását (δ i ) számolva. scdi i = 8 ΔEik ( S) k = 1 ΔEik ( D65 8 ) aδ i (1) 21

22 ahol ΔE * ik (D65) és ΔE * ik (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 szomszédjait. Az a pedig egy paraméter, melyet úgy határoztak meg, hogy az scdi optimális egyezést mutasson Boyce és Simons vizuális kísérleteinek eredményeivel. A világító dióda alapú fényforrások színminőségét Vienot 30 és társai a színdiszkrimináció és színmegjelenés alapján vizsgálták. 32 színmintából álló, egyedileg készített gyűjtemény sorrendbe állítása volt a feladat, különböző tesztfényforrások alatt. A tesztminták L*=80 világosság és azonos króma mellett a színkör mentén helyezkedtek el, egymástól ΔE=3 CIELAB egység távolságra. A tesztfényforrások között szerepelt szűrőzött halogén izzólámpa, RGB világító dióda, RGB világító dióda borostyán színű LED kiegészítéssel, fényporos hideg fehér LED és vörös LED kombinációja, valamint egy összetett, RGB világító diódát, meleg- és hidegfehér fényporos LED-eket valamint vörös és borostyán színű LED-eket tartalmazó egyedileg készített tesztfényforrás is. A kísérleteket 40 megfigyelő végezte el. A kiértékelésnél azon megfigyelők számát határozták meg, akik a sorrendbe állításnál hibáztak. Tapasztalataik szerint az RGB világító diódák, valamint az RGB világító diódát és borostyán színű LED-et tartalmazó tesztfényforrás esetén kétszer annyi megfigyelő hibázott, mint a többi tesztfényforrás esetén A színpreferencia kérdése A színpreferencia megfogalmazása Judd 31 nevéhez fűződik, amely definíció hasonlít a színvisszaadáséhoz, azzal a különbséggel, hogy a színvisszaadásnál referenciaként használt színi megjelenést a színpreferencia esetén az adott színes felület preferált megjelenésével helyettesítjük. A fényforrások jellemzésére bevezetett flattery index azt mutatja, hogy az adott tesztfényforrás milyen mértékben képes a színes felületeket úgy megjeleníteni, ahogy azt az emberi megfigyelő látni szeretné. Ezt az értéket Sanders 32, Bartleson 33, valamint Buck 34 és 22

23 Clark 35 eredményeit felhasználva, valamint a CIE színvisszaadásra vonatkozó számítási képletét figyelembe véve a következő képlet alapján határozták meg: R f 100 0,839ΔE f, K = (2) Ahol Δ E f, K a preferált színek és a teszt fényforrás alatt megjelenő minták között számított színinger-különbségek számtani közepe. Jerome 36 olyan kísérleti elrendezést épített, amelynek segítségével a megfigyelő két különböző fényforrás spektrumát tudta keverni. Feladata a két tesztfényforrás olyan keverékének beállítása volt, amely esetén a CIE 13-as publikációban elfogadott 14 tesztminta egyenként a legkellemesebb vizuális hatást kelti. Eredményei azt mutatták, hogy egyes színminták (6. világoskék, 7. világos ibolya, 10. erős sárga, 12. erős kék) esetén a keverék aránya erősen befolyásolja azok megjelenését, míg mások (2. sötétszürkés sárga, 3. erős sárgászöld, 14. levélzöld) esetén a keverékarányok nincsenek jelentős hatással a színminták érzet szerinti megjelenésére. Általánosan kijelenthető, hogy az élénk, színesebb megjelenést a megfigyelők jobban preferálták. Az R a és R f értékek összehasonlításával belátható, hogy a két skála nem arányosan változik egymáshoz képest. Az R f index számítási képletében szereplő konstans megváltoztatásával a következő képlet segítségével számolt index azonos skálázású R a -val, így a két metrika könnyebben hasonlítható össze. R f 100 4,6ΔE f, K = (3) Ezzel a kísérlettel beigazolódott az a korábbi sejtés is, hogy egyetlen index nem feltétlenül szolgáltat elegendő információt a fényforrások minősítéséhez, ugyanis a kisebb R a értékkel rendelkező fényforrást gyakran nagyobb arányban használták a legkellemesebb megjelenés előállításához, mint a nagyobb R a értékkel rendelkező másik tesztfényforrást. Thornton 37 már az eddig említett három területen végzett vizuális kísérleteket, melyek segítségével 11 fényforrás színvisszaadási, színdiszkriminációs és színpreferencia szerinti jellemzőit vizsgálta. Kísérleteiből kiderült, hogy egyes tesztfényforrások a három különböző metrika egyike szerint kiemelkedőnek adódnak, addig egy másik metrika szerint ugyanarra a tesztfényforrásra kicsi index adódik. Megfigyelése szerint a jó szín- 23

24 megkülönböztetést biztosító fényforrások színvisszaadási képessége és különösen színpreferenciája rossznak adódik. Amely lámpák preferált megjelenést biztosítanak, azok egyszerre jó diszkriminációt és rossz színvisszaadási képességet produkálnak. A fenti ellentmondásos eredmények miatt javasolta a fényforrások alkalmazási területétől függően különböző indexek szerinti rangsorolását. Einhorn 38 számításai alapján több preferencia indexet határozott meg a CIE UCS diagramban az u koordináta eltolódásának alapján. A preferenciával kapcsolatos kísérletek mutattak rá igazán arra a tényre, hogy míg egyes fényforrások egyes színingerek esetén kedvező megjelenést nyújtanak, más színminták esetén ez nem feltétlenül teljesül, ezért ilyen tekintetben is fontos az átlagot adó általános index helyett a speciális indexek használata a fényforrás alkalmazási területét figyelembe véve Duál indexek Halstead és szerzőtársai 39 a CIE R a számítási elvét alapul véve általános R DLT és R INC duál indexet vezettek be. Az indexben található DLT rövidítés a természetes sugárzáseloszlás angol megfelelőjére utal, míg az INC az izzólámpa angol megfelelőjét jelenti. Ezek a duál indexek a CIE eljárásához hasonlóan speciális R DLT és R INC indexek átlagából számíthatók a 13-as publikációban meghatározott 8 tesztmintára, referenciaként az R DLT esetében 6504K korrelált színhőmérsékletű természetes sugárzáseloszlást, R INC esetében pedig izzólámpát használva. Az így származtatott indexek természetüknél fogva jól korreláltak az akkori munkákból származó eredményekkel, azonban a kétféle referencia esetére ugyanolyan algoritmus szerint számított duál index az elfogadott CIE színvisszaadási index problémáit nem orvosolta Vizuális tisztaság Aston és Bellchambers 40, valamint Bellchambers és Godby 41 kísérleteinél megfigyelte, hogy egy jó színvisszaadással rendelkező lámpa a vizuális észlelet szerint a színes felületek élénkebb, fényesebb megjelenését idézi elő, mint ami a mérési eredményekből következik. A kísérlet során két középszürkére mázolt 24

25 megfigyelődobozban berendezett, színes vázát, művirágot, könyveket valamint drapériát tartalmazó összeállítást világítottak meg. Egyik dobozban nagy fényhasznosítású, közepes színvisszaadási index-szel rendelkező referencia fényforrás, a másik dobozban egy nagy színvisszaadási index-szel rendelkező de luxe fénycső működött. A megvilágítási szintet úgy kellett beállítani, hogy az itt található összeállítás megjelenése a referencia megvilágítóval azonos legyen. Megállapítható, hogy a megfigyelők a jó színvisszaadással rendelkező de luxe fénycső megvilágítási szintjét átlagosan 20 százalékkal kisebbre állították a referencia oldal megvilágítási szintjéhez képest ben a kísérletet két azonosan berendezett szoba segítségével ismételték meg, és előző kísérleti eredményeikkel megegyező eredményre jutottak, vagyis azonos megvilágítási szint mellett a nagyobb színvisszaadással rendelkező lámpák nagyobb fokú vizuális tisztaságot nyújtottak, mint a nagy fényhasznosítású, kisebb színvisszaadási index-szel rendelkező fényforrások. A fényforrás színminőségének megítélésekor a vizuális tisztaság ugyan megfontolásra alkalmas tényező, viszont szubjektív pszicho-fizikai mennyiségként önállóan nem alkalmas a színminőség leírására Colour Quality Scale Néhány fényforrás, amely kitűnő színvisszaadással rendelkezik kevésbé telített tesztminták esetén, nagyon rossz eredményeket ad telítettebb minták esetében (különösen igaz ez a keskenysávú, csúcsokkal rendelkező világító dióda alapú fényforrások esetén). A CIE CRI módszer tesztmintái inkább kis-közepes telítettségű színmintákat tartalmaznak, továbbá a metrika bünteti azokat a fényforrásokat, amelyek a tesztmintáknak a referenciához képest telítettebb megjelenését eredményezik, holott ez több alkalmazás esetén is kedvező hatású. Davis és Ohno 42 ezért a színminőségi skála (Color Quality Scale-CQS) felállításánál 15 Munsell mintát választott ki. A preferencia figyelembe vétele érdekében a CQS különbséget tesz színezetbeli és telítettségbeli eltolódások között és figyelembe veszi a telítettségbeli eltolódások irányát is. Az R a érték meghatározásánál alkalmazott átlagszámítás elfedi az egyes tesztminták esetében okozott nagymértékű színkülönbségeket, ezt a CQS a színkülönbségek szórásának 25

26 beépítésével megmutatja. A CIE jelenleg elfogadott színvisszaadási módszere csak színhűséget határoz meg, vagyis egy referencia megvilágító alatti ideálisnak tekintett megjelenéshez képesti különbségek alapján értékeli a tesztfényforrást. A CQS meghatározásához 15 darab olyan színmintát választottak, amelyek az adott színezetet tekintve igen nagy krómával rendelkeznek, megközelítőleg egyenletesen helyezkednek el a CIELAB színkör mentén. 3. Táblázat: a CQS számításához használt színminták Munsell jelölései 7.5P 4/10 10PB 4/10 5PB 4/12 7.5B 5/10 10BG 6/8 2.5BG 6/10 2.5G 6/12 7.5GY 7/10 2.5GY 8/10 5Y 8.5/12 10YR 7/12 5YR 7/12 10R 6/12 5R 4/14 7.5RP 4/12 A CQS a vizuális tapasztalatoknak megfelelően a fényforrást nem bünteti abban az esetben, ha a tesztminták krómája növekszik. Bünteti viszont a referenciához képesti színezetbeli vagy világosságbeli bármely irányú eltolódást, valamint króma csökkenést. Ilyen módon a színpreferencia hatását is, és a gamut méretének változásával a színdiszkrimináció hatását is figyelembe veszi. A referencia megválasztásának kérdése egy újabb bonyolult témaköre a színvisszaadás problémájának. A CRI módszer a tesztfényforrással azonos korrelált színhőmérsékletű referencia fényforráshoz képesti színinger-különbségekkel számol, holott extrém korrelált színhőmérsékletek (kékes vagy vöröses fény) esetén a fényforrás színkészlete (gamut) csökken, így az általa biztosított színmegkülönböztetési képesség is romlik. A CQS-ben a referencia fényforrás megválasztásakor alkalmazzuk a CRI módszer során is használt eljárást, azzal a különbséggel, hogy nem törekszünk a tesztfényforrással azonos színhőmérsékletű referencia fényforrás kiválasztására, miután egy ily módon kiválasztott referencia fényforrás CQS indexe 100 lenne, még az extrém korrelált színhőmérsékleteken tapasztalt nagyon kedvezőtlen vizuális tapasztalatok ellenére is. Emiatt a CQS-ben először a tesztfényforrással azonos korrelált színhőmérsékletűnek választjuk a referencia megvilágítót, majd egy szorzótényezővel módosítjuk a véglegesként választott referencia megvilágító korrelált színhőmérsékletét. Ennek a szorzótényezőnek a meghatározása feltételezi, hogy a 15 tesztminta által a CIELAB színingertérben meghatározott színkészlet (a 15 tesztminta színkoordinátáinak összekötéséből előállt tetrahedron területe) csökkenése rosszabb színvisszaadáshoz 26

27 és kedvezőtlenebb színdiszkriminációhoz vezet. A szorzótényezők meghatározásánál a 6500 K korrelált színhőmérséklet esetén kifeszített színkészlet tekintendő viszonyítási alapnak. Megfigyelhető, hogy ez a színkészlet a 4000 K és 5000 K korrelált színhőmérsékletű referencia fényforrások esetén nagyobb, mint a viszonyításnak tekintett 6500 K esetén, azonban a szorzótényezőt ezekben az esetekben is 1,00-ben határozták meg. A szorzótényező bevezetésének hatására a tesztfényforráshoz rendelt referencia fényforrás korrelált színhőmérsékletét a 3500K 6500K korrelált színhőmérséklet tartományban nem módosítjuk, így a vizuálisan kedvező tesztfényforrások CQS indexe közelítőleg 100-nak is adódhat, míg az ezen a tartományon kívüli, vizuálisan egyébként kedvezőtlen hatást nyújtó lámpáké a szorzótényező büntetése miatt csökken. 4. Táblázat: A 15 tesztminta által a CIELAB színinger térben meghatározott színkészlet a CQS számításánál használt különböző korrelált színhőmérsékletű referencia fényforrások esetén CCT [K] színkészlet nagysága 5 szorzótényező , , , , , , , , , , , , , , , , ,91 5 A színkészlet nagysága a CQS meghatározásakor használt 15 tesztminta színkoordinátáinak összekötésével nyert sokszög területe, a CQS metrikában a Qg metrika értéke. 27