【摘 要】 介紹顯色指數(shù)（CRI）、色質(zhì)指數(shù)（CQS）和電視光源一致性指數(shù)（TLCI）等光源顯色性評(píng)價(jià)方法，分析高清 演播室中，上述標(biāo)準(zhǔn)與電視畫(huà)質(zhì)的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】 顯色性；高清演播室；顯色指數(shù)；色質(zhì)指數(shù)；電視光源一致性指數(shù)

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.05.009

【Abstract】The method of measuring the color including the color rendering index （CRI）， color quality index （CQS） and TV light consistency index （TLCI） were introduced in this paper， and the relationship between the standard and the quality of the television in HD studio was analyzed.

【Key Words】color rendering property； HD studio； color rendering index； color quality scale； television lighting consistency index

引言

近年來(lái)，隨著電視技術(shù)的進(jìn)步，電視分辨率從標(biāo)清、高清發(fā)展到超高清（4K、8K），電視畫(huà)面發(fā)生了質(zhì)的變化；同時(shí)，電視節(jié)目，尤其是高清節(jié)目，對(duì)照明光源品質(zhì)的要求也在不斷提高。

電視燈光是一種藝術(shù)語(yǔ)言。演播室燈光對(duì)于塑造人物形象、清晰的畫(huà)面錄制和滿足節(jié)目制作要求起著至關(guān)重要的作用。照明光源顯現(xiàn)被照明物體顏色的性能稱(chēng)為顯色性。熟悉掌握光源顯色性的評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，已成為電視燈光師和導(dǎo)演做好電視節(jié)目錄制的基本功之一。

1 電視演播室光源概述

1.1 鹵鎢燈

多年來(lái)，鹵鎢燈是演播室制作的常用光源。其優(yōu)點(diǎn)是可以平滑調(diào)光，顯色指數(shù)接近日光。缺點(diǎn)是發(fā)光效率低、熱耗大、使用壽命短。

1.2 熒光燈

熒光燈被證明比鹵鎢燈的效率要高出四、五倍，有較長(zhǎng)的使用壽命，顯色指數(shù)高。

1.3 高強(qiáng)度氣體放電光源

高強(qiáng)度氣體放電光源是新一代高品質(zhì)光源。其中，金屬鹵化物燈顯色指數(shù)高，光效高，壽命較長(zhǎng)，廣泛用于電腦燈及室外照明燈具。

1.4 LED光源

LED光源呈現(xiàn)出更加燦爛的視覺(jué)效果，且節(jié)能環(huán)保，使用壽命長(zhǎng)，正逐漸成為演播室的主要光源。LED燈的發(fā)光效率可達(dá)鎢燈的10倍以上，一定的LED燈組合可以組創(chuàng)連續(xù)光譜，提供亮麗的色彩還原，功耗低，光效高，調(diào)光迅速，不產(chǎn)生紫外光和IR輻射[1]。目前，國(guó)產(chǎn)LED舞臺(tái)燈具，色彩和飽和度可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，利用多種顏色混合產(chǎn)生的白光可以實(shí)現(xiàn)理想的照明效果。

2 光源顯色性的評(píng)價(jià)

顯色性是評(píng)價(jià)光源的關(guān)鍵參數(shù)之一。

2.1 光源的顏色特性

顏色來(lái)源于光，不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光輻射的能量不同，在人眼的視覺(jué)上反映出的顏色也各不相同?？梢?jiàn)光譜的波長(zhǎng)在380 mm～ 780 mm之間。

對(duì)于一個(gè)固定顏色光源發(fā)出的光線，常用兩個(gè)不同的術(shù)語(yǔ)表征顏色特性[2]：

（1）光源的色表，即人眼直接觀察光源時(shí)所看到的顏色。

（2）光源的顯色性，即光源發(fā)出的光照射物體后，物體顏色呈現(xiàn)效果的特性。

2.2 光源的色表

在照明應(yīng)用領(lǐng)域，常用色溫定量描述光源的色表。當(dāng)一個(gè)光源發(fā)射出的光的顏色與黑體（完全輻射體）在某一溫度下所輻射出的光的顏色相同，黑體的溫度就稱(chēng)為該光源的顏色溫度，簡(jiǎn)稱(chēng)為“色溫”。色溫用絕對(duì)溫標(biāo)（K）表示。

2.3 光源的顯色性及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）用“顯色指數(shù)”（Color Rendering Index，簡(jiǎn)稱(chēng)CRI）來(lái)表示光源的顯色性[3]。

顯色指數(shù)包括一般顯色指數(shù)（Ra）與特殊顯色指數(shù)（Ri）兩種。Ra的確定方法，是以選定的一套共8個(gè)有代表性的色樣，在待測(cè)光源與參照光源下逐一進(jìn)行比較，以確定每種色樣在兩種光源下的色差Ei 。按照約定的定量尺度計(jì)算出光源對(duì)每一種色樣的顯色指數(shù)Ri，即特殊顯色指數(shù)。公式如下：

一般顯色指數(shù)Ra則是8個(gè)色樣顯色指數(shù)算術(shù)平均值：

一般的人工照明光源，用Ra評(píng)價(jià)顯色性指標(biāo)就夠了。需要考察光源對(duì)特定顏色的顯色性時(shí)，需引用另外規(guī)定的檢驗(yàn)色樣，分別是深紅、深黃、深綠、深藍(lán)、白種人膚色、葉綠色、中國(guó)女性膚色（僅在中國(guó)），如圖1所示。光源的顯色指數(shù)越高，其顯色性越好。與參照光源完全相同的顯色性，其顯色指數(shù)為100。一般認(rèn)為Ra=80～100，顯色性優(yōu)良；Ra=50～79，顯色性一般；Ra<50，顯色性較差。圖1中1#?8#為非飽和色塊，9#?14#為飽和色塊。

3 LED光源的顯色性及評(píng)價(jià)方法

3.1 顯色指數(shù)CRI

若把CRI應(yīng)用于RGB組合型LED，可能引起誤導(dǎo)，因RGB組合型LED缺少大量黃色光譜，它對(duì)黃色的顯色性很差。RGB組合型光譜的波峰狹窄且波峰之間的間隔較大，光譜分布對(duì)波峰外飽和色的顯色性很差。

CRI計(jì)算采用的標(biāo)準(zhǔn)色樣板為非飽和色，對(duì)于衡量連續(xù)且頻帶較寬的光源的顯色性比較好；對(duì)于LED 等飽和色光源，顯色性評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性會(huì)有一定的誤差。

如圖2，選取12塊標(biāo)準(zhǔn)色卡與標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)比，受試LED光源A（Ra =80）對(duì)右邊四塊飽和色的表現(xiàn)不如受試LED光源B（Ra =67）。

3.2 色質(zhì)指數(shù)CQS

基于 CRI 在評(píng)估 LED 光源時(shí)，存在色空間不均勻、標(biāo)準(zhǔn)色樣少、飽和度過(guò)低等問(wèn)題。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所給出一種新方法——色質(zhì)指數(shù)（Color Quality Scale ，簡(jiǎn)稱(chēng)CQS），來(lái)評(píng)價(jià) LED 等新型白光光源的顏色品質(zhì)。

與CRI類(lèi)似，CQS也采用驗(yàn)色法。通過(guò)被測(cè)光源與參考光源，照射同標(biāo)準(zhǔn)色樣，計(jì)算出它們之間的色差。區(qū)別于CRI的非飽和色，CQS選取15種飽和色，它們平均分布于整個(gè)可見(jiàn)光譜中[4]。

如圖3，色質(zhì)指數(shù)CQS測(cè)試色板的顏色由紅到紫構(gòu)成近乎連續(xù)變化的偏飽和顏色。

計(jì)算CQS值所需的數(shù)據(jù)都可以從光源的光譜和色樣的顏色屬性中推導(dǎo)出來(lái)，對(duì)15塊色樣的顏色位移量的初始計(jì)算與對(duì)CRI色樣的計(jì)算相似，但是CQS值是取15個(gè)數(shù)據(jù)的均方根值，即：

式中：Qa——Qi的15個(gè)數(shù)據(jù)的均方根值；

Qi ——被測(cè)光源與參考光源照射同一套標(biāo)準(zhǔn)色樣的色差，i取1～15。

相比于CRI（Ra）的計(jì)算，CQS（Qa）的計(jì)算方法在色差的權(quán)重上得到了增強(qiáng)，這樣即使在色樣間有一些色差，也不會(huì)對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生重大影響。

CQS 兼顧了LED白光等飽和色和樣板色的完整性，但在準(zhǔn)確評(píng)價(jià)顏色的保真度、偏好度不同種族人群方面，需要進(jìn)一步進(jìn)行視覺(jué)實(shí)驗(yàn)和完善。

3.3 電視光源一致性指數(shù)TLCI

歐洲廣播聯(lián)盟（European Broadcasting Union，簡(jiǎn)稱(chēng) EBU）在2011年11月發(fā)布了另外一種針對(duì)演播室燈光的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)——電視光源一致性指數(shù)（Television Lighting Consistency Index，縮寫(xiě)為T(mén)LCI），它充分考慮了電視攝像機(jī)對(duì)照明環(huán)境的要求。

TLCI是用光譜輻射計(jì)對(duì)一個(gè)光源發(fā)出的光譜能量分布進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算的。TLCI標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試與CRI有些類(lèi)似，是由一張色彩對(duì)比圖標(biāo)顯示比對(duì)結(jié)果確定的。其測(cè)試色塊有24塊，如圖5，左側(cè)測(cè)試色塊顯示了由標(biāo)準(zhǔn)攝影機(jī)所還原并在標(biāo)準(zhǔn)顯示屏上顯示的參考光源和被測(cè)光源，右邊的表格提供了12個(gè)色彩區(qū)塊調(diào)整亮度、色度和色調(diào)所需的指示。右下的圖示則畫(huà)出了被測(cè)光源（深黑色曲線）和參考光源（淺色曲線）的光譜強(qiáng)度分布對(duì)比圖[5]。

4 高清演播室中光源顯色性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用

結(jié)合燈光顯色性標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，在高清演播室燈光升級(jí)改造及節(jié)目錄制中，可運(yùn)用CIR和TLCI顏色標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)燈光系統(tǒng)和節(jié)目場(chǎng)景進(jìn)行新的設(shè)計(jì)調(diào)整。高清電視清晰度高，取景范圍寬，寬高比由4：3提高至16：9，色域表達(dá)更加豐富。畫(huà)面細(xì)節(jié)和顏色呈現(xiàn)得更加清晰絢麗。因此，對(duì)光源顯色性、燈具的選擇都有明顯的提高。以兩種類(lèi)型演播室為例：

4.1 中小型高清演播室

中小型高清演播室，一般可分為訪談、新聞、虛擬、多功能等幾種類(lèi)型。它的特點(diǎn)是以人物為主，燈光效果相對(duì)固定，變化較小。目前，在演播室主要采用LED燈具作光源。我們知道一般LED光源有缺陷，這種RGB的白光光譜與傳統(tǒng)鎢絲燈的白光光譜比較差別很大，如圖6、圖7所示。它是一個(gè)連續(xù)性很差的光譜，它的TLCI值只有20，CRI值是75。為解決這一問(wèn)題，在高清演播室，采用高品質(zhì)LED燈具做基礎(chǔ)光源，色溫由3 200 K變?yōu)? 000 K，克服了光譜連續(xù)性差的缺點(diǎn)。如圖8和圖9為視頻效果圖，其中每個(gè)燈光場(chǎng)景CRI值與TLCI值相近，滿足電視燈光顏色一致性指標(biāo)。

4.2 大型綜藝高清演播室

首先，要對(duì)大型綜藝高清演播室的燈具進(jìn)行選擇和優(yōu)化；同時(shí)參照顏色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和色卡測(cè)試法，用標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)還原的光源色彩區(qū)塊，光源光譜強(qiáng)度分布對(duì)比圖，調(diào)整亮度、色度和色調(diào)等指標(biāo)，以得到較好的燈光、視頻色彩。高清綜藝演播室主光、副光、逆光基本光線的光位處理方法是靈活多變的，所產(chǎn)生的效果也是相互制約的。不同場(chǎng)景燈具的選擇要注意色溫、照度、光比、顯色性等參數(shù)，以保持色彩還原一致性。

在燈光設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先選擇高品質(zhì)燈具做基礎(chǔ)光源。LED舞臺(tái)燈具色彩和飽和度可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，利用多種顏色混合技術(shù)產(chǎn)生的白光，可以實(shí)現(xiàn)理想的照明效果。所以，燈具的優(yōu)化選擇，是保證高清演播室光源品質(zhì)的重要的基礎(chǔ)工作。

當(dāng)燈光師在演播室中，為實(shí)現(xiàn)最佳燈光效果，對(duì)被攝對(duì)象進(jìn)行布光照明、確定光位、測(cè)光強(qiáng)度、調(diào)整光比、排除干擾的時(shí)候，更應(yīng)重視色彩還原問(wèn)題。

不難看出，TLCI 與 CRI 的測(cè)試目的和方法有所不同，TLCI 針對(duì)的是攝像機(jī)而CRI 針對(duì)的是人眼的觀測(cè)。色彩表現(xiàn)力都用數(shù)字 0～100的數(shù)值；但兩者并不呈線性關(guān)系。CRI 值高的光源，TLCI 值不一定高。CRI的測(cè)試和計(jì)算是基于人眼對(duì)顏色的分辨能力；而TLCI 的計(jì)算也參考了攝像機(jī)對(duì)顏色的分辨能力。因此，要很好地理解運(yùn)用燈光顏色標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)燈光場(chǎng)景。特別是在大型綜藝演播室中，要得到很好的色彩效果，不僅在視覺(jué)上，而且在視頻錄制中要保持畫(huà)質(zhì)色彩的相對(duì)一致性。圖10和圖11是在2 800 m2演播室錄制的視頻效果截圖，前者僅采用CRI一種標(biāo)準(zhǔn)錄制，現(xiàn)場(chǎng)燈光色彩感較好但電視攝像機(jī)色彩還原一致性差；后者參照CRI和TLCI兩種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的燈光場(chǎng)景視頻截圖，現(xiàn)場(chǎng)與錄制的顏色效果一致性較好。CRI和TLCI數(shù)值是用UPRtek MK350光譜儀測(cè)得的相對(duì)參考值。

5 結(jié)束語(yǔ)

沿用40多年的CRI，并非專(zhuān)用于電視演播室的燈光標(biāo)準(zhǔn)，但仍是普遍認(rèn)可的度量標(biāo)準(zhǔn)；CQS是在CRI基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)方法，兩者都不是針對(duì)電影和電視攝像機(jī)的特性制定的。TLCI方法是在考慮攝像機(jī)、顯示器特性的基礎(chǔ)上建立的評(píng)價(jià)方法。

隨著燈光師、導(dǎo)演對(duì)視覺(jué)效果要求的逐步提高，需能夠適用于人眼也適用于電視或電影攝像機(jī)，真實(shí)反映各種光源的顯色性。如何選擇高質(zhì)量的光源，特別是演播室燈光行業(yè)，需要一個(gè)有效且宜用的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

王立，黑龍江廣播電視臺(tái)技術(shù)委員會(huì)技術(shù)監(jiān)審，高級(jí)工程師，原電視臺(tái)制作部副主任，長(zhǎng)期從事電視節(jié)目編輯、制作、播出系統(tǒng)的維護(hù)運(yùn)行和管理工作，獲東北地區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國(guó)家廣電總局技術(shù)質(zhì)量獎(jiǎng)二、三等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。