1、电视照明用 LED 光源显色性评价标准 TLCI 解析2015-12-14 来源：1. ARRI China 2.中央电视台技术制作中心制作部 作者：1.刘思南 2.王京池 摘 要： 通常我们使用 CRI 来评价一个光源的色彩还原能力，但由于 LED 光源光谱非连续性的特点，这种评价方法产生了一些问题，特别是采用彩色光源混成的白光照明环境，由于光谱与摄影机的感光芯片不匹配，表现出色彩还原的偏差，而用 TLCI 评价体系就更准确，本文比对 CRI, 对 TLCI 评价体系做简单地解析。关键词： TLCI CRI LED 光谱 摄像机1. TLCI 标准的产生国际照明委员会(CIE)对显色性的定义
2、是：与标准的参考光源相比较，一个光源对物体颜色外貌所产生的效果。许多年以来，人们一直用显色指数 CRI(Color Rendering Index)作为评判光源对真实色彩还原的能力。CRI 是针对人的眼睛来确定的，是一个光源与标准光源相比较下在颜色辨认方面的一种测量方式。它目前仍是一种得到普遍认可的度量光源显色能力的标准。在这评价体系中，钨丝灯的 CRI 表现最好，几乎可达到 100，其他光源由于光谱的不连续性比钨丝灯 CRI 都低。近几年，在电影电视拍摄的照明环境中，LED 光源的使用已经非常普遍。由于 LED 光源发光原理和光谱分布的特殊性，有时候，CRI 指数很高的光源，在电影电视的拍摄
3、环境下使用时，也会因光谱成份与摄像机的感光芯片彩色特性的不匹配，表现出输出画面颜色上的偏差。这些偏差虽然可通过后期调色的办法来加以适度校正，但通常耗费大量时间和成本，往往也不尽如人意。因此，这就需要一个新的度量标准，不仅能够正确反映人眼对光源光色的感知程度，还要反映摄像机对光色的接收和色彩的还原程度。为此，前英国广播公司 BBC 的工程师，光学专家罗伯特(Alan Roberts)先生与欧洲广播联盟(European Broadcasting Union，缩写为 EBU)一起合作于 2011 年 11 月年提出了电视光源一致性参数(Television Lighting Consistency
4、 Index，缩写为 TLCI)，命名为 TLCI-2012。它是通过光谱辐射测试仪对被测光源的光谱能量分布进行测试，然后用分析软件计算，得到 TLCI 的测试结果。2. TLCI 标准主要内容TLCI-2012 是欧洲广播联盟(EBU)公布的在灯光生产企业和电影电视制作单位推荐的一个标准，还不是一个国际上通用的技术标准。此标准是在英国广播公司 BBC 电视台的大力支持和积极推动下的建立和完善的，目前已经成为最为业界接受和通用的一个标准。它是一种评估演播室灯光色彩表现质量的标准。TLCI 是用光谱辐射计对一个光源发出光谱能量分布进行测量和计算的。它通过数据分析，用 0 至 100 的数值来表示
5、光源在电视照明环境中的色彩还原的表现程度。数值的意义与 CRI 基本一致，但是也有很大的不同。对于 CRI 来说，一个光源的显色指数大于等于85，就认为是适合于电视拍摄了，而 TLCI-2012 的数值是分得更加细致，详细见表 1。表 1 光源 TLCI-2012 数值与后期调色之间的关系大家都知道，CRI 的测量值是由规定的 14 块颜色样品在被测光源下呈现出的外貌与标准的参考光源下呈现出的外貌之间的差异来决定的。这些样品都选自孟塞尔颜色样品。如图 1 展示了 14 块标准 CRI 颜色样品，前 8 块通常用来测定一般显色指数 Ra(通常人们提到的 CRI 值就是指一般显色指数)，选取的 T
6、CS01TCS08 具有中等饱和度与大致相同的明度，并且颜色范围涵盖了整个可见光谱。最后 6 块是特殊颜色样品，TCS09TCS14 很少使用，它们中除了有模仿欧洲人肤色与树叶绿色外，还包括了饱和度更高的原色。图 1 CRI 规定的 14 块标准颜色样品TLCI 标准的测试与 CRI 有些类似，是由一张色彩对比图标显示比对结果(如图 2 所示)确定的。TLCI 的测试色块有 24 个，测试的结果基于每个标准对比色块在标准光源(标准光源是指色度和色温都落在普朗克曲线的光源)的照射下，由电视摄像机输出端画面得到的色彩表现。这个色彩表现是指在一个标准的一级高清电视监视器上可以看到的色彩表现。图 2
7、TLCI 标准测试色块表TLCI 标准的测试结果图中会在每个测试色块的中心插入一个小色块。这个小色块就是被测试的光源在同样的测试环境下，在摄影机监视器上的色彩表现。在测试的时候，摄影机对每种颜色都是分别做过颜色平衡的，所以灰度级是准确的。图 3 和图 4 是对两个不同光源测试的结果图，明显看出第一个光源的 TLCI 测试结果要低于第二个光源。其中图 3 测试的是市场上随机抽测的一款白光 LED 聚光灯，图 4 测试的是一只阿莱(ARRI)L7-C 聚光灯的测试结果。图 3 一般 LED 白光聚光灯 TLCI 测试结果图图 4 阿莱(ARRI)L7-C 聚光灯 TLCI 测试结果图图 5 所示为
8、一个包含 TLCI 完整数据的测试结果图表。除了色块图，测试结果中还包括色彩校正建议表和光谱能量分布图等内容。图顶端文字第一行描述的是被测光源的名称和它的相关色温值(CCT)。括号里的数值“-0.6”是指此光源色温值偏离标准色温曲线的偏差值，“+”表示偏向品红色方向一边，“-”表示偏向绿色方向一边。当偏差数值大于 1 的时候，实际测试意义就不大了。第二行的红色文字表示的是 TLCI 测试结果数值，此光源的测试结果值是 90。图 5 TLCI 完整数据的测试结果图表图 6 色彩校正建议表和光谱分布曲线在比色块的右边，还有一个色彩校正建议表和光谱分布曲线，图 6 为局部放大图。实际本光源 TLCI
9、 已经达到 90，已经达到播出标准，但测试结果仍然给出了如果还想要非常精确色彩还原度的话，校准的方向。其中色彩校正建议表给出了图像后期色彩校正的方向和程度，对 12 个不同的颜色区域(sector)，根据程度的不同标注了“+”和“-”，“+”表示增强，“-”表示向减弱，“+”“-”号的多少表示程度的强弱。每个颜色区域，标出了亮度(lightness)、色相(chroma)和饱和度(hue)三个参数的校正建议。例如：第一行“红(R)”和第二行“红/黄(R/Y)”三个参数都不需要校正。第三行“黄(Y)”亮度和饱和度不需要校正，色相需要少许的减弱。第六行“绿/青(G/C)”亮度不需校正，色相需要少许
10、减弱，饱和度需要较大程度的增强。TLCI 完整数据的测试结果图表中右下角标注的是被测光源的可见光区域(波长 380nm至 750nm)光谱能量分布图。图中浅蓝色曲线为光谱曲线。3.TLCI 与 CRI 测试结果比较通过上面的分析，我们不难看出 TLCI 与 CRI 的测试的目的和方法是不太一样的，TLCI针对的是摄像机而 CRI 针对的是人的眼睛。但它们都用数字 0 至 100 的数值来表示光源的色彩表现能力。两者之间的关系又是怎样的呢?下面我们把光源的两个数值比较一下就更明确了。图 7 所示的是被测试光源的 TLCI 和 CRI 测试结果关系图，每个黑点代表一个光源测试结果的坐标位置，横坐标
11、对应数值为 CRI 值，纵坐标为 TLCI 值。从中我们可以看出，两者并不一定呈线性关系。也就是说 CRI 值高的光源，TLCI 值不一定高。图中粉红的柱状的右边表示的是 CRI 值高于 80 的光源，这些光源中，TLCI 值有高有低。从使用体验来看，就是肉眼看上去显色性高的光，它在摄像机镜头中的显色性表现有好有坏。我们选取四个不同光源的测试结果点进行说明： A 点表征的光源，其 CRI 值是 92，但是 TLCI 值只有 50，表示这个光源在肉眼看来，对色彩的还原度很好，但是在摄影机的输出端，对颜色的还原度较差，这是一个不适合演播使用的光源;B 点的 CRI 和 TLCI 值都高于 90，这
12、是一个肉眼看来和摄影机输出都有很好色彩表现的光源，也适用于演播环境;C 点的 CRI 值是 70 不很高但 TLCI 值为 90，说明它肉眼下看来色彩还原度一般，但是适合演播使用;D 点表征的是一个 CRI 和 TLCI 都低于 50 的光源，它在肉眼观察下和摄影机输出端的色彩还原度都很差，是一个不适于演播环境使用的光源。图 7 多种不同 LED 光源 TLCI 和 CRI 测试结果关系图究其原因，问题在于 CRI 的测试和计算是基于人眼对颜色的分辨能力，而 TLCI 的计算也参考了摄像机对颜色的分辨能力。两者对颜色的分辨原理相似，但有所差别。图 8、图9 所示分别是人眼对颜色的敏感曲线和一般
13、电视摄像机对颜色的敏感度曲线。两者敏感的波峰并不完全重合。图 8 人眼对颜色的敏感曲线图 9 摄像机对颜色的敏感度曲线在这种情况下，在人眼中显示出的颜色可能与在摄像机输出端显示的颜色不一样。同样，在人眼中看起来一样的 5600K 白光，在摄像机镜头中，对色彩的还原能力相差甚至很大。因为 LED 光源得到白光的方法不同，所得白光的光谱可能差别很大，图 10 所示是一个传统的 RGB 混合产生白光 LED 光谱图。图 10 传统的 RGB 混成白光 LED 光谱图图 11 传统的钨丝灯光谱图这种 RGB 混合的白光光谱与传统钨丝灯的白光光谱(如图 11 所示)比较差别很大。它是一个连续性很差的光谱
14、。它的 TLCI 值只有 20，CRI 值是 75。为了得到更好的 TLCI 值，各LED 灯具生产企业也在用不同的办法通过精心设计期望得到光谱分布更好，更适合于演播室播出环境的 LED 灯具。4.结束语如何选择高质量的适合电影电视照明环境的 LED 灯具，需要实践去验证也需要标准的规范。TLCI-2012 反映了电视摄像机对照明环境的要求，提高了 LED 光源在影视照明中的应用水平，为生产和使用 LED 灯具奠定了科学基础，目前是最为业界接受和通用的一个标准。参考文献：1. Practical Spectroradiometry- An introduction for users of the Television Lighting Consistency Index，Alan Roberts，2013.8英国电视摄影指导会议文章2.Lighing Product Introduction by ARRI product managementFlorian Bloch, ARRI 中国开放日技术交流活动
