博物馆照明中照度与相关色温对视觉感知的影响

2021-08-15党睿，杨頔

照明工程学报 2021年3期

党睿，杨頔

(天津大学建筑学院，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

引言

中国传统绘画存量巨大，并且画面内容丰富、色彩多样，具有极高的文化价值和艺术价值。博物馆光环境是决定观赏效果的核心，而博物馆出于文物保护需求照度值较低[1]，并且根据Kruithof曲线[2]使用低色温光源进行照明。低照度、低色温的特殊光环境导致目前中国传统绘画展厅存在沉闷、压抑、乏味、细节辨认不清等问题，光环境舒适度较差[3]。

1 背景

在光源相关色温(CCT)可调的情况下，与性别、文化差异、绘画内容等相比，光源是影响视觉感知的主要因素[4]。因此，对于视觉感知来说，对光源的研究是最主要的。而光源的照度对于视觉感知是决定性的影响因素。Loe等[5]在等尺寸模拟的画廊中进行了视觉感受光照实验，发现需要大约200 lx的照度才能满足视觉要求。Huang[6]使用4种CCT约3 000 K，Duv(在CIE颜色空间中与黑体轨迹的距离)约-0.005的光源，在两个照度水平(20、500 lx)照射一幅油画，得出结论：照度在评估照明质量时起重要作用，人眼对颜色饱和度的感知受到照度水平的影响。与此同时，CCT对照明质量也有着无可替代的重要地位。在不同的光环境下满足人们舒适需求的CCT不一样，如在办公环境中人们比较偏好高色温的光源[7]，而低色温光源则更适用于放松的环境中[8]，所以CCT的适宜值要根据不同的光环境而定。综上所述，光源照度和CCT是博物馆照明中的两个决定性因素。但随着LED(Light Emitting Diode)的发展，目前适宜博物馆特殊光环境的照度和CCT尚未有定论。

2 实验方法

2.1 实验工况

实验在天津大学全暗光学实验室中进行，采用11通道光谱可调谐的灯箱THOUSLITE LEDCube(操作软件为LED Navigator V6.3.7)来产生实验中所用的28种工况。灯箱尺寸为38 cm×50 cm×55 cm，采用灰色吸光布粘贴在灯箱内壁，避免眩光对照射效果的影响，在标准A光源下使用PR670光谱辐射度计测得吸光布的CIE L*a*b*色坐标[9]为(39.7, 12.7, 1.1)。

根据CIE 157：2004[1]和ANSI/IES RP-30-17[10]中关于博物馆环境照明的规定，选取了50 lx、100 lx、150 lx、200 lx四个照度值以及2 700 K、3 000 K、3 500 K、4 000 K、4 500 K、5 000 K、5 500 K七个CCT作为实验变量，共计28种工况。上述实验工况均满足∣Duv∣≤0.005 4[11]且显色指数Ra、Rf、Rg和色域形状满足标准要求且最大程度保持一致。28种实验工况参数和光谱功率分布如表1、图1所示。

表1 28个工况的照明信息

图1 28个工况的相对光谱功率分布Fig.1 Relative spectral power distributions of 28 lighting conditions

2.2 绘画与被试

中国传统绘画具有极高的收藏价值和艺术价值。然而，关于博物馆内中国传统绘画颜色偏好的研究不多。油画的研究成果不适用于在脆弱的纸或丝绸上作画的中国传统绘画。因此实验选取了具有代表性的一幅绘画作为实验用绘画样本，该画原作是《枇杷山鸟图》，为南宋林椿创作的绢本设色画，现藏于北京故宫博物院。本研究采用的是打印样本，画面尺寸为27 cm×27 cm，如图2所示。

图2 绘画样本Fig.2 Painting samples

25名被试参加了实验，男女比例为18∶7。被试年龄从19岁～31岁，平均年龄为23.8岁，标准差为2.9岁。所有被试视力或矫正视力正常，没有色盲、色弱等缺陷。

2.3 评价方法

评价方法应根据评价任务和要求来确定，针对不同的测试采用与之适应的方法可以使评价结果更为准确可靠。实验中采用了主观问卷打分的方法，被试需要用七级评价(-3～3分)对每个工况的清晰度和温暖度进行评分。在本研究中，“清晰度”代表绘画细节的清晰程度；“温暖度”代表绘画外观的暖黄色程度。28种工况以随机顺序分为四组，以组为单元进行打分，防止被试产生疲劳，并且每组之间休息2 min。每组进行打分之前，将整组工况轮流播放两次，让被试熟悉。首先对清晰度进行打分，再熟悉一遍后对温暖度打分。整个过程大约需要40 min，一天之内完成。

3 数据可靠性分析

主观评价实验中往往会出现误判或异常值，为确保数据的可靠性应该首先对评价结果进行检验。Kendall提出的一致性系数被广泛应用于检验实验数据[13]，计算公式见式(1)。

(1)

由于评分者人数K=25，被评对象数N=7，超出Kendal一致性系数显著性临界值表的范围，因此将W值转化为χ2值，再进行χ2检验，计算公式为X2=K(N-1)W。实验数据自由度d=N-1=6，查卡方检验临界值表[14]得到，当显著性为0.01时，如果实验数据χ2值大于16.81，说明W值均达到极显著水平，由表2可知被试对于工况的评价具有较强一致性。

表2 主观评价得到数据的W值及χ2值

4 结果与讨论

通过数据分析得到绘画的清晰度和温暖度在各个CCT下随照度的变化情况，分别见图3、图4。

图3 绘画的清晰度平均值Fig.3 The mean scores of visibility of painting

图4 绘画的温暖度平均值Fig.4 The mean scores of warmth of painting

随着照度的增加，清晰度呈上升趋势。如表3所示，当显著性为0.000时，绘画的照度与清晰度的相关系数分别为0.835，证明照度与清晰度呈正相关。而对于温暖度，即使照度发生变化，相同CCT的温暖度几乎不变，如图4所示。

随着CCT变高，清晰度轻微升高，而温暖度呈现降低趋势。当显著性为0.000时，绘画的CCT与温暖度的相关系数为-0.979，证明相关色温与温暖度呈强负相关。根据表3，CCT与清晰度之间不具有统计学意义的正、负相关性，但通过图3可以看出CCT在2 700 K、3 000 K时清晰度最低，在4 500 K、5 000 K、5 500 K取得较大值。因此认为CCT对清晰度有着轻微的影响，为了得到较好的清晰度应避免采用太低的CCT值，例如2 700 K。