光源显色指数与白光LED的显色性评价探讨
一般人工照明光源都是用一般显色指数作为显色性的评价指标，显色指数同时也是衡量光源颜色特性的重要参数。针对传统光源显色指数的计算已有多种测试方法并建立了相关标准，但白光LED对于照明业来说是一种新型光源，传统的测试方法是否适用于白光LED的光色特性分析，还有待深入研究。本文就显色指数的相关计算方法进行了介绍和讨论，并对白光LED显色性评价进行了探讨。
一、显色指数计算方法及评价LED存在的问题
目前对于光源显色指数的计算方法主要还是CIE制定的“测色法”和沃尔特提出的“沃尔特法”。“沃尔特法”实质上是对CIE“测色法”的改进，是沃尔特为了简化标准法中显色指数的计算过程建立的一个经验公式，加快了计算速度并且误差较小。这里主要介绍一下CIE制定的“测色法”。
1965年CIE制定了一种评价光源显色性的方法，简称“测色法”，经1974年修订，正式推荐在国际上采用[1]。用试验色评价显色指数是最有效的方法，它与目视效果一致，是计算显色指数的标准方法。按CIE的规定，标准照明体即作为参照照明光源要根据待测光源的相关色温来选取，一般把普朗克辐射体作为低色温光源(小于5000K)的参考标准，把标准照明体D（即组合日光）作为高色温光源(大于 5000K)的参考标准。
CIE规定显色指数分为特殊显色指数Ri和一般显色指数 Ra。评价时采用一套14种试验颜色样品，其中1-8试验色用于一般显色指数的计算，这8种颜色样品选自孟塞尔色标，包含各种有代表性的色调，都具有中等彩度和明度，如图1所示。
图1 CIE中1-8号色样
CIE除规定了计算一般显色指数用的八种标准颜色样品外，还补充规定了6种计算特殊颜色显色指数的标准颜色样品，供检验光源的某种特殊显色性能选用，分别是彩度较高的红、黄、绿、蓝及叶绿色和欧美人的肤色，如图2所示。我国计算光源显色指数的方法还增加了中国人女性肤色的颜色样品[2]。
图2 CIE中9-14号色样
特殊显色指数的计算公式为： 
（1）
其中是参照光源下和待测光源下各种试验色的色差: 
（2）
公式中，r代表参照光源下标；k表示待测光源下标；i表示检验色样序号的下标；U*、V*、W*是均匀颜色空间坐标值，由公式（3）求得。
；
；
；（3）
其中，Y表示检验色样CIE 1931三色刺激值Y；u、v表示检验色样的uv坐标值；u0、v0表示照明光源的uv坐标值（uv坐标值的具体计算过程可查阅CIE或国家标准[1,2]。
一般显色指数的计算公式为： 
（4）
CIE显色指数广泛用于评价荧光灯和HID灯。但是，显色指数已有40多年的历史，而白光LED却是照明业的新型光源，利用显色指数来评价LED的显色性是否合适尚不明确，并且传统显色指数的计算方法是否适用于白光LED也有待研究。从公式（4）中可以看出，一般显色指数是对8块色样的特殊显色指数取算术平均值，这就使得在测试计算时容易产生问题，例如：某一光源，即使对一两块色样具有很低的特殊显色指数，取平均后同样可以获得较高的一般显色指数值。同样，具有较低的一般显色指数值的光源可能会对一两块色样具有较高的特殊显色指数值。
此外，CIE标准中规定的用于计算一般显色指数的8种色样在评价光源时也存在局限性。显色指数值是基于光源对8块标准色样的显色性而得到，8种颜色样品都具有中等彩度和明度，都是非饱和色，它们用于衡量光谱连续且频带较宽的光源的显色性具有不错的结果，而对于评价波形陡峭且频带狭窄的光源则会产生问题，而LED正是这样一种光源。
二、LED的显色性评价探讨
许多研究都表明用CIE显色指数来评价LE