FARGEFIDELITET

Av Jan Henrik Wold, universitetslektor USN

CIEs nye konsept for bedømmelse av nøyaktigheten i belysningers fargegjengivelse.

Historisk bakgrunn
I 1948 opprettet Den internasjonale belysningskommisjonen (CIE, av fr.: «Commission Internationale de l’Eclairage») et kvalitetsmål for fargegjengivelse basert på en åttebåndsmetode foreslått første gang i 1937. Denne gikk ut på å dele den aktuelle belysningens strålingsspektrum inn i åtte bånd og sammenligne spektralinnholdet i hvert bånd med det tilsvarende båndet i strålingsspektret fra «det absolutt svarte legemet» (svartstråler).Senere, i 1965, ble fargeprøvemetoden utviklet og vedtatt av CIE. Kvalitetsmålet i denne metoden er en fargegjengivelsesindeks (CRI, av eng.: «colour rendering index»), som bestemmes som enten en generell eller en spesiell indeks. Den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , til en gitt belysning (testbelysningen) beregnes utfra den gjennomsnittlige fargeforskyvingen som finner sted for et sett av åtte standard testfargeprøver når en definert referansebelysning erstattes med testbelysningen. For testbelysninger med korrelert fargetemperatur (CCT, av eng.: «correlated colour temperature») mindre enn 5 000 K er referansebelysningen da definert som strålingsspektret fra en svartstråler med samme temperatur som testbelysningen, mens den for testbelysninger med CCT større enn eller lik 5 000 K er definert som den fasen av CIEs standardbelysning D (daglys) som har samme CCT som testbelysningen. (Dersom testbelysningens CCT er 5 500 K, er referansebelysningen m.a.o. D55.) Ethvert avvik mellom en testfargeprøves farge under en gitt belysning (testbelysningen) og den samme prøvens farge under den samsvarende referansebelysningen vil senke belysningens Ra-verdi under maksimumsverdien, som er satt lik 100.

Det nevnte opprinnelige testfargeprøvesettet bestod av åtte Munsell-prøver med en moderat fargemetning (kroma), som den gang, i 1965, ble ansett som representativ for metningen til fargene i våre daglige omgivelser. I 1974 ble imidlertid metoden revidert ved å inkludere seks tilleggsprøver: fire Munsell-prøver med høy fargemetning (rød, gul, grønn og blå), én prøve med kaukasisk hudfarge, og én prøve med en løvgrønn farge. (I senere år er det blitt vanlig, særlig i øst-asiatiske områder, også å legge til en prøve med asiatisk hudfarge, spesifisert som «hudfargen til japansk kvinne», slik at det utvidede testfargeprøvesettet da utgjøres av 15 prøver, istedenfor 14.) Det er her viktig å påpeke at disse tilleggsprøvene ikke brukes til å bestemme den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra, men kun inngår i beregningen at spesielle fargegjengivelsesindekser, Ri (i = 1, 2, …, 14 (15)), som i mange tilfeller − oftest for tilleggsprøvenes vedkommende
(i = 9, 10, …, 14 (15)) − oppgis som informativt/nødvendig supplement til Ra-verdien. For å ta hensyn til at øyet alltid tilpasser seg til den generelle belysningen, i den forstand at fargene i den visuelle scenen tenderer til å opprettholdes (et fenomen kjent som «fargekonstans»), ble det samtidig med utvidelsen av testfargeprøvesettet også inkludert en revidert von Kries-type kromatisk adaptasjonstransform. (I tillegg ble det gjort en liten endring i beregningsprosedyren.)

I henhold til CIEs standard metode for bestemmelse av CRI velges først en referansebelysning med samme CCT som testbelysningen (se første avsnitt). Utfra den spektrale energifordelingen til både test- og referansebelysning beregnes deretter tristimulusverdiene til hver enkelt testfargeprøve i de to belysningssituasjonene. For å justere for øyets tilpasning til den aktuelle belysningen anvender man så den nevnte kromatiske adaptasjonstransformen. Fargeforskyvningen som finner sted for den enkelte prøve, ΔEUVW, i (i = 1, 2, …, 14 (15)), kan deretter beregnes og videre transformeres til respektive spesielle fargegjengivelsesindekser, Ri (i = 1, 2, …, 14 (15)), iht. likningen Ri= 100 − 4,6 ΔEUVW,i (UVW henviser til det benyttede objektfarge-rommet, se nedenfor). Til slutt bestemmes den
generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra, utfra gjennomsnittet av Ri-verdiene for de åtte første testfargeprøvene (i = 1, 2, …, 8).

Til tross for kjente mangler har CIEs generelle fargegjengivelsesindeks, Ra, fått internasjonal aksept, og den er i dag inkludert i mange forskrifter og kommersielle lampespesifikasjoner. Siden den siste revisjonen av CRI-prosedyren i 1974 har imidlertid forbedrede kolorimetriske konsepter (bl.a. mht. fargerom og kromatiske adaptasjonstransformer) blitt tilgjengelige, med den følge at metoden for beregning av CRI kan fremstå som utdatert. På 1990-tallet forsøkte CIEs tekniske komité TC 1-33 å oppdatere både beregningsalgoritmer og testfargeprøver, men fordi komiteen aldri kom til enighet, ble arbeidet avsluttet uten noen anbefaling. I 1995 korrigerte CIE noen små beskrivende feil, men ingen endringer ble gjort i det tekniske innholdet. (CIE, 1995)

Da LED-belysning dukket opp tidlig på 2000-tallet, ble det klart at ytterligere revisjon syntes påkrevet. Problemene ble undersøkt av CIE TC 1-62, som publiserte en rapport med nærmere analyser og diskusjoner rundt spørsmålet om forbedrede beregningsmetoder. Etter dette opprettet CIE nok en komité, TC 1-69, som gjennom inngående undersøkelser og diskusjoner skulle ta stilling til foreslåtte konsepter, som ikke bare dreide seg om forbedringer/oppdateringer av CRI-prosedyren, men også innebefattet nye konsepter som f.eks. CQS (av eng.: «colour quality scale»), der også den perseptuelle virkningen av fargemetning (kroma) tas med i betraktning; MCRI (av eng.: «memory colour rendering index»), som er et fargegjengivelselsesmål hvor erindringsfargene til utvalgte kjente objekter (hentet utelukkende fra hukommelsen) benyttes som referanse; og CRI2012
(av eng.: «colour rendering index 2012»), der det innføres et matematisk konstruert (virtuelt) sett av testfargeprøver, hvor de respektive dominante bølgelengder er jevnt fordelt over spektret (se også magasinet Lys, nr. 5, 2011). Også denne komiteen ble avsluttet uten enighet, og som en konsekvens bestemte CIE seg for å splitte arbeidet med oppdaterte/nye beregningskonsepter ved denne gang å opprette to komiteer, der den ene, TC 1-90, utelukkende skulle konsentrere seg om å videreutvikle den
eksisterende prosedyren, og den andre, TC 1-91, skulle utrede andre aspekter ved fargegjengivelse enn de strengt kolorimetrisk baserte. Fremstillingen nedenfor er i stor grad basert på den tekniske rapporten som TC 1-90 fremla i 2017, som avslutning på komiteens arbeid. (CIE, 2017)

Definisjoner
CIE-definisjonen av begrepet fargegjengivelse er: en belysnings innvirkning på objekters fargeutseende bevisst eller ubevisst sammenlignet med deres fargeutseende under en referansebelysning (CIE, 2011) [forfatterens oversettelse] Videre er den kolorimetrisk baserte størrelsen fargegjengivelsesindeks definert som følger: et mål for graden av overensstemmelse mellom (den psykofysisk bestemte) fargen som et objekt har under en gitt belysning (testbelysningen) og (den psykofysisk bestemte) fargen det samme objektet har under en definert referansebelysning, avpasningen til den kromatiske adaptasjonstilstanden hensyntatt (CIE, 2011) [forfatterens oversettelse] Det er kjent at «fargegjengivelse» også benyttes ifm. mer generelle karakteristikker av objekters fargeutseende i en gitt belysningssituasjon. Ved en slik bruk av begrepet er det imidlertid flere aspekter enn dem som inngår i definisjonen ovenfor, som vektlegges. Hvilke faktorer som spiller inn, vil typisk avhenge av den belyste scenens art og varighet, samt av individuelle preferanser, som kan variere betydelig fra region til region og/eller fra ett individ til et annet. Det kan f.eks. være situasjoner der en person vil foretrekke en belysning som gir en økt fargemetning (kroma) selv om denne har en lavere Ra-verdi enn andre belysninger. Siden identifisering av tilleggsfaktorer rettet mot spesifikke sider ved fargeutseende kan være ønskelig i visse situasjoner, er CIEs tekniske komité TC 1-91 (se ovenfor) gitt i oppgave å utdype andre aspekter ved fargegjengivelse enn det som går på nøyaktighet relativt til en referanse. I motsetning til de til dels vage perseptuelle begrepene knyttet til individuelt eller kulturelt betingede preferanser er begrepet «fargegjengivelse» – ut fra definisjonen − enkelt, klart og objektivt: Eksperimenter har fastslått at personer med normalt fargesyn har relativt lik oppfatning av størrelsen på fargeforskyvningene som inntreffer ved overgangen fra én belysning til en annen. Det synes derfor relevant at nøyaktigheten i belysningers gjengivelse av farge bedømmes på basis av slike (kolorimetrisk bestemte) fargeforskyvninger for et standardisert sett av testfargeprøver. Konseptet har en objektiv karakter ved at det ikke beror på bestemte preferanser hos individer eller grupper av individer.

For å unngå problemene med tolking av «fargegjengivelse» som et mer vidtfavnende begrep enn tilsiktet har man i nyere vitenskapelig litteratur brukt begrepet «fargefidelitet» i tilsvarende betydning som angitt i definisjonen av «fargegjengivelse». I CIEs oppdaterte/videreutviklede konsept for bedømmelse av nøyaktigheten i belysningers gjengivelse av farge er denne praksisen fulgt opp ved formelt å definere begrepet fargefidelitet som følger: (et uttrykk for) i hvilken grad en lyskilde forårsaker en endring av fargen til overflaten den belyser, relativt til overflatens farge under en definert referansebelysning; hvorved den
aktuelle fargeendringens størrelse bedømmes ved å betrakte forskyvningene langs alle tre kardinalakser i koordinatrommet for representasjon av fargers utseende [eng.: «colour appearance space»]
(CIE, 2017) [forfatterens oversettelse]

Et ord fra vårt dagligspråk som kan trekkes frem for å gi en idé om hva som forstås med begrepet «fargefidelitet», er «naturtro». Vi snakker om naturtro gjengivelse. Mer spesifikt med henblikk på farge kunne vi da driste oss til å innføre betegnelsen «fargetro», og videre substantivformen «fargetrohet». Betydningen av sistnevnte ville da ligge nær opp til det som ligger i begrepet «fargefidelitet». (Ordet «fidelitet» finnes for øvrig i både Det norske akademis ordbok og Stor norsk ordbok, hvor det er spesifisert som hhv. «nøyaktighet (i gjengivelsen, kopieringen av noe)» og «nøyaktighet i gjengivelsen av noe, kopieringsnøyaktighet».)

Hovedkonsept
CIEs CRI-konsept, spesielt den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , er allment vedtatt og brukt av belysningsindustrien, i forskrifter og i internasjonale og regionale standarder og spesifikasjoner. Imidlertid har svakheter ved konseptet nylig blitt påpekt, spesielt for LED-lyskilder, hvor Ra-verdiene i noen tilfeller samsvarer dårlig med alminnelige brukeres visuelle bedømmelser. Denne manglende overensstemmelsen skyldes dels at CRI-verdiene ikke har vist seg tilstrekkelig presise som mål for hvor nøyaktig ulike belysninger gjengir reflekterende overflaters farge, og dels at også andre faktorer enn nøyaktig gjengivelse, som f.eks. fargehukommelse og ubevisste preferanser mht. fargens utseende/kvaliteter, er medvirkende i vår vurdering av hvor godt en belysning fremstiller fargene i den visuelle scenen. Mens nærmere studier av sistnevnte fremdeles er under utredning i CIEs tekniske komité TC 1-91, ble arbeidet med å forbedre presisjonen i måltallet for gjengivelsesnøyaktighet sluttført av TC 1-90 i 2017. CIEs nye fargefidelitetsindeks (CFI, av eng.: «colour fidelity index») er basert på idelitetsindeksen til Illuminating Engineering Society of North America (IES) (IES, 2015). Dens formål er å gi et vitenskapelig presist mål for nøyaktigheten i en lyskildes gjengivelse av reflekterende overflaters farge sett i forhold til de samme overflatenes farge under en definert referansebelysning. De viktigste forbedringene sammenlignet med CRI-prosedyren er oppdateringen av fargeforskjellsberegningen, spesielt valget av objektfarge-rom og inkorporeringen av 99 nye testfargeprøver til erstatning for CRI-standardens 14 (15). Den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf , er et mål for hvor mye fargene til de 99 standardiserte testfargeprøvene under den aktuelle belysningen gjennomsnitt avviker fra fargene målt under en definert referansebelysning (som også i CFI-konseptets tilfelle svarer til strålingsspektret fra en svartstråler med fargetemperatur lik testbelysningens CCT når denne er mindre enn 5 000 K, og til en fase av CIEs standardbelysning D (dagslys) med samme CCT som testbelysningens CCT når denne er større enn 5 000 K). Slik har den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf , det til felles med den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , at den (1) beregner fargeforskyvingen som finner sted for et sett av standard testfargeprøver når en definert referansebelysning erstattes med testbelysningen og (2) kombinerer de beregnede fargeskyvningene for testfargeprøvene i én enkelt, midlere indeksverdi. Et viktig poeng er, som tidligere nevnt, at perseptuelle aspekter utover fidelitet, som f.eks. metningspreferansens fargetoneavhengighet, ikke er tatt med i betraktning innenfor et slikt konsept.

Svakheter ved CRI-konseptet
Selv om det under utviklingen av CRI-algoritmene ble lagt til
rette for at fremtidige forbedringer innen fargevitenskapen skulle kunne integreres uten å endre det generelle fargeprøvekonseptet, er slike sjelden blitt implementert. Det har imidlertid lenge vært kjent at objektfarge-rommet som blir benyttet ved beregning av CIEs nåværende generelle fargegjengivelsesindeks, Ra – d.e. CIEs 1964 (U, V, W*)-fargerom (CIEUVW) – ikke har tilstrekkelig perseptiv uniformitet, m.a.o. at én og samme avstand regnet i forskjellige områder av CIEUVW i for liten grad svarer til like store observerte fargeforskjeller. Ved beregning av Ra-verdien, som er basert på et gjennomsnitt av fargeforskyvningene for de åtte første prøvene i CIEs standard testfargeprøvesett, vil dermed forskyvningen vektlegges mer for noen prøver enn for andre. Hertil kommer at det området av CIEUVW som omfatter mengden av alle teoretisk mulige farger, endrer form etterhvert som belysningens CCT endrer seg, hvilket betyr at fargeuniformiteten, og dermed også nøyaktigheten i de beregnede CRI-verdiene, er CCT-avhengig.

Nylige studier viser at den generelle fargegjengivelsesindeksens følsomhet overfor spektrale endringer, som funksjon av den spektrale komponentens bølgelengde, er relativt ujevn; noen bølgelengder er prioritert i den forstand at disse komponentene bidrar uforholdsmessig mer til Ra-verdien. Regnet over spektret som helhet kan dette forventes, på grunn av ujevnheten i de spektrale forskjellene mellom følsomhetsfunksjonene til netthinnens reseptorsystemer. Imidlertid finner man også signifikante variasjoner i følsomhet innenfor kortere bølgelengdeintervaller, som skriver seg fra tilfeldige karakteristika hos de spektrale radiansfaktorene til de åtte standard testfargeprøvene som brukes til beregning av Ra. (De spektrale radiansfaktorene er for hver tabulerte bølgelengde lik forholdet mellom testfargeprøvens spektrale radians i en spesifisert retning og den spektrale radiansen til en perfekt reflekterende diffusor som er belyst og observert på identisk måte.) At den spektrale radiansens karakteristika har stor betydning, bekreftes bl.a. ved det faktum at hvis de åtte standard testfargeprøvene som benyttes, erstattes med andre prøver med samme farge, men forskjellige spektrale radiansfaktorer (metamerer), så endres følsomhetsvariasjonene innenfor kortere bølgelengdeintervaller vesentlig. Disse tilfeldige variasjonene er problematiske fordi de for noen belysningers vedkommende gir betydelige endringer i Ra-verdien uten at dette sier noe om nøyaktigheten i fargegjengivelsen; variasjonene gir kun en økning i den generelle usikkerheten. Hvis det, som man vel kan forvente, er benyttet en optimaliseringsalgoritme for å oppnå maksimale ytelsesverdier for en lampe, kan Ra-verdiens følsomhet overfor spektrale endringer ha blitt utnyttet i denne prosessen til å gi det optimaliserte strålingsspektret en langt høyere score enn det skulle hatt iht. de oppfattede fargeforskyvningene.

Det skal også bemerkes at den kromatiske adaptasjonstransformen (von Kries-transform) som brukes i beregningen av Raindeksen for å korrigere for endringen i øyets kromatiske adaptasjonstilstand ved overgangen fra testbelysning til referansebelysning, er nøyaktig bare når lyskildens kromatisitet ikke avviker mer fra referansebelysningens kromatisitet enn at avstanden mellom de respektive kromatisitetspunktene i CIEs 1960 UCS (u, v)-diagram er mindre enn 0,01.

Nytt forbedret sett av testfargeprøver
CIEs CRI-konsept gir måltall for fargeforskyvningen for 14 (15) testfargeprøver som hverken er jevnt fordelt i objektfargerommets tre dimensjoner eller nødvendigvis er representative for materialene som finnes i den virkelige verden. Tidligere har forskere påpektfordelene ved å inkludere fargeforskyvningsdata for et større antall testfargeprøver, som representerer et større mangfold av virkelige objekter, og samtidig utvider fargeomfanget (i den forstand at fargene er fordelt over en større del av objektfarge-rommet). Av ovennevnte grunner, og for å få bukt med den manglende homogeniteten i vektingen av fargeforskyvningene i de ulike
områdene av objektfarge-rommet, benytter CIEs nye CFI-konsept et større sett av testfargeprøver, identisk med det nevnte settet av 99 testfargeprøver innført av IES. Hvilke prøver som inngår, er her bestemt gjennom en grundig utvalgsprosess med utgangspunkt i over 100 000 spektra (hentet fra en rekke nettbaserte databaser), som til forskjell fra computer-genererte spektra alle skriver seg fra reelle radiansmålinger. Spektrene som til slutt ble antatt som testfargeprøver representerer et bredt utvalg av alle hovedkategorier av fargede materialer (både naturlige og menneskeskapte), samtidig som deres kolorimetriske representasjoner er jevnt fordelt i objektfarge-rommet (inkludert områdene med høy fargemetning). Det er dessuten et vesentlig poeng at prøvene er valgt slik at fargefidelitetsberegningenes følsomhet overfor spektrale endringer er forholdsvis jevn innenfor korte bølgelengdeintervaller, hvilket reduserer usikkerheten i Rf-verdien. For å unngå selektiv optimalisering av lyskildens spektrale energifordeling er det som nevnt et viktig poeng at testfargeprøvesettet ikke har en skjev fordeling mht. prøvenes dominante bølgelengde.

Når det kommer til antallet testfargeprøver, ble dette bestemt ved å balansere ønsket om et lite prøvesett opp mot behovet for tilstrekkelig med prøver til å kunne oppnå tilfredsstillende nøyaktighet. (Den statistiske usikkerheten (standardavviket) i de beregnede gjennomsnittlige fargeforskyvningene, og dermed i Rf-verdiene, vil reduseres med antallet fargeprøver). Som første trinn i utvalgsprosessen ble det etablert et stort «referansesett» på ca. 5 000 prøver, som tilfredsstilte alle krav til egenskaper. Dette ble så redusert til et mindre sett, som i størst mulig grad ivaretok referansesettets egnethet med henblikk på bedømmelse av lyskilders fargefidelitet. Resultatet ble det nevnte settet med 99 testfargeprøver, hvor følgende kvalifiserende egenskaper kan trekkes frem:

− Prøvene er valgt blant en rekke både naturlige og menneskeskapte objekter/materialer.
− Prøvene er jevnt fordelt over omfanget av «vanlig forekommende farger» (i CAM02-UCS-fargerommet, se nedenfor).
Spesielt er de relativt jevnt fordelt med henblikk på fargemetning (kroma) i den forstand at også sterkt, dog ikke
ekstremt, mettede farger inngår blant fargeprøvene.
(Prøvene er også relativt jevnt fordelt med henblikk på
lyshet, men for bestemmelse av CFI er dette mindre viktig.)
− Prøvene har en viss grad av spektral uniformitet (omlag én
størrelsesorden bedre enn for standardsettet av åtte testfargeprøver benyttet til beregning av CIEs generelle fargegjengivelsesindeks, Ra).
− Kurvene som beskriver fordelingen av prøvenes spektrale
radiansfaktorer, er relativt jevnt distribuert over det synlige
spektrum (bølgelengder i området 380 nm – 780 nm).
− Antallet prøver er relativt stort, slik at den statistiske
usikkerhet er betydelig redusert.
− Hvis den samme seleksjonsalgoritmen benyttes til å velge et
annet delsett med testfargeprøver fra det opprinnelige referansesettet (dvs. hvis det opprettes et alternativt delsett, som
oppfyller de samme kriteriene), så vil Rf -verdiene beregnet på
basis av dette alternative settet i det vesentlige være uendret.

Figur 1 viser (tilnærmet) fargene til samtlige 99 testfargeprøver, samt en hvit referanseprøve, under CIEs belysning D50, som også er belysningen som ble brukt under utvalgsprosessen. De samsvarende spektrale reflektansfaktorer er fremstilt som funksjoner av bølgelengde i Figur 2. (De spektrale reflektansfaktorene er for hver tabulerte bølgelengde lik forholdet mellom den spektrale strålingsfluksen reflektert fra testfargeprøven (i en spesifisert retning) og den spektrale strålingsfluksen reflektert fra en perfekt reflekterende diffusor som er belyst og observert på identisk måte.)

Implementering av CAM02-UCS-fargerom
Til beregning av fargeforskyvningene bruker CFI-konseptet standardformen av CAM02-UCS-fargerommet (av eng.: «colour appearance model 2002» og «uniform colour scale»), som er et objektfarge-rom med koordinater J’, a’, b’. Dette er basert på CIECAM02 (av eng.: «CIE colour appearance model 2002»), men har koordinataksene reskalert for å kunne bedømme fargeforskjellene bedre. Den perseptuelle jevnheten (uniformiteten) har vist seg tilfredsstillende, og inkluderer dessuten indirekte den nyeste kromatiske adaptasjonstransformen CAT02 (av eng.: «chromatic adaptation transform 2002»). CAM02-UCS benytter representasjonen av CIEs standardbelysning E (likeenergi-spektret) som hvitpunkt. Hvitpunktet og den kromatiske adaptasjonstransformen implisitt antatt ved valget av CAM02-UCS har den fordelen at CFI-beregningene i stor grad blir uavhengige av testbelysningens CCT.

Benyttede fargematchfunksjoner
Til bestemmelse av de enkelte testfargeprøvenes fargekoordinater, benyttes fargematchfunksjonene til CIEs 1964 standard 10° kolorimetriske observatør. Dette skiller seg fra prosedyren som inngår i beregningen av den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , hvor det er fargematchfunksjonene til CIEs 1931 standard 2° kolorimetriske observatør som brukes. Hovedmotivet for denne endringen er at 10° fargematchfunksjonene er antatt å være mer nøyaktige enn 2°-fargematchfunksjonene. Beregning av fargeforskyvningene fordrer bestemmelse av lyskildens korrelerte fargetemperatur. Dette gjøres vha. 2°-fargematchfunksjonene, siden dette har vært, og fremdeles er, vanlig praksis. Når det gjelder CCT-området som CFI-konseptet er gyldig innenfor, ble CAM02-UCS og CAT02 utviklet ved å vurdere en rekke fargeforskjeller og tilhørende fargedata samlet, under tilnærmet nøytrale belysninger som spenner fra D65 (standard dagslys med CCT lik 6 500 K) til (strålingsspektret til en svartstråler med en temperatur på 2 856 K). Det kan derfor forventes
at resultatene i det minste er nøyaktige i området fra 2 700 K til 6 500 K, hvilket dekker de mest vanlige reelle belysningssituasjoner. (I tillegg har CIECAM02 blitt antatt for bruk ifm. dataskjermapplikasjoner, hvor enda høyere CCT-er forekommer.)

Korreksjon for å unngå negative verdier
Skaleringen og normaliseringen benyttet for den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , gjør at denne kan få negative verdier i de mest ekstreme tilfellene, f.eks. i tilfellet med lys fra lavtrykksnatriumlamper, hvor Ra = − 44. For å unngå at den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf, og de spesielle fargefidelitetsindeksene,
Rf, i (i = 1, 2, …, 99), antar tilsvarende negative verdier inkluderer
beregningen av disse korreksjonsformelen inout /10 10 ln (e 1) R R   , [1]
der Rin er den ukorrigerte verdien, som i særlige tilfeller kan være
mindre enn null, og Rout er den korrigerte verdien. I de aller fleste tilfeller vil Rout og Rin være så godt som like, men for ekstremt lave
fargefideliteter nærmer Rout seg asymptotisk mot null i stedet for
å anta negative verdier. Rout er fremstilt som funksjon av Rin i
Figur 3.

Liten endring av lokus for referansebelysningers kromatisiteter
Det er kjent at CIEs generelle fargegjengivelsesindeks, Ra , har en lite elegant diskontinuitet ved 5 000 K, fordi det er en type av svartstråling som benyttes som referansebelysning ved lavere CCT-er, og en fase av CIEs standardbelysning D (dagslys)som benyttes som referansebelysning ved høyere CCT-er. For å unngå tilsvarende diskontinuitet i forbindelse med det nye CFI-konseptet er anbefalingen at det isteden lages en jevn overgang (konveks lineærkombinasjon) fra svartstrålingsreferanse til dagslysreferanse ved å la referansebelysningen være en ren svartstråling for testbelysninger med CCT mindre enn eller lik 4000K, en 50:50 blanding av de to for testbelysninger med CCT lik 4500K, og en ren dagslysreferanse for testbelysninger med CCT større enn eller lik 5000K. Den resulterende «sammenføyningskurven» er vist i Figur 4.

Innføringen av nevnte overgangsområde for referansebelysninger mellom 4 000 K og 5 000 K påvirker hovedsakelig svartstrålerlignende lyskilder, idet strålingsspektrene til noen av disse vil ha CFI-verdier som er lavere enn de tilsvarende CRI-verdiene (som ligger tett oppunder de respektive maksimumsverdiene). Nærmere bestemt vil den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf , være redusert med 1 eller 2 i forhold til verdien av den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , og verdiene av de spesielle fargefidelitetsindeksene, Rf , i (i = 1, 2, …, 99), være redusert med opptil 5 i forhold til verdiene av de spesielle fargegjengivelsesindeksene, Ri (i = 1, 2, …, 14 (15)).

Reskalering av gjennomsnittlige fargeforskyvninger
Verdien av den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf, beregnes på tilsvarende måte som verdien av den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra, dvs. ved å beregne gjennomsnittet av fargeforskyvningene (inkludert forskjeller i lyshet) for alle testfargeprøvene, multiplisere gjennomsnittet med en valgt multiplikasjonsfaktor og til slutt subtrahere produktet fra 100. Det er to åpne spørsmål i denne prosessen:
− Hvilken metode bør brukes til beregning av gjennomsnittet?
− Hvordan blir multiplikasjonsfaktoren bestemt?
I de innledende drøftingene av første spørsmål ble det foreslått å benytte et RMS-gjennomsnitt, bl.a. for å bøte på begrensningen ved kun å bruke noen få testfargeprøver. Dette problemet ble imidlertid gjort betydelig mindre ved inkorporeringen av hele 99 prøver. Følgelig ble det besluttet å bruke et enkelt aritmetisk gjennomsnitt, analogt med det som benyttes til beregning av Raindeksen. En fordel med denne tilnærmingen er at den gjennomsnittlige fidelitetsverdien da svarer til gjennomsnittet av enkeltverdiene for hver av testfargeprøvene (unntatt for lyskilder med
svært lav fargefidelitet, grunnet korreksjonen iht. Likning [1]).
Vedrørende det andre spørsmålet vurderte man først en tilnærming som skulle sikre at den gjennomsnittlige Rf -verdien for CIEs standard fluorescenslamper F1–F12 ble lik den tilvarende gjennomsnittlige Ra-verdien. Dette er imidlertid lamper som var tilgjengelige for 30 år siden, med Ra-verdier fra 51 til 96 og en gjennomsnittlig Ra-verdi på 75. Det ble demonstrert at med denne skaleringsmetoden ville gjennomsnittet av Rf -verdiene for dagens LED-lamper og fluorescenslamper være mer enn 2 lavere enn den gjennomsnittlige Ra-verdien. Det ble følgelig bestemt at skaleringen av Rf skulle gjøres slik at gjennomsnittet av Rf–verdiene for nåværende allment tilgjengelige lamper ble lik gjennomsnittet av Ra-verdiene (uten at dette nødvendigvis må innebære at Raindeks skal erstattes med Rf -indeks ved bedømmelse av fargegjengivelse). Fra IES’ database hentet man de spektrale energifordelingene til totalt 187 kommersielle lamper med Ra ≥ 60, nærmere bestemt 36 fluorescenslysrør, 14 HID-lamper (høyintensive utladningslamper), 129 LED-fluorescenslamper (hvite LED) og 8 LED-hybridlamper. På basis av dette datamaterialet ble den gjennomsnittlige Ra-verdien for samtlige 187 lamper beregnet til 80,8, og for at Rf også skulle få denne verdien, måtte den nødvendige skaleringsfaktoren da settes lik 6,73. Hvis bare
LED-lampene blir brukt, vil resultatet være nesten det samme.

Sluttformelen for beregning av den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf , er etter dette:

der ΔE J’a’b’ er gjennomsnittet av fargeforskyvningene for testfargeprøvesettets 99 prøver regnet i CAM02-UCS-fargerommet.
(Som man ser, er denne likningen på samme form som Likning [1],

med telleren i eksponenten analog med sluttuttrykket for
beregning av den generelle fargegjengivelsesindeksen, Ra , d.e.
R E a   100 4,6 Δ .) UWV Den resulterende korrelasjonen mellom
Ra- og Rf -verdien for strålingsspektret til hver enkelt av de 187
lampene er illustrert i Figur 5.

Rf versus Ra
Flere publikasjoner har sammenlignet Rf – og Ra-verdier for et bredt utvalg av lyskilder. For et stort antall er resultatene ganske like, særlig etter å ha tatt hensyn til justeringen av skaleringsfaktoren (beskrevet ovenfor), hvilket overensstemmer med tidligere uttalelser om at CIEs generelle fargegjengivelsesindeks, Ra , i mange tilfeller er rimelig nøyaktig (jf. Figur 5). For lyskilder som har en betydelig del av strålingsenergien konsentrert i et lite antall smale bølgelengdebånd, f.eks. RGB-typer, er det større variasjoner, ofte i området fra 5 til 10.


En økt RMS-forskjell mellom Rf – og Ra-verdien for visse typer
kommersielt tilgjengelige lamper, f.eks. CFT-lamper med lav CCT
og enkelte smalbånds-LED-lyskilder, antyder at de respektive spektrale energifordelingene er blitt optimalisert med henblikk på Ra, og at en optimaliseringsstrategi basert på Rf kunne ha gitt andre resultater. Rf -verdiene for disse lyskildenes strålingsspektrum er generelt lavere enn Ra-verdiene, unntatt i de tilfellene hvor strålingsspektrets fargeomfang er økt relativt til referansebelysningens fargeomfang.

Lyskildenes egenskaper tilpasses stadig. Spesielt er det lyskilder under utvikling hvor det meste av strålingsenergien vil ligge innenfor svært smale spektralbånd, slik som allerede tilfelle for visse typer fluorescenslamper (tri-fosforlamper). Ved å konsentrere strålingsfluksen i smale bølgelengdebånd kan lampens lysutbytte økes. Utviklingsarbeidet på dette området inkluderer studier av smalbåndsfosforer, kvanteprikk-fosforer og laserbaserte strålingskilder – som alle gir smalere båndspektra enn man har med dagens fosfor-LED-teknologi. For disse strålingsspektrene kan avviket mellom Ra- og Rf -verdien være mye større enn avvikene man får for mer ordinære strålingsspektra. Siden det er sannsynlig at lamper med energibesparende smalbåndsspektra vil bli stadig vanligere i de kommende årene, er det avgjørende at et nøyaktig fargefidelitetsmål er tilgjengelig.

Samlet sett er det forventet at den forbedrede nøyaktigheten som innføres med den generelle fargefidelitetsindeksen, Rf, vil kunne bidra til en mer treffsikker bedømmelse av ulike lyskilders innvirkning på reflekterende overflaters (oppfattede) farge, og derved legge grunnlaget for nye og bedre standarder innen belysningsbransjen.

Kilder:
CIE (Commission Internationale de l’Eclairage). (1995).
Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties
of Light Sources(Publication CIE 013.3-1995). Vienna: CIE Central Bureau.
https://doi.org/10.1002/col.5080200313 (ISBN 978-3-900734-57-2)
CIE (Commission Internationale de l’Eclairage). (2011).
International Lighting Vocabulary Publication CIE S 017/E:2011 ILV). Vienna: CIE Central Bureau. http://eilv.cie.co.at/
CIE (Commission Internationale de l’Eclairage). (2017).
CIE 2017 Colour Fidelity Index for Accurate Scientific Use
(Publication CIE 224:2017). Vienna: CIE Central Bureau.
https://doi.org/10.1002/col.22159 (ISBN 978-3-902842-61-9)
IES (Illuminating Engineering Society of North America). (2015).
IES Method for Evaluating Light Source Color Rendition
(Publication IES TM-30-15). New York: Illuminating Engineering
Society. (ISBN: 978-0-87995-312-6)

Artikkelen er publisert i Magasinet Lyskultur 03/2019. Magasinet distribueres fire ganger i året til Lyskulturs medlemmer (gratis) og abonnenter.
Abonner her: https://lyskultur.no/produkt/arsabonnement-pa-magasinet-lyskultur/
Siste nummer kan bestilles separat frem til nytt nummer er i salg.