Többszempontú színpreferencia vizsgálat a fényforrás színességi koordinátájának elhelyezkedése alapján Szabó Ferenc, Csuti Péter, Schanda János Pannon Egyetem, Veszprém Lux et Color Vesprimiensis, 211.11.29, 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 4.1 Task 4.2/ 4.3 Small scale experiments Full scale experiments & evaluation Develop Questionnaires Calibrate photometric & colorimetric instruments Build double/triple lighting booths with controllable light intensity, SPD (7), CCT (3) Conduct experiments with 18 observers Set up data-base, select and narrow down parameters for full scale experiments Develop Questionnaires: home/office/shop activities Build one-to-one rooms (2 home, 2 office) with fully controllable lighting (intensity, CCT, SPD), Identify 2 suitable retail stores Conduct observer (4-6 in each country) evaluations in fullscale rooms (home/office/shopping activities) Identify optimum light quality and SPD for different environments, give recommendations for luminaire design 18 observers evaluate each situation, 12 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 < 5K --> azonos színhőmérsékletű feketetest (Planck) sugárzó teszt ff. CCT > 5K --> 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 (R i ): R a általános színvisszaadási index: Commission Internationale de l Eclairage: Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources. Publication CIE 13.3-1995 (a verbatim re-publication of the 1974 2nd edition). R R 1 4.6 i E i 1 8 a R i 8 i 1
4 3 2 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -2-3 Reference -4 Ra max
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 Q a értékek elkerülése utólagos nemlineáris transzformációval: Von Kries --> CAT2 adaptációs transzformáció Különbség a színezet és króma menti eltolódások között, valamint a króma menti eltolódás irányának figyelembe vétele R out 1 ln exp( R /1) 1 in Qa: általános színminőségi index + kiegészítő metrikák: Q f : színhűség (fidelity) index Q p : színpreferencia index Q g : 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, 25.
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 19-1994) használata a tri-stimulusos értékek referencia fényforráshoz transzformálásához. R (5R4/12) G (5.5G5/8) L* B (4.5PB3.2/6) Y (5Y8.2/1) Y A színkészlet nagyságának számítása a CIELAB színingertérben (vagy a CIECAM2 színmegjelenési modellben) ábrázolt elhelyezkedés alapján. G R FCI G(T) G(D65) 1,5 1 B a* Hashimoto K et al. New Method for Specifying Color-Rendering Properties of Light Sources Based on Feeling of Contrast Color Research and Application 27; 32: 361-371 b*
Kísérleti elrendezés Referencia LED Megfigyelési távolság: 55-6 cm Átlagos fénysűrűség: 17 cd/m 2
absolute SPD LED színképi teljesítmények,2,18,16,14,12,1,8,6,4,2 38 43 48 53 58 63 68 73 78 wavelength [nm]
y y y Színességi koordináták elhelyezkedése CIE x-y FCI max, duv> - Meas Superbalox 4x6W FCI max, duv> - Meas,4 CIE x-y FCI max, duv< - Meas D65 FCI max, duv> - Meas,48 Qg max, duv< - Meas Qg max, duv> - Meas iprgc max - Meas S(l) max - Meas Planckian radiators max Ra Enhanced chroma - 1 Enhanced chroma - 2,38 Planckian radiators Qg max, duv> - Meas Qg max, duv< - Meas Max Ra - Meas 5K,43 duv > 28K 372K,36 duv >,38 26K,45 CIE x-y FCI-max, duv< - Meas Solux 41K,34 FCI max, duv> - Meas 6K duv < iprgc max - Meas Planckian radiators S(l) max - Meas Qg max, duv> -,32 Meas Qg max, duv< - Meas Max Ra - Meas duv <,33,33,38 x,43,48 duv >,3,25,27,29 x,31,33,35,4 27K 4K 3K 65K duv <,35,35,37,39 x,41,43,45
absolute SPD absolute SPD absolute SPD absolute SPD Teszt fényforrások 27K,14,14,12,12,1,8 Qg max, duv< - Meas Qg max, duv> - Meas,1,8 FCI max, duv> - Meas FCI-max, duv< - Meas,6,6,4,4,2,2 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,2 wavelength [nm] 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,2 wavelength [nm],1,8,14,12 Mimic of gamut increasing lamp - 2 Mimic of gamut increasing lamp - 1,1,6 Max Ra - Meas,8,4,6,2,4 38 43 48 53 58 63 68 73 78,2 -,2 wavelength [nm] 38 43 48 53 58 63 68 73 78 wavelength [nm]
Reference incandescent lamp FCI-max, duv< FCI max, duv> Qg max, duv< Qg max, duv> Max Ra Mimic of gamut increasing lamp - 1 Mimic of gamut increasing lamp - 2 2692 CCT [K]: 2697 2715 2713 2722 2616 2715 274,2 Duv: -,4,5 -,3,6,2 -,1,6 98,74 CIE 13.3 Ra: 8,46 8,52 79,82 79,98 94,21 78,43 83,56 97,4 R(9-12): 59,35 61,94 62,8 61,67 89,8 64,1 86,48 96,7 R9: 9,12 1,25 14,98 18,56 94,5 49,97 93,35 15,37 LER: 237,79 246,8 242,27 25,2 268,41 258,84 34,9 76,33 LPW: 76,33 76,33 76,33 76,33 76,33 76,33 76,33 98,31 CQS Qa: 87, 83,91 82,47 82,32 94,48 76,58 83,75 98,35 Qf: 82,1 81,58 77,35 79,91 94,47 75,52 82,9 98,36 Qf2: 82,3 81,6 77,54 8,39 94,36 74,18 83,21 98,11 Qp: 98,1 9,4 94,14 88,88 94,7 79,77 86,58 1,91 Qg: 114,88 16,86 116,2 18,67 11,93 14,2 12,28 122,39 FCI: 157,98 151,27 152, 146,4 127,36 115,83 137,15 98,25 CIECAM2-UCS: 84,17 84,27 75,53 82,23 94,46 71,13 84,2,551 G-V(λ),5186,5161,5151,5165,5119,5148,599,749 G-S(λ),951,617,995,665,664,945,6,1632 G-ipRGC(λ),189,1446,1663,1366,1398,1489,1442,15 CL:,15,13,14,12,13,12,14 873,83 CLA: 93,12 777,67 797,45 77,27 729,51 693,2 789,55,58 CS:,58,56,57,55,56,55,57,2665 G-V (λ),2885,2756,2612,2579,2459,2295,274 1,37 S/P ratio: 1,44 1,38 1,32 1,29 1,25 1,16 1,38,22 η:,35,36,35,37,39,38,5
absolute SPD absolute SPD absolute SPD absolute SPD Teszt fényforrások 372K,9,16,8,14 FCI-max, duv< - Meas,7 Qg max, duv> - Meas,12 FCI max, duv> - Meas,6 Qg max, duv< - Meas,1,5,8,4,3,2,1,6,4,2 38 43 48 53 58 63 68 73 78 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,1 wavelength [nm] -,2 wavelength [nm],9,14,8,12,7,1 iprgc max - Meas,6 Max Ra - Meas,8 S(l) max - Meas,5,4,6,3,4,2,2,1 38 43 48 53 58 63 68 73 78 wavelength [nm] 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,2 wavelength [nm]
absolute SPD absolute SPD absolute SPD absolute SPD Teszt fényforrások 65K,12,12,1,1 Qg max, duv< - Meas FCI max, duv< - Meas Qg max, duv> - Meas FCI max, duv> - Meas,8,8,6,6,4,4,2,2 38 43 48 53 58 63 68 73 78 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,2 wavelength [nm] -,2 wavelength [nm],7,9,6,8,7 iprgc max - Meas S(l) max - Meas,5,4 Max Ra - Meas,6,5,3,4,2,3,2,1,1 38 43 48 53 58 63 68 73 78 wavelength [nm] 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,1 wavelength [nm]
27K 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-4 -3-2 -1 1 2 3 4-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -1-1 -2-2 -2-3 -3-3 'Reference -4 CQS Qg-max,duv< Reference -4 Mimic of gamut increasing lamp-1 Reference -4 D65 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -4-3 -2-1 1 2 3 4-1 -4-3 -2-1 1 2 3 4-1 -2-2 -2-3 -3-3 Reference -4 CQS Qg max,duv> -4 Reference Mimic of gamut increasing lamp -2 Reference -4 Ra max
37K 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -2-2 -2-3 -3-3 Reference -4 S(l) max 'Reference -4 FCI max, duv> Reference -4 CQS Qg-max, duv< 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -4-3 -2-1 1 2 3 4-1 -4-3 -2-1 1 2 3 4-1 -2-2 -2-3 -3-3 'Reference -4 'iprgc-max FCI-max,duv< -4 Reference Reference -4 CQS Qg-max, duv>
65K 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-4 -3-2 -1 1 2 3 4-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -1-1 -2-2 -2-3 -3-3 Reference -4 CQS Qg-max, duv> 'Reference -4 FCI max, duv> Reference -4 S(l) max 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -4-3 -2-1 1 2 3 4-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -1-2 -2-2 -3-3 -3 Reference -4 CQS Qg-max, duv< FCI-max,duv< -4 Reference 'Reference -4 'iprgc-max
Tesztminták
Kérdőív Színi megjelenés értékelése 1 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 (2 35 év között): 2 férfi, 2 nő Idősek (65 év felett): 1 férfi, 1 nő Összesen 6 megfigyelő Kettesy látásélesség teszt Farnsworth Munsell 1 Hue színlátás teszt
Kísérleti eredmények 372K Idős megfigyelők Sárga teszt minta (5Y 8.2/1) 135 144 153 162 126 117 18 99 1 8 6 4 2 9 81 72 63 54 45 36 27 18 1-T 2-T 3-T Teszt fényforrások: #1 max FCI, duv< #2 max FCI, duv> #3 max iprgc gerjesztés #4 max S csap gerjesztés #5 max Qg, duv< #6 max Qg, duv> #7 max Ra 171-2 9 4-T 18-4 189 351 5-T 198 342 27 333 6-T 216 324 225 315 7-T 234 36 243 252 261 27 279 288 297 R-mean
Színezet eltolódás - magyarázat 1 bc Teszt fényforrások: #1 max FCI, duv< #2 max FCI, duv> #3 max iprgc gerjesztés #4 max S csap gerjesztés #5 max Qg, duv< #6 max Qg, duv> #7 max Ra 8 6 4 2 4 3 2-1 -8-6 -4-2 2 4 6 8 1-2 ac 1-4 -3-2 -1 1 2 3 4-1 -2-3 -4-6 -8-1 SPD 1 SPD 2 SPD 3 SPD 4 SPD 5 SPD 6 SPD 7 'Reference -4 'iprgc-max 3. Solux 41K
Kérdőív Észlelt világosság értékelése összehasonlítással A szakaszt a megjelenésnek megfelelően kell elmetszeni.
light sources Észlelt világosság, 27K Fiatalok Teszt fényforrások: #1 max FCI, duv< #2 max FCI, duv> #3 max Qg, duv< #4 max Qg, duv> #5 max Ra #6 Mimic of gamut increasing lamp #1 #7 Mimic of gamut increasing lamp #2 7 6 5 4 White paper without optical brightener 3 White paper with optical brightener 2 1-15 -1-5 5 1 15 perceived brightness compared to reference (mean values of 2 observer's 2 observations)
light sources 7 Kísérleti eredmények 65K Idős megfigyelők Észlelt világosság White paper without optical brightener Teszt fényforrások: #1 max FCI, duv< #2 max FCI, duv> #3 max excitation of iprgc #4 max excitation of S cones #5 max Qg, duv< #6 max Qg, duv> #7 max Ra 6 White paper with optical brightener 5 4 3 2 1-2 -15-1 -5 5 1 15 perceived brightness compared to reference (mean values of 2 observer's 2 observations)
absolute SPD light sources,9 Észlelt világosság - magyarázat 6 7 White paper without optical brightener White paper with optical brightener,8,7 iprgc max - Meas S(l) max - Meas 5 4,6 3,5,4,3 2 1,2,1-2 -15-1 -5 5 1 15 perceived brightness compared to reference (mean values of 2 observer's 2 observations) 1,2 38 43 48 53 58 63 68 73 78 -,1 wavelength [nm] 1,8,6,4,2 D65 D65-SIM 38 43 48 53 58 63 68 73 78
light sources Eredmények színdússág 65K fiatalok Teszt fényforrások: #1 max FCI, duv< #2 max FCI, duv> #3 max iprgc gerjesztés #4 maxs csap gerjesztés #5 max Qg, duv< #6 max Qg, duv> #7 max Ra 7 6 5 4 Yellow 3 Red 2 1 Green Blue Own hand -4-3 -2-1 1 2 3 4 colourfulness compared to reference [%] (mean value of 1 observer's 2 observations)
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 számárímű, 25755 szerződésszámú EU FP7-ICT-29-5 projekt keretében valósult meg. This research was supported by EU FP7-ICT-29-5 project (grant number: 25755) entitled Solid State Lighting for Europe (SSL4EU). @: szabo.ferenc@virt.uni-pannon.hu