CIE顯色指數（CRI）與視覺評估在很多情況下與幾個已知問題無關。本文回顧了這些問題并解釋了NIST顏色質量量表（CQS）如何解決這些問題。本文的目的是征求固態照明（SSL）行業對顏色質量等級（CQS）的評論。美國國家標準與技術研究院（NIST）。正在討論CQS作為國際照明委員會（CIE）技術委員會（TC）1-69的提案之一，并且TC在選擇新指標方面正在進行最終討論。由于SSL行業在TC中沒有很好的代表性，我們希望將SSL行業的意見傳達給委員會成員。

SSL產品的顏色質量至關重要，并且越來越受到關注。 CIE顯色指數（CRI） 已被廣泛使用多年。然而，CRI已有40年歷史，并且已經確定了用于發光二極管（LED）源時CRI的各種問題，如許多出版物 中所報道的。特別是，CIE技術委員會TC 1-62的報告“白色LED光源的顯色性” 總結了應用于白光LED光源時CRI的幾個問題。在許多情況下，CRI得分1與視覺評估無關。根據TC 1-62的結論，技術委員會TC 1-69（白光源的色彩再現，主席：W. Davis）于2006年成立，以開發和推薦新的CIE指標。

新的度量標準旨在最終取代CRI（不是在新標準發布后立即）。它應該適用于傳統照明技術和SSL源。在NIST，我們開發了CQS ，它解決了SSL源的CRI問題，但與傳統來源的CRI保持了良好的分數一致性，并提出了TC 1-69。我們用于計算CQS的電子表格已分發給SSL行業的許多用戶，并繼續在美國獲得支持。然而，CQS目前尚未獲得TC的良好支持。 TC傾向于采用不同的度量，這是一種非常類似于CRI的純保真度量。傳統的燈具行業也擔心CQS背后的概念偏離了CRI。我們擔心另一個純保真度指標無法解決SSL源的問題，我們認為SSL行業需要一個新的概念指標，如CQS。

修復CRI的問題對于SSL行業。傳統的燈具公司長期以來已經知道CRI的問題，并找到了解決這些問題的方法。 SSL行業是不同的。它很年輕，由眾多小公司組成。這些公司通常沒有關于顯色性和比色法的專業知識。他們傾向于設計產品，只需最大化每瓦流明和顯色指標的得分。由于產品針對指標進行了優化，因此標準非常重要。

對于那些希望審核問題的人，我們將解釋CRI的問題以及CQS如何解決問題。如果您能夠將您對CQS的評論以及您對CRI和/或CQS的SSL產品的任何經驗寫給我們，我們將不勝感激。請通過ohno@nist.gov與我們聯系。

CQS的基本原理

色彩保真度只是色彩質量的一個方面

CRI通過計算測試光源和參考光源照射下的一組預定義測試樣品的色差來評估色彩再現（色彩保真度）的保真度。人們早就知道，色彩保真度不能作為白光顏色質量的唯一指標。顏色質量還有其他方面;特別是，增加色彩飽和度的物體顏色偏移可以增強視覺偏好，顏色辨別能力和視覺清晰度，提高被照明物體顏色外觀的主觀評級。還已知在較低照度水平（Hunt效應）下物體的感知顏色飽和度降低。因此，在室內照明中略微增強顏色的光源可以實現對真實日光的更高色彩保真度 。有人試圖通過各種提議的指標來解釋這些影響，例如奉承指數 ，顏色偏好指數 ，顏色歧視指數 ，對比度指數 ，顯色能力 和色域面積指數 。然而，它們都沒有被接受為標準，可能是因為CRI已被如此廣泛地使用（無論問題如何），并且業界拒絕使用多于一個度量來評估產品的顯色性。 CQS基本上是保真度度量，產生一個像Ra的數字，但CQS具有改進，包括考慮物體顏色偏移方向的能力。因此，CQS與顏色增強源的視覺評級很好地吻合，而它作為非顏色增強源的準確保真度度量。 CQS分數用于表示所有類型光源的產品整體顏色質量（感知色彩保真度）。

良好的CRI分數并不能保證良好的色彩質量

CRI的一個問題是它可以給出對于使得某些飽和對象顏色非常差的源的相當高的分數。下面的示例顯示了紅綠藍（RGB）白光LED模擬的情況，該模擬針對CRI Ra = 80時的最高輻射發光效率（LER，lm/W）進行了優化。這種光有資格獲得能源之星并實現高發光效率 2 ，但實際的顯色性非常差。 R9 = -114時，這種光線下的膚色看起來很蒼白，不健康。 CQS將該燈的得分降低了7個點，使其不符合能源之星（LED燈具）的要求。 CIE TC中的另一個主要提議CRI-CAM02UCS使得該光得分為81，比CRI高一個點。

圖1中所示的色塊是CQS中使用的15個測試樣本中的四個。上方框顯示參考光源照射的顏色（在這種情況下，黑體輻射），下方框顯示測試光源照亮的顏色。所呈現的顏色由比色模擬確定。

圖1：CQS中使用的測試樣本。雖然沒有以前的情況那么嚴重，飽和對象顏色的相同問題可以熒光型白光LED發生。圖2所示的例子是CRI接近80（78）的情況，但紅色物體的顯色性差（R9為負）。藍色調（紫色）也很重要。 CQS將此特定光的得分降低了四個點（但是，請注意，大多數熒光粉類型LED的CQS得分與CRI的變化不大 - 請參見圖8中的示例）。

圖2 ：CRI接近80（78）但紅色物體的顯色性差（R9為負）出現這些問題是因為CRI使用柔和的顏色測試樣本，并且無法檢測飽和顏色的問題。由于CRI的這個問題，除了Ra之外，一些監管規范 3 增加了對R9甚至R10，R11和R12（飽和色樣品的特殊CRI）的要求。但是，通常只有Ra值傳遞給最終用戶。通常，工業和消費者不希望處理多個數字以用于顯色評級。 CQS使用飽和色樣本作為測試樣本來計算得分，因此其一個數字輸出（Qa）表示所有顏色（包括飽和色）的顯色質量。如果一種或兩種顏色看起來非常差，即使所有其他顏色都很好地渲染4（如前面的RGB LED中的情況那樣），CQS也被設計成使其得分顯著降低。

CRI懲罰顏色增強如上所述，當光源增加物體的色度（顏色飽和度）時，CRI得分與視覺評估不相關。釹燈5的情況很好地證明了這一點，如圖3所示。該燈產生的色域略有增加，物體的顏色對比度略有增強。這種燈下的物體顏色看起來生動而美麗，這種燈通常比普通白熾燈（Ra = 100）更受歡迎。但這盞燈的CRI得分僅為77.視覺證據表明，這盞燈值得高得多。 CQS給這個燈的分數為88.

圖3：這個燈產生的色域略有增加，物體的色彩對比度略有增強。

窄帶RGB光譜趨勢產生類似的色彩增強效果。圖4顯示了NIST色彩渲染室中使用的一組高功率RGB LED。

圖4：NIST色彩渲染室中使用的一組真正高功率RGB LED。

這盞燈的CRI得分僅為71，但我們在視覺上證實了這盞燈下的物體看起來美麗自然。這個光源應該得到更高的分數。

我們還為展位建立了另一種RGB LED組合，如圖5所示，只改變紅色峰值。圖5是顏色去飽和的例子。這盞燈的Ra = 82，但我們確認這盞燈下的物體看起來很差如圖6所示，對前兩個示例中的源進行了視覺比較（盡管圖像中的顏色可能未被準確再現）。我們證實，盡管有CRI分數，但顏色增強光（圖6b）比顏色去飽和光（圖6a）更可接受。請注意，圖6a將被Energy Star接受而圖6b不會接受，但如果使用CQS則會反轉。

圖5：顏色去飽和示例（Ra = 82）。 br》

a：顏色去飽和光（Ra = 82，Qa = 74）

b：顏色增強光（Ra = 71，Qa = 83）圖6：顏色去飽和光與顏色增強光的關系

NIST光譜可調照明設施 進一步研究了顏色飽和度的影響（見圖） 7）。對幾個受試者進行視覺評估實驗，以評估房間中物體的顯色性和它們在由光譜照射下的膚色，所述光譜誘導各種水平的物體顏色去飽和或飽和。結果（見圖7）清楚地表明受試者不接受去飽和光，并且更好地接受飽和光。例如，受試者將略微飽和的光（Ra = 82，Qa = 90）評定為具有Ra = 98的寬帶參考光。該實驗已經證明了在顯色評估中考慮顏色偏移的方向是多么重要。圖7：飽和與不飽和照明的主體偏好。 》 CQS與傳統燈具的CRI保持一致CRI已經在照明行業中廣泛使用了40多年，傳統的燈具制造商擔心CRI的分數會因現有燈具產品的新指標而變化，特別是三熒光燈 。自20世紀80年代以來，CIE試圖修改CRI已多次失敗，最近一次是TC1-33 。 CQS旨在解決CRI問題，同時保持與現有燈具產品的CRI分數的一致性。

CQS的其他改進

CQS包括對CRI的其他幾項改進。在白熾燈下，人們往往無法區分海軍藍襪子和黑襪子。這是因為在低相關色溫（CCT）下短波長（藍色）能量減少，并且渲染對象顏色的色域面積縮小。例如，CRI將給予2000 K黑體散熱器Ra = 100的完美分數，但這種紅光對于普通照明是不可接受的。 CQS基于參考光源的色域面積引入了“CCT因子”，以解釋這種影響并降低非常低CCT源的分數。此因素僅影響CCT低于3000 K的源。例如，2800K白熾燈評分（以及具有相同CCT的任何其他來源）僅減少兩個點。

CQS也替換CRI中過時的公式。 CRI中使用的對象顏色空間（W * U * V *）非常不均勻，并且不能精確測量對象顏色差異。它被最新的CIE標準色彩空間CIELAB所取代。 CRI（von Kries）中使用的舊色彩適應公式也被CMCCAT2000取代。結果，CQS稍微懲罰具有顯著正Duv（在黑體軌跡上方 - 黃色或綠色光）的色度的光，而CRI則沒有。這些得分與我們的視覺體驗非常吻合，綠色燈光比具有相同幅度的Duv移位的粉紅色燈光更不可接受。

除了一個數字輸出，Qa，CQS還有個人每個飽和測試顏色樣本的分數（Q1至Q15），可供專家用戶使用。可以添加更多樣本（如在CRI中所做的膚色），這些樣本不會用于計算Qa。

CQS還引入了0到100的比例，因為CRI經常令人困惑，因為它產生負分數。對于沒有顯色性的燈（例如，低壓鈉燈），CQS給出Qa = 0的分數。此變化僅影響非常低色彩質量源的分數，主要是Ra低于30的源。

更多CRI和CQS比較的例子

CQS提供的分數與最新熒光LED型產品的CRI一致和傳統的放電燈（見圖8）腳注

在本文檔的許多情況下，“CRI”或“CRI得分”用于表示Ra得分。

參考理論效力，LER = 403 lm/W這里，不是光源的物理發光效率。 RGB光譜不僅可以由RGB（A）芯片產生，還可以由綠色磷光體LED，UV激發的窄帶磷光體或量子點產生。理論上，窄帶白光比寬帶光譜更節能。

整體LED燈的能源之星指定最小R9值以及Ra。美國能源部能源聯盟規范（LED冷藏展示柜）列出了R9至R12的最低平均分數。

這是通過使用飽和測試顏色樣本的色差的均方根（RMS）平均來實現的。

白熾燈，其玻璃外殼摻雜釹，吸收燈光譜的大部分黃色部分。這種類型的燈在美國和其他國家廣泛銷售。

CCT因子和新的色彩適應公式導致低CCT燈和高Duv燈的分數降低，但略有下降。這增加了一些現有燈產品的CRI得分偏差。如果燈制造商不接受當前版本的CQS，則可以刪除或替換這些因素和公式，而不會丟失CQS的其他功能。

圖8：CRI和CQS的比較實例。