Файл: Расчёт индекса цветопередачи по дисциплине Основы светотехники и колориметрии.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. П. ОГАРЁВА»

(ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва»)
Институт электроники и светотехники

Кафедра светотехники

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Расчёт индекса цветопередачи»
по дисциплине «Основы светотехники и колориметрии»

Автор курсовой работы ____________ С. В. Шапошников

подпись дата инициалы, фамилия

Обозначение курсовой работы КР – 02069964 – 12.03.02 – 17– 23

Направление подготовки 12.03.02 «Оптотехника»

Руководитель курсовой работы

канд. тех. наук, доц. _________ С. В. Прытков

подпись дата инициалы, фамилия



Работа защищена ________ Оценка ________

Саранск 202

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. П. ОГАРЁВА»

(ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва»)

Институт электроники и светотехники

Кафедра светотехники

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Студент Смекалину Сергею Анатольевичу, группа 271

1. 
   Тема: «Расчет индекса цветопередачи»
   
2. 
   Срок представления к защите 1.06.2021
   
3. 
   Исходные данные для научного исследования:
   

Файл спектрального распределения энергетического потока СД светильник Cap Down 03

4. 
   Содержание курсовой работы
   

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   
4. 
   
   
   1. 
      Метрики цветопередачи
      
      1. 
         Индекс цветовой полноты спектра (FSCI)
         
      2. 
         Область цветовой гаммы (Ga)
         
      3. 
         Индекс цветопередачи Ra (CRI)
         
      4. 
         Индекс цветопередачи (CQS)
         
   2. 
      Расчётная часть
      
      1. 
         Расчет общего индекса цветопередачи Ra
         

---

Руководитель работы _______________ C. В. Прытков

^{(дата, подпись) (инициалы, фамилия)}
Задание принял к исполнению _______________ С. В. Шапошников

^{(дата, подпись) (инициалы, фамилия)}

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит 22 страницы, 6 рисунков, 20 формул, 6 используемых источников.

Объекты исследования данной курсовой работы: СД светильник Cap Down 03

МЕТРИКИ ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ, ИНДЕКС ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ, СВЕТОВОЙ ПОТОК, КОРРЕЛИРОВАННАЯ ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА, КООРДИНАТЫ ЦВЕТА

Цель работы: изучить метрики цветопередачи, научиться вычислять индекс цветопередачи.

Метод и методология проведения работы: математический метод (табличный процессор MS Excel и текстовый процессор MS Word).

Полученные результаты: координаты цвета и цветности, спектр черного тела, цветовое различие, специальный и общий индекс цветопередачи.



СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ 5

1 Метрики цветопередачи 6

1.1 Индекс цветовой полноты (FSCI) 6

---

1.2 Область цветовой гаммы (Ga) 7

1.3 Индекс цветопередачи Ra (CRI) 8

1.4 Индекс цветопередачи CQS 9

2 Расчет общего индекса цветопередачи Ra 11

2.1Расчёт координат цвета и цветности испытуемого источника в системе XYZ …………………………………………………………………………….11

2.2 Расчёт коррелированной цветовой температуры испытуемого источника……………………………………………………………………...13

2.3 Расчёт спектра эталонного источника света 14

2.3.1 Расчёт спектра чёрного тела для заданной коррелированной цветовой температуры 14

2.3.2 Расчёт координат цвета и цветности чёрного тела в системе XYZ 15

2.4 Расчёт координат цвета XYZ контрольных образцов в отражённом свете испытуемого источника света 15

2.5 Расчёт координат цвета XYZ контрольных образцов в отражённом свете эталонного источника 17

2.6 Преобразование координат XYZ контрольных образцов в отражённом свете испытуемого источника в координаты равноконтрастного цветового пространства МКО1964 17

2.7 Преобразование координат XYZ контрольных образцов в свете эталонного источника света в координаты равноконтрастного цветового пространства МКО 1964 г. 18

2.8 Расчёт цветового различия ∆E для контрольных образцов в свете испытуемого и эталонного источников 18

2.9 Расчёт специальных и общего индексов цветопередачи 19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 22

ВВЕДЕНИЕ

В качестве цветовой метрики излучения ламп для оценки качеств её цветопередачи в светотехнической промышленности в настоящий момент широко используется только индекс цветопередачи (R_a).

Цель разработки индекса цветопередачи R_a состояла в том, чтобы численно охарактеризовать качество передачи цвета объекта, освещаемого каким-либо источником света, т.е. целью было получить числовую шкалу, которая показывала бы, насколько верно или «естественно» передается цвет для данного источника излучения.

Цветопередача определяется как «влияние света на восприятие цвета объектов при сознательном или подсознательном сравнении его с цветом, наблюдаемым при освещении (их) стандартным источником». Фактически цветопередача есть мера точности (или верности) цвета освещаемых эталонных объектов.

Таким образом, целью данной работы является овладение навыками расчета индекса цветопередачи. Это навыки позволят создавать наиболее выгодные и эффективные источники света.

---

1 Метрики цветопередачи

1. Индекс цветовой полноты (FSCI)

Для нахождения индекса цветовой полноты спектра вначале вычисляется сопутствующий ему индекс полноты спектра. Величина его находится выполнением вычислений.

На рисунке 1 для примера приведены относительные спектральные распределения мощности излучения десяти различных фаз дневного света. Как видно из данного рисунка, спектр излучения дневного света сильно изменяется от фазы к фазе.



Рисунок 1— Относительные спектральные распределения мощности излучения 10 различных фаз дневного света

2. Область цветовой гаммы (Ga)

Еще одной метрикой цветопередачи является область цветовой гаммы (GA). В принципе, область цветовой гаммы определяется как область, заключенная внутри трех или более координат цветности в данном цветовом пространстве. При введении этой метрики для оценки цветопередачи величина GA, как правило, рассчитывается как площадь восьмиугольника с координатами цветности восьми стандартных образцов цвета МКО при освещении их данным источником света. Это те же эталонные образцы, используемые для расчета индекса цветопередачи с использованием диаграммы цветности МКО 1976 (такое цветовое пространство используется потому, что оно принимается равноконтрастным). В целом можно говорить, что чем больше область цветовой гаммы, тем более насыщенными будут выглядеть цвета освещаемого объекта.

Чтобы метрика GA стала количественной, и была сопоставима с величинами индекса цветопередачи и цветовой полноты спектра, за 100 единиц принимается площадь области цветового охвата при использовании гипотетического источника света с равномерным энергетическим спектром.

3. Индекс цветопередачи Ra (CRI)

Индекс цветопередачи Rа является мерой способности источника света естественно показывать цвета объекта, им освещаемого. Он определяется, исходя из различий в координатах цветности восьми стандартных (эталонных) цветовых образцов (МКО 1995) при освещении их тестируемым и эталонным источниками света одной и той же цветовой температуры. Чем меньше в среднем эта измеренная разница в координатах цветности, тем выше Ra.

---

Максимальное значение индекса цветопередачи — 100. Низкие значения Ra показывают, что некоторые цвета могут выглядеть неестественными при освещении их данной лампой. Лампы накаливания имеют значения Ra > 95. Люминесцентные лампы холодного белого света имеют Ra = 62, для люминесцентных ламп с редкоземельными люминофорами индекс Ra может достигать значений > 80.

В качестве эталонных источников света при определении Ra используются либо абсолютно черное тело (для цветовых температур Тц < 5000 K), либо, если Тц > 5000 K, модельный излучатель со спектром излучения, соответствующим дневному свету.

После учета хроматической адаптации с коррекцией фон Криса в цветовом пространстве МКО 1964 W*U*V* вычисляется разница ΔE_i между воспринимаемыми цветами каждого образца при освещении их данными источниками света. Затем для каждого образца рассчитываются специальные индексы цветопередачи (Ri):

Общий индекс цветопередачи Ra — это просто среднее по R_i для первых восьми образцов, при этом все они имеют низкую и умеренную хроматическую насыщенность. Идеальный индекс цветопередачи — Ra = 100 - говорит о том, что различий в цвете не обнаруживается ни в одном из упомянутых восьми образцов.

1.4 Индекс цветопередачи CQS

Шкала CQS — модифицированная и улучшенная усилиями сотрудников NIST версия Ra — предназначена, по замыслу разработчиков для того, чтобы оценивать общее качество цветопередачи различных источников света.

Одной из самых серьезных проблем индекса Ra является то, что цветопередача насыщенных цветов может быть очень плохой даже при высоких его значениях.

Поэтому авторы нового подхода к оценке качества света вместо восьми образцов, используемых в расчете Ra, выбрали для вычислений CQS 15 образцов с высоким цветовым насыщением. Все они показаны на рисунке 2. Согласно классификации Манселла эти образцы описываются как:



Рисунок 2 − Образцы, используемые в расчетах Ra (а) и CQS (б), при освещении их эталонным источником D65
Цветовое пространство W*U*V*, используемое для расчетов индекса цветопередачи, давно устарело и весьма неоднородно. Цветовые различия в нем чрезвычайно преувеличиваются в красной, занижаются в желтой и синей областях.

---