LED灯具的特殊显色指数对电视图像肤色还原的影响

谭磊　边清勇

【摘 要】 介绍特殊显色指数R9对电视图像色彩还原影响的测试评价方法，对测试评价的数据进行整理分析并得出初步结 论。

【关键词】 LED灯具；一般显色指数Ra；特殊显色指数R9、R15；电视图像色彩还原；显色指数；图像色彩还原

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.03.001

LED Lamps and Lanterns of Special Color Rendering Index Effects on Television Image Color Reduction

TAN Lei1， BIAN Qing-yong2

（1. Technical Production Center of China Central Television， Beijing 100859， China；

2. Radio， Film & TV Design and Research Institute， Beijing 100045， China）

【Abstract】Introduce special color rendering index R9 test evaluation of the impact of television image color reduction method， evaluated the test data and analyzed and come to preliminary conclusions.

【Key Words】LED lamps； general color rendering index Ra； special color rendering index R9，R15； TV image color reproduction； color rendering index； image color reproduction

1 LED灯具在电视演播室的应用

近年来，LED灯具作为一种新型的半导体光源，以其绿色、环保、高效、节能、安全、长寿、小巧等技术特点，正在成为新一代照明市场的主力产品。它主要有以下几大优点：

（1）发光效率高、耗电低。LED灯具的高发光效率，使其能够以较低的功率实现热光源灯具同等的亮度。以目前的技术水准来看，LED灯具已经可以做到能耗仅为热光源灯具的1/6甚至1/10，这样大大节省了用电量。

（2）光源寿命长，使用寿命可达几万小时，比传统光源寿命长10倍以上，大大降低了维护费用。

（3）绿色环保。LED光源光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射。LED灯具没有污染，不含汞元素等可能危害健康的物质，同时废弃物可以很方便安全的回收，属于典型的绿色照明光源

（4）安全性高。LED灯是冷光源，可以安全触摸，没有炸泡的危险。

但是，LED灯具要作为白光照明应用到演播室里，仅仅有上述优点还是不够的，还必须满足下列要求：

（1）显色性。显色指数是用来评价光源显色性的重要参数，显色指数的高低对图像色彩还原起着关键作用。电视灯光要求拍摄时所用照明光源的显色指数不能低于85，否则颜色还原差、颜色失真。目前，LED灯具普遍能够做到显色指数大于85的要求，部分灯具甚至能更高，完全能够满足电视灯光的需要。

（2）亮度。在进行电视节目录制时，摄像机对被摄物体亮度是有要求的，一般不得低于1 500 lx。虽然随着摄像机技术的进步，照度值要求逐渐降低，但仍然建议不低于800 lx。目前LED灯具完全能够满足这项要求。

（3）色温。在进行电视节目录制时，一般要求光源的色温为3 200 K或5 600 K，LED灯具也能满足。

正是因为LED灯具满足了电视光源的基本技术要求，同时相比热光源灯具有不少优势，所以目前已经得到广泛应用。

但随着LED灯具大量用于电视演播室，笔者发现，有些LED灯具尽管一般显色指數Ra满足规范要求，即大于85甚至达到90以上，但拍摄的图像色彩还原却较差；而有些LED灯具尽管一般显色指数Ra小于85，甚至小于80，但是拍摄的图像色彩还原却比较好。显然，Ra值并不能完全反映LED灯具的显色性，图像色彩还原的质量也不完全取决于LED灯具的一般显色指数Ra。那么，LED灯具的显色性还与哪些指标有关？电视图像色彩还原的质量除与LED灯具的一般显色指数Ra有关，是否还与不在一般显色指数Ra统计范围的特殊显色指数R9和R15有关？这是电视演播室灯光技术人员所关心及要研究和解决的问题。为此，笔者针对LED灯具一般显色指数Ra及特殊显色指数R9、R15对电视图像色彩还原的影响做了测试和评价试验。

在解决上述问题之前，首先要了解什么是一般显色指数Ra，它又是怎么测量出来的。

2 一般显色指数Ra

太阳光和白炽灯均辐射连续光谱，在可见光的波长（380 nm～780 nm）范围内，包含着红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光。物体在太阳光和白炽灯的照射下，显示出它的真实颜色，但当物体在非连续光谱的气体放电灯照射下，颜色就会有不同程度的失真。光源对物体真实颜色的呈现程度被称为光源的显色性。

为了对光源的显色性进行定量的评价，引入显色指数的概念。以标准光源为准，将其显色指数定为100，其余光源的显色指数均低于100。显色指数有15种颜色，见图1，15种颜色名称如下：

R1：淡灰红色；R2：暗灰黄色；R3：饱和黄绿色；R4：中等黄绿色；R5：淡蓝绿色；R6：淡蓝色；R7：淡紫蓝色；R8：淡红紫色；R9：饱和红色；R10：饱和黄色；R11：饱和绿色；R12：饱和蓝色；R13：白种人肤色；R14：树叶绿；R15：黄种人肤色。

其中，R1～R8称为一般显示指数，R9～R15称为特殊显色指数，取前8种常见颜色的显色指数的平均值，记为Ra，表征此光源显色性，以100为最高。但正如前文所述，Ra值越大，光源的视觉评价不一定越好，造成这样的情况原因在哪呢？请看下面這个对比。

3 LED光源光谱与标准光源（太阳光）光谱对比

图2为LED光源光谱图，图3为太阳光光谱，对比两图可知，相比太阳光的连续光谱，LED灯的光谱形成了明显的波峰和波谷，在部分色光下光谱有明显的缺失。尤其在R9的饱和红色区域，缺失较为明显。由于显色指数Ra的计算值不包括R9～R15，这就造成了部分LED灯具即使Ra值较高，仍然会出现图像画面发黄的情况。所以在评价LED灯具对图像色彩还原影响时，一定不能忽视特殊显色指数R9。

4 测试

4.1 测试场地

中央电视台新址E06演播室。

4.2 测试设备及测试条件

（1）光谱彩色照度计SPIC-200B。

（2）松下广播级摄像机AK-HC3500。

（3）人物模特肤色卡TE111B-16：9 A280、彩色方格测试卡TE-233。

（4）测试时，要求演播室内除被测光源外无其他任何光源。

4.3 测试方法

（1）在演播室中用标准灯具（热光源灯具）和1～9号被测的LED灯具分别对模特、肤色卡、彩色方格测试卡进行布光。每一种灯具布光时要求垂直照度值大致相等，约为2 300 lx。

（2）分别测试被测灯具的一般显色指数Ra、R1～R15及相关色温、照度值。

（3）用高清摄录像机拍摄相应的图像。拍摄时要求摄像机与被摄体的距离不变，摄像机光圈固定为F5。

（4）组织导演、灯光、舞美、化妆、普通观众等各类人员对已拍摄的图像进行图像色彩还原的主观评价。

（5）将每一种LED灯具测得的显色指数与图像主观评价的结果与标准灯具（热光源灯具）进行比对、分析，从而得出结论。

4.4 显色指数测试结果

分别对中央电视台新址现有的9种LED灯具（300 W、200 W、100 W、50 W LED聚光灯及LED平板柔光灯）进行测试。测得的一般显色指数Ra，特殊显色指数R9、R15如表1。

4.5 主观评价与显色指数对照（见表2）

4.6 部分典型测试图像对比

（1）1号灯（热光源聚光灯，Ra：98.4，R9：95，R15：97，人物评价分：86.2，肤色卡评价分：81.5）。该灯具作为模板灯具，显色指数高，色彩还原好，主观评价好。见图4。

（2）2号灯（LED聚光灯，Ra：93，R9：74，R15：94，人物评价分：84.3，肤色卡评价分：83.7）。该灯具显色指数较高，尤其R9数值较高，色彩还原较好，主观评价好。见图5。

（3）3号灯（LED聚光灯，Ra：83.6，R9：39，R15：84，人物评价分：79.7，肤色卡评价分：82.6）该灯具显色指数较低，R9数值也不高，但色彩还原尚可，主观评价尚可。见图6。

（4）7号灯（LED聚光灯，Ra：76，R9：23，R15：84，人物评价分：71.3，肤色卡评价分：75.4）该灯具显色指数低，R9数值较低，仅为23，色彩还原较差，主观评价较差。见图7。

（5）10号灯（LED平板柔光灯，Ra：76.7，R9：8，R15：75，人物评价分：69.2，肤色卡评价分：66.7）该灯具显色指数低，尤其R9数值很低，仅为8，色彩还原差，主观评价差。见图8。

5 对测评结果的分析和结论

（1）从测试数据可以看出，LED灯具的特殊显色指数R9值普遍较低，即LED灯具对饱和红色的显色性较差，这也是LED光源的特性造成的。

（2）从各灯具显色指数与主观评价分大体可以看出显色指数Ra、R9、R15数值越低，图像色彩还原越差。在选择LED灯具时，除了要考察灯具的Ra值，也应关注它的R9、R15数值，甚至R9至R15的数值。这样才能选出更优质的灯具，获得更好的节目录制效果。

（3）从各测试图像可以看出，显色指数R9值对肤色图像的色彩还原有很大的影响，R9值低的灯具图像人物肤色偏黄。在使用LED灯具进行布光时，应特别关注人物白平衡的调整，以防出现人物偏色的现象。

（4）从各测试图像可以看出，当R9值为23或8时图像色彩还原明显较差。R9值为39及以上时，图像色彩还原有一定差别，但不是很明显。

（5）在最新颁布的行业标准《电影电视用白光LED灯具技术要求和测试方法》（GY/T302-2016）中，除了要求一般显色指数Ra必须大于等于85以外，还要求特殊显色指数R9必须大于等于60。这对LED灯具生产厂家提出了更高的要求，而用户在选择LED灯具时也不应忽视R9的影响。