不同照明条件下烟叶的视觉反映

范建立，张永安，范明登，陈少滨，齐凌峰，黄剑滨，范坚强*，包可翔，李锐

1 福建中烟工业有限责任公司，厦门市集美区滨水路298号 361021；2 福建省龙岩金叶复烤有限责任公司，龙岩市永定区坎市镇福三北路100号 364102；3 中国烟叶公司，北京市西城区广安门外大街9号 100055

烟叶评级主要通过“眼看、手摸、思想感觉”来实现，其中视觉是核心要素[1]。可见光、物体和健康的视觉器官，构成了视觉三要素，当物体颜色确定时，可见光的质量决定了颜色感知[2-3]。自然光是基础光源，但受限太多，烟叶评级工作离不开人工照明。

相关色温Tc、照度E和一般显色指数Ra，是人工照明光质的3项重要指标。Tc表征光照的色表、E表征光照的明亮程度、Ra表征物体呈现的真实程度。各行业对观测物料时的照明要求差异较大，印刷和摄影观察条件[4]要求Tc约5000 K、Ra≥90、E为（2000±250）lx（鉴定比较时）或（500±125）lx（实际评价时），棉花分级[5]要求Tc为（7500±200）K、Ra≥92、E为（750±100）lx，而钻石分级[6]仅要求Tc为5500～7200 K。在烟叶评级领域，相关标准对照明指标亦提出了具体要求，YC/T 291—2009[7]要 求Tc为5300～5800 K，Ra≥90，E为（2000±200）lx；YC/T 146—2010[8]要 求E为（300±50）lx，并要求“烟叶精选时光照强度应高于选叶区光照强度要求”；YC/Z 575—2018[9]要求Tc为6500 K左右，Ra≥80，E为（600±50）lx。这些标准差异较大，执行时莫衷一是，而相关研究鲜见报道。

本文运用感官分析技术，初步考察了烟叶在不同照明条件下的视觉反映，甄选了最适宜烟叶评级工作的人工照明条件，以期为提高烟叶评级准确性和自动化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 照明材料

照明材料为PHILIPS 5种型号的荧光灯管，分别 为：MASTER TL-D 90 Graphica 36W/965（简 称“965”）、MASTER TL-D 90 De Luxe 36W/950（简称“950”）、TL-D LIFEMAX Super 80 36W/865（简称“865”）、TL-D LIFEMAX Super 80 36W/840（简称“840”）和TL-D LIFEMAX Super 80 36W/830（简称“830”）。其中，865灯管用于第2阶段试验。

1.1.2 照明检测仪器

照明检测仪器为KONICA MINOLTA生产的CL-500A型分光辐射照度计。

1.1.3 参试烟叶样品

参试样品为在自然光条件下制作的8类初烤烟叶样品，分别是：颜色烟样2类，即桔黄烟和柠檬黄烟；含青烟样2类，即叶脉含青烟和叶片含青烟；光滑烟样2类，即平滑烟和褪色烟；杂色烟样2类，即挂灰烟和烤红烟。样品均为中部叶，分别用于考察黄色、青色、平滑、褪色、灰色和红色等6项烟叶外观特性。

1.1.4 工作面

第1阶段试验的工作面为钢制桌面，第2阶段试验的工作面为水泥地面，为避免工作面反光和颜色干扰，在原有工作面上铺设白色棉布作为开展试验的工作面。

1.2 方法

1.2.1 照明检测方法

检测指标：色温Tc、照度E和一般显色指数Ra。

检测方法：

——照度计的操作方法：打开照度计的电源开关，按屏幕提示校准后（若屏幕未提示校准，说明校准周期未过，无需再行校准），开启受光窗的盖子，让受光窗向上，将照度计平放于工作面上，不人为遮挡受光窗处的光线，点按测量按钮，第1声“嘀”表示开始测量，听到第2声“嘀”后读取数据，测量结束。如图1所示。

图1 照明检测示意Fig. 1 Schematic of lighting detection

——测量人工照明时的注意事项：打开照明，应等候1 min，待照明稳定后，再行检测。

——不同工作面的测量要求：工作面为桌面时，检测值取桌面的4个角和中心点共5个测量值的平均值；工作面为地面时，检测值取评价样品的矩形区域的4个角和中心点共5个测量值的平均值。

1.2.2 视觉评价方法

照明效果最终要由人的生理视觉来评价[1]，CIE的视觉满意度曲线即是如此得出的。对烟叶样品的视觉评价采用主观视觉描述法，各处理中烟叶的黄色、青色、平滑、褪色、灰色和红色等外观指标的视觉反映，通过与对照CK对比评判视效强化或弱化的定性，通过处理间的对比评判视效强化或弱化的程度。

评价员5名，均具备烟叶评级技师资格及以上职业资格。对于每一个处理，评价员先进行充分的视觉适应，即进入试验场景约1.5 min后，再展开对比评价工作，以多数评价员的一致判定结果作为评价结果。

1.2.3 确定对照

基于人们的作息习惯，选取9:00—15:00北向昼光作为参照自然光源，将烟叶样品在其中的视觉反映定为对照CK。

1.2.4 第1阶段试验

每盏灯盘可装3支灯管，用965、950、840和830这4种型号的灯管排列出不同的组合共16组。基于灯管标称的相关色温计算灯管组合的色温估值，如表1中处理I灯管组合的色温估值为：

（5300+6500×2）/3=6100（K）

参照YC/T 291—2009对色温5300～5800 K的要求，并考察3300～5300 K中间色表，以合理的色温梯度设计试验。从16组灯管组合中筛选出8组进行第1阶段的试验，按色温估值由高到低分别称之为处理I、处理II、处理III……处理VIII，具体的试验安排见表1。工作面位于灯带的中央，分别评价烟叶样品在各处理中的视觉反映。

表1 第1阶段试验安排Tab. 1 Test arrangement in phase 1

1.2.5 第2阶段试验

为考察公司既有选叶场的照明效果，设置第2阶段的试验。从第1阶段试验中，遴选出烟叶视觉反映最接近CK的灯管组合（遴选结果为处理IV的灯管组合），按公司既有选叶场的灯具布局在试验场设置试验，称之为处理IX。在试验场按既有选叶场的灯管组合（3支865灯管）与布局设置试验，称之为处理X。将既有选叶场的照明状况作为处理XI。第2阶段的试验安排详见表2。工作面位于灯带的中央，分别评价烟叶样品在各处理中的视觉反映。

表2 第2阶段试验安排Tab. 2 Test arrangement in phase 2

2 结果

2.1 自然光下CK检校

自然光条件下，在3个工作时段测得3组照明数据。5名评价员一致认为，此3组照明条件下，烟叶各外观特性的视觉反映无明显差异，均可作为CK。试验数据详见表3。

表3 自然光的照明指标检测及烟叶样品观测Tab. 3 Lighting index detection of natural light and observation of tobacco samples

2.2 人工照明试验

荧光灯管是荧光受激发光，与黑体的发光特性不符，因此评价颜色时通常使用“相关色温”这一指标。相关色温是指与具有相同亮度刺激的颜色最相似的黑体辐射时的温度[10]。说荧光灯管的色温实际为相关色温。

人工照明条件下，11个处理的照明指标检测结果和烟叶样品观测结果详见表4。分析如下：

表4 人工照明的照明指标检测及烟叶样品观测Tab. 4 Lighting index detection of artificial lighting and observation of tobacco samples

（1）处理IV的色温接近5100 K、Ra大于90、照度接近500 lx，样品的整体视觉反映最接近CK。与处理IV色温相近的两个处理，即处理IX和处理XI，前者因照度低至369 lx，视效变得模糊，样品的光泽度和对比度被弱化；后者因Ra低至79，烟叶的黄色、青色、灰色、红色和光泽度明显被弱化，平滑和干燥感明显强化。由此说明，在烟叶评级活动中，适宜色温约为5100 K，照度不宜低于400 lx，一般显色指数不宜低于80。

（2）处理I、处理II、处理III和处理V，Ra均高于处理IV的91，但因色温的高低波动，烟叶外观特性的视觉反映普遍较处理IV有更大程度地强化或弱化。虽然个别外观特性在个别处理中的表现较好，但整体的失真效应明显。

（3）处理X与处理I，色温均为6500 K左右，照度均为380 lx左右，因Ra从96降至82，导致烟叶色彩失真。说明一般显色指数为80有余时，不能保证烟叶颜色的准确呈现。

（4）在各个人工照明处理中，烟叶的黄色、青色、平滑、褪色、灰色和红色等外观特性均被不同程度地强化或弱化，但不能由试验数据判定各外观特性的视觉反映与色温的趋势性变化关系。

（5）烟叶的某一外观特性接近自然呈现时，色温和Ra的分布区间如下：

——黄色接近自然呈现时，色温约在4500～6000 K之间，且Ra大于90。

——青色接近自然呈现时，色温约在4500～5100 K之间，且Ra大于90。

——平滑接近自然呈现时，色温约在3500～6000 K之间，且Ra大于80。

——褪色接近自然呈现时，色温约在5000～6000 K之间，且Ra大于90。

——灰色接近自然呈现时，色温约在3300～6000 K之间，且Ra大于80。

——红色接近自然呈现时，色温约在3300～5100 K之间，且Ra大于80。

因此，色温约为5000～5100 K，且一般显色指数大于90时，烟叶的各外观特性均能近乎自然地呈现；若色温或一般显色指数超出该区间，烟叶的部分外观特性将被明显地强化或弱化。

3 讨论

自然光色温变化达千余K时，烟叶的视觉反映尚无明显差异。人工照明相关色温变化仅数百K，烟叶的视觉反映就有较明显的差异。这一现象，应该与光的波长饱和程度有关。在可见光范围内，日光的光能量分布图谱是连续谱[11]，呈较平缓的丘陵状[2,12]，波长饱和程度较高；荧光灯的光能量分布图谱在某波段上会突然出现“脉冲”，能量在此出现爆发性的增大，其光谱图甚至是不连续的[10]，波长饱和程度较低。混合色温的设计，有助于提高人工照明光的质量[1]。

目前，荧光灯用的三基色荧光粉中，绿粉和蓝粉尤其是蓝粉稳定性较差[13-16]，工艺劣化和历时劣化严重[13-14]，导致出现光衰[14]和色温漂移[17-19]现象。处理VI的色温实测值与估值偏离较大，以及处理XI与处理X照明材料相同色温却相差约1600 K的现象，是因为处理VI使用了几支旧灯管，处理XI使用的均为旧灯管，旧灯管历时劣化严重，从而引发处理VI和处理XI的实际色温发生了大幅度的漂移所致。

本试验的研究结果，与A. A. Kruithof的“舒适照度与色温的关系”图[1]中，色温为5000～5100 K时，舒适照度的底限估值为400 lx的结果一致；与印品实际评价[4]对色温、照度和一般显色指数的要求基本一致；较烟叶评级实验室环境条件[7]5300～5800 K和烟叶选叶场地[9]6500 K左右的色温要求中间色表化；与其它领域客观评定物料颜色的照明要求差异较大，如印品鉴定比较[4]、棉花分级[5]、钻石分级[6]、茶叶感官审评[20]、印刷业观测反射样品[21]、纺织业目测评定色牢度[22]及通用建筑对有颜色要求的精细检验[23]等领域。

4 结论

（1）自然光条件下，即便色温的变化较大，烟叶的视觉反映却无明显差异。

（2）人工照明条件下（试验照度为370～560 lx），烟叶的黄色、青色、平滑、褪色、灰色和红色等外观特性接近自然呈现时，各外观特性的色温和一般显色指数分布区间并不相同。当色温约为5000～5100 K，一般显色指数大于90时，各外观特性均能近乎自然地呈现；此两项指标超出相应区间时，部分外观特性的视觉反映将被明显地强化或弱化。照度不宜低于400 lx，否则，视效模糊，视度和舒适度欠佳，且烟叶的光泽度和对比度被弱化。

（3）当前，在烟叶评级活动中，人工照明虽已普遍应用，但相关标准对照明指标的要求大相径庭，且未曾见过这方面的研究报道，而本试验亦尚存不足之处，因此，业内很有必要大力开展这方面的研究。