"ПНСТ 927-2024. Предварительный национальный стандарт Российской Федерации. Приборы осветительные, источники света электрические. Метод определения индекса точности цветопередачи"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 09.08.2024 N 42-пнст)

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "РНК МКО" (ООО "РНК МКО")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 332 "Светотехнические изделия, освещение искусственное"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 августа 2024 г. N 42-пнст

4 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе

Настоящий стандарт распространяется на приборы осветительные и электрические источники света (далее - источники света), в том числе на основе светодиодов, и устанавливает метод определения индекса точности цветопередачи.

Настоящий стандарт применяют для оценки колориметрических свойств источников света, применяемых в областях, в которых необходима высокая точность цветопередачи, например в музейном освещении, полиграфии, телесъемке, художественных и реставрационных мастерских, медицинских учреждениях, а также в производственных помещениях с особыми требованиями к качеству освещения.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 23198 Источники света электрические. Методы измерений спектральных и цветовых характеристик

ГОСТ Р МЭК 60050-845 Освещение. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуются использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р МЭК 60050-845, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 индекс точности цветопередачи: Мера соответствия зрительного восприятия цвета объекта, освещаемого исследуемым или эталонным источником света при определенных условиях наблюдения, определяемая по 99 контрольным цветным образцам и позволяющая более корректно определять точность цветопередачи.

3.1.2 модель цветового восприятия: Некая модель, позволяющая дать четкое описание воспринимаемых атрибутов (светлоты, субъективной яркости, полноты цвета, насыщенности и цветового тона), способствующая прогнозированию цветовых отличий между сложными стимулами и описанию результатов восприятия простых цветовых стимулов.

Примечания

1 Для того, чтобы модель была способна выдавать полноценные параметры, она должна содержать какой-либо вариант расчета смены хроматической адаптации. Для включения дополнительных параметров (субъективная яркость и полнота цвета) или моделирования яркостно зависимых эффектов (таких, как эффекты Стивенса и Ханта) модель должна быть усложнена.

2 Некоторые цветовые пространства, такие как CIE 1976 L*a*b*(CIELAB) и CIE 1976 L*u*v*(CIELUV), можно рассматривать как простейшие модели цветового восприятия, поскольку они содержат простые схемы расчета хроматической адаптации, а также показатели светлоты, насыщенности и цветового тона.

3.1.3 модель цветового восприятия CAM02-UCS: Единое цветовое пространство, основанное на модели цветового восприятия CIECAM02 с улучшенной однородностью и более точными уравнениями цветовой адаптации с конверсией трехстимульных значений XYZ МКО в колбочковые RGB-ответы, основанные на оптимизированном матричном преобразовании M_CAT02, и предназначенное для точного прогнозирования широкого спектра характеристик цветового различия.

Примечание - Модель CIECAM02 предоставляет количественные меры цветового восприятия, которые согласуются с восприятием людей при различных условиях освещения, а также учитывает факторы окружающей среды и индивидуальные особенности наблюдателя.

3.1.4 точность цветопередачи: Численная величина, позволяющая оценить изменение воспринимаемого цвета поверхности, освещаемой источником света или осветительным прибором, по отношению к восприятию цвета этой поверхности при освещении эталонным источником света сопоставимой цветовой температуры.

Примечание - При этом величина изменения цвета оценивается с учетом сдвигов по всем трем координатным осям цветового пространства.

3.1.5 цветопередача: Влияние излучения источника света на воспринимаемый цвет объектов, которое оценивается путем сознательного или подсознательного сравнения с воспринимаемым цветом тех же объектов при воздействии эталонного излучения.

В настоящем стандарте применены следующие сокращения и обозначения:

c - степень нелинейности;

CMF - функция сложения цветов стандартного колориметрического наблюдателя МКО;

CRI - индекс цветопередачи;

КЦТ - коррелированная цветовая температура;

МКО - международная комиссия по освещению;

TCS - контрольный цветной образец;

F - коэффициент степени адаптации;

N_c - коэффициент индукции окружения;

R_a - общий индекс цветопередачи МКО 1974;

R_a,i - частный индекс цветопередачи МКО 1974;

R_f - общий индекс точности цветопередачи;

R_f,i - частный индекс точности цветопередачи.

4.1 Определение индекса точности цветопередачи выполняют аналитическим методом [1].

4.2 Индекс точности цветопередачи R_f имеет тот же смысл, что и CRI, но более точно определяет цветопередачу из-за использования при его определении 99 контрольных цветных образцов. Значение R_f может лежать строго в пределах от 0 до 100, при этом наивысшей точности цветопередачи соответствует значение 100.

4.3 При расчете значения индекса точности цветопередачи R_f используют значения спектральных коэффициентов яркости 99 TCS, приведенные в приложении А, содержащих 99 оттенков, а также белый цвет при освещении стандартным источником света D50.

Контрольные цветные образцы (рисунок 1) представляют собой широкую выборку из всех основных типов образцов (природных и искусственных) цветов (включая достаточно насыщенные области цветового пространства), они были отобраны таким образом, чтобы не вносить неоднородность в расчет точности цветопередачи, что увеличило бы его неопределенность.

Большое количество образцов также обеспечивает дополнительное преимущество статистического усреднения - отдельные независимые образцы отличаются друг от друга таким образом, что вносят случайные изменения в среднее значение R_f, и, в соответствии с законами статистики, результирующее стандартное отклонение среднего значения уменьшается по мере увеличения количества образцов.

4.4 Для визуализации и понимания сдвигов в цветовом пространстве для каждого из 99 контрольных цветных образцов рекомендуется использовать метод графического изображения R_f,i, пример которого приведен в приложении Б.

4.5 Для расчета цветовых сдвигов используют модель цветового восприятия CAM02-UCS [2]. Точка белого цвета, принятая в CAM02-UCS, представляет собой равноэнергетический белый цвет (EEW) [3].

Входные параметры для определения стандартных условий просмотра в модели цветового восприятия CAM02-UCS:

- спектральное распределение излучения источника освещения;

- координаты цвета контрольного цветного образца X, Y, Z;

- координаты цвета белой точки X_w, Y_w, Z_w под исследуемым и эталонным источником света;

- относительная яркость фона (координата цвета Y₁₀);

- яркость поля адаптации L_a = 100 кд/м² (обычно приравнивается к 20% яркости белого в поле адаптации);

- параметры модели, зависящие от окружения (темное, тусклое, среднее). По относительной яркости окружения выбирают степень нелинейности, а также значения коэффициента индукции окружения и коэффициента степени адаптации, приведенные в таблице 1.

Примечание - Окружение (по критерию относительной яркости) принимают средним для отражающих образцов, тусклым для мониторов и телевизоров и темным для проекционного показа слайдов (при условии, что показ организован с помощью типового оборудования).

4.6 При определении цветовых координат для каждого из контрольного цветного образца используют функции сложения цветов стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1964 с углом поля зрения 10° (CMF10°), но при этом КЦТ источника света для расчета R_f определяют с использованием функции сложения цветов стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1964 с углом поля зрения 2° (CMF2°) [4].

4.7 Для исключения отрицательных значений общего индекса точности цветопередачи R_f и частных индексов R_f,i используют формулу

где R_in - первичное нескорректированное значение индекса цветопередачи, которое в некоторых случаях может иметь отрицательное значение;

R_out - преобразованное положительное значение, которое по существу не изменяется, за исключением случаев крайне низких значений, для которых R_out асимптотически приближается к нулю, а не становится отрицательным, и используемое при расчете значений R_f,i и R_f в формулах (45) и (46).

4.8 Для исключения искажений результатов промежуточных расчетов для пиковых спектров следует интерполировать спектральные коэффициенты яркости контрольных цветных образцов, приведенные в приложении А. Если значения спектрального распределения источника света заданы точно интервалом длин волн 1 нм (или кратным 1 нм), данные контрольных цветных образцов в приложении А интерполируют с помощью метода, приведенного в приложении В, и функций сложения цветов МКО с интервалом 1 нм [4].

5.1.1 Общий индекс точности цветопередачи R_f рассчитывают как масштабированную меру средней разницы цветового восприятия 99 контрольных цветных образцов, освещенных исследуемым и эталонным источниками света одинаковой КЦТ.

5.1.2 Индекс R_f рассчитывают по алгоритму, близкому к расчету R_a, путем:

- усреднения величины цветовых сдвигов (включая различия в светлоте) для всех образцов;

- умножения их на коэффициент масштабирования, равный 6,73, рассчитанный МКО по данным спектрального распределения излучения 318 различных источников света (кроме ламп накаливания). Масштабирование выполнено с использованием логарифмической функции, гарантирующей, что все значения индекса цветопередачи находятся в диапазоне от 0 до 100, а значение R_f, вычисленное по набору образцов, используемых при расчете R_a, совпадает со значением R_a;

- вычитания этого произведения из 100.

5.1.3 Цветовое различие определяют в модели цветового восприятия CAM02-UCS. В качестве эталонного источника света, в зависимости от КЦТ исследуемого источника света, может быть использован излучатель Планка или источник дневного света, или их комбинация. Алгоритм расчета приведен на рисунке 2.

Примечание - Пример расчета индекса точности цветопередачи с использованием калькулятора МКО приведен в приложении Г.

5.1.4 Спектральное распределение излучения исследуемого источника света , используемое для расчета, должно иметь:

а) диапазон длин волн, охватывающий от 380 до 780 нм, который принимают за стандартный диапазон.

Примечание - Диапазон от 380 до 780 нм принимают за стандартный, поскольку большинство из 99 контрольных цветных образцов доступны только в этом или меньшем диапазоне.

Если спектральное распределение источника света приведено в диапазоне меньшем, чем от 380 до 780 нм, например 400 - 700 нм, то недостающие значения следует считать нулевыми, чтобы все расчеты можно было проводить для фиксированного диапазона от 380 до 780 нм, для исключения ошибок в расчетах;

б) данные спектрального распределения излучения с интервалом не более 5 нм, рекомендуемым для точных цветовых расчетов.

Информация об индексе точности цветопередачи для источников света со значительной концентрацией мощности в узких диапазонах длин волн приведена в приложении Д.

Спектральное распределение излучения эталонного источника света определяют в соответствии с КЦТ исследуемого источника света. КЦТ исследуемого источника света определяют по ГОСТ 23198, необходимо также учитывать 5.2.1 - 5.2.3.

5.2.1 При значениях КЦТ исследуемого источника света менее 4000 К за эталонный источник принимают планковский излучатель, относительное спектральное распределение излучения которого рассчитывают по формуле

где c₁ = 3,741 83·10^-16, Вт·м²;

c₂ = 1,438 8·10^-2, м·К;

- длина волны, нм;

T - требуемая КЦТ, К.

Примечание - С целью ускорения расчета для критичных по времени операций коэффициент c₁ может быть установлен равным единице при определении эталонного планковского источника света, который используют только для расчета значений координат цвета, см. формулы (11) - (14).

5.2.2 При значениях КЦТ исследуемого источника света более 5000 К за эталонный принимают источник дневного света.

5.2.2.1 Координату цветности x_D эталонного источника рассчитывают следующим образом:

При значениях КЦТ от 5 000 до 7 000 К включительно по формуле

где T - значение КЦТ исследуемого источника света.

При значениях КЦТ более 7 000 К по формуле

5.2.2.2 Для всех значений КЦТ определяют y_D по формуле

5.2.2.3 Относительное спектральное распределение излучения источника дневного света определяют как

где

, и - спектральные распределения излучения, представляющие главные компоненты спектра дневного света в видимой области с интервалом длин волн 5 нм. Возможно использование , и с интервалом длин волн 1 нм (см. приложение Е). Для других интервалов длин волн используют метод линейной интерполяции.

5.2.3 При значениях КЦТ от 4 000 до 5 000 К включительно, в качестве эталонного источника рассматривают смешанное освещение, являющееся линейной интерполяцией спектрального распределения излучения планковского источника света S_rP с соответствующей ему КЦТ и источника дневного света S_rD с той же КЦТ:

Примечание - В (8) и (9) применена функция сложения цветов в стандартной колориметрической системе МКО 1931 .

Относительное спектральное распределение комбинации планковского источника света и источника дневного света рассчитывают как

где T_b = 4 000 К - КЦТ начала диапазона смешивания;

T_e = 5 000 К - КЦТ конца диапазона смешивания.

5.3.1 Координаты цвета X₁₀, Y₁₀, Z₁₀ для стандартного наблюдателя МКО с полем зрения 10° для каждого из 99 контрольных цветных образцов при освещении исследуемым источником света (нижний индекс t) или эталонным источником света (нижний индекс r) определяют, используя функции сложения цветов МКО 1964 , , и спектральные коэффициенты яркости 99 образцов :

5.3.2 Координаты белого (равноэнергетического) цвета X_10,w, Y_10,w, Z_10,w при освещении исследуемым t и эталонным r источниками света определяют следующим образом:

5.3.3 Определение координат цветового восприятия в CIECAM02-UCS (J', a', b') для 99 контрольных цветных образцов при освещении эталонным и исследуемым источниками света выполняют для стандартных условий просмотра в моделях CIECAM02 и CIECAM02-UCS для следующих входных параметров:

- относительной яркости (координаты цвета Y₁₀) белого при освещении исследуемым и эталонным источниками света: Y_10,w = 100;

- относительной яркости (координаты цвета Y₁₀) фона: Y_10,b = 20;

- яркости поля адаптации L_10,A = 100 кд/м²;

- параметров модели, зависящих от окружения стимула:

Для координат цвета X₁₀, Y₁₀, Z₁₀ 99 контрольных цветных образцов, освещаемых исследуемым и эталонным источниками света, рассчитывают соответствующие координаты цвета X_10,c, Y_10,c, Z_10,c для неявной эталонной точки белого CIECAM02 с использованием преобразования хроматической адаптации CAT02:

а) преобразование значений XYZ в колбочковые RGB-ответы основано на оптимизированном матричном преобразовании M_CAT02 (формулы (15) и (16). Исходные значения X₁₀, Y₁₀, Z₁₀ вычисляют для дополнительного стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1964. Такое же преобразование должно быть выполнено и в отношении координат цвета адаптирующего стимула по следующим формулам:

Примечание - Матрица M_CAT02 нормирована так, что трехстимульные значения по равноэнергетическому источнику света (X = Y = Z = 100) выдают равные колбочковые ответы (L = M = S = 100);

б) для расчета колбочковых RGB-ответов для эталонной точки белого цвета применяют метод хроматической адаптации фон Криса

где R_c, G_c, B_c - отклики колбочек одного и того же наблюдателя при эталонном освещении;

R, G, B - все отклики колбочек одного и того же наблюдателя;

R_w, G_w, S_w - отклики колбочек одного и того же наблюдателя по адаптирующему белому при освещении исследуемым источником света;

нижний индекс w - адаптируемая точка белого цвета.

Примечание - Преобразование хроматической адаптации фон Криса, используемое при расчете общего индекса цветопередачи МКО R_a, является точным только для источников света, координаты цветности которых достаточно близки к эталонному источнику света, т.е. с хроматическим различием менее 0,01 на графике МКО 1960 равноконтрастной системы координат u, v;

в) преобразование колбочковых R_cG_cB_c-ответов в значения координат цвета выполняют с помощью матрицы M_CAT02 по формуле

где

г) преобразование координат цвета X_10,c, Y_10,c, Z_10,c в ответы колбочек R', G', B' проводят с помощью матрицы Хант-Пойнтера-Эстевеса (HPE) по формуле

где

Примечание - Матрица M_HPE была разработана для лучшего соответствия данным восприятия с использованием функций сложения цветов CMF2°, отличающихся от функций сложения цветов CMF10°;

д) для ускорения расчета критичных по времени операций формулы (18) и (20) объединяют в одно матричное преобразование конвертации адаптированных колбочковых RGB-ответов из M_CAT02 в фундаментальные колбочковые ответы Ханта-Пойнтера-Эстевеса, которые ближе всего к реальным колбочковым ответам. Данное преобразование с помощью формул (22) - (23) является преобразованием из системы CAT02 колбочковых RGB-ответов к трехстимульным значениям МКО X, Y, Z:

где

5.3.4 Адаптацию яркости к откликам колбочек в системе координат R', G', B' определяют следующим образом:

используя нелинейную функцию для формулы

с вычислением коэффициента адаптации по фотопической яркости F_L по формуле

где

5.3.5 Исходные ответы каналов для оппонирующих красно-зеленых a и желто-синих b цветов рассчитывают по формулам:

Примечание - В теории оппонентных цветов восприятие цвета основано на существовании шести первичных цветов, образующих три антагонистичные или цветооппонентные пары: красный - зеленый, синий - желтый, белый - черный. Цвета, лежащие на полюсах этих шкал, называют оппонентными. В настоящее время считают, что трехкомпонентная теория адекватно описывает механизмы цветовосприятия на уроне фоторецепторов сетчатки, а теория оппонентных цветов - механизмы цветовосприятия на уровне нейронных сетей.

5.3.6 Ахроматический ответ для исследуемого образца и белого вычисляют как взвешенную сумму делинеаризованных колбочковых ответов, модифицированных с помощью коэффициентов яркости и индукции фона

где коэффициенты яркости фона N_bb и индукции фона N_cb рассчитывают по формулам:

5.3.7 Корреляцию внешнего вида CIECAM02-UCS для светлоты J, цветового тона h и полноты цвета M определяют в следующем порядке:

а) светлота J:

Светлоту J рассчитывают из ахроматического ответа A, ахроматического отклика по белому A_w и базовой степени нелинейности z по формуле

где A_w - ахроматический отклик по белому;

z - базовая степень нелинейность, ;

степень нелинейности c = 0,69.

б) цветовой тон h:

Цветовой тон h в CIECAM02-UCS, выраженный в градусах (от 0° до 360°), отсчитываемых от положительной a-оси, рассчитывают по формуле

где функция является "знаковой" функцией, принимающей различные значения в зависимости от того, к какому квадранту тригонометрического круга принадлежат a и b.

в) полнота цвета M:

Полноту цвета в CIECAM02-UCS вычисляют по следующей формуле

где F_L - фотопическая яркость, кд/м²;

C - показатель насыщенности цвета:

e_t - коэффициент эксцентриситета, определяется как

5.3.8 Преобразование цветовых координат CIECAM02 J, M, h в цветовые координаты CIECAM02-UCS J', a', b' выполняют по формулам:

где

5.4.1 Цветовое различие для каждого i-го из 99 контрольных цветных образцов и их усредненное значение рассчитывают по формулам:

где , , - координаты цветового восприятия CAM02-UCS i-го контрольного цветного образца МКО, освещенного исследуемым источником света;

, , - координаты цветового восприятия CAM02-UCS i-го контрольного цветного образца МКО, освещенного эталонным источником света.

5.4.2 Преобразование цветового различия в значения частного и общего индексов точности цветопередачи R_f,i и R_f, соответственно, рассчитывают по формулам:

где c_f = 6,73 - коэффициент масштабирования.

Спектральные коэффициенты яркости 99 TCS приведены в таблицах А.1 - А.10.