A színvisszaadás, mint a színminőség jellemzője

Az emberi természetből legkézenfekvőbb módon fakad valamilyen pillanatnyilag észlelt jelenség összehasonlítása valamely általa megszokottnak vélt körülmény közötti észlelettel. A mesterséges fényforrások esetében ilyen összehasonlítás tehető a színes környezet elemeinek emberi megfigyelő által természetes sugárzáseloszláskor észlelt színészlelete, valamint ugyanazon felületek mesterséges fényforrás által megvilágított színészlelete között.

Az első objektív méréseken alapuló színvisszaadási mérőszám megalkotása Bouma⁴ nevéhez fűződik, aki a fényforrás színképi teljesítmény eloszlásának objektív mérési eredményéből indult ki. Alapötletével – a látható színképtartomány sávokra osztásával – több szerzőt ösztönzött a színvisszaadás ilyen elvű megközelítésére. A műszerével mérhető 380 nm – 760 nm közötti

hullámhossztartományt 8 intervallumra osztotta fel, és minden intervallumra meghatározta a fénysűrűség relatív értékeit, így minden tesztfényforrást 8 számmal jellemzett. A módszer fő problémája, hogy a rövidebb hullámhossztartományban 20 nm - 40 nm nagyságú intervallumokat, míg a látható színképtartomány többi részében 50 nm - 100 nm nagyságú tartományokat jelölt ki, így a kisebb intervallumokra számolt fénysűrűségi értékekre – vagyis színvisszaadást jellemző mérőszámokra – elhanyagolhatóan kicsi értékeket kapott, pedig a vizuális tapasztalatok szempontjából ezek a tartományok is releváns tartalommal bírnak.

Ettől eltérő elven alapuló számítási modellt dolgozott ki Kruithof⁵ és Barnes⁶, akik Bouma módszerének vizsgálatából és annak kritikájából következően 7 sávot állapítottak meg, viszont már tesztmintákat is használtak. Kruithof és Barnes módszere a tesztmintákban különbözött egymástól, ugyanis míg Kruithof valós színmintákat használt, addig Barnes elméleti színminták reflexiós spektrumaival számolt. A látható színképtartomány további, más elvű felosztását javasolta Crawford⁷, aki az előző két szerzővel szemben olyan tartományokat definiált, amelyek közötti fénysűrűségi szint változása éppen észlelhető vizuális különbséget jelentett. A minősítési rendszerében elsőként toleranciavonalakat alkalmazott, amelyek segítségével az eddigi puszta számítási eredményekhez így már vizuális észleletet előrejelző jelentéstartalom is társult. A sávosztásos módszerek közös tulajdonsága, hogy – bár az alkalmazott sávok számának és a sávok határának módosításával az egyes fényforrások színképi teljesítmény-eloszlásához igazíthatók – általános, minden esetben használható modellt nem szolgáltatnak. Emiatt a következő törekvések már általános érvényű színvisszaadási metrika kifejlesztésére irányultak. Nickerson⁸ összefoglalta az addig megismert módszereket, a rendelkezésre álló információkat, és hiányosságokat. Összegyűjtötte a CIE által 1931-ben elfogadott A, B, és C standard megvilágítók, és a további rendelkezésre álló fényforrások színképét. Ennek eredményeképp jelentek meg az első olyan vizsgálatok eredményei, amelyek a színvisszaadást referencia és tesztfényforrással megvilágított színminták színi eltolódásaként vizsgálták. Ez az összeállítás azonban rögtön felveti a tesztminták kiválasztásának, valamint az adott tesztfényforráshoz megfelelő referencia megválasztásának problémáját. Kezdeti tanulmányok⁹ C

sugárzáseloszlást referenciaként használva, 18 Munsell minta színi eltolódásán alapultak, azonban ezek a módszerek csak a természetes eloszlással azonos korrelált színhőmérsékletű tesztfényforrások vizsgálatára voltak alkalmasak, a kromatikus adaptáció figyelmen kívül hagyásának következményeként. Az általánosan használható színvisszaadási metrikák felé nagy lépést tulajdoníthatunk a Von Kries transzformációnak¹⁰, amely matematikai modellt alkotott a kromatikus adaptáció folyamatára, így lehetővé vált a referenciától kis mértékben különböző korrelált színhőmérsékletű teszt fényforrások vizsgálata is. A színi eltolódások nagyságának jellemzéséhez szükséges valamilyen színkülönbséget számszerűsítő összefüggés is. Ezt a színkülönbséget a vizuális tapasztalatokkal összhangban csak emberi színészlelet szerint egyenletes színtérben határozhatjuk meg. E kritérium teljesítése akkoriban azért számított különösen nagy kihívásnak, mivel az 1931-ben elfogadott CIE x-y színességi diagramról MacAdam¹¹ és szerzőtársai éppen az 1940-es években igazolták, hogy vizuális észlelet szerint nem egyenközű. 1965-ben vált elérhetővé a CIE U*V*W* színinger tér és az ebben definiált színkülönbségi formula¹². Az említett vizsgálatok – ugyan újszerű és általános módszert nem szolgáltattak – megmutatták, hogy megfelelő kiválasztás esetén akár már 8-15 színminta is alkalmas lehet a fényforrások színvisszaadásának jellemzésére. Az időközben szabványosított sugárzáseloszlások segítségével kétféle alapelven, végtelen sok referencia fényforrás használatát javasolták. Ha a tesztfényforrás korrelált színhőmérséklete 5000 K-nél kisebb, a tesztfényforrással megegyező színhőmérsékletű Planck sugárzót kell választani. 5000 K feletti korrelált színhőmérsékletű tesztfényforrás esetén azzal megegyező korrelált színhőmérsékletű, generátorfüggvények segítségével előállított természetes sugárzáseloszlás használandó. Az említett szabályok rögzítésével a CIE U*V*W*

színkülönbségekből speciális színvisszaadási indexeket (Ri) definiáltak, míg ezek átlagolásával általános színvisszaadási index (R_a) számolható. A képletben szereplő konstans értékét úgy határozták meg, hogy a tesztfényforrás általános színvisszaadási indexe (R_a) a tesztminták színkoordinátáinak a referencia fényforrás alatti megjelenéssel való teljes egyezése esetén 100-nak adódjon, míg az akkori forgalomban lévő melegfehér fénycső színvisszaadási indexe 50 legyen. Ez az

eredmény a felhasználó számára is érthető információt szolgáltatott¹³. Halstead¹⁴ és szerzőtársai vizuális kísérletek segítségével vizsgálták a színvisszaadás jelenségét.

Eredményeik azt mutatták, hogy a megfigyelők által egy-egy tesztminta esetén vizuálisan észlelhető színinger különbség az adott mintára vonatkozó speciális színvisszaadási index (Ri) tekintetében 12-18 egység változásnak felel meg.

Maitreya¹⁵ binokuláris látómező technikával folytatott kísérletei ugyanerre az esetre 5 R_i egységet határoztak meg. A CIE által is elfogadott modell a fényforrás tervezőket és gyártókat arra ösztönözte, hogy az új modell szerinti legnagyobb színvisszaadási index elérése érdekében optimalizálják lámpáik színképi teljesítmény-eloszlását. A nagynyomású gázkisülő lámpa gyártásánál alkalmazott újabb elemek (disprosium, tallium, nátrium) a színképi eloszlásban új színképvonalakat gerjesztenek, így a fényhasznosítás romlása ellenében nagyobb színvisszaadási index érhető el. A fénycsövek és az ezidőtájt megjelenő kompakt fénycsövek esetén megmutatták, hogy megfelelően kiválasztott fénypor összetevők alkalmazásával három sáv esetén 80 körüli, míg 4 sáv esetén 95 körüli Ra érték érhető el.