CIE关于光源色差的最新技术注解解读

黄 艳 任胜东 陈 聪 潘建根，

(1.全国照明电器标准化技术委员会光辐射测量分技术委员会秘书处，浙江杭州 310053;2.远方光电科学研究院，浙江杭州 310053)

1 引言

色差常用于表征照明产品的空间颜色分布均匀性、寿命期间内的色漂以及批次产品的颜色一致性等性能，对照明产品的照明质量、产品分选以及寿命评价均具有重要意义。为了准确、方便地服务于工业生产以及产品的市场规范需求，色差的表示方式随着颜色空间以及照明产品的发展经历了几个重要变化。如今，各类照明产品规范所采用的色差表示方式各不相同，例如，荧光灯一般采用不同尺寸的麦克亚当椭圆来表示不同大小的色差，而LED产品则一般采用矩形，但在实际应用中仍存在一定缺陷或不便。因此，国际照明委员会 (Commission Internationale de L'Eclairage，CIE)D2分部成立R2-66，对荧光灯以及LED等各类照明产品色度规范的色差表示方法进行了系统分析，结合最均匀的CIE颜色空间，推荐了适用于各类照明产品的最新色差表示方式-CIE u'v'圆［1～6］，本文将结合 R2-66 最新技术注解草案，对各类色差表示方式及其应用展开深入分析。

2 麦克亚当椭圆表示光源色差

1942年麦克亚当 (Macadam)在CIE x-y色品图上选择了25个色品点，以色品点为中心，测量统计并以颜色匹配标准差 (Standard Deviation of Color Matching，SDCM)定出了一个代表颜色宽容量 (人眼所能察觉的最小颜色差别)的近似椭圆，即麦克亚当椭圆，1 SDCM代表了1阶麦克亚当椭圆。此后，基于麦克亚当椭圆的光源色差表示方式逐渐得到应用。

荧光灯色度规范一直采用麦克亚当椭圆来规定荧光灯产品宣称CCT的色容差范围。例如，国际电工委员会 (International Electrotechnical Commission，IEC)在CIE1931(x，y)色品图中规定线型荧光灯的色坐标应落在其宣称色温所对应的色坐标中心点的5阶麦克亚当椭圆内 (IEC 60081)，如图1所示，5阶麦克亚当椭圆由原麦克亚当椭圆插值得到，圆上点与中心点色坐标的差异为5 SDCM。能源之星以及美国国家标准学会 (American National Standard Institute，ANSI)也分别采用7阶麦克亚当椭圆(DOE Energy Star Lamps V1.0)和4阶麦克亚当椭圆 (ANSI C78.376)来规定产品的色差允许范围。

图1 线型荧光灯的色度规范——IEC 60081给出的5阶麦克亚当椭圆［1］Fig.1 Specification for the chromaticities of linear fluorescent lamps as given in IEC 60081 using five-step MacAdam ellipses

在白光区域，关于荧光灯6个CCTs相关的4阶、5阶等不同大小的椭圆虽然已经有清楚的标准规定，但在CIE 1931(x，y)与1976(u'，v')中麦克亚当椭圆的尺寸和形状是完全不同的，如图2所示，即SDCM表示的色容差不是一个恒定量，因此，随着照明科技和检测技术研究的发展，麦克亚当椭圆的色差表示方式引发了新的思考。

图2 CIE1931(x，y)的色品图 (a)和CIE 1976(u'，v')色品图 (b)的麦克亚当椭圆 (10倍尺寸)［1］Fig.2 MacAdam ellipses(10 times of the scale)plotted in CIE 1931(x，y)chromaticity diagram(left)and CIE 1976(u'，v')chromaticity diagram(right)

3 SCDM色差表示方法的主要问题

固态照明产品的应用越来越广泛，其色温丰富，荧光灯的 6个相关色温 (CorrelatedColor Temperature，CCT)的麦克亚当椭圆并不能完全表达宣称色温各异的各类产品的色差范围。对于白光区域，在该6个CCTs以外的指定宣称色温，其各阶麦克亚当椭圆需要根据中心点以及麦克亚当测量得到的25个原椭圆数据插值得到，但这些插值公式目前在任何国际标准中没有相应定义，且即使规定插值公式，在实际应用中也很复杂和不便。

为此，ANSI在原麦克亚当椭圆色差表示方式的基础上，于2011年推出了ANSI C78.377，以8个标称CCT和100K间隔的可变CCT的四边形区域替代SDCM色差表示方法，并用于评价固态照明产品的色差范围。该标准规定，四边形与黑体轨迹相平行的两条边并非直线，而应具有与黑体轨迹相似的曲率，这对各阶四边形及可变四边形绘制应用来说，仍较为复杂。

4 CIE最新推荐的 u'v'圆色差表示

CIE Reportership 2-66(R2-66)由CIE当选主席Yoshi Ohno负责，旨在准备光源色差表示方式相关的技术注解 (Technical Note)文件。

CIE这篇最新的技术注解文件对过去国际常用的标准色差表示方式进行了全面分析，并结合光和照明领域当前的知识积累和经验，推出了新的光源色差表示方式，建议在最为均匀1976(u'，v')色品图中评价照明产品的色差和色差范围，并推荐了该色品图下u'v'圆表示方式。

图3为1976(u'，v')色品图中5阶麦克亚当椭圆和u'v'圆对比表示图，可以看出5阶麦克亚当椭圆 (黑实线)与所画半径为0.0055的圆 (红虚线)几乎重叠。CIE认为5阶麦克亚当椭圆可近似等于(u'，v')图中半径为0.0055的圆，并认为可采用这些u'v'圆替代白光区域的麦克亚当椭圆。这样，n阶u'v'圆的半径Δu'v'粗略等于n乘以0.0011。虽然u'v'圆和麦克亚当椭圆存在微小的差异，但考虑70年前麦克亚当椭圆的实验测量不确定度，CIE技术注解草案认为在 (u'，v')图白光区域的这些差异，在实际应用中是可以忽略的。

图3 CIE1976(u'，v')色品图中的5阶麦克亚当椭圆和 u'v'圆 (半径0.0055)［1］Fig.3 Five-step MacAdam ellipses in IEC 60081 and circles(radius 0.0055)in the CIE 1976(u'，v')chromaticity diagram

为了应用的便利，并保证与麦克亚当椭圆的一致性，对于6个CCTs，CIE规定u'v'圆的中心点与IEC 60081的6个麦克亚当椭圆的中心点 (u'，v')坐标一致，并定义n阶u'v'圆半径为0.0011的n倍。中心点为 (u0'，v0')的u'v'圆方程可表示如下:

根据该最新技术注解草案，确定中心点，各阶u'v'圆的形状和尺寸即可根据 (1)式确定，可灵活地精确地表示各宣称色温下的照明产品的不同色差范围。此外，在评价空间颜色均匀性和长期颜色维持特性时，CIE也建议在均匀色空间 (u'，v')中计算的距离，用Δu'v'表示，并不鼓励使用SDCM。

5 结论

照明产品的种类越来越丰富，有效的色差表示方式对于规范各类照明产品的颜色性能质量十分重要。CIE R2-66最新技术注解草案所推荐的u'v'圆色差表示方法均适用于荧光灯和固态照明产品，是目前较为便利和统一的标准方法。随着该技术注解草案的推出和推行，该方法很可能取代现有的色差表示方法，成为评价各类照明产品色差的统一指标，十分值得照明行业关注。

更进一步，基于LED的出现和发展，CIE开展了一系列基础研究和CIE标准更新工作，这将会影响相关的国际或区域标准修订，我国照明行业应对此动向密切关注。

［1］CIE TN WD07，2013-09-27，Colour Difference of Light Sources.

［2］ANSI_ANSLG，C78.377－2011 Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products.

［3］ANSI，2001.C78.376 Specifications for the Chromaticity of Fluorescent Lamps

［4］CIE，2004.CIE 15:2004 Colorimetry，3rd edition.

［5］IEC 60081，1997，Double-capped fluorescentlamps-Performance specifications，Annex D.

［6］ISO/CIE，2008.ISO 11664－4:2008(E)/CIE S 014－4/E:2007 Joint ISO/CIE Standard:Colorimetry-Part 5:CIE 1976 Lu*v* Color Space and u'，v'Uniform Chromaticity Scale Diagram.