色調、飽和度、亮度和光譜儀

by | Apr 30, 2024 | blogs | 0 comments

當我們談論光線和顏色時,常常會提到「色調」、「飽和度」和「亮度」等術語,但許多人都難以解釋這些術語或理解其重要性。 在這篇文章中,我們旨在闡釋這些術語,說明它們的重要性,並展示如何測量它們。

序言

顏色是我們用來區分物體的基本概念,例如區分紅蘋果和綠蘋果。 雖然我們通常可以就基本的顏色區別達成共識,但更細微的色調可能是主觀的。

在設計、商業、製造和科學等各個領域對於色調、飽和度和亮度都有著廣泛的應用,因為它們提供了更精確的方式來理解和應用顏色。 光譜儀器提供了測量這些特性的指標,以確保準確性。

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圖1:圖片由Unsplash網站的Agung Raharja提供

色調:顏色的分類(主波長λd

色調基本上可以與「顏色」視為同義詞,但指的是一個具有明確分類系統的色相環(見圖2)。 設計師和藝術家在色彩理論中使用色相環來混合、搭配和對比色調。

 

色相環

圖2:RGB色相環

在CIE 1931色度圖上,色調以波長從380nm到780nm)為基礎進行分類,這有助於對光的顏色進行感知和理解。

假設有一盞LED燈,其色彩坐標(x,y)如圖3的CIE色度圖(見圖3)所示,從白色中心點穿過x-y點畫一條線,直達外圍。 這條線代表的就是其色調,也稱為該光的主波長(λd)。 在這個例子中,這盞假設的LED呈現的色調是黃橙色,或者更精準地說是578 nm。

圖4:光譜儀的x-y坐標和主波長λd

圖3:CIE 1931色度圖

飽和度:顏色的鮮艷度(純度)

飽和度定義了顏色的鮮豔程度,高飽和度的顏色看起來色彩鮮明又飽滿。 相反地,降低飽和度的顏色看起來會顯得相對蒼白,黯淡無光。

在CIE 1931色度圖上,靠近邊界的顏色更加鮮艷或飽和,而靠近中心的顏色則顯得較暗淡,飽和度較低。

純度“(0-100%)這個指標描述了一種顏色與其外緣的接近程度,表明了它的飽和度水平。

圖5:光譜儀的純度測量

圖6:靠近邊緣的x-y點色彩飽和度較高,反之則較不飽和

亮度:光的量度(勒克斯,LUX)

亮度與色調及飽和度有所不同,它指的是光的強度或光的量度。 而色調和飽和度則是與光的顏色有關。

另一種思考方式是,如果您將光的亮度調高,您可能會覺得眼睛有刺激感,但如果您將顏色的飽和度調高,則不會有這種感覺。

LUX這類的指標被定義為每平方公尺的流明數,用來測量到達表面的光的量度,實際上就是亮度。

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圖7:光譜儀的LUX測量

色調(主波長λd)、飽和度(純度)、亮度(勒克斯LUX):這些術語的意義到底是什麼?

那麼,企業、商家和組織如何利用這些光學特性來確保照明應用的一致性呢? 他們使用光譜儀來測量主波長、純度和勒克斯,以確保照明的一致性。

購買照明設備:比較與對比

當消費者購買照明設備來替換現有的燈具時,他們可能會使用CCT(相對色溫)來確保與房屋中其他燈泡的色溫匹配。 當購買標示為色溫3000K的燈泡時,可能會發現每個同色溫的燈泡的色度座標(λd)卻落在不同的位置(見圖8)。 然而,實際上在屋內活動的人可能並不會察覺到任何視覺上的差異,因此這樣的照明就已經夠好了。

但是在公共設施如博物館中,這個差異就顯得很重要。 您知道為什麼嗎? 在公共設施中,例如博物館,由於通常使用大量照明設備,因此即使是燈光上的細微差異也會顯得格外明顯。 此外,批量購買也存在著一定程度的風險,因為購買數十甚至數百個燈具,如果它們不一致或與現有的燈具不匹配,可能會變成一場噩夢。

因此,具有光譜比較功能的光譜儀(如圖9)是必不可少的工具。 如果您正在考慮兩個照明品牌,並希望確定哪一個更均勻且更能匹配設施中現有的燈光,單純看CCT是不夠的。 您必須使用更精細的度量指標,例如主波長、純度或勒克斯。

買家和賣家也同時會使用其他指標,例如Δx和Δy,來協助確定燈泡的品質特性。

 

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圖8:3000K 燈光的色度座標 λd 可能會有所不同

 

解決問題:

LED製造業的照明和其顏色呈現並不是一門精密科學。 LED工程師們竭盡全力確保其燈光的色調、飽和度和亮度的一致性和精確度。 他們還會使用主波長、純度、勒克斯和其他指標來確保品質或解決客戶可能遇到的異常情況。

主波長可用於LED芯片的分類,這個分類流程叫做「分選封裝」(Binning)。 LED芯片生產出來時,還無法確切預測它們將呈現出什麼樣的色調。 因此,只能在LED芯片生產後透過測量它們的主波長,然後將它們放入適當的“分選封裝”中以進行分類。

光譜儀的比較功能

圖9:光譜儀的比較功能

結論:

雖然在日常生活中,我們經常使用「顏色」這個方便的術語來區分事物,但在設計、製造、商業和研究等行業中,需要更精確的方式。

當大量採購和銷售產品時,企業或組織在購買最適合其環境的照明產品時承擔著很大的風險。為確保照明設施的均勻性和一致性,這些組織使用光譜儀來測量主波長、純度和勒克斯。

LED製造商面臨著高度競爭的局面,他們競相爭取業務,因此會詳細審查細節,以確保生產出符合客戶需求的高品質產品。

光譜儀等工具使競爭環境更加公平,確保色調、飽和度和亮度的準確性,使製造商和組織能夠以誠信和信心進行購買和銷售。

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圖10:UPRtek MK350S Premium

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