מה ההבדל בין טמפרטורת צבע לטמפרטורת צבע מקורבת?

טמפרטורת צבע T חלה רק על מקורות שכרומטיות שלהם נמצאת בדיוק על עקומת פלאנק — בפועל רק על קרינה תרמית. לכל השאר מציינים את טמפרטורת הצבע המקורבת Tn: הטמפרטורה של קרינת פלאנק במרחק הקטן ביותר בדיאגרמת CIE 1960 UCS. המרחק של הכרומטיות מהעקומה מצוין באמצעות Δuv — בלי ערך זה, נתון CCT אינו שלם.

כיצד יכולה מנורה להגיע ל-Ra 90 ועדיין להציג אדום בצורה גרועה?

כי Ra הוא הממוצע על פני שמונה צבעי בדיקה בעלי רוויה חלשה; אדום רווי אינו נמצא ביניהם. לשם כך קיים המדד המיוחד R9, ובנוריות LED לבנות עם מרכיב אדום חלש ערכו יכול לרדת מתחת ל-20 מבלי ש-Ra יקרוס. כל מי שבוחן צבעים צריך לבקש גם R9, R13 ו-R15 — או ישירות את Rf ו-Rg לפי IES TM-30.

איזה מכשיר נדרש לבדיקת כרומטיות ואינדקס הצגת צבעים?

ספקטרורדיומטר. כרומטיות, טמפרטורת צבע ומדדי הצגת צבעים הם שקלולים של הספקטרום המלא; מכשיר בפס רחב מספק מספר בודד ואינו יכול להבחין ביניהם. חשובה גם הרזולוציה הספקטרלית — היא חייבת להיות קטנה ממרחק הקווים שיש להפריד — וכיול עם עקיבות מטרולוגית.

צבע במספרים

גדלים קולורימטריים עם סימנים ויחידות

Q: מדוע הצופה בזווית 2° והצופה בזווית 10° נותנים כרומטיות שונה?

כי התאים החרוטיים אינם מפוזרים באופן שווה על פני הרשתית: העין רואה אחרת בשדה מרכזי של שתי מעלות מאשר על פני עשר מעלות. ה-CIE תיעד את שני המקרים בשתי קבוצות נפרדות של פונקציות התאמת צבע — CIE 1931 עבור 2°, CIE 1964 עבור 10°. במקורות בפס רחב ההבדל קטן, בספקטרום LED בפס צר ההבדל ניכר. אין להשוות כרומטיות שהתקבלה מצופים שונים.

גדלים קולורימטריים מתארים איזה צבע יש למקור אור וכיצד הוא משחזר צבעים. כולם נגזרים ממדידה אחת: ההתפלגות הספקטרלית S(λ). ממנה נובעים ערכי הטריסטימולוס X, Y, Z, מהם נגזרים קואורדינטות הכרומטיות x, y או u′, v′, מהם טמפרטורת הצבע המתואמת T_n – ומההשוואה עם מקור התייחסות נגזרים מדדי שחזור הצבע R_a ו-R_f. התחום נקרא קולורימטריה; המקבילות האנרגטיות הן הגדלים הרדיומטריים, והמקבילות המשוקללות לפי העין הן הגדלים הפוטומטריים.

כל גודל קולורימטרי מעריך את אותו הספקטרום בשאלה שונה. פונקציות התאמת הצבע x̄(λ), ȳ(λ) ו-z̄(λ) משחזרות את ראיית הצבע; כאשר משקללים איתן, ספקטרום שלם מצטמצם לשלושה מספרים. שני ספקטרומים שונים פיזיקלית עשויים להניב את אותם שלושה מספרים ולכן להיראות דומים – זוהי מטמריה. זו הסיבה לכך שהכרומטיות לבדה אינה מתארת מקור אור: שתי מנורות בעלות כרומטיות זהה עשויות להציג צבעים באופן שונה באופן נראה לעין.

יש לציין לצד כל ערך אילו תצפית תקנית שימשה לחישובו. התצפית בת 2° של CIE 1931 מתארת שדות ראייה קטנים, ואילו התצפית בת 10° של CIE 1964 מתארת שדות ראייה גדולים. עבור אותו ספקטרום, שתי התצפיות מניבות כרומטיות שונה – ביטוי המובהק ביותר לכך הוא בספקטרומים צרי-פס של LED. ערכי כרומטיות המבוססים על תצפיות שונות אינם ניתנים להשוואה.

הטבלה שלהלן מפרטת את הגדלים הקולורימטריים עם הסימון והיחידה שלהם. בפירוט מלא – כולל הגדרה, תיחום והתקן הרלוונטי – ניתן למצוא אותם במילון המונחים של גדלים אופטיים.

גדלים קולורימטריים במבט חטוף

גודל	סימן	יחידה
ערכי תלת-גירוי	X, Y, Z	—
תקן צופה סטנדרטי (2° ו-10°)	CIE 1931 / CIE 1964	—
קואורדינטות כרומטיות	x, y	—
כרומטיות UCS של CIE 1960	u, v	—
כרומטיות UCS של CIE 1976	u′, v′	—
מרחב הצבע CIELAB	L, a, b*	—
מרחב הצבע DIN99 (Lab99)	L99, a99, b99	—
הפרש צבע	ΔE	—
טמפרטורת צבע וטמפרטורת צבע מקורבת	T, Tn	K, CCT
מרחק ממסלול פלנק	Δuv	—
מדד הצגת צבעים כללי	Ra	—, CRI
מדדי הצגת צבעים מיוחדים	R1 עד R15	—
מדד נאמנות של IES TM-30	Rf	—
מדד גמוט של IES TM-30	Rg	—
רוויה וכרומה	S, C*	—
זווית גוון	h	°, hab
אורך גל דומיננטי	λd	nm
טוהר צבע	pe	%
אליפסת מקאדם	SDCM	צעדים

מהספקטרום אל הכרומטיות

ערכי הגירוי השלושתי X, Y, Z מתקבלים על ידי שקלול התפלגות הספקטרום בשלוש פונקציות התאמת הצבע ואינטגרציה. Y מוגדר כך שהוא מתאים לבהירות: עבור מקור אור, Y פרופורציוני לעוצמת ההארה. כל גודל קולורימטרי אחר הוא המרה משלושת המספרים הללו.

קואורדינטות הכרומטיות x, y – דיאגרמת הכרומטיות

נורמליזציה של X, Y ו-Z לסכומם משאירה את הכרומטיות בלבד ללא הבהירות: x = X/(X+Y+Z) ו-y = Y/(X+Y+Z). הזוג מסומן בדיאגרמת הכרומטיות בצורת פרסה; נקודות הלבן נמצאות בסביבות x = 0.33, y = 0.33. הדיאגרמה חיה ומרשימה אך אינה אחידה תפיסתית: באזור הירוק אותו מרחק גיאומטרי מבטא הבדל נתפס קטן בהרבה מאשר באזור הכחול.

u′, v′ – הדיאגרמה האחידה

לכן, לחישוב מרחקים בין כרומטיות משתמשים בדיאגרמת CIE 1976 UCS: u′ = 4X/(X+15Y+3Z) ו-v′ = 9Y/(X+15Y+3Z). שם מרחק Δu′v′ של 0.0054 מתאים בקירוב לסף ההבחנה בכל מקום. לפיזור אצוות LED ולסבילות של גופי תאורה, Δu′v′ הוא המדד הנפוץ, לצד מספר הצעדים באליפסות מקאדם (SDCM).

יש להיזהר עם u, v ללא הגרש

דיאגרמת CIE 1960 UCS הישנה עם u ו-v לא נעלמה: טמפרטורת הצבע המתואמת והמרחק Δuv ממסלול פלנק מוגדרים בה עד היום. u זהה בשתי הדיאגרמות, אך v אינו זהה – v′ = 1.5 · v. בלבול בין השניים נותן טמפרטורת צבע שגויה.

מימין לוח הצבע התקני x, y, משמאל דיאגרמת u′, v′ בעלת מרווחים אחידים יותר. מעגלים בגודל זהה בדיאגרמת u′, v′ הופכים בלוח x, y לאליפסות בגדלים שונים

דיאגרמת הכרומטיות x, y ודיאגרמת ה-UCS ‏u′, v′ מציגות את אותם הצבעים. ב-u′, v′, מרחקים שווים מתאימים בצורה מדויקת יותר להבדלי צבע נתפסים שווים.

טמפרטורת צבע והמרחק מקו פלאנק

טמפרטורת הצבע T היא הטמפרטורה של גוף קרינה פלאנקי שהכרומטיות שלו תואמת את זו של מקור האור. עבור מנורות אמיתיות זה כמעט אף פעם לא המצב המדויק; לכן מצוינת טמפרטורת הצבע המתואמת T_n (CCT): הטמפרטורה של גוף הקרינה הפלאנקי במרחק הקטן ביותר בדיאגרמת ה-CIE 1960 UCS. לבן חם נמצא בטווח 2700 עד 3000 K, לבן ניטרלי ב-4000 K, ולבן יום מעל 5300 K.

טמפרטורת צבע כשלעצמה אינה מספקת תמונה שלמה. שתי מנורות ב-4000 K עשויות להיראות שונות בבירור אם הכרומטיות שלהן נמצאת במרחקים שונים מקו פלאנק. מרחק זה הוא Δuv: ערכים חיוביים נראים ירקרקים, ערכים שליליים ורדרדים. תקן ANSI C78.377 מגביל אותו ל-±0.006 עבור מוצרי LED לבנים. מעבר ל-|Δuv| ≈ 0.005 טמפרטורת צבע מתואמת מאבדת את משמעותה – הכרומטיות כבר אינה מייצגת לבן שניתן לייחס לו טמפרטורה בצורה הגיונית.

קטע מתרשים הצבע התקני עם עקומת פלנק, קווים של טמפרטורת צבע קרובה זהה ושתי נקודות צבע בעלות טמפרטורת צבע זהה, אחת מעל העקומה ואחת מתחתיה

טמפרטורת הצבע המתואמת (CCT) נקראת מתוך האיזותרם, ו-Δuv מציין את המרחק ממקום הפלנק. שני מקורות אור עם אותה CCT יכולים להיראות ירקרקים או ורדרדים.

עיבוד צבע: Ra, R9 ו-TM-30

מדד עיבוד הצבע הכללי R_a של CIE 13.3:1995 משווה את הכרומטיות של שמונה צבעי בדיקה מתוקננים תחת המקור הנבדק לאלה תחת מקור התייחסות בעל אותה טמפרטורת צבע – קרן פלנק מתחת ל-5000 K, ומאור יום מעל לכך. מהפרש הצבע הממוצע נגזר R_a = 100 − 4.6 · ΔE̅. מעל 90 נחשב טוב מאוד, מתחת ל-80 בלתי מספק לחללים פנימיים.

מדוע R9 שייך למפרט

R_a הוא ממוצע על פני שמונה צבעים בעלי רוויה חלשה. אדום רווי אינו נמצא בהם – ולשם כך נועד המדד המיוחד R9. לדים לבנים עם מרכיב אדום חלש מגיעים ל-R_a 85 ויורדים מתחת ל-20 עבור R9; בשר, עץ ועור נראים אז עמומים. מי שמעריך צבעים צריך לבקש במפורש גם R9 וגם R13 ו-R15 עבור גווני עור. המדדים המיוחדים R1 עד R15 יכולים להיות שליליים.

IES TM-30: Rf ו-Rg

IES TM-30-15 מחליף את השיטה על ידי שימוש ב-99 דוגמיות צבע המכסות משטחים אמיתיים ואת כל מרחב הצבע באופן אחיד, ועל ידי חישוב במרחב האחיד CAM02-UCS. מדד הנאמנות R_f נע בין 0 ל-100. מדד הגמוט R_g מציין בנוסף אם הצבעים נראים רוויים יותר (מעל 100) או דהויים יותר (מתחת ל-100) בהשוואה למקור ההתייחסות. רק שני המדדים יחד עם התרשים הווקטורי של הצבע נותנים תמונה מלאה: R_g גבוה יכול לנבוע מאדום רווי מדי שמושך את העין אך אינו נאמן. אין אפשרות להמיר בין R_f ל-R_a.

שמונה צבעי בדיקה תחת מקור האור הייחוס ותחת מקור האור הנבדק, ומתחתם המדדים הבודדים R1 עד R8 והממוצע שלהם Ra

Ra הוא הממוצע של המדדים המיוחדים R1 עד R8: שמונה צבעי בדיקה בעלי רוויה בינונית, כל אחד מהם מושווה בין אור התייחסות לאור הנבדק.

תרשים עמודות של האינדקסים הבודדים R1 עד R15 של לד לבן; R9 עבור אדום רווי נמוך בהרבה מהאינדקס הכללי Ra

ערך Ra גבוה יכול להסתיר R9 חלש. אדום רווי אינו נכנס לממוצע כלל.

דיאגרמת וקטורי צבע: המעגל של מקור האור הייחוסי והמצולע של מקור האור הנבדק על פני 16 טווחי גוון, עם חצים המציינים את ההיסט

Rf מדרג את נאמנות הצבע על פני 99 צבעי בדיקה, ו-Rg את הרוויה. הגרף הווקטורי של הצבע מציג באילו תחומי גוון המקור מסיט צבעים.

אורך גל דומיננטי, רוויה וזווית ניואנס

מעבר לקואורדינטות הצבע ולמדד השחזור הצבע, ספקטרורדיומטר מפיק שלושה גדלים המתארים את רושם הצבע באופן ישיר.

אורך גל דומיננטי λ_d

מותחים קו ישר מנקודת הלבן דרך קואורדינטת הצבע ומאריכים אותו עד למוקד הספקטרום (spectrum locus): אורך הגל בנקודת החיתוך הוא אורך הגל הדומיננטי. הוא מתאר את הניואנס הנתפס והוא גודל ה-Binning המכריע עבור נוריות LED צבעוניות. אין לבלבל אותו עם אורך גל שיא λ_p, הנגזר מהפיזיקה של הספקטרום: עבור LED שני הערכים יכולים להיבדל בכמה ננומטרים. לצבעים סגולים אין נקודת חיתוך; במקום זאת נתון אורך הגל המשלים.

רוויה S וכרומה C*

כרומה C* היא המרחק של צבע מהציר הנויטרלי, בCIELAB C*_ab = √(a*² + b*²). רוויה S מייחסת אותה לבהירות, S = C*/L*, ומתארת את רושם הצבע ללא תלות בעצמת הבהירות שלו.

זווית ניואנס h

זווית הניואנס היא הזווית הקוטבית במישור a*b*: h_ab = arctan(b*/a*), הנתונה בין 0 ל-360 מעלות – 0° אדום, 90° צהוב, 180° ירוק, 270° כחול. היא מפרידה בין הניואנס לבין הבהירות והכרומה. בקרבת הציר הנויטרלי היא הופכת לבלתי מוגדרת: בכרומה נמוכה מאוד היא משתנה בחדות מבלי שרושם הצבע משתנה בפועל.

צבעי משטח: CIELAB, Lab99 ו-ΔE

עבור צבעי משטחים, בניגוד למקורות אור, משמש מרחב CIELAB, ובו L* לבהירות, a* לציר אדום מול ירוק ו-b* לציר צהוב מול כחול; הוא דורש לבן ייחוס, בדרך כלל D65 או D50. הפרש הצבע ΔE הוא המרחק בין שתי נקודות במרחב זה: ΔE*_ab אוקלידי, ΔE00 לפי CIEDE2000 עם פונקציות משקול. מרחב DIN99 שבתקן DIN 6176 מעוות את CIELAB כך שהמרחק האוקלידי הפשוט ΔE99 חוזר להיות אחיד תפיסתית. יש לציין באיזו נוסחה נעשה שימוש – שני צבעים זהים ייתנו מספרים שונים בהתאם לכך.

תרשים צבע תקני עם קו ישר מנקודת הלבן דרך נקודת צבע ועד לקו הצבעים הספקטרליים; נקודת החיתוך היא אורך הגל הדומיננטי

הקו מנקודת הלבן דרך הכרומטיות נפגש עם עקומת הצבעים הספקטרלית באורך הגל הדומיננטי. המרחק של הכרומטיות על קו זה מבטא את טוהר הצבע הקולורימטרי.

מישור a*b* של מרחב הצבע CIELAB עם נקודת צבע, רוויתה כמרחק מהמוצא, זווית זווית הצבע ומרחק הצבע לנקודת צבע שנייה; לצידם ציר הבהירות L*

במרחב a*b*, הרוויה C* היא המרחק מנקודת המוצא וזווית הגוון h היא הכיוון. הפרש הצבע ΔE*ab הוא המרחק בין שתי נקודות במרחב L*a*b*.

מדידה וחיפוש של גדלים קולורימטריים

לא ניתן לקבוע גדלים קולורימטריים באמצעות רדיומטר רחב-פס. הם דורשים את הספקטרום המלא, משום שכל אחד מהם מהווה שקלול שונה של אותו ספקטרום עצמו – מכשיר המספק מספר בודד אינו יכול להבחין ביניהם. אילו מכשירים כן מסוגלים לכך, מוסבר תחת ספקטרורדיומטר או רדיומטר רחב-פס; ניתן להשוות בין הספקטרום של מנורות נפוצות בכלי לעיון במאגר הספקטרלי.

המילון שלהלן מציג את החלק הקולורימטרי של האוסף. שאר הקבוצות – רדיומטריות, פוטומטריות, משוקללות – נמצאות במילון הגדלים האופטיים המלא.

המילון פועל כולו בדפדפן שלכם — לא מועבר שום מידע.

שאלות נפוצות על גדלים קולורימטריים

טמפרטורת צבע T חלה רק על מקורות אור שהכרומטיות שלהם נמצאת בדיוק על עקומת פלאנק — למעשה רק על קרינה תרמית. עבור כל השאר מצוינת טמפרטורת הצבע המתואמת T_n: הטמפרטורה של קרינת פלאנק במרחק הקטן ביותר בדיאגרמת CIE 1960 UCS. מידת הסטייה של הכרומטיות מהעקומה מצוינת באמצעות Δuv — ללא הערך הזה, נתון CCT אינו שלם.

מכיוון שהקונוסים אינם מפוזרים באופן שווה על פני הרשתית: העין רואה באופן שונה בשדה מרכזי של שתי מעלות לעומת שדה של עשר מעלות. ה-CIE תיעד את שני המקרים בשתי קבוצות נפרדות של פונקציות התאמת צבע — CIE 1931 עבור 2°, ו-CIE 1964 עבור 10°. במקורות רחבי-סרט ההבדל קטן, אך בספקטרומים צרים של LED ההבדל משמעותי. אין להשוות כרומטיות המתקבלת מתצפיתנים שונים.

מכיוון ש-R_a הוא הממוצע על פני שמונה צבעי בדיקה רוויים חלש; אדום רווי אינו נמנה עליהם. לשם כך קיים המדד המיוחד R9, ועבור לדים לבנים עם מרכיב אדום חלש הוא יכול לרדת מתחת ל-20 מבלי ש-R_a יקרוס. מי שבודק צבעים מבקש גם R9, R13 ו-R15 — או ישר את R_f ו-R_g לפי IES TM-30.

ספקטרורדיומטר. כרומטיות, טמפרטורת צבע ומדדי תצוגת צבע הם שקלולים של הספקטרום המלא; מכשיר רחב-פס מספק מספר בודד ואינו מסוגל להבחין ביניהם. חשוב גם ברזולוציה הספקטרלית — עליה להיות קטנה מהמרווח בין הקווים שיש להפריד — וכן בכיול בעל עקיבות מטרולוגית.

מחבר: ד״ר מארק פאראביה

ד״ר מארק פאראביה הוא המנהל המורשה (מנכ״ל) של Opsytec Dr. Gröbel GmbH באטלינגן ועומד בראש מעבדת הכיול המוסמכת. הוא סגן יו״ר ועדת התקינה הגרמנית DIN FNL 7 ״קרינה אופטית״ וחבר בקבוצת הפרויקט של DVGW לחיטוי באמצעות UV.