Цветовая температура светодиодных ламп - один из наиболее важных параметров, относящихся к осветительному оборудованию. Данный параметр следует принимать во внимание не только при решении интерьерных задач, но и при подборе автомобильных ламп. Цветовая температура - комплексное понятие, которое включает в себя такие характеристики, как спектральные свойства, цвет свечения, индекс цветовой передачи и много другое.
Впервые проблема цветовой температуры упомянута в работах великого физика Макса Планка. В его трудах по квантовой физике затрагивались законы распределения энергии, в результате чего было обособлено значение цветовой температуры. В качестве единицы измерения этого состояния (как и в случае абсолютной температуры) выбраны кельвины. Формула определяет этот показатель как равный температуре абсолютного черного тела, при которой тело производит излучение в цветовом диапазоне, равном измеряемому.
В люминесцентных лампах цветовая температура замеряется методом их сравнения с абсолютно черным телом. Отображается полученный показатель в виде линии черного тела. За абсолютно черное тело принимается всякий твердый объект, обладающий некоторыми свойствами. При этом объект находится в раскаленном состоянии. Когда меняются показатели, происходит смена и спектральных параметров. К примеру, когда на шкале Кельвина пересекается определенная метка, происходит рост синей части и падение красной. Если же температура падает, происходят обратные изменения.
Когда температура абсолютно черного тела повышается, начинается процесс накаливания. Образно накаливание можно сопоставить с нагревом металла. Происходит смена цветов в определенном порядке: красный, оранжевый, желтый, белый, голубой. В цветовом пространстве процесс накаливания отображается на соответствующей кривой.
Для ламп накаливания цветовая температура примерно равна 2700 кельвинам. Излучение находится в теплой или красной области оттенков. При этом температура нити лампочки накаливании точно расположена на 2700 К.
Благодаря использованию спектрального анализа видимой части спектра, можно определить данные по другим типам источников света. К примеру, температура светодиодов не показывает степени их разогрева: на отметке 2700 К светодиод нагревается лишь до 80 градусов по Цельсию.
Цветовосприятие каждого человека индивидуально. Восприятие каждого цвета - это некий компромиссный результат, полученный на основе обработки сигнала, принятого зрительными нервами. Воспринимаемые оттенки могут значительно отличаться от человека к человеку.
Также следует принимать во внимание и тот факт, что с возрастом происходит искажение цветовосприятия. В частности хрусталик приобретает желтоватый цвет, что вносит коррективы в восприятие приходящей от зрительных нервов информации. Также немалую роль в цветовосприятии имеет фактор психологии.
Общепризнанно, что человеческий глаз может отличать до 10 миллионов оттенков. Причем более четырех сотен из них относятся к разновидностям ахроматического серого цвета. Однако такое количество воспринимаемых оттенков не должно вводить в заблуждение: к примеру, солнечный луч легко искажает цветовосприятие.
Определение холодного объекта без излучения не создает каких-либо сложностей. Одним из главных отражательных параметров такого объекта является длина волны или обратная ей характеристика - частота. Если же речь идет о разогретом излучающем теле, то дела обстоят по-другому.
Абсолютно черное тело не отражает световые лучи. В качестве примера можно привести спираль из вольфрама в стандартной электрической лампе. Разберемся, как соединяется такая лампочка через реостат с электрической цепочкой.
Ниже представлена последовательность наблюдений:
Если в этот момент проверить температуру объекта, она будет находиться на уровне 900 градусов выше нуля. Согласно закону о сверхпроводимости, при нулевой температуре по Кельвину скорость атомов также будет равна нулю. Однако именно от скорости и зависит излучение.
Для начала видимого спектра излучения абсолютно черного тела характерен уровень в 1200 кельвинов. Этот уровень граничит с красным оттенком. Если накаливать спираль и дальше, произойдут значительные цветовые изменения. При 2000 К вместо красного цвета появится ярко-оранжевый, со временем переходящий в желтый. Полное доминирование желтого наступит при 3000 К.
Для спиралей из вольфрама пиком является уровень в 3500 Кельвинов. Далее спирали подвергаются плавлению. Однако источники света других типов можно нагревать и до больших температур. К примеру, светодиоды без проблем разогреваются до 5500 К или даже более высоких температур. На 5500 К светодиоды покажут ярко-белый цвет, на 6000 К - голубоватый, а на 18000 К - фиолетовый.
Цветовая температура оказывает непосредственное влияние на восприятие оттенков. Характеристики холодной и теплой гаммы значительно разнятся. К примеру, температура свечки - 1200 К, а температурный показатель неба в зимнее время года может доходить до 12000 К.
| Цветовая температура | Оттенок | Характеристика |
|---|---|---|
| 2700К | Теплый белый, красновато-белый | Используется в обычных лампах накалывания. Делает интерьер более уютным, по настоящему домашним |
| 3000К | Теплый белый, желто-белый | Является характерным для большенства галогеновых ламп, несколько холоднее, чем свет от лампы накалывания |
| 3500К | Обычный белый | Таким является излучение от флюорисцентных трубок различных размеров |
| 4000К | Холодный белый | Является незаменимым атрибудом стиля хай-тэк, но своей стерильностью ассоциируется с больницей |
| 5000-6000К | Дневной | Используется для имитации дневного света в оранжереях и террариумах |
| 6500К | Холодный дневной | Используется при профессиональной фотосьемке и в кинематографе |
Выбор осветительных приборов нужно делать исходя из поставленных задач. При поиске соответствующего эффекта следует учитывать, что температура и интенсивность свечения могут восприниматься не одинаково в разное время суток.
Освещение на диодах - один из наиболее распространенных типов осветительных приборов. Цветовая температура диодов характеризуется тремя основными оттенками:
Температурные особенности светодиодов в значительной степени определяют сферы их применения. Прежде всего, диоды используются в уличном освещении, на рекламных билбордах, а также в автомобильной светотехнике.
Обратите внимание! Цветовая температура диодов позволяет не только установить контрастность, но и дает возможность определиться с тем, как будет восприниматься свет при смене погоды.
Самой большой точностью восприятия отличается солнечное освещение. Для прочих же источников света характерны значительно более низкие показатели. К примеру, для большинства светодиодных светильников показатель температуры находится в границах 5000-8000 Кельвинов. Средний показатель передачи по соответствующему индексу не превышает 65 единиц.
К достоинствам источников света в холодной цветовой гамме относится их высокая контрастность, что очень хорошо при освещении затемненных предметов. Светодиоды, благодаря возможности функционирования на больших расстояниях, - лучший выбор для освещения дорожного покрытия.
Следует учитывать, что холодные оттенки в наибольшей степени искажают восприятие цветов. Для холодного цвета характерна резкость, благодаря чему достигается контрастность, однако для человеческого глаза это вредно.
Теплая гамма менее раздражающе действует на зрение. В диапазоне 2500-6000 К индекс цветопередачи повышается до 75-80 единиц, и подобные осветительные приборы показывают отличные результаты на незначительных расстояниях. Теплые и нейтральные тона демонстрируют явное преимущество при освещении в плохую погоду. К примеру, атмосферные осадки оказывают существенное влияние на качество холодного света, тогда как для теплых оттенков дождь или снег несущественны. Причина в том, что теплые источники позволяют рассмотреть не только сам объект, но и пространство возле него. Кстати говоря, по той же причине теплая гамма более эффективна под водой.
Обратите внимание! Для энергосберегающих лампочек характерен теплый спектр. Это хорошо, так как для освещения жилых помещений малопригодна холодная гамма.
Особенности ксеноновых и биксеноновых ламп диктуются не только компаниями-производителями, но и техническими нюансами, находящимися в тесной зависимости от цветовой температуры:
Обратите внимание! Согласно выводам европейских исследователей, большинство автовладельцев отдают предпочтение ксеноновым фарам с цветовой температурой на уровне 6000 К.
Все характеристики освещения следует рассматривать в единстве. Цветовая температура связана с яркостью, контрастностью, что непосредственно сказывается на комфортности восприятия того или иного источника света. При этом для решения одних задач правильнее выбрать освещение в холодном спектре, для других же случаев оптимальным решением будет теплая цветовая гамма.
абсолютно чёрного тела , при которой оно испускает излучение того же цветового тона , что и рассматриваемое излучение. Характеризует относительный вклад излучения данного цвета в излучение источника, видимый цвет источника. Применяется в колориметрии, астрофизике (при изучении распределения энергии в спектрах звёзд). Измеряется в кельвинах и миредах .Цветовая температура электрических ламп.
Типовые диапазоны цветовой температуры при максимальной светоотдаче современных люминесцентных ламп с многослойным люминофором :
По этим причинам она определяет ощущаемый глазом цвет предметов при наблюдении в данном свете (психология восприятия цвета).
Для получения максимально правильного цветного изображения на всех стадиях производства часто рекомендуется поддерживать стандартную цветовую температуру освещения 6500 К (источник Д 65): от приёмки заказа через оценку оригиналов, сканирование, ретушь, экранную цветопробу, цифровую цветопробу, цветоделение, аналоговую цветопробу, печать пробных оттисков, к печати тиража и окончательной сдаче полиграфической продукции.
Источник Д 65 с цветовой температурой 6500 К имеет в своём спектре определенную стандартом ультрафиолетовую составляющую . Хотя человеческий глаз не воспринимает ультрафиолетовых лучей, многие объекты (в т. ч. красители) способны светиться под их действием. Например, без УФ-компоненты бумага будет не такой белой (в неё вводят оптические отбеливатели), а реклама - не такой яркой (в ней часто используют
Светом назыается электромагнитное излучение с длиной волны от 440 до 700 нм.
Только в этом диапазоне глаз может воспринимать электромагнитные волны. Меньшие значения соответствуют синей части спектра, а большие значения красной части спектра. Волны за пределами этого диапазона называются инфракрасными (ИК) и ультрафиолетовыми (УФ).
Белым светом человек считает суммарную составляющую всех волн видимого спектра. Так например в цветных телевизорах белый свет образуется смешением трех лучей имеющих разный цвет, и наоборот радуга в небе является разложением белого света на составляющие.
Качественное состояние света принято называть цветовой температурой.
Это эффективная величина, равная температуре абсолютно черного тела, при которой отношение энергетических яркостей для двух длин волн его спектра равно отношению этих же величин для спектра исследуемого источника света. Цветовая температура (CCT - Correlated Colour Temperature) измеряется в Кельвинах (K). Чем выше значение K, тем холоднее свет.
Изменения цветовой температуры являются результатом изменения в относительных количествах излучений в сине-фиолетовой или оранжево-красной областях спектра.
Человеческий глаз имеет особенность приспосабливаться к изменению цветовой температуры в диапазоне 3000 К - 10000 К.
Шкала цветовых температур распространённых источников света:
| 800 К | начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел; |
| 1500-2000 К | свет пламени свечи; |
| 2000 К | натриевая лампа высокого давления; |
| 2200 К | лампа накаливания 40 Вт; |
| 2680 К | лампа накаливания 60 Вт; |
| 2800 К | лампа накаливания 100 Вт (вакуумная лампа); |
| 2800-2854 К | газонаполненные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью; |
| 3000 К | лампа накаливания 200 Вт, галогенная лампа; |
| 3200-3250 К | типичные киносъёмочные лампы; |
| 3400 К | Солнце у горизонта; |
| 3800 К | лампы, использующиеся для подсветки мясных продуктов в магазине (имеют повышенное содержание красного цвета в спектре); |
| 4200 К | лампа дневного света (тёплый белый свет); |
| 4500-5000 К | ксеноновая дуговая лампа, электрическая дуга; |
| 5000 К | утреннее Солнце; |
| 5500 К | прямой солнечный дневной свет в полдень, облака; |
| 5500-5600 К | фотовспышка; |
| 5600-7000 К | лампа дневного света; |
| 6200 К | близкий к дневному свет; |
| 6500 К | стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету; |
| 6500-7500 К | облачность; |
| 7500 К | дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба; |
| 7500-8500 К | туман; |
| 9000-12000 К | синее безоблачное небо на северной стороне перед восходом Солнца; |
| 10000 К | источник света с «бесконечной температурой», используемый в риф-аквариумах (актиниевый оттенок голубого цвета); |
| 15000-27000 К | ясное голубое небо на северной стороне света; |
Люминесцентные лампы . Типовые диапазоны цветовой температуры при максимальной светоотдаче современных люминесцентных ламп с многослойным люминофором:
Практические примеры применения:
В салонах мебели лучше всего использовать тёплый свет. Для сохранения спокойной и приятной атмосферы прекрасно подходят лампы с цветовой температурой равной 2500 - 3500 K с индексом цветопередачи Ra равным 85.
Краски, шторы, ткани и обои требуют чёткой видимости. Здесь следует остановить выбор на источнике света с индексом цветопередачи Ra 90-100 и температурой цвета от 5000 K и выше.
Комната с жёлтыми стенами, освещённая жёлтым светом (2500-2800 K) создаёт тяжёлое безжизненное впечатление. Гораздо лучше здесь подойдёт нейтральный белый свет (3500 - 5000 K).
Деревянная мебель + тёплый свет = прекрасная сочетаемость. Наилучший выбор источника света: индекс цветопередачи равен Ra 80-85, цветовая температура равна 2500-3500 K.
Мебель из металла, наоборот, требует холодного освещения (5000 K).
Для освещения изделий из кожи (кресел, стульев, обуви и т.д.) лучше подходит тёплый свет с хорошей цветопередачей (Ra 80-90 и 2500-3500 K)
Летом освещение витрин магазинов требует яркости и прохлады (5000-6000K).
Зимой освещение витрин нуждается в приглушённости и тепле. Зимой цветовой температуры в 2500-3500 K будет более чем достаточно.
В качестве осветительных приборов широко используются светодиоды. Это удобные малогабаритные и экономичные источники света. Но, в отличие от ламп накаливания, светодиоды имеют разный оттенок белого света. Его называют «цветовая температура» и обозначают Тс.
Это кристалл кремния с добавками, покрытый люминофором. При протекании через него электрического тока кристалл излучает ультрафиолетовый или синий свет, переизлучаемый люминофором. Итоговый оттенок свечения светодиодных ламп определяется видом добавок и составом люминофора.
На заметку. Освещение комнаты зависит не только от цвета свечения светодиодов, но и абажура светильника, защитного стекла и цвета обоев на стенах и потолке.
Все тела при нагреве излучают свет: вначале инфракрасный, а затем видимый. По спектру этого излучения можно определить температуру тела. Она измеряется в Кельвинах (К).
Справка. Есть две шкалы измерения температур: Кельвина (°К) и Цельсия (°С). 0°К=-273°С.
И наоборот, каждому оттенку цвета излучения соответствует температура предмета. Поэтому оттенки белого цвета принято обозначать в Кельвинах, чтобы не придумывать определения типа «светло-жёлтый» или «белый с голубым отливом»:
Кроме мощности, важным параметром является цветовая температура светодиодных ламп. От неё зависит комфортность нахождения в интерьере и восприятие яркости. По современным нормам Тс свечения светодиодных ламп делится на три группы.
Это желтоватый цвет (2700-3500°К), освещение перед закатом. Такое свечение имеют привычные лампы накаливания.
Используется оно для дома, в жилых помещениях:
В интерьере усиливают жёлтые и красные оттенки, а также ослабляют из-за недостатка в спектре холодных цветов сине-зелёные:
Поэтому при оформлении интерьера в синей или голубой цветовой гамме лучше применять источники нейтрального или холодного света.
Нейтральный свет (3500-5000°К) ближе всего к натуральному и не искажает цвет интерьера. Такие светильники используются в следующих местах:
Это цвет зимнего дня (холодный – 5000-6800°К). Используется для создания рабочего настроения в офисах и на производстве, а также как дополнительное освещение вместе с солнечным светом. Холодный оттенок воспринимается ярче других цветов.
В жилых помещениях такое освещение используется во вспомогательных помещениях:
Внимание! В жилых комнатах такое освещение используется только при наличии большого пространства и в стиле Hi-Tech.
Цвета интерьера искажаются в обратную сторону от освещения тёплым светом: усиливаются синие и зелёные оттенки, но ослабляются красные и жёлтые:
Поэтому в помещении, оформленном в тёплых тонах, такое освещение лучше не применять.
На комфорт пребывания в помещении и производительность труда влияет не только яркость света, но и его оттенок. Не менее важным является соответствие воспринимаемого цвета реальному. Числовое обозначение этого параметра называется индекс или коэффициент цветопередачи. Обозначается он Rа или CRI, от англ. colour rendering index (коэффициент цветопередачи).
Эталонным является дневной свет. Его CRI равен 100. Производители осветительных приборов не стремятся добиться такого качества. Лампы с коэффициентом более 80 не утомляют глаза, а с Ra больше 90 – субъективно не отличаются от эталонных.
Интересно. Свет лампы накаливания мощностью 60Вт обладает температурой 2680К, а её CRI равен 80.
При определении Ra производится сравнение восьми эталонных цветов (DIN 6169) по методу Международной комиссии по освещению (CIE). При этом отмечается искажение цвета образцов при исследуемом освещении от цвета при эталонном освещении. Лампы с Тс до 5000К сравниваются с эталонным светильником, дающим спектр излучения чёрного тела, а для светильников с более высокой температурой эталоном является дневной свет.
Средняя величина отклонения вычитается из 100. Результат и есть индекс цветопередачи CRI.
Светодиодные лампы позволяют выбрать освещение различного оттенка в разных помещениях. Но общее правило «в жилых помещениях тёплый белый, а в офисе – холодный» не всегда справедливо.
Физик из Голландии Ари Крюитоф исследовал восприятие освещения различной яркости и оттенков. Как оказалось, комфортность для глаз зависела от обоих факторов в одном и том же помещении.
По итогам экспериментов был составлен график, который носит название кривая Круитофа. На нём по горизонтали отмечена цветовая температура (K), по вертикали – освещённость (Lx). Пересечение этих величин показывает зоны приятного (посередине) и некомфортного освещения.
Например, холодный белый цвет ламп при освещённости 105 Lux воспринимается комфортным, но при уменьшении яркости кажется неприятным, с синеватым оттенком.
Такое освещение устанавливается в офисах, с нормой 400 Lux, а в жилых комнатах при обычной освещённости 75 Lux лучше использовать тёплый белый свет.
Внимание! При увеличении яркости света в жилых комнатах следует заменить светильники тёплого света нейтральными, иначе освещение будет неприятного жёлтого оттенка.
Разнообразная цветовая температура светодиодных ламп позволяет организовать освещение по своему вкусу, исходя из оформления интерьера и назначения помещения.
Любой предмет в окружающем нас мире имеет температуру, выше абсолютного нуля, а значит, испускает тепловое излучение. Даже лед, у которого отрицательная температура, является источником теплового излучения. В это трудно поверить, но это так. В природе температура -89°С не самая низкая, можно достичь ещё более низких температур, правда, пока что, в лабораторных условиях. Самая низкая температура, которая на данный момент теоретически возможна в пределах нашей вселенной - это температура абсолютного нуля и она равна -273,15°С. При такой температуре прекращается движение молекул вещества и тела полностью перестают испускать любое излучение (тепловое, ультрафиолетовое, а уж тем более видимое). Полная тьма, нет ни жизни, ни тепла. Возможно, кто-нибудь из вас знает, что цветовая температура измеряется в Кельвинах. Кто покупал себе домой энергосберегающие лампочки, тот видел надпись на упаковке: 2700К или 3500К или 4500К. Это как раз и есть цветовая температура светового излучения лампочки. Но почему измеряется в Кельвинах, и что означает Кельвин? Эта единица измерения была предложена в 1848г. Ульямом Томсоном (он же лорд Кельвин) и официально утверждена в Международной Системе единиц. В физике и науках, имеющих непосредственное отношение к физике, термодинамическую температуру измеряют как раз Кельвинах. Начало отчета температурной шкалы начинается с точки0 Кельвин , что означат -273,15 градуса Цельсия . То есть 0К - это и есть абсолютный нуль температуры . Можно легко перевести температуру из Цельсия в Кельвин. Для этого нужно просто прибавить число 273. Например, 0°С это 273К, тогда 1°С это 274К, по аналогии, температура тела человека 36,6°С это 36,6 + 273,15 = 309,75К. Вот так всё просто получается.
Рисунок 1 - Модель абсолютно черного тела.
Свет, попадающий внутрь сквозь отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Даже если мы покрасим куб в черный цвет, отверстие будет чернее черного куба. Это отверстие и будет являться абсолютно черным телом
. В прямом смысле слова, отверстие не является телом, а только лишь наглядно демонстрирует
нам абсолютно черное тело.
Все объекты обладают тепловым излучением (пока их температура выше абсолютного нуля, то есть -273,15 градусов по Цельсию), но ни один объект не является идеальным тепловым излучателем. Одни объекты излучают тепло лучше, другие хуже, и всё это в зависимости от различных условий среды. Поэтому, применяют модель абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело является идеальным тепловым излучателем
. Мы можем даже увидеть цвет абсолютно черного тела, если его нагреть, и цвет, который мы увидим
, будет зависеть от того, до какой температуры
мы нагреем
абсолютно черное тело. Мы вплотную подошли к такому понятию как цветовая температура. Посмотрите на рисунок 2.
Рисунок 2 - Цвет абсолютно черного тела в зависимости от температуры нагревания.
А) Есть абсолютно черное тело, мы его не видим вообще. Температура 0 Кельвин (-273,15 градуса Цельсия) - абсолютный нуль, полное отсутствие любого излучения.
б) Включаем «сверхмощное пламя» и начинаем нагревать наше абсолютно черное тело. Температура тела, посредством нагревания, повысилась до 273К.
в) Прошло ещё немного времени и мы уже видим слабое красное свечение абсолютно черного тела. Температура увеличилась до 800К (527°С).
г) Температура поднялась до 1300К (1027°С), тело приобрело ярко-красный цвет. Такой же цвет свечения вы можете увидеть при нагревании некоторых металлов.
д) Тело нагрелось до 2000К (1727°С), что соответствует оранжевому цвету свечения. Такой же цвет имеют раскаленные угли в костре, некоторые металлы при нагревании, пламя свечи.
е) Температура уже 2500К (2227°С). Свечение такой температуры приобретает желтый цвет. Трогать руками такое тело крайне опасно!
ж) Белый цвет - 5500К (5227°С), такой же цвет свечения у Солнца в полдень.
з) Голубой цвет свечения - 9000К (8727°С). Такую температуру путем нагреванием пламенем получить в реальности будет невозможно. Но такой порог температуры вполне достижим в термоядерных реакторах, атомных взрывах, а температура звезд во вселенной может достигать десятки и сотни тысяч Кельвин. Мы можем лишь увидеть такой же голубой оттенок света, например, у светодиодных фонарей, небесных светил или других источников света. Цвет неба в ясную погоду примерно такого же цвета.Подводя итог ко всему вышесказанному, можно дать четкое определение цветовой температуры. Цветовая температура
- это температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Проще говоря, температура 5000К - это цвет, который приобретает абсолютно черное тело при нагревании его до 5000К. Цветовая температура оранжевого цвета - 2000К, это означает, что абсолютно черное тело необходимо нагреть до температуры 2000К, чтобы оно приобрело оранжевый цвет свечения.
Но цвет свечения раскаленного тела не всегда соответствует его температуре. Если пламя газовой плиты на кухне сине-голубого цвета, это не значит, что температура пламени свыше 9000К (8727°С). Расплавленное железо в жидком состоянии имеет оранжево-желтый оттенок цвета, что в действительности соответствует его температуре, а это примерно 2000К (1727°С).
Рисунок 3 - Цветовая температура ксеноновых автомобильных ламп.
Рисунок 4 - Цветовая температура люминесцентных ламп.
В Википедии я нашел числовые значения цветовых температур распространенных источников света:
800 К — начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел;
1500—2000 К — свет пламени свечи;
2200 К — лампа накаливания 40 Вт;
2800 К — лампа накаливания 100 Вт (вакуумная лампа);
3000 К — лампа накаливания 200 Вт, галогенная лампа;
3200—3250 К — типичные киносъёмочные лампы;
3400 К — солнце у горизонта;
4200 К — лампа дневного света (тёплый белый свет);
4300—4500 K — утреннее солнце и солнце в обеденное время;
4500—5000 К — ксеноновая дуговая лампа, электрическая дуга;
5000 К — солнце в полдень;
5500—5600 К — фотовспышка;
5600—7000 К — лампа дневного света;
6200 К — близкий к дневному свет;
6500 К — стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету;6500—7500 К — облачность;
7500 К — дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба;
7500—8500 К — сумерки;
9500 К — синее безоблачное небо на северной стороне перед восходом Солнца;
10 000 К — источник света с «бесконечной температурой», используемый в риф-аквариумах (актиниевый оттенок голубого цвета);
15 000 К — ясное голубое небо в зимнюю пору;
20 000 К — синее небо в полярных широтах.
Цветовая температура является характеристикой источника
света. Любой видимый нами цвет имеет цветовую температуру и не важно, какой это цвет: красный, малиновый, желтый, пурпурный, фиолетовый, зеленый, белый.
Труды в области изучения теплового излучения абсолютно черного тела принадлежат основоположнику квантовой физики Максу Планку. В 1931 году на VIII сессии Международной комиссии по освещению (МКО, в литературе часто пишется как CIE) была предложена цветовая модель XYZ. Данная модель представляет собой диаграмму цветности. Модель XYZ представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Диаграмма цветности XYZ.
Числовые значения X и Y определяют координаты цвета на диаграмме. Координата Z определяет яркость цвета, она в данном случае не задействована, так как диаграмма представлена в двухмерном виде. Но самое интересное на этом рисунке - это кривая Планка, которая характеризует цветовую температуру цветов на диаграмме. Рассмотрим её поближе на рисунке 6.
Рисунок 6 -Кривая Планка
Кривая Планка на этом рисунке немного урезана и «слегка» перевернута, но на это можно не обращать внимание. Чтобы узнать цветовую температуру какого-либо цвета, нужно просто продолжить линию перпендикуляра до интересующей вас точки (участка цвета). Линия перпендикуляра, в свою очередь, характеризует такое понятие как смещение - степень отклонения цвета в зеленый или пурпурный. Те, кто работал с RAW-конвертерами, знают такой параметр как Tint (Оттенок) - это и есть смещение. Рисунок 7 отображает панель настройки цветовой температуры в таких RAW-конверторах как Nikon Capture NX и Adobe CameraRAW.
Рисунок 7- Панель настройки цветовой температуры у разных конвертеров.
Пора посмотреть, как определяется цветовая температура не просто отдельного цвета, а всего фотоснимка в целом. Возьмем, к примеру, деревенский пейзаж в ясный солнечный полдень. Кто имеет практический опыт в фотосъемках, знает, что цветовая температура в солнечный полдень составляет примерно 5500К. Но мало кто знает, откуда взялась эта цифра. 5500К - это цветовая температура всей сцены , т.е всего рассматриваемого изображения (картины, окружающего пространства, участка поверхности). Естественно, что изображение состоит из отдельных цветов, а у каждого цвета своя цветовая температура. Что получается: голубое небо (12000К), листва деревьев в тени (6000К), трава на поляне (2000К), разного рода растительность (3200К - 4200К). В итоге, цветовая температура всего изображения будет равна усредненному значению всех эти участков, т.е 5500К. Рисунок 8 наглядно демонстрирует это.
Рисунок 8 - Расчет цветовой температуры сцены снятой в солнечный день.
Следующий пример иллюстрирует рисунок 9.
Рисунок 9 - Расчет цветовой температуры сцены снятой на закате солнца.
На рисунке изображен красный цветочный бутончик, который как будто бы растет из пшеничной крупы. Снимок был сделан летом в 22:30, когда солнце шло на закат. В этом изображении преобладает большое количество цветов желтого и оранжевого цветового тона, хотя на заднем плане есть и голубой оттенок с цветовой температурой примерно 8500К, также есть почти чистый белый цвет с температурой 5500К. Я взял лишь 5 самых основных цветов в этом изображении, сопоставил их с диаграммой цветности и посчитал среднюю цветовую температуру всей сцены. Это, конечно же, примерно, но соответствует истине. Всего в этом изображении 272816 цветов и каждый цвет имеет свою цветовую температуру, если подсчитать среднюю для всех цветов вручную, то через пару месяцев мы сможем получить значение ещё более точное, чем подсчитал я. А можно написать программу для расчета и получить ответ гораздо быстрее. Идем дальше: рисунок 10.
Рисунок 10 - Расчет цветовой температуры других источников освещения
Ведущие шоу-программы решили не грузить нас расчетами цветовой температуры и сделали всего два источника освещения: прожектор, испускающий бело-зеленый яркий свет и прожектор, который светит красным светом, и всё это дело разбавили дымом….а, ну да - и поставили ведущего на передний план. Дым прозрачный, поэтому с легкостью пропускает красный свет прожектора и сам становится красный, а температура нашего красного цвета, согласно диаграмме - 900К. Температура второго прожектора - 5700К. Среднее между ними - 3300К Остальные участки изображения можно в расчет не брать - они почти черные, а такой цвет даже не попадает на кривую Планка на диаграмме, ведь видимое излучение раскаленных тел начинается примерно с 800К (красный цвет). Чисто теоретически, можно предположить и даже подсчитать температуру для темных цветов, но её значение будет пренебрежимо мало по сравнению с теми же 5700К.
И последнее изображение на рисунке 11.
Рисунок 11 - Расчет цветовой температуры сцены снятой в вечернее время.
Снимок сделан летним вечером после захода солнца. Цветовая температура неба располагается в районе синего цветового тона на диаграмме, что согласно кривой Планка, соответствует температуре примерно 17000К. Прибрежная растительность зеленого цвета имеет цветовую температуру примерно 5000К, а песок с водорослями имеет цветовую температуру где-то 3200К. Среднее значение всех этих температур примерно 8400К.
Рисунок 12 - Режимы настройки баланса белого в фотокамере (видеокамере).
Сразу следует сказать, что белый цвет объектов можно получить, если использовать источник света с цветовой температурой 5500К (это может быть солнечный свет, фотовспышка, другие искусственные осветители) и если сами рассматриваемые объекты белого цвета (отражают всё излучение видимого света). В остальных случаях белый цвет может быть лишь приближен к белому. Посмотрите на рисунок 13. На нем изображена та самая диаграмма цветности XYZ, которую мы недавно рассматривали, а в центре диаграммы помечена крестиком точка белого цвета.
Рисунок 13 - Точка белого цвета.
Отмеченная точка имеет цветовую температуру 5500К и как истинный белый цвет – она является суммой всех цветов спектра. Координаты у неё x = 0,33 и y = 0,33. Эта точка называется точкой равных энергий . Точка белого цвета. Естественно, если цветовая температура источника освещения 2700К, точка белого здесь и рядом не стоит, о каком уж тут белом цвете можно говорить? Там белых цветов никогда не будет! Белыми в данном случае могут быть только блики. Пример такого случая приведен на рисунке 14.
Рисунок 14 – Различная цветовая температура.
Баланс белого цвета – это установка значения цветовой температуры для всего изображения. При правильной установке вы получите цвета соответствующие тому изображению, которое вы видите. Если у получившегося снимка преобладают неестественные синие и голубые цветовые тона, значит, цвета «недостаточно нагреты», установлена слишком низкая цветовая температура сцены, необходимо её повысить. Если же на всём снимке преобладает красный тон – цвета «перегреты», установлена слишком высокая температура, необходимо её понизить. Пример тому - рисунок 15.
Рисунок 15 – Пример правильной и неправильной установки цветовой температуры
Цветовая температура всей сцены рассчитывается как средняя
температура всех цветов
данного изображения, поэтому в случае смешанных источников освещения или сильно отличающихся по цветовому тону цветов, фотокамера рассчитает среднюю температуру, что не всегда оказывается верно.
Пример одного такого некорректного расчета продемонстрирован на рисунке 16.
Рисунок 16 – Неизбежная неточность в установке цветовой температуры
Фотокамера не способна воспринимать резко отличающиеся яркости отдельных элементов изображения и их цветовую температуру так же, как зрение человека. Поэтому, чтобы сделать изображение почти таким же, как вы видели во время съемки, вам придется его корректировать в ручную в соответствии с вашим зрительным восприятием.
Эта статья больше предназначена для тех, кто ещё недостаточно хорошо знаком с понятием цветовой температуры и хотел бы узнать больше. Статья не содержит сложных математических формул и точных определений некоторых физический терминов. Благодаря вашим замечаниям, которые вы написали в комментариях, я внес небольшие поправки в некоторые абзацы статьи. Прощу прощения, за допущенные неточности.
