표준 광원

표준 광원은 프로파일이 있는 가시광선의 이론적 원천이다(그 스펙트럼 전력 분포). 표준 광원은 다른 조명 하에서 기록된 영상이나 색상을 비교할 수 있는 근거를 제공한다.

CIE 광원

국제조명위원회(International Committee on Ilight, 프랑스 이름을 CIE로 약칭)는 잘 알려진 모든 표준조명제를 발행할 책임이 있는 기관이다. 이들 각각은 문자 또는 문자 번호 조합으로 알려져 있다.

광원 A, B, C는 각각 평균 백열등, 직사광선, 평균 일광을 나타낼 목적으로 1931년에 도입되었다. 광원 D는 일광의 단계를 나타내고, 광원 E는 동일한 에너지 광원이며, 광원 F는 다양한 구성의 형광등을 나타낸다.

오래된 광원에 해당하는 광원("표준원")을 실험적으로 생산하는 방법에 대한 지침이 있다. 상대적으로 새로운 것(예: 시리즈 D)의 경우, 실험자는 선원의 프로파일에 대해 측정하고 발표된 스펙트럼과 비교해야 한다.^[1]

현재 CIE 표준 광원 D65 또는 다른 CCT의 다른 광원 D를 실현하기 위한 인공 선원은 권장되지 않는다. 광원과 필터의 새로운 개발은 결국 CIE 권고사항에 대한 충분한 근거를 제공할 것으로 기대된다.

— CIE, Technical Report (2004) Colorimetry, 3rd ed., Publication 15:2004, CIE Central Bureau, Vienna

그럼에도 불구하고, 그들은 일광 시뮬레이터의 품질을 평가하기 위해 메타머리즘 지수라고 불리는 측정치를 제공한다.^[2][3] 메타메트릭 지수는 시험 및 기준 광원 하에서 5 세트의 메타미 샘플이 얼마나 잘 일치하는지 시험한다. 색상 렌더링 지수와 유사한 방법으로, 변성기 사이의 평균 차이를 계산한다.^[4]

일루미넌트 A

CIE는 다음과 같은 용어로 광원 A를 정의한다.

CIE 표준 광원 A는 대표적인 가정용 텅스텐 채광 조명을 나타내기 위한 것이다. 그것의 상대 스펙트럼 전력 분포는 약 2856 K의 온도에서 Plankian 라디에이터의 것이다. CIE 표준 광원 A는 다른 광원을 사용하는 특별한 이유가 없는 한 백열 조명 사용을 포함하는 색도 측정의 모든 적용에 사용되어야 한다.

— CIE, CIE Standard Illuminants for Colorimetry

검은 몸의 스펙트럼 복사 방출은 플랑크의 법칙을 따른다.

${\displaystyle M_{e,\lambda }(\lambda ,T)={\frac {c_{1}\lambda ^{-5}}{\exp \좌({\frac {c_{2}}{\lambda T}-1}}}}}}}}}}}}}}}$

광원 A를 표준화했을 때, ${\displaystyle {c\mathrm{}}_{}}$1 = ${\displaystyle 2h}$ h ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\$ h$\cdot c^{$2}}($$상대 SPD에 영향을 미치지 않음)과 c${\displaystyle {}_{}{2\mathrm{}}_{}}$ = ${\displaystyle hc}$c / ${\displaystyle k}${\$displaysty c_{2}=h\cdot$c/$k}}$는 모두 달랐다$$. 1968년에 c의₂ 추정치는 0.01438 m·K에서 0.014388 m·K로 수정되었다(그 이전에는 광원 A가 표준화되었을 때 0.01435 m·K이었다). 이 차이는 플랑키안 로쿠스를 이동시켜 조명체의 색온도를 공칭 2848K에서 2856K로 변경하였다.

${\displaystyle T_{new}=T_{old}\time {\frac {1.4388}{1.435}=2848\{\text{K}\time 1.002648=2855.54\\\text{K}}}}$

색온도의 추가적인 변화를 방지하기 위해 CIE는 이제 c의₂ 원래(1931) 값에 기초하여 SPD를 직접 지정한다.^[1]

${\displaystyle S_{A}(\lambda )=100\left({\frac {560}{\lambda }}\right)^{5}{\frac {\exp {\frac {1.435\times 10^{7}}{2848\times 560}}-1}{\exp {\frac {1.435\times 10^{7}}{2848\lambda }}-1}}.}$

계수는 560nm에서 100의 정규화된 SPD를 달성하기 위해 선택되었다. 삼분율 값은 (X, Y, Z) = (109.85, 100.00, 35.58)이고, 표준 관찰자를 이용한 색도 좌표는 (x, y) = (0.44758, 0.40745)이다.

광원 B 및 C

광원 B와 C는 일광 시뮬레이션이 용이하다. 그들은 액상 필터를 사용하여 일루미넌트 A를 수정한다. B는 상관 색 온도(CCT)가 4874K인 정오 햇빛을 대표했고, C는 CCT가 6774K인 평균 일광을 대표했다. 불행히도, 그것들은 특히 보이는 단파와 자외선 스펙트럼 범위에서 자연 일광의 어떤 위상에서도 빈약한 근사치들이다. 일단 더 현실적인 시뮬레이션을 달성할 수 있게 되자, Illuminant B&C는 D 시리즈에 찬성하지 않게 되었다.^[1] 필터링된 백열등을 사용하는 스펙트럼라이트 III와 같은 조명 캐비닛은 형광등 일광 시뮬레이터보다 400nm ~ 700nm 범위에서 D 조명등에 더 잘 맞는다.^[5]

광원 C는 CIE 표준 광원 상태를 가지지 않지만, 표 T.1과 표 T.3에 상대 스펙트럼 전력 분포, 삼분해 값 및 색도 좌표가 제시되어 있는데, 이는 많은 실제 측정 기구와 계산에서 여전히 이 광원을 사용하고 있기 때문이다.

— CIE, Publication 15:2004^[6]

일루미넌트 B는 2004년에 그리 명예롭지 못했다.

1931년 레이먼드 데이비스 주니어(Raymond Davis Jr.)와 카손 S. 깁슨이 설계한 액상 필터는 스펙트럼의 적색 끝에서 흡광도가 상대적으로 높아 백열등의 CCT를 효과적으로 일광 수준으로 높인다.^[7] 이것은 비록 훨씬 편리하지는 않지만, 사진작가나 영화제작자들이 오늘날 사용하는 CTO 컬러젤과 기능이 비슷하다.

각 필터는 특정한 양의 증류수, 황산구리, 황산구리, 마나이트, 피리딘, 황산, 코발트, 황산암모늄으로 구성된 한 쌍의 용액을 사용한다. 용액은 무색 유리 한 장으로 분리되어 있다. 성분의 양은 색 온도 변환 필터를 생성하기 위해 신중하게 선택된다. 즉, 여과된 빛은 여전히 흰색이다.

일루미넌트 시리즈 D

저드, 마카담, 위세키에 의해 파생된 D 계열의 광원은 자연 일광을 나타내기 위해 구성된다.^[8] 인공적으로 생산하기는 어렵지만 수학적으로 특성화하기 쉽다.

오타와, H. R. 콘디트, F.에서 캐나다 국가연구회의 H. W. 버드. 뉴욕 로체스터의 이스트맨 코닥 컴퍼니의 그룸과 ^[9]S. T. 헨더슨과 D. 엔필드에^[10] 있는 쏜 전기공업의 호지키스는 330nm에서 700nm까지 일광의 스펙트럼 전력분배(SPD)를 독자적으로 측정해 이 중 총 622개 샘플을 채취했다. 저드 외 연구진은 이러한 표본을 분석하여 (x, y) 색도 좌표가 단순하고 2차 관계를 갖는다는 것을 발견했다.

${\displaystyle y=2.870x-3.000x^{2}-0.275.}$

Simonds는 SPD의 특성 벡터 분석을 감독했다.^[11][12] 그의 방법을 적용하면 평균(S₀)과 처음 두 개의 특성 벡터(S와₁₂ S)를 사용하여 만족스럽게 근사치를 계산할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

$(\displaystyle S(\lambda )=S_{0}(\lambda )+M_{1}S_{1}(\lambda )+M_{2}S_{2}(\lambda ).}$

간단히 말해서, 연구된 일광 샘플의 SPD는 고정된 3개의 SPD의 선형 결합으로 표현될 수 있다. 첫 번째 벡터(S₀)는 모든 SPD 검체의 평균으로, 고정 벡터만으로 형성이 가능한 최고의 재구성 SPD이다. 두 번째 벡터(S₁)는 황색-청색 변동에 해당하며, 구름의 유무나 직사광선에 의한 상관 색온도의 변화를 고려한다.^[8] 세 번째 벡터(S₂)는 수증기와 아지랑이의 형태로 물의 존재에 의해 발생하는 분홍-녹색 변화에 해당한다.^[8]

특정 상관 색온도의 일광 시뮬레이터를 구성하려면 특성 벡터 S와₁ S의₂ 계수 M과₁ M만₂ 알면 된다.

색도 x와 y를 다음과 같이 표현한다.

${\displaystyle x={\frac {X_{0}+M_{1}X_{1}+M_{1}+M_{2}X_{2}}:{S_{0}+M_{1}S_{1}+M_{2}S_{2}}},}$

${\displaystyle y={\frac {Y_{0}+M_{1}Y_{1}+M_{2}Y_{2}}:{S_{0}+M_{1}S_{1}+M_{2}S_{2}}:}}$

그리고 평균 벡터에 대해 알려진 삼분해 값을 사용하여 다음과 같이₁ M과₂ M을 표현할 수 있었다.

${\displaystyle M_{1}={\frac {-1.315-1.7703x+5.9114y}{0.0241+0.2562x-0.7341y},}$

${\displaystyle M_{2}={\frac {0.0300-31.424x+30.0717y}{0.0241+0.2562x-0.7341y}.}$

유일한 문제는 이것이 일광의 특정 단계에 대한$$ 좌표$({\displaystyle x}$, y$){\displaystyle (x,y)}$의 연산을 미해결 상태로 남겨두었다는 점이다. 저드 외 연구진은 단순히 특정 색도 좌표의 값을 표로 작성했는데, 이는 일반적으로 사용되는 5500 K, 6500 K, 7500 K와 같은 상관 관계 색온도에 해당한다. 다른 색 온도는 켈리가 만든 수치를 참조할 수 있다.^[13] 이 문제는 CIE 보고서에서 설명되었는데, 공식화된 광원 D는 역수 색온도 측면에서 x 좌표의 근사치로 4000 K에서 25000 K까지 유효하다.^[14] Y 좌표는 Judd의 이차적 관계에서 사소한 것으로 따왔다.

저드 외 연구진은 문 대통령의 지구 대기의 스펙트럼 흡광도 데이터를 사용하여 재구성된 SPD를 300nm–330nm 및 700nm–830nm까지 확장했다.^[15]

현재 CIE가 제시한 표의 SPD는 5 nm로 설정된 10 nm 데이터를 선형 보간하여 도출한다.^[16]

세계 다른 지역에서도 유사한 연구가 진행되었거나, 현대적인 계산법으로 저드 외 연구원의 분석을 반복하고 있다. 이러한 연구들 중 몇몇에서 일광주위치는 저드 외 연구보다 플랑크주위치에 특히 더 가깝다.^{[17] [18]}

연산

D 시리즈 광원의 상대$$ 스펙트럼 전력 분배(SPD) ${\displaystyle S_{}}$ $D{\displaystyle {}_{}}$( ${\displaystyle \lambda }$) ${\displaystyle S_{D}(\lambda )}$는 CIE 1931 색 공간의 색도 좌표$({\displaystyle x_{}}$D , ${\displaystyle y_{}}$D )$${\$displaystyle (x_{D}y_{D}}}}}})$에서 도출할 수 있다$.$^[19]

${\displaystyle x_{D}={\begin{case}0.244063+0.09911{\frac{10^{3}}}{{\prec}}}}}{{{\begin}}}}}}}T}}+2.9678{\frac{10^{6}}{{{}}}{{{}}}}}{T^{2}}:}-4.6070{\frac{10^{9}}}{{}}}{T^{3}}}&#4000\ \mathrm {K} \leq 7000\\\\mathrm {K}\\0.237040+0.24748{\frac {10^{3}}}{{}}}}}{{}}}}}}}}{{{}}}}}}}}}}}}}}}}{T}}+1.9018{\frac{10^{6}}{{{6}}}{T^{2}}:}-2.0064{\frac{10^{9}}}{{}}}{T^{3}}}&7000\ \mathrm {K} <T\leq 25000\ \mathrm {K} \case}}}$

${\displaystyle y_{D}=-3.000x_{{D}^{2}+2.870x_{D}-0.275}$

여기서 T는 조명자의 CCT이다. 광원 D의 색도 좌표는 CIE 일광 로커스를 형성한다고 한다. 상대적 SPD는 다음을 통해 제공된다.

${\displaystyle S_{D}(\lambda )=S_{0}(\lambda )+M_{1}S_{1}(\lambda )+M_{2}S_{2}(\lambda ),}$

${\displaystyle M_{1}=(-1.315-1.7703x_{D}+5.9114y_{D}/M,}$

${\displaystyle M_{2}=(0.03000-31.4424x_{D}+30.0717y_{D})/M,}$

${\displaystyle M=0.0241+0.2562x_{D}-0.7341y_{D}}$

여기서 S ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ (${\displaystyle \lambda }$ )${\displaystyle }$, S ${\displaystyle {}_{}}$ (${\displaystyle {}_{}\lambda }$)${\displaystyle }$, S ${\displaystyle {}_{}}$ (${\displaystyle {}_{}\lambda }$) ${\displaystyle S_{0}(\lambda$ ),$S_{1}(\lambda$ ),$S_{2}(\lambda$)은$$ 위에 표시된 평균이자 처음 두 개의 고유 벡터 SPD이다.^[19] 모든 상대적 SPD가 이 점에 대해 정규화되었기 때문에 특성 벡터는 모두 560nm에서 0을 가진다.

표준조명제인₅₀ D₅₅, D₆₅, D₇₅, D의 CCT는 이름이 암시하는 것과 약간 다르다. 예를 들어 D50의 CCT는 5003K("수평" 조명)인 반면 D65의 CCT는 6504K(오전 조명)이다. 앞의 절에서 설명한 바와 같이, 이는 플랑크 법칙의 상수 값이 플랑크 법칙의 원래 값에 기초하여 SPD를 갖는 이들 규범적 조명체의 정의 이후 약간 달라졌기 때문이다. 표준 광원 데이터의 모든 유의한 자릿수를 일치시키려면 S를_D 계산하기 전에 M과₁ M₂ 값을 소수점 세 자리까지 반올림해야 한다.^[1]

일루미넌트 E

광원 E는 동등한 에너지 라디에이터로 가시 스펙트럼 내부에 일정한 SPD를 가지고 있다. 그것은 이론적 참고 자료로서 유용하다; 모든 파장에 균일한 색상을 나타내면서 동일한 무게를 주는 광원이다. 또한 동일한 CIE XYZ 삼분해 값을 가지므로 색도 좌표는 (x,y)=(1/3,1/3)이다. 이는 설계에 의한 것이다. XYZ 색상 일치 기능은 가시 스펙트럼에 대한 통합이 동일하도록 정규화된다.^[1]

일루미넌트 E는 검은 몸체가 아니므로 색온도는 없지만 CCT가 5455K인 D시리즈 일루미네이터에 의해 근사치가 가능하다(정규적인 일광물질 중에서 D가₅₅ 가장 가깝다). 제조자는 때때로 흥분 순도를 계산하기 위해 광원을 광원 E와 비교한다.^[20]

일루미넌트 시리즈 F

F 계열의 조명은 다양한 종류의 형광등을 나타낸다.

F1–F6 "표준" 형광등은 할로인산칼슘 인광체에서 안티몬과 망간 활성화의 두 개의 반광대역 방출로 구성된다.^[21] F4는 CIE 색상 렌더링 지수를 보정하는 데 사용되었기 때문에 특히 관심이 있다(F4는 CRI가 51일 정도로 CRI 공식을 선택했다). F7–F9는 다중 인광을 가진 "광대역"(전폭광) 형광등이며, CRI가 더 높다. 마지막으로 F10–F12는 가시 스펙트럼의 R, G, B 영역에서 3개의 "나선대역" 방출로 구성된 좁은 조광물질이다. 인광 중량은 원하는 CCT를 달성하도록 조정할 수 있다.

이러한 광원 스펙트럼은 간행물 15:2004에 발표된다.^[6][22]

• 

  FL 1-6: 표준

• 

  FL 7-9: 광대역

• 

  FL 10-12: 협대역

일루미넌트 시리즈 LED

간행물 15:2018에는 약 2700K에서 6600K에 이르는 CCT가 포함된 다양한 LED 유형에 대한 새로운 조명 물질이 소개된다.

화이트 포인트

표준 광원의 스펙트럼은 빛의 다른 프로필과 마찬가지로 삼분해 값으로 변환될 수 있다. 조명의 3차원 좌표 세트를 백점이라고 한다. 프로파일이 정규화되면 흰색 점은 색도 좌표 쌍으로 균등하게 표현될 수 있다.

영상이 삼분해 좌표(또는 삼분해 좌표에서 변환 및 변환할 수 있는 값)로 기록되는 경우, 사용된 광원의 백색점은 형광이 없는 경우 영상의 어느 지점에서나 기록될 삼분해 좌표의 최대값을 제공한다. 그것은 이미지의 백점이라고 불린다.

백점을 계산하는 과정은 광원의 프로필에 대한 많은 정보를 무시하기 때문에 모든 광원에 대해 정확한 백점을 계산할 수 있는 것은 사실이지만, 이미지의 백점을 아는 것만으로 그것을 기록하는 데 사용된 광원에 대해 많은 것을 말해주는 것은 아니다.

표준 광원 백색점

표준화된 광원 목록, 완벽한 반사(또는 전송) 디퓨저의 CIE 색도 좌표(x,y) 및 이들의 상관된 색 온도(CCT)가 아래에 제시되어 있다. CIE 색도 좌표는 2도 시야(1931년)와 10도 시야(1964년) 모두에 대해 주어진다. 색상 견본은 정확한 sRGB 디스플레이 보정을 가정하여 휘도 Y=0.54와 표준 관찰자로 계산한 각 백색 포인트의 색조와 RGB를 나타낸다.^[23]

참조

외부 링크

• CIE 15:2004에 게시된 Excel에서 선택된 색도표
• 코니카 미놀타 센싱: 광원 & 광원