顏色是人的感覺(jué)之一，它總是與觀察者個(gè)人的主觀體驗(yàn)有關(guān)。每個(gè)人看到一種顏色后的感覺(jué)，別人難以知曉。所以顏色的研究總是充滿了神秘的想象。同時(shí)，顏色又使世界變得五彩繽紛，視覺(jué)藝術(shù)、圖象顯示與傳輸、紡織品印染、彩色印刷等，都離不開(kāi)顏色的研究。因此顏色的研究、對(duì)顏色進(jìn)行客觀的定量的描述， 成為許多科學(xué)家研究的對(duì)象。

　　牛頓在1664年用棱鏡把白色的太陽(yáng)光色散成不同色調(diào)的光譜，奠定了光顏色的物理基礎(chǔ)。1860年麥克斯韋用不同強(qiáng)度的紅、黃、綠三色光配出了 從白光一直到各種顏色的光，奠定了三色色度學(xué)的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，1931國(guó)際照明委員會(huì)建立了CIE色度學(xué)系統(tǒng)，并不斷完善。如今CIE色度系統(tǒng)已廣泛 用于定量地表達(dá)光的顏色。

　　顏色離不開(kāi)照明，只有在光照下物體才有可能顯示出顏色，而且光的顏色對(duì)人們的心理有非常大的影響。同濟(jì)大學(xué)楊公俠教授已在他的專(zhuān)著視覺(jué)與視覺(jué)環(huán)境一書(shū)的第五章中，作了非常精采的描述。(1) 在不同光源照射下，同一個(gè)物體會(huì)顯示出不同的顏色。例如綠色的樹(shù)葉在綠光照射下，有鮮艷的綠色，在紅光照射下近于黑色。由此可見(jiàn)，光源對(duì)被照物體顏色的顯現(xiàn)，起著重要的作用。光源在照射物體時(shí)，能否充分顯示被照物顏色的能力，稱為光源的顯色性。1965年，國(guó)際照明委員會(huì)推薦在CIE色度系統(tǒng)中，用一般顯 色指數(shù)Ra來(lái)描述光源的顯色性。一般顯色指數(shù)Ra應(yīng)用得還很成功，已被照明界廣泛接受，但是也存在一些問(wèn)題，本文將為光源顯色性的評(píng)價(jià)方法，以及近年來(lái)的進(jìn)展作一介紹。

一、一般顯色指數(shù)Ra

　　光源顯色性的評(píng)價(jià)方法，希望能夠既簡(jiǎn)單又實(shí)用。然而簡(jiǎn)單和實(shí)用往往是兩個(gè)互相矛盾的要求。在CIE顏色系統(tǒng)中，一般顯色指數(shù)Ra就是這樣一個(gè)折衷的產(chǎn)物：它比較簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)100以內(nèi)的數(shù)值，就可以表達(dá)光源的顯色性能，Ra=100被認(rèn)為是理想的顯色性。但是，有時(shí)候人們的感覺(jué)并非如此。 例如在白熾燈照射下的樹(shù)葉，看上去并不太鮮艷。問(wèn)題在哪里？我們來(lái)討論影響什么是一般顯色指數(shù)。

　　為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們這里只討論一般顯色指數(shù)Ra的主要構(gòu)成方法，而不討論它的具體計(jì)算方法。事實(shí)上，我們?cè)谌粘Ｉ罾?，常常在檢驗(yàn)光源的顯色性。 許多人都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，細(xì)心的女士在商場(chǎng)買(mǎi)衣服的時(shí)候，常常還要到室外日光下再看一看它的顏色。她這樣做，實(shí)際上就是在檢驗(yàn)商場(chǎng)光源的顯色性：看一看同樣 一件衣服，在商場(chǎng)光源的照明下和在日光的照明下，衣服的顏色有什么不同。所以描述光源的顯色性，需要兩個(gè)附加的要素：日光（參考光源）和衣服（有色物 體）。在CIE顏色系統(tǒng)中，為確定待測(cè)光源的顯色性，首先要選擇參考光源，并認(rèn)為在參考光源照射下，被照物體的顏色能夠最完善的顯示。CIE顏色系統(tǒng)規(guī) 定，在待測(cè)光源的相關(guān)色溫低于5000K時(shí)，以色溫接近的黑體作為參考光源；當(dāng)待測(cè)光源的相關(guān)色溫大于5000K時(shí)，用色溫最相近的D光源作為參改光源。這里D光源是一系列色坐標(biāo)可用數(shù)字式表示、并與色溫有關(guān)的日光。

　　在選定參考光源后，還需要選定有色物體。由于顏色的多樣性，需要選擇一組標(biāo)準(zhǔn)顏色，使它們能充分代表常用的顏色。CIE顏色系統(tǒng)選擇了8種顏 色，它們既有多種色調(diào)，又具有中等明度值和彩度。在u-v顏色系統(tǒng)中，測(cè)定每一塊標(biāo)準(zhǔn)色板，在待測(cè)光源照射下和在參考光源照射下色坐標(biāo)的差別，即色位移 ΔEi，就可得到該色板的特殊顯色指數(shù)Ri。Ri=100—4.6ΔEi

　　對(duì)8塊標(biāo)準(zhǔn)色板所測(cè)得的特殊顯色指數(shù)Ri取算術(shù)平均，就得到了一般顯色指數(shù)Ra。可見(jiàn)光源的一般顯色指數(shù)Ra的最大值為100，認(rèn)為這時(shí)光源的顯色性很好。

二、一般顯色指數(shù)Ra的局限性

　　盡管一般顯色指數(shù)Ra簡(jiǎn)單實(shí)用，但是它在許多方面表現(xiàn)出嚴(yán)重不足。首先，顏色是人們主觀的感覺(jué)，不是物體固有的屬性，它與照明條件、觀察者、輻 照度、照度、周?chē)矬w和觀察角度等有關(guān)，并不存在什么所謂“真實(shí)顏色"。但是由于在CIE系統(tǒng)中，已定義Ra在近似黑體的輻射下達(dá)100，所以燈泡 制造商都有意識(shí)地設(shè)計(jì)燈泡，使在用它照射物體時(shí)的顯色性與黑體或日光照射時(shí)盡可能相近。這意味著光源的光譜分布與黑體或日光有偏離時(shí)，會(huì)使顯色指數(shù)下降。 例如用紅、綠、蘭三個(gè)單色LED組成的白光LED,當(dāng)在它的一般顯色指數(shù)Ra較低時(shí)，它的顯色性有時(shí)并不一定很壞。

　　但是事實(shí)上，許多研究者Judd(2)、Thorntou(3)和Jerome(4) 已證實(shí)人們不一定最喜歡CIE所規(guī)定的參考光源照明時(shí)的顏色。例如前面已經(jīng)提到的用色溫很低的白熾燈照射綠色的樹(shù)葉，并不一定是好的選擇。規(guī)定在黑體或 日光照射時(shí)顯色指數(shù)為最佳值Ra = 100，存在疑問(wèn)。

　　CIE規(guī)定的參考光源是與待測(cè)光源的相關(guān)色溫接近的黑體或日光，它們都是輻射連續(xù)光譜的光源，具有多種顏色的光譜成分。當(dāng)色溫在6500K 時(shí)，其長(zhǎng)短波的光譜功率分布較為均衡，作為參考光源應(yīng)該說(shuō)較為合理。但當(dāng)色溫在400K以下時(shí)，光譜功率分布嚴(yán)重不對(duì)稱，蘭色的短波光譜功率遠(yuǎn)小于紅色的 長(zhǎng)波光譜功率，其顏色偏向紅色，作為參考光源存在疑問(wèn)。

　　在CIE顏色系統(tǒng)中，8塊標(biāo)準(zhǔn)色板都是處在中等明度和色飽和度，在u~v 系統(tǒng)中為等距離間隔。它們對(duì)于室內(nèi)照明，可認(rèn)為已能充分代表各種常用顏色。但在室外照明時(shí)，往往存在一些色飽和度較高的顏色，這8塊標(biāo)準(zhǔn)色板已不能充分代 表常用顏色。許多學(xué)者認(rèn)為標(biāo) 色板數(shù)太少，是一般顯色指數(shù)的另一個(gè)不足。雖然CIE還有9—14號(hào)色飽和度較高的6塊色板，但它們并不包含在一般顯色指數(shù)Ra之中。在照明實(shí)踐中，人們 熟知的顏色為皮膚、樹(shù)葉、食品等，它們的顏色極為重要，但它們都被排除在一般顯色指數(shù)之外。Seim曾提議用20快標(biāo)準(zhǔn)色板,⁽⁵⁾但由于這會(huì)使計(jì)算變得太復(fù)雜而被拒絕。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)普遍使用，似乎這個(gè)提議又得重新考慮。