色溫

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色溫可見光在攝影、錄像、出版等領域具有重要應用的特徵。光源的色溫是通過對比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的。熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時的開爾文溫度就是那個光源的色溫,它直接和普朗克黑體輻射定律相聯繫。

不同光照的分類[編輯]

因為這是種跟別的光源比較時相逆的標準,黑體輻射體的色溫等於它表面的開爾文溫度, 使用了以19世紀英國物理學家威廉·湯姆遜,第一代開爾文男爵為名的溫標。[1]

白熾燈就非常接近於一個黑體輻射體。

然後,不少其他光源,諸如熒光燈,並不按照黑體的放射曲線輻射能量,所以其經常和相關色溫(CCT)聯系在一起,這是找到光源的感知色溫跟黑體最相近的方式。因為白熾燈並不需要這種處理,白熾燈的CCT其實相當簡單,就是它那未經調整的開氏溫標值,像加熱的黑體輻射體那樣。

根據太陽在天空移動的位置,太陽的顏色會轉變成紅色、橘色、黃色、白色。在一天中,太陽光顏色的改變主要是大氣層的反射作用造成的,更通俗的話:是光線被改變了,跟黑體輻射無關。

由於白天的自然光源屬於較高的色溫,而到了黃昏的自然光源屬於低色溫,因此人類的大腦在高色溫照明下會比較有精神,而在低色溫照明下則會認為該睡了;照明色溫宜依照時間調整高低。

就算當太陽僅僅比水平線高一點,還是可以通過估計它的視色溫(視色溫會根據大氣情況改變)而計算出它的有效溫度。因此,就算太陽看起來是紅的,並且此時視色溫為2500K,通過簡單的計算,就可以證實它實際上的有效溫度大約是5770K。

天空的藍色不是因為黑體輻射,而是由於大氣瑞利散射會將陽光「打散」,藍光比紅光更容易被大氣干擾,這個現象跟黑體的特性無關。

Increasing hues of the Planckian locus


[請注意這個圖表只是象徵表現手法,上面的顏色並不是通過嚴格計算得出的結果。這裡colorimetrically-accurate diagram有一張色度準確的圖表]

一些常見的例子:

  • 1700 K:火柴光
  • 1850 K:蠟燭
  • 2800 K:鎢燈(白熾燈)
  • 3350 K:演播室「CP」燈
  • 3400 K:演播室檯燈,、照相泛光燈(不是閃光燈)等...
  • 4100 K:月光
  • 5000 K:日光
  • 5500 K:平均日光、電子閃光(因廠商而異)
  • 5770 K:有效太陽溫度
  • 6420 K:氙弧燈
  • 6500 K:日光燈
  • 9300 K:電視螢幕(模擬)

5000K和6500K的黑體的顏色分別接近於普通D50和D65的發光物,這通常用於顏色再現的場合(攝影、出版,等等)。

燈泡的功率 (20或100瓦)似乎能夠改變其色彩,但其實只會改變它的光度,而我們的眼睛對這個非常敏感,顏色看起來就不同了。

對於基於黑體的光線,藍色比紅色更「熱」,紅色其實是更「冷」的顏色。這跟我們傳統的認知不一樣,大家都把藍色跟「冷色」聯繫在一起,紅色跟「暖色」聯繫在一起。這種傳統概念其實是從其他方面演化來的,比較涼的水、冰看起來是藍色,火、加熱的金屬的色調是偏紅。相反的是,這恰恰證明了紅色是所有可見光中最「冷」的顏色——紅色是隨著金屬溫度升高放射出來的第一個顏色。觀察一下普通白熾燈泡,白熾燈發出的橘色光貫穿了它們的一生,白熾燈泡燈絲熔斷的一剎那,發出的光線顯而易見的有些偏藍——熔斷的一剎那間,燈絲比以往熱得多,燈泡玻璃上的焦痕就是個證據。

在非正式場合,「色溫」也可以代表「白平衡」。請注意,色溫只涉及一個變數(以熱力學溫標K做單位),而白平衡同時牽涉到兩個(紅色值、藍色值)。

在攝影術領域中,另一種表現色溫的數量叫做mired(邁爾德,逆標色溫,用色溫的倒數來標誌溫度的單位)。就很簡單的一套公式就能在色溫和mired之間換算。(關於換算的公式,以及採用mired的原因,請參照mired條目)

光色的應用[編輯]

名稱 說明
暖色光 暖色光的色溫在3300K以下,暖色光與白熾燈相近,紅光成分較多,能給人以溫暖,健康,舒適,比較想睡的感受。適用與家庭,住宅,宿舍,賓館等場所或溫度比較低的地方;睡前將光源調整為暖色光為佳。
冷白色光 又叫中性色,它的色溫在3300K到5300K之間,中性色由於光線柔和,使人有愉快,舒適,安詳的感受。適用與商店,醫院,辦公室,飯店,餐廳,候車室等場所。
冷色光 又叫日光色,它的色溫在5300K以上,光源接近自然光,有明亮的感覺,使人精力集中及不容易睡著。適用與辦公室,會議室,教室,繪圖室,設計室,圖書館的閱覽室,展覽櫥窗等場所;在睡前應避免使用冷色光照明。

色溫的應用[編輯]

膠片攝影術[編輯]

膠片有的時候會誇大光線的顏色。比起白光下肉眼觀測到的物體顏色,照片中物體的顏色可能會變得偏藍或者偏桔紅色。為了追求自然色彩印刷而進行的攝影中,色彩平衡需要被校對。

桌面出版[編輯]

在桌面出版行業,對於一些顏色匹配軟體,知道你的顯示器色溫是很重要的。

電視,視頻和數碼靜止照相機[編輯]

在這些領域,色溫被稱作「白平衡」。攝像或攝影設備會自動測量色溫,也給出幾個常用情況下對應的的色溫。在較專業的相機上也可以直接設置它。

藝術應用中的色溫控制[編輯]

水族箱燈管的應用[編輯]

  1. 淡水草缸的應用
  2. 海水珊瑚魚缸的應用

相關色溫[編輯]

相關色溫(correlated color temperature,Tcp)是使用特定已知的顏色刺激值(stimulus)在相同亮度及特定條件下重新組成為最接近浦郎克輻射體之色溫即稱之[2]

動機[編輯]

黑體輻射是判斷光源白色程度的一種參考。黑體可用色溫來描述其色相(Hue)變化。以類比方式來說,近似浦郎克的光源如螢光燈(fluorescent),高壓放電燈可以用相關色溫(CCT)方式來判定,使用浦郎克輻射體來做似乎是很好的方法。

顯色指數[編輯]


參見[編輯]

參考資料[編輯]

參考文獻
  • Berns, Roy S. Billmeyer and Saltzman's Principles of Color Technology 3rd edition. New York: Wiley. 2000. ISBN 0-471-19459-X. 
  • Stroebel, Leslie; John Compton; Ira Current; Richard Zakia. Basic Photographic Materials and Processes 2nd edition. Boston: Focal Press. 2000. ISBN 0-240-80405-8. 
  • Wyszecki, Günther; W. S. Stiles. Color Science Concept and Methods, Quantitative Data and Formulae. New York: Wiley. 1982. ISBN 0-471-02106-7. 
腳註
  1. ^ 除了黑體輻射體以外,不能將「色溫」的概念直接引用自光源的「溫度」
  2. ^ CIE/IEC 17.4:1987 [1], International Lighting Vocabulary (ISBN 3-900734-07-0)[4]

外部連接[編輯]