5. Kísérleti munka leírása
5.3. Objektív mérések és számítások eredményeinek kiértékelése
5.3.4. Fényforrások színkészletének (gamut) vizsgálata CIELAB színtérben
Korábbiakban már Pracejus98 is felvetette annak lehetıségét fényforrások színvisszaadási tulajdonságainak jellemzésére, hogy a vizsgált színminták koordinátáit adott színtérben ábrázolva, az azok által határolt terület nagyságát, alakját is lehetne használni a lámpák osztályozására. Thornton99 úgy gondolta, hogy a „gamut area” fogalma talán a lámpák színdiszkriminációs képességeivel is összefügghet, miszerint minél nagyobb ez a terület, annál jobb a színvisszaadás.
Fontosnak tartottam Thornton felvetését megvizsgálni, és választ adni arra a kérdésre, van e
által határolt területek között. Az elızı fejezetben ismertetett színminta halmazokat alapul véve, CIELAB a*b* koordinátarendszerben ábrázoltam a nyolc darab Munsell minta és nyolc darab MCC minta koordinátái által határolt területeket. Azért csak ezt a nyolcat, mert ezek a színkörön mind egymástól, mind az origótól közel azonos távolságban helyezkednek el. A bırszín minták ezen pontok által határolt tartomány belsejében találhatóak, így azok felhasználása a területek jellemzésére nem alkalmas.
Az eredeti Munsell minták által határolt területek közel háromszor-négyszer kisebbek a másik mintahalmazok által határolt területeknél, mivel az eredeti minták jóval kisebb krómával rendelkeznek, mint a késıbbi MCC színes minták. A második és harmadik csoportban lévı minták esetében közel azonos színkoordinátákat kaptam, mivel a harmadik csoport a második csoport elméleti mintáinak valós reprezentációja.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
26. ábra: Színkészletek ábrázolása CIELAB a*b* síkra vetítve három különbözı minta halmaz esetén a 2700 K színhımérsékleti csoport referenciájának választott halogén izzó esetén.
A fenti ábrán (26. ábra) láthatóak mind a három halmaz elemei által határolt területek a CIE 13.3-as eljárása szerint meghatározott referencia fényforrás (kék - ◊)4 illetve az általam 2700 K színhımérsékleti csoport esetén referenciának választott lámpa (piros - □) által megvilágítva.
Az ábrákról leolvasható, hogy mind a három halmaz elemeit vizsgálva a két poligon majdnem tökéletesen fedi egymást, ami azt bizonyítja, hogy a valódi, általam referenciának választott fényforrás hasonlóképpen adja vissza a színeket, mint a CIE 13.3 eljárás értelmében választott, vele azonos hımérséklető elméleti fekete test sugárzó.
4 A további (27. ábra - 43. ábra) ábrákon is „◊ CIE 13.3”-al a CIE 13.3 szerint választott referencia fényforrással megvilágított színminták a*b* értékeit jelzem.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 Hidegtükrös halogén izzó
TCS01*-08* - "Választott" minták
CIE 13.3: Yoshi Tungsram Halogen
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 Hidegt. halogén izzó
27. ábra: Színkészletek ábrázolása CIELAB a*b* síkra vetítve három különbözı minta halmaz esetén a 4000 K színhımérsékleti csoport referenciájának választott hidegtükrös halogén izzó esetén.
A további ábrákon (27. ábra, 28. ábra; 4000 K-es és 6500 K-es referencia fényforrások esetén) is jól látható, hogy a „választott” és „valós” minták közel azonos színkoordinátákkal rendelkeznek; a különbség a többi fényforrás párok esetén is elhanyagolható, így a továbbiakban csak az „eredeti” és „valós” minta halmazokon értelmezett ábrákat ismertetem.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
28. ábra: Színkészletek ábrázolása CIELAB a*b* síkra vetítve három különbözı minta halmaz esetén a 6500 K színhımérsékleti csoport referenciájának választott Toshiba D65 fénycsı esetén.
Valós MCC minták esetén a területek legtöbbször, ha kis mértékben is de kisebbek, mint az elméleti minták esetén, ami a valós minták 2-3 év alatti kismértékő fakulására vezethetı vissza, de ennek hatása a késıbbi számításokra elhanyagolható.
Az elızı három ábra mutatja, hogy mind a három színhımérsékleti szint esetén olyan fényforrásokat sikerült választani referenciának, melyek színvisszaadása a CIE 13.3 módszer
Az imént bemutatott referencia fényforrásokhoz hasonlóan, mind a három színhımérsékleti csoport további fényforrásainak színkészletét is ábrázoltam a CIELAB a*b* síkra vetítve.
5.3.4.1. 2700 K korrelált színhımérsékleti csoport
Ezen színhımérsékleti csoportban egy kompakt fénycsövet, egy fehér LED-et valamint két RGB LED clustert vizsgáltam összehasonlítva azok színkészletét a CIE 13.3 módszer szerint hozzájuk referenciának választott fényforrások színkészletével.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
a*
b*
CIE 13.3 En. kompakt fénycsı - (T_F82)
MCC - "Valós" minták
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
a*
b*
CIE 13.3 En. kompakt fénycsı - (T_F82)
29. ábra: Energiatakarékos kompakt fénycsı színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A fenti ábrán (29. ábra) már jól kivehetı, hogy nagyobb színinger-különbségek adódnak referencia és teszt fényforrás között, ezáltal nagyobb mértékben torzítva a teszt poligon alakját a referencia poligonhoz képest. Az is jól látszik, hogy a torzulások irányultsága és nagysága eltérı a különbözı színminta halmazok esetén, holott az „eredeti” Munsell minták helyettesítéseként szolgáló MCC minták meghatározásánál törekedtek a színezetben leginkább közel álló minták kiválasztására. A valós minták esetén kicsi bal és jobb oldali irányultságú (zöld és vörös tengely) torzulás figyelhetı meg, ami egy függıleges irányú (sárga és kék tengely) megnyúlással párosul.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 White LED - (L_STAR/O_2700)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 White LED - (L_STAR/O_2700)
30. ábra: Fehér LED színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A fehér LED esetében (30. ábra), mivel ez a fényforrás is nagy Ra általános színvisszaadási index-el rendelkezik, nem meglepı, hogy a nyolc színminta által meghatározott poligonok jó közelítéssel fedik egymást, miközben, ha kis mértékben is, de a kompakt fénycsı esetében már látott oldalsó és függıleges irányú torzulás figyelhetı meg.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 LED cluster 1 - (S_2700)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 LED cluster 1 - (S_2700)
31. ábra: RGB LED cluster 1 színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A CIE módszere szerint kis Ra színvisszaadási index-el rendelkezı RGB LED-ek esetében már jóval érdekesebb és szembetőnıbb a torzulás (lásd 31. ábra és 32. ábra). A nagy színinger-különbségekbıl adódóan az egyes színminták koordinátái között már jelentıs eltérés mutatkozik, mely a poligon alakját a referenciához képest nagymértékben torzítja. A poligon ebben az esetben inkább oldalsó irányban nyúlik és függıleges irányban szőkül, ellentétben az eddig tapasztaltakkal.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
a*
b*
CIE 13.3 LED cluster 2 - (L_2700)
MCC - "Valós" minták
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
a*
b*
CIE 13.3 LED cluster 2 - (L_2700)
32. ábra: RGB LED cluster 2 színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A LED cluster 2 esetében még inkább érvényesül a poligon nagy színinger-különbségekbıl adódó torzulása, melynek iránya nagyban hasonlít a LED cluster 1 esetén már tapasztaltakkal.
Az alábbi táblázatban (23. Táblázat) összefoglaltam a bemutatott grafikonokon ábrázolt területek nagyságát, a teszt és referencia fényforrások területeinek egymáshoz képesti arányával. Azon fényforrások esetében melyek jó színvisszaadási tulajdonságokkal bírnak a CIE 13.3 eljárása szerint, tehát kis színinger-különbségek adódnak az egyes színminták között referencia és teszt fényforrás által megvilágítva, azaz nagy Ra értékkel rendelkeznek, a poligonok egymáshoz képesti nagysága közel azonos (T(teszt)/T(ref.) ≈ 100%). De nem ilyen egyértelmő a helyzet, ha az eltérı spektrális teljesítmény-eloszlások miatt megváltozik a színek megjelenése és ezáltal jelentıs mértékben torzul a teszt fényforrás poligonjának alakja a referencia poligonjának alakjához képest.
Az energiatakarékos kompakt fénycsı ábráján jól látható torzulás figyelhetı meg a „valós”
minták esetében, mégis a két terület mérete megegyezik egymással (100,2%). Másik fontos észrevétel, hogy a jelentıs torzuláson átesett poligonok a LED clusterek esetén jelentıs területbeli növekedést tudhatnak magukénak a referencia fényforráshoz képest, miközben színvisszaadásuk a CIE értelmezésében jelentıs mértében csökken. Minden fényforrást figyelembe véve a LED cluster 1 poligonjának területe nı meg legnagyobb mértékben a referencia poligonjához képest (>120%), holott a CIE értelmezésében a LED cluster 2 esetében a legnagyobbak a számított színinger-különbségek az egyes színminták között (lásd késıbb, 32. Táblázat).
Thornton feltételezése, miszerint ha egy adott fényforrással megvilágított mintahalmaz által meghatározott színkészleti tartomány nagyobb egy másik fényforrás által meghatározott
színkészletnél, akkor elıbbi jobb színvisszaadási tulajdonságokkal rendelkezik, a CIE 13.3 módszerét tekintve nem teljesül a fenti ellentmondásokat figyelembe véve.
Kijelenthetı tehát, hogy az általam vizsgált színminták CIELAB a*b* színkoordinátái által meghatározott „gamut” területek nagysága nem alkalmas közel azonos korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások közti rangsor felállítására, ha azok színvisszaadási tulajdonságait a jelenleg érvényben lévı CIE eljárás szerint értelmezzük.
23. Táblázat: A vizsgált fényforrásokkal és a CIE 13.3 szerint értelmezett referencia fényforrással megvilágított színminták által határolt területek arányai és azok Ra indexei
2700 K "Eredeti" "Valós"
T(teszt)/T(ref.) Ra T(teszt)/T(ref.) Ra Halogén izzó (referencia) 99,5% 99,4 99,6% 98,9 White LED - (L_STAR/O_2700) 97,9% 88,4 98,9% 79,4 En. kompakt fénycsı - (T_F82) 108,4% 84,3 100,2% 68,8 LED cluster 1 - (S_2700) 127,5% 36,1 123,2% -1,2 LED cluster 2 - (L_2700) 118,0% 3,7 114,9% -59,7
5.3.4.2. 4000 K korrelált színhımérsékleti csoport
Ebben a csoportban a két-két hagyományos illetve két-két kompakt fénycsı mellett a már elızı csoportban ismertetett fehér LED-et valamint két RGB LED clustert hasonlítottam össze, mely két utóbbi korrelált színhımérsékletét áramstabilizált tápegység segítségével állítottam a referencia fényforrás színhımérsékletével teljesen azonosra. Az alábbi ábrákon (33. ábra - 37. ábra) megfigyelhetı, hogy mind a fénycsövek mind pedig a fehér LED esetén a torzulások hasonló irányultságúak, mint ami a 2700 K-es csoport esetében már tapasztalható volt mindkét vizsgált mintahalmazt tekintve.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
33. ábra: 3 sávos fénycsı (T8 Polylux XL) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
34. ábra: Cool White fénycsı - (T) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
35. ábra: Cool White kompakt fénycsı - (O_840) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
36. ábra: Cool White kompakt fénycsı - (O_940) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
CIE 13.3 White LED - (L_STAR/O_4000)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 White LED - (L_STAR/O_4000)
37. ábra: White LED - (L_STAR/O_4000) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Úgyszintén nagyon hasonló torzulást eredményeznek a 4000 K korrelált színhımérséklettel rendelkezı LED clusterek a 2700 K-es esethez viszonyítva, a LED cluster 1 poligonja ugyan itt sem torzul olyan látványosan, mint a LED cluster 2 poligonja, de az általa határolt terület nagysága szintén a legnagyobb mértékben változik az összes fényforrás közül a CIE 13.3 szerinti referenciához képest (38. ábra, 39. ábra). Minél nagyobb ez a terület annál több színt vagyunk képesek megjeleníteni egy adott fényforrás segítségével, miközben az általam vizsgált esetekben jelentıs mértékben csökken a lámpák színvisszaadási tulajdonsága a CIE értelmezésében.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 LED cluster 1 - (S_4000)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 LED cluster 1 - (S_4000)
38. ábra: LED cluster 1 - (S_4000) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 LED cluster 2 - (L_4000)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 LED cluster 2 - (L_4000)
39. ábra: LED cluster 2 - (L_4000) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Közepes korrelált színhımérséklettel rendelkezı fényforrások vizsgálatánál is elmondható, de leginkább az RGB LED-ek esetén, hogy kicsi Ra index értékhez nagyobb színminták által határolt CIELAB színtérbeli terület tartozik, mint a referencia fényforrás esetén. Ha a „valós”
mintahalmazon értelmezett százalékokat és Ra értékeket vesszük szemügyre, akkor az is jól látszik, hogy a referencia és teszt fényforrások által megvilágított színminták által határolt területek öt esetben közel azonosak (≈100%), miközben azok Ra színvisszaadási értékei jelentısen eltérnek egymástól.
Itt is kijelenthetı tehát, hogy fényforrások CIE 13.3 szerint értelmezett általános színvisszaadási indexe a „gamut” területtel nem korrelál. A „gamut” terület szemléletes képet ad az egyes színek várható észleletbeli torzulásainak mértékérıl és irányultságáról. A vizuális észleletekkel történı összevetés során a színvisszaadás jellemzésében való szerepére még visszatérek.
24. Táblázat: A vizsgált fényforrásokkal és a CIE 13.3 szerint értelmezett referencia fényforrással megvilágított színminták által határolt területek arányai és azok Ra indexei
4000 K "Eredeti" "Valós"
T(teszt)/T(ref.) Ra T(teszt)/T(ref.) Ra
Hidegtükrös halogén izzó (referencia) 97,0% 94,2 97,5% 88,9 Cool White kompakt fénycsı - (O_940) 103,1% 93,2 99,9% 88,0
5.3.4.3. 6500 K korrelált színhımérsékleti csoport
Mint a korábbi színhımérsékleti szinteken, itt is összehasonlításra került egy energiatakarékos kompakt fénycsı, egy fehér LED, valamint két RGB LED cluster. Fénycsı esetén, a CIE értelmezése szerint meghatározott referenciához képest csak kis mértékben torzulnak a színek, de azok irányultsága megegyezik az eddig tapasztaltakkal – balról, jobbról kicsit összenyomódik, alul, felül kicsit megnyúlik a minták által határolt terület alakja – mind az
„eredeti”, mind pedig a „valós” mintahalmaz esetén (40. ábra).
TCS01-08 - "Eredeti" minták
40. ábra: 6500 K Kompakt fénycsı - (T) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Eltérıen a már vizsgált másik két szinttıl, a nagy korrelált színhımérsékleti csoportba tartozó fehér LED esetén jelentısebb torzulások figyelhetıek meg mindkét mintahalmaz elemeit tekintve fıleg a sárga-kék tengelyen felvett értékekre vonatkozóan, de a bal-jobb oldali szőkülés is nagyobb mértékő, mint eddig (41. ábra).
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 White LED - (L_6500)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 White LED - (L_6500)
41. ábra: White LED - (L_6500) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A várakozásoknak megfelelıen az RGB LED-ekkel megvilágított színminták nagymértékő torzuláson esnek át a hozzájuk meghatározott referencia fényforrás által megvilágított mintákhoz képest. A változások irányultságai hasonlóak az eddig látottakhoz és a nyolc minta által határolt területek mérete is több mint 20 százalékkal nagyobb a referenciához képest.
TCS01-08 - "Eredeti" minták
CIE 13.3 LED cluster 1 - (S_6500)
MCC - "Valós" minták
CIE 13.3 LED cluster 1 - (S_6500)
42. ábra: LED cluster 1 - (S_6500) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
Az egyes számú RGB LED-hez tartozó színminták általi terület majdnem teljes egészében magába foglalja a referencia fényforráshoz tartozó poligont, míg a LED cluster 2 esetén megmarad a már látott jellegzetes, nagymértékő bal-jobb irányú megnyúlás illetve a sárga-kék tengely értékeinek origó irányba való csökkenése (42. ábra, 43. ábra).
TCS01-08 - "Eredeti" minták
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
a*
b*
CIE 13.3 LED cluster 2 - (L_6500)
MCC - "Valós" minták
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
a*
b*
CIE 13.3 LED cluster 2 - (L_6500)
43. ábra: LED cluster 2 - (L_6500) színkészlete az „eredeti” és „valós” mintahalmazokon értelmezve.
A 25. Táblázatban szereplı számokból is jól látható, hogy a CIE szerint meghatározott referencia és az általam vizsgált fényforrásokhoz tartozó területek arányai nem korrelálnak a CIE 13.3 szerint számított színvisszaadási indexekkel, mert például mindkét fénycsı esetén ezen arány közel azonos (100%) – valós minták esetén, míg számított Ra indexeik között jelentıs különbség van. Színes LED-eket tekintve szintén közel azonos a területek arányainak változása, míg általános színvisszaadási indexeik között óriási különbség figyelhetı meg.
25. Táblázat: A vizsgált fényforrásokkal és a CIE 13.3 szerint értelmezett referencia fényforrással megvilágított színminták által határolt területek arányai és azok Ra indexei
6500 K "Eredeti" "Valós"
T(teszt)/T(ref.) Ra T(teszt)/T(ref.) Ra
Toshiba D65 (referencia) 102,5% 88,3 100,9% 91,1 6500 K Kompakt fénycsı - (T) 105,9% 81,8 101,3% 77,0
White LED - (L_6500) 89,4% 79,2 89,6% 68,2
LED cluster 1 - (S_6500) 131,2% 52,3 129,1% 4,6 LED cluster 2 - (L_6500) 128,8% 13,1 125,9% -66,8
Mindhárom színhımérsékleten azt találtam, hogy a hagyományos általános színvisszaadási index és a nyolc színminta által lefedett terület mérete nem korrelál egymással.
5.3.5. Színkoordináták torzulásának vizsgálata u’v’