色度計和光譜儀之間有什麼區別?

by Sam Nada | 2021/11/18

介紹

色度計和光譜儀有什麼區別呢?首先,這兩款設備都可以使用在測量光源的工作上,並且取得光源資訊進而在不同應用中分析光源的特性。但是,它們彼此之間有著一些主要的差異使它們被區別開來。我們將在本篇文章通過比較來解釋它們之間的差異:

  • 結構設計
  • 功能
  • 應用
  • 準確性
  • 優點和缺點

 

光源色度計

測量“光源”的色度計與光譜儀

正如上文所提到的,色度計和光譜儀使用於許多應用和行業。 這也就是說這些儀器因此而有不同的分類。

在本文中,我們將重點介紹使用於光源測量的色度計和光譜儀,它們是測量“燈”(例如 LED、螢光燈、鎢絲燈泡)的光源的儀器。

UPRtek MK350N Premium 分光光譜計

結構設計上的差異

文章的一開始提到,色度計可以測量光源並且分析光源的屬性,其主要用途在於辨識光源的顏色這個特徵。

大多數的色度計 是使用 3 色 RGB 濾片系統,這代表著它會接收來自光源的光,接著使用濾片分離藍色、紅色和綠色光的波長,然後分析 3 個波長的強度,並且使用該數據將其座落到色度空間的一個座標上(例如 CIE 1931 色度空間)。

色度計使用 RGB 濾片將測量光源的光色座落到色度空間之前,先分離了藍色、紅色和綠色光源的波長

那麼,我們為什麼要使用紅色、藍色和綠色的濾片呢? 因為這 3 種顏色的混合比例,可以取得“白光”或者相近的光色。 此外,巧合的是,這 3 種顏色在人類處理光線和顏色的方式上是相似的。 而人類視覺感光的桿狀細胞同樣是分別接收紅色、藍色和綠色的光源。 然後,這些顏色經過處理之後在我們的大腦中形成彩色的圖像 — 我們稱之為三刺激色系統,因此,我們稱這些儀器為三色色度計。

另一個是有關於演算法(由 CIE 開發),它讓色度計和光譜儀嘗試著以人類的方式來觀察事物 — 它被稱為 CIE 色彩匹配函數。

 

我們的眼睛包含了處理紅、藍、綠色光的錐狀細胞,這被稱為三刺激色系統。

(備註: 桿狀細胞主要用於夜晚視覺)

光譜儀 的結構不是使用濾片技術,不同的是,光譜儀使用衍射光柵技術,它將光源分成許多個精確的波長 — 其中包括紅色、綠色、藍色,但是,在這3個顏色之中還有許多其他的顏色。 顏色的層次或者更精細的區分對於反應到 CIE 色度空間上的準確性有著重要的影響,這也讓光譜儀可以計算出許多其他重要的函數,而這部份則是色度計無法做到的。

了解更多有關光譜儀的訊息: MK350S Premium

 

MK350S accuracy and precision

光譜儀使用衍射光柵技術將光源分離出許多波長之後座落到色度空間的座標上

方便攜帶與速度

色度計大多是便於攜帶或者是手持式的設備,它可以非常快速地測量和分析光源。 相比之下,可以產出專業的光譜資料的設備以體積大著稱,使用上通常需要與外部螢幕和筆記本電腦連接。 此外,它的測量時間很慢。 好消息是,如今您可以找到手持式光譜儀 (UPRtek),它的測量時間與色度計一樣可以很快速。

價格

色度計與光譜儀相比之下,色度計是一種功能較少的基本設備。因此,它的價格較低是可以理解的。

光譜儀的設計上是一種較為複雜的設備,並搭配著精密的光學元件,以提供更高的準確度、更多的功能,因此價格較高一些是可以理解的。

Integrating Sphere is bulky and slow

一直以來,傳統的光源測量設備體積大、測量速度慢且需與電腦連接使用。

誰在使用色度計和光譜儀呢?

色度計 使用於產品檢驗作業,比較 LED 樣品之間的差異,或者將樣品與現有的LED 之間進行比較。換句話說,如果您只想要匹配、比較樣品而不太在意顏色的準確性,色度計可能是一個實用的解決方案。

光譜儀 使用於更精細、準確的光源評估。

  • 它們用於 LED 研發和 LED 製造,測量並提高色彩的逼真度,還用於幫助校正 LED 產品以確保產品的一致性。像 UPRtek 產品這樣的光譜儀搭配先進的 SDK(系統開發套件),讓製造商可以將測量的數據與他們的QC軟體和硬體設施整合。
  • 光譜儀也適用於 LED 貿易,當買賣雙方從事高風險的批量交易時,需要使用可認證的準確測量做為驗證產品的規格。

  • 它們還使用於大學裡多種類型的學術研究,例如:農業、海洋生物學與太空探索時進行需要一致與精確的光源測量。

  • 影視燈光師會使用光譜儀幫助他們架設燈光,因為攝影機需要這些燈光以真實的色彩照亮拍片的場景,這樣他們才能準確地把拍攝的狀況真實的重現到大螢幕上。

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LED bulb A lit

功能差異

光譜儀可以做到色度計能做到的大部分工作。話雖如此,我們列出了色度計 無法 做到的一些顯著功能。

色度計不能做的事:

  • 色度計無法提供光譜圖 (SPD光譜功率分佈),但是,這是一種非常有用的工具,因為它可用於觀察整體光色分佈並且快速評估不穩定的光色行為。
  • 色度計無法測量光源的 CRI 或其他顯色指數(TM-30-15、TLCI、CQS、SSI),這是因為它只能測量3個基本波長顏色 (RGB)。 (參考“什麼是 CRI – 顯色指數”?)。
  • 色度計無法正確評估同色異譜,因為它無法測量整個光譜 (SPD) 或 CRI顯色指數 R1-R14 的數值等數據。
  • 色度計不能評估與頻閃、藍光危害和人因照明等相關的照明問題。
  • 色度計因為結構設計而受到限制。相反,由於光譜儀擁有光譜功能的設計,使得它能夠適應於許多情況並進行整合與應用。您可以在 UPRtek 產品感受到這個優勢,它使用 SDK 來幫助 LED 製造商解決問題、改進品質控制甚至校正他們的產品。此外,硬體更新和新版產品不定期的新增功能和業界指標(例如:PAR Meter植物專用機功能、HEV 指標評估)。

光譜儀和色度計都可以測量和分析光源的屬性。 但是光譜儀為更多的功能和廣泛的應用打開了大門。

色度計無法產生 SPD(光譜功率分佈圖)

色度計無法測量顯色指數和許多其他重要的照明指標

準確性

如果您使用色度計和光譜儀對同一個光源進行測量,您可能會發現它們落在 CIE 色度空間上的 2 個不同座標上。 面臨這種情況時,光譜儀的數據更為可靠。 此外,已經有充分證據表明光譜儀比色度計更準確。 最後,主要的照明組織 CIE(Commission Internationale de l’Eclairage)也認可光譜儀使用於照明製造和研究。

 

CV600 Color Rendering Metrics

光譜儀和色度計測得的數據並不同

色度計的準確度

色度計及其三色濾片系統本身就有著局限性。 簡單的說,使用濾片感測器進行CIE顏色匹配並不容易。 實際上,當您測量一束光時,色度計使用個別的濾片測量並分離三種顏色的波長(寬帶)。此外,這三個濾光片通常是從單個多色濾光片上切割下來的。 這種多色濾光片通常在切割前進行塗層處理。 但是塗層並不總是均勻地分佈在表面上,並且可能導致單一配件不一致的情況。

 

畢竟,色度計需要由 3 種光色中測量數據並將它們拼湊在一起進而座落在色度空間的一個座標上。

參考原文 : “Filtering detector response to match the CIE color-matching functions is difficult” – Correcting Tristimulus Colorimetry Errors

 

 

CV600 Color Rendering Metrics

CIE 色彩匹配演算法

光譜儀的精準度

光譜儀不使用濾片,這也就是說沒有過濾出各別的顏色的過程。它將光源在適當的位置分割出許多波長,類似一個完整的光譜並且符合CIE的色彩匹配演算法。簡而言之,它是一個更直接且俐落的系統,提供更多定量的數據以觀察差異,業界使用 f1′ 指標來衡量準確度的差異。 f1′ 是與 CIE 函數不匹配的百分比。

光譜儀:f1′<1%

色度計:f1′<4-5%

光譜儀本身的設計更為準確,對許多行業來說都是至關重要的。然而,與色度計相比,它們多年來不斷發展,採用更好的技術(四色矩陣、更精確的濾光片和改進的 CCD 技術)。總而言之,準確性實際上非常適合用於檢查的目的。簡單和低廉的價格證明它仍然是許多人保守又實用的選擇。

 

了解有關 CIE 色度空間的信息!Get the Lighting Survival Handbook

CV600 Color Rendering Metrics

光譜儀包含許多波長的顏色,這些顏色非常適合光譜 CIE色彩匹配演算法

那麼色度計和光譜儀有什麼區別呢?

色度計和光譜儀都可以測量光並測量光的屬性。

色度計是:

  • 功能較少的基本光測量設備。
  • 便於攜帶且快速測量。
  • 不如光譜儀準確。
  • 比光譜儀便宜很多。
  • 主要用於光源樣品的檢驗,對於許多只需要基礎功能的人來說是一個實用的選擇。

光譜儀是:

  • 較為複雜的光學元件設計。
  • 擁有更多功能。
  • 適用於更多行業和應用。
  • 可以輕鬆升級以取得新的指標(例如 HEV 評估)。
  • 更準確。
  • 價格較高。
  • 可用於 LED 製造、商用照明、科學照明研究、照明設計等產業並且獲得 CIE 組織的認可。

色度計是照明行業中重要的設備,但是光譜儀變得容易攜帶、測量快速且相對實用(與昂貴的傳統光譜測量儀器相比)。這意味著製造商、買家和賣家現在都有機會得到相同的精密技術,以完全誠信和信心進行 LED 製造和 LED 貿易。

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CV600 Color Rendering Metrics

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CV600 Color Rendering Metrics

CV600 Cinema Spectral Meter

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