电视照明（光源）一致性指数——TLCI

文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

电视照明（光源）一致性指数
——TLCI

文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春1

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

显色指数（CRI）和色质指数（CQS）是适用于人眼的两个显色性度量指标，但不适用于电视摄像机。针对电视系统的应用，新研发并已发布了新的度量指标：电视照明（光源）一致性指数-TLCI。本文阐述TLCI的原理和评价及检测方法和程序，列举TLCI测试报告的内涵和应用，分析TLCI和CRI之间的关系，并介绍电视灯具匹配系数TLMF。

TLCI；人眼响应曲线；CCD响应曲线；颜色修正；TLMF

在《Protocol》杂志2010冬春季刊上，笔者已谈论过显色性度量。那些论述着眼于早些年的显色指数（CRI）和新近的色质指数（CQS），以及应用这些指数的赞成和反对意见。尽管这些度量彼此各不相同，但都具有一个重要的共同点：它们是适用于人眼的两个度量指标，而没有说明在其他传感器上，诸如应用于视频，或电视摄像机中的传感器，或在胶片材料上，光源将如何呈现颜色。这一切使得电视照明指导或摄像指导的工作要困难得多。

1 为什么CRI和CQS对电视照明和摄像工作不适用？

读者可能认为，在使用视频摄像机时，一个具有适当CRI或CQS值的光源会产生很好的颜色呈现效果，其实并非一定如此。视频传感器的响应曲线非常不同于人眼的响应曲线，其光信号将以完全不同的方式被处理。此外，人眼（和人脑）是非常宽容的，并不断地调整以使颜色看上去是正确的；视频和电影摄像机没有这种作用机制，而实际上它们被设计成能精确地反映它们所看见的情景而不会改变颜色。图1显示人眼中锥体细胞的响应曲线，而图2则显示使用CCD传感器的摄像机中探测器的响应曲线。这两个图谱如此不同，以致它们不同地看待事物就不会令人感到惊奇。CCD的响应曲线与应用于标准光度和色度仪表的响应曲线非常相似——这就是这些测量仪表为什么有时给予的结果与人眼所感知的不相匹配的另一个原因。

在电视摄像机场合试图运用现有的显色性度量例如CRI的另一个问题是，所采用的一些试验色位于摄像机的色域之外，因而是不可见的。例如，用作CRI R9饱和的红色就位于电视摄像机的色域之外，因此，它不是用来检测摄像机显色性的合理颜色。

2 电视照明（光源）一致性指数

电视照明（光源）一致性指数（TLCI，Television Lighting Consistency Index）力图解决这些问题并提供一种类似适用于人类视觉的CRI和CQS的电视和视频摄像机的显色性度量指标。TLCI研究工作早在20世纪70年代由英国广播公司（BBC）启动。然而，当时普通应用的光源，除了奇特的日光灯之外，主要是宽频带光发射器，这意味着对这种度量指标的需要并不是很急迫，因而这项研究就流产了。近年来，固态光源的引进，尤其是LED光源的发展，激励了这项研究工作重新回到现实生活中。LED光源得到了大量的采用，而其中许多产品的显色性并不是很好，这意味着对这种显色性度量指标的需要比以往任何时候更为急迫。艾伦·罗伯茨（Alan Roberts），也是一名前BBC的科研工程师，已经承继了这项研制工作，经过大量的工作之后，将TLCI研发工作成功推进，它已被发布为欧洲广播联盟（EBU）的推荐标准。TLCI有可能成为（美）电影电视工程师协会（SMPTE，Society of Motion Picture and Television Engineers）的标准，笔者相信，今后全世界都会采用它。

TLCI采用类似于CRI和CQS的研究方法，即采用一个标准组的试验色样品，并在试验光源和理想辐射光源或日光下（根据色温）比较它们的外貌。对应用而言，颜色的选择是一种简单的选择；电视产业已经广泛采用如图3所示的爱色丽颜色测试图（X-Rite ColorChecker ）作为摄像机阵容的标准（以前被称为Macbeth Color Test Chart，麦克白斯颜色测试图）。

在视频领域内每一个人都非常熟悉，这张图前3行的颜色样品中也包含我们所需要的全部样品（底端一行的灰度样品与显色性测试没有关系）。第一行包含自然色，如浅肤色和深肤色、树叶色和天空色，而第二行和第三行则包含着覆盖整个色域的饱和度更高的颜色样品。在当前的应用中，这张测试图有一个奇异点：在日光色温的光源照明下，第三行末端的青色样品对于电视实际上恰好位于色域之外。因为这张测试图原先是为摄影应用而设计的，而彩色胶片通常具有更宽的色域。然而，这个出格的青色并不妨碍这张测试图进行检测工作。

为了读者能了解本文谈论的显色性问题，图4显示一张色块被劈为两半的颜色测试图，每一个色块上半部受照于天然日光，而其下半部则受照于相同色温的白光LED光源。底部一行的灰色样品看上去很正常，但是在其他的色块中可以看见极大的差异。尤其是第一个色块深肤色表现得全然不同，它呈现得比应该显现的更深暗些。

正如CRI和CQS的评价一样，TLCI的评价也没有采用实际的测试图和摄像机；而采用另一种方法，将测试图上的颜色用数学建模，其全部测试工作都由被捕获到的测试光源的光谱在软件中数字化运行。这个软件也包含标准摄像机光谱响应曲线的模型，而该模型创建于许多商业摄像机光谱响应的平均值。图5显示在被软件程式化了的有色方框中整个评价过程的方框图。

这个过程的第一步骤是计算被测试光源光谱的CCT（Correlated Color Temperature，相关色温），这项计算一旦完成，一个相同色温的参考光源就生成了。在CCT低于3 400 K时，其算法采用真实的普朗克黑体轨迹；CCT高于5 000 K时采用日光光源；而CCT在3 400 K与5 000 K之间，则采用中间插补的混合发光体。这种不同测试光源的应用与现实世界照明产品的应用相匹配，日光和钨丝灯（3 200 K）是应用于拍摄影像最常见CCT的光源。

产生于这个评价程序的主要结果是个单一数字，其变动范围是0～100，表示被测试光源的TLCI值。与CRI和CQS一样，一般而言，其数值越高，表示一致性越好，完美显色的光源具有最高100的TLCI值。在实际中，数值范围大致是这样设定的，TLCI值等于85或大于85的光源对于视频摄像机几乎不需要调整或很少的调整。当下降数值范围时，TLCI值为50和85之间的光源可能仍然是可用的，但是需要在视频通道设置中进行修正，以获得可接受的结果。最后，TLCI数值低于50的光源可能完全不可用，即使进行了显著的修正，特别是被应用于如肤色这样敏感的颜色时。

3 单一数字度量指标

这里CRI和CQS都使用单一数字度量指标。单一数字度量指标有显著的缺点，数字只告诉用户显色性误差的大小，但是它没有说明这个误差发生在哪里。例如，有两个光源，假如它们具有相同的CQS值——80，这并不意味着它们看上去有相同的外貌。一个光源可能缺乏红色，而另一个光源可能缺乏蓝色。它们都获得相同的CQS值，但是它们呈现的颜色是非常不同的。TLCI在其报告中进一步采取另一步骤，除了单一TLCI度量指标之外，也提供其他有关的信息，诸如光源缺乏何种色彩，可能需要做何种修正可使其具有更有用的信息。图6显示对调整后产生3 200 K白光的RGB LED灯具所做出的完整TLCI测试报告的例子。

测试报告中有很多有用的信息。在这张测试图的左上角，可获得经计算后的该光源的CCT值，此时它的CCT值是3 324 K，而它偏离黑体辐射轨迹的距离（此值为+0.1）超出了可被接受的范围，实际的TLCI值本身同样也是不可接受的（注：小于50，不可接受；且前面+0.1的偏离，在色度坐标中是一个很大的值，一般要求小于0.05～0.07）。在这种情况下，采用TLCI值为48的光源，如果它被用来照明表演者或着色临界的服饰时，对于视频和电视而言，它可能不是很好的光源；而用于舞台布景照明，它或许是一个可以采用的光源。在这些数字的下面，是每一个色块表示的被完美参照光源照明的外围色块，和被测试光源照明的内部色块所显示的颜色测试图（Color Checher chart）。在这种情况下可以看见很多色块显示出显著的误差。在图6的右下角，可以看见参照光源的光谱（用青色线条表示）和测试光源的光谱（用黑色线条表示）。在这个实例的图谱中，RGB LED灯具的3个波峰明显可见。最后——对用户非常有用——测试图右上角的表格则显示估算的修正值，这些修正值将要被应用于视频电视通道，以使画面符合广播规范。显然，在图6显示的实例中，围绕着品红/蓝色和品红/红色区域，采取了大量的色度和亮度修正，以使颜色色度点返回到黑体辐射轨迹。

图7 显示色温为5 600 K的单一白光LED的相同报告。在这种情况下，LED是由蓝泵和黄色荧光粉层组合而成，蓝光并激发黄色荧光粉而混合发光，给予人眼白光的幻觉。其光谱图显示，在青色区域有许多缺失的能量，与其背后显示的日光光谱相比，深蓝和深红区域的能量变少了。作为电视照明应用，TLCI值仅为43的灯具是边际灯具，在光谱的许多区域都需要极度修正。再一次注意到，其灰度等级的显现效果是很好的。

最后，再举一例，只为证实LED在TLCI方面做得很好：图8显示多种颜色LED光源的混合，其中包括荧光粉转换型白光LED光源，它们已经由TLCI最优化了。这时，TLCI值为97，因此，几乎不需要摄像机做任何修正。

笔者测试了很多最近的LED产品的TLCI值，TLCI从40到90的所有在市场上可得到的产品。要预测哪些产品具有良好的TLCI值，而哪些产品的TLCI不好是很困难的。就其本质而言，是因为它利用摄像机的响应而不是利用人眼的反应，这与我们察看光时所见的毫无关系。一种光源具有良好的CRI或CQS值，但TLCI值却很差，或者反之亦然，这种情况是非常可能的，在笔者的经验中屡见不鲜。确保这两个指标都表现优异的唯一光源是拥有接近黑体或真实日光的光谱的那种光源。不连续光谱、缺失光谱波长的任何光源，对人眼和摄像机将不可避免地看上去不一样。

图9显示艾伦·罗伯茨（Alan Roberts）测试的一些结果。他测量了73个光源的CRI和TLCI，并将这些CRI和TLCI值彼此对称地标绘在图上。如果有某种相关性的话，那么笔者期待能看见一条直线将这些点连接起来。然而相反，它们之间几乎一点儿关联也没有。例如，查看图9中的粉色带，在粉色带上的点显示相关的光源都具有约80的CRI值。能看见这些点包含着14个光源，所有光源都拥有大致相同的CRI值，然而这些光源具有的TLCI值却介于45～95的变化范围。这里强调了最关键的一点，正是笔者试图说明的：CRI和CQS，或者其他为人眼设计的任何度量指标，在谈到给电视或视频选择光源时，它们一点儿帮助也没有。同样地，TLCI值也没有表明，人眼看上去，一束光的颜色将如何呈现。

4 电视灯具匹配系数

所有这一切使得电视灯光主管或摄像主管的工作变得很困难。工作人员一直知道不能用自己的眼睛去审理评估灯光，替代的是必须通过监视器以及通过摄像机的眼睛去观察判断。具有极度不连续光谱的LED光源的应用恰好使这个规则显得更加重要。

TLCI又多了一个伙伴，它将有助于光源之间的匹配。如前所述，单一度量指标无助于理解两个光源如何相互比较。如果有两个TLCI值都为75的LED光源，那么，可以确信使用两者中的任一个光源都能使视频摄像机出色地工作。然而，假使想同时使用这两个光源又将会怎么样？如果摄像机针对其中一个光源被调整时，那么另一个光源看上去将表现如何？它们将需要相同的修正，或者需要不同的修正？现有一个新的度量指标作为TLCI的伙伴，即：电视灯具匹配系数－TLMF（Television Luminaire Matching Factor）。TLMF可让用户在两个不同的光源之间进行相互比较，而不是与完美的参照光源相比较，并看看它们一起使用是否能匹配得很好。当然，在虚拟软件世界中，也可以让用户在它们前面附加一张色片，然后再看看那是如何改变匹配的。如果TLCI是给制造商为电视应用而设计产品时所使用的工具，那么TLMF则是给实践工作者使用的工具，它可让用户在进入演播室之前预测不同光源真实的混合和匹配效果，而进入演播室后再改变光源常常显得太迟了。举例如下。图10显示RGB LED混合3 300 K的白光和RGBA LED混合约3 300 K的白光相比较的TLMF。RGBA本身具有相当数量的TLCI值为67，而RGB的TLCI值仅为48。就它们本身而言，两者各自都是可用的，但是，从颜色测试图看得很清楚，如果试图同时使用两者，那将会一团糟。它们之间的TLMF值仅是7，这意味着它们的相互匹配是非常糟糕的。用户最好极尽全力将摄像机排列成行，以这种光源组合方式制作优质的画面。

TLCI和TLMF是全新的度量指标，因而仍处于被采用的早期。然而，毫无疑问它们是需要的，所以笔者期望所有制造商必须将TLCI值应用于它们的产品。笔者仍然不清楚的是颜色修正值将在实践中多么有用，因为笔者怀疑：TLCI仅仅是即将发布的单一度量指标。（原文《Television Lighting Consistency Index-TLCI》刊登于 《Protocol》杂志2013秋季刊。）

（编辑 张冠华）

Television Lighting Consistency Index – TLCI

Original/ [USA]Mike Wood Translate/YAO Han-chun1

(1. Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China）

Color Rendering Index(CRI) and Color Quality Scale(CQS) are two color rendering index for human eyes, but not suitable for TV cameras. For the application of TV system, the new research and development has released a new metric∶ Television Lighting Consistency Index (TLCI). In this paper, the author described the principle, method and procedure of TLCI, analyzed the content and application of TLCI test report, the relationship between CRI and TLCI, and introduced the Television Luminaire Matching Factor (TLMF).

Television Lighting Consistency Index; Response curve of the human eye; CCD Response curve; Color Correction; Television Luminaire Matching Factor

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.01.001