คุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสง

โดยทั่วไป สีของวัตถุมักถูกมองว่ามีความเป็นเอกลักษณ์และเป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของวัตถุนั้น ๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อวัตถุถูกส่องสว่างด้วยแสงที่มีการจัดองค์ประกอบ (การกระจายสเปกตรัม) ที่แตกต่างกัน สีของวัตถุก็จะปรากฏแตกต่างออกไป คุณสมบัติของแหล่งกำเนิดแสงที่มีผลต่อการรับรู้สีของวัตถุ เรียกว่า คุณสมบัติความถูกต้องของสี ดังนั้น โดยทั่วไป แหล่งกำเนิดแสงที่มีคุณสมบัติความถูกต้องของสีที่ดีจึงหมายถึงแหล่งกำเนิดแสงที่มีคุณสมบัติที่ดีสำหรับการมองเห็นสี ความถูกต้องของสีเป็นหนึ่งในคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของแหล่งกำเนิดแสง
การประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงในเชิงปริมาณ มีความสำคัญต่อการพิจารณาข้อดีและข้อเสียของคุณสมบัติความถูกต้องของสีอย่างเป็นกลาง และการเลือกแหล่งกำเนิดแสงที่ต้องการ โดยรวมแล้ว มี 2 วิธีในการประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีเหล่านี้ในเชิงปริมาณ วิธีแรกคือวิธีประเมินความแม่นยำของสีที่ปรากฏ และวิธีที่ 2 คือวิธีประเมินความพึงประสงค์ของสีที่ปรากฏ วิธีประเมินความแม่นยำของสีที่ปรากฏ จะเปรียบเทียบแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุกับแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้เป็นมาตรฐาน (แหล่งกำเนิดแสงมาตรฐาน) และประเมินเชิงปริมาณเพื่อพิจารณาวิธีสร้างสีที่มีความถูกต้องแม่นยำ ในทางตรงกันข้าม ในวิธีประเมินความพึงประสงค์ของสีที่ปรากฏ เมื่อเปรียบเทียบแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุกับแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานจะเกิดความคลาดเคลื่อนของสี จากนั้นประเมินความคลาดเคลื่อนของสีในเชิงปริมาณเพื่อพิจารณาว่าความคลาดเคลื่อนนั้นเป็นไปในทิศทางที่พึงประสงค์หรือไม่พึงประสงค์
วิธีประเมินทั้งสองแบบนี้มีความสำคัญในการประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสง แต่จนถึงปัจจุบัน วิธีประเมินความแม่นยำของสีที่ปรากฏที่คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการส่องสว่าง (CIE) และมาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น (JIS) ในญี่ปุ่นได้กำหนดและทำเป็นมาตรฐานมีเพียงวิธีเดียวเท่านั้น ซึ่งที่ผ่านมาก็มีการเสนอวิธีประเมินความพึงประสงค์ของสีที่ปรากฏหลายวิธี แต่ยังไม่มีวิธีใดที่ถูกนำมาทำเป็นมาตรฐาน ดังนั้น ส่วนต่อไปนี้จะนำเสนอวิธีประเมินความแม่นยำของสีที่ปรากฏของ JIS

ที่ผ่านมา มีการทดสอบจำนวนมากที่พยายามประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงในเชิงปริมาณ อย่างไรก็ตาม การทดสอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบันคือวิธีประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีที่กำหนดโดย CIE ในปี 1965 CIE ได้เผยแพร่วิธีวัดและระบุคุณสมบัติการแสดงสีของแหล่งกำเนิดแสงฉบับแรก [1] ซึ่งต่อมาได้แก้ไขวิธีประเมินฉบับแรกบางส่วนในปี 1974 และเผยแพร่ออกมาเป็นฉบับที่ 2 [2] จากนั้นมีการแก้ไขข้อผิดพลาดในการพิมพ์ของฉบับที่ 2 ในปี 1995 และออกเป็นฉบับที่ 3 [3]
ในการประเมินความแม่นยำของสีที่ปรากฏ จะใช้สีทดสอบ 14 ชนิด และประเมินโดยวิธีที่จะอธิบายต่อไปนี้ กล่าวโดยสรุปคือ เพื่อประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุ จะใช้สีทดสอบ 14 ชนิด แล้วเปรียบเทียบสีที่ปรากฏเมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดแสงนั้นส่องวัตถุกับสีที่ปรากฏเมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานที่มีอุณหภูมิสีเทียบเท่ากับแหล่งกำเนิดแสงนั้นส่องวัตถุ และแสดงคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุในรูปของขนาดความคลาดเคลื่อนของสี (ความแตกต่างของสี: ΔE)
ดัชนีความถูกต้องของสีเฉลี่ย (CRI) แสดงถึงความคลาดเคลื่อนของสีเฉลี่ย (ΔE) บนแผนภูมิสีแต่ละแผนภูมิ ซึ่งประกอบด้วยสีทดสอบ 8 สีจากทั้งหมด 14 สี (ตั้งแต่เฉดสีแดงไปจนถึงเฉดสีม่วง) (ΔEi; i = 1 - 8) ที่มีความสดปานกลาง (ค่า Munsell chroma 4 - 8) และความสว่าง (ความส่องสว่าง) เทียบเท่า (ค่า Munsell 6) ซึ่งคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้

CRI = 100 - 4.6ΔE …………… (1)
สีทดสอบอีก 7 สีประกอบด้วยแผนภูมิสีที่ใช้ในการหาค่าดัชนีความถูกต้องของสีพิเศษ (Ri; i = 9 - 14) แผนภูมิสีตัวอย่างที่มีสีแดง เหลือง เขียว และน้ำเงินที่สดใสมาก (หมายเลข 9 ถึงหมายเลข 12) แผนภูมิสีสำหรับโทนสีผิวของชาวคอเคเชียน (หมายเลข 13) และแผนภูมิสีเขียวที่ใกล้เคียงกับสีของใบไม้ (หมายเลข 14) ดัชนีความถูกต้องของสีพิเศษ (Ri) แสดงถึงขอบเขตความคลาดเคลื่อนของสีสำหรับสีทดสอบแต่ละสี (ΔEi; i = 9 - 14) ซึ่งคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้
Ri = 100 - 4.6ΔEi …………… (2)

รูปที่ 3 แสดงแผนภูมิสีสำหรับสีทดสอบทั้ง 8 สีที่ใช้ในการคำนวณดัชนีความถูกต้องของสีเฉลี่ย และรูปที่ 4 แสดงแผนภูมิสีสำหรับสีทดสอบทั้ง 6 สีที่ใช้ในการคำนวณดัชนีความถูกต้องของสีพิเศษ นอกจากนี้ ตารางที่ 1 ยังแสดงค่าดัชนีความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงตัวอย่าง ซึ่งคำนวณตามวิธีประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีของ CIE
จากสูตร (1) และสูตร (2) ค่าดัชนีความถูกต้องของสีเฉลี่ย (CRI) และค่าดัชนีความถูกต้องของสีพิเศษ (Ri) จะมีค่าเท่ากับ 100 เมื่อแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุกับแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานมีสีที่ปรากฎเหมือนกัน ยิ่งวัตถุ 2 อย่างมีสีที่ปรากฏแตกต่างกันมากเท่าไร ค่าความแตกต่างของสี (ΔE) ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และดัชนีความถูกต้องของสีอาจมีค่าเป็นลบได้ ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดแสง อย่างไรก็ตาม ไม่ได้หมายความว่าแหล่งกำเนิดแสงที่มีค่าดัชนีความถูกต้องของสีเป็นลบ จะปรากฏเป็นแสงที่ไม่มีสีโดยสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น ดัชนีความถูกต้องของสีพิเศษ R9 (สีทดสอบสีแดงสด: หมายเลข 9) สำหรับหลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวจะมีค่าประมาณ -100 แต่แหล่งกำเนิดแสงยังคงปรากฏเป็นสีแดง แม้จะเป็นสีแดงหมอง ๆ เล็กน้อยก็ตาม
เมื่อใช้วิธีประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีแบบนี้ หากไม่เข้าใจหลักการพื้นฐานของวิธีประเมินอย่างถ่องแท้ อาจเกิดความเข้าใจผิดอย่างร้ายแรงได้ง่าย ๆ เนื่องจากผลลัพธ์ที่คำนวณได้แสดงออกมาในรูปตัวเลข

a. ดัชนีความถูกต้องของสีแสดงถึงความแม่นยำของสีที่ปรากฏจากแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุ เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานในเชิงปริมาณ จึงมีความเป็นไปได้ว่าจะประเมินได้อย่างเป็นธรรมเฉพาะเมื่อใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่ต้องการการประเมินความแม่นยำของสีที่ปรากฏ เช่น การเปรียบเทียบสีหรือการตรวจสอบสี
b. ดัชนีความถูกต้องของสีไม่ใช่ดัชนีที่ใช้แสดงระดับความพึงประสงค์ของสีที่ปรากฏบนวัตถุ เนื่องจากค่า CRI แสดงถึงขนาดความคลาดเคลื่อนของสีของแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานในเชิงปริมาณ ดังนั้นค่า CRI จะลดลงไม่ว่าความคลาดเคลื่อนของสีนั้นจะเป็นไปในทิศทางที่พึงประสงค์หรือไม่ก็ตาม การพิจารณาจากขนาดของค่า CRI เพียงอย่างเดียว จึงไม่สามารถระบุได้ว่าสีนั้นจะดูพึงประสงค์หรือไม่ ตัวอย่างเช่น ในแง่ของสีผิวหน้ามนุษย์ การที่สีผิวคลาดเคลื่อนไปเป็นสีชมพูเล็กน้อยถือว่าพึงประสงค์ แต่การคลาดเคลื่อนไปเป็นสีเหลืองหรือสีเขียวถือว่าไม่พึงประสงค์อย่างยิ่ง การคำนวณดัชนีความถูกต้องของสีจะไม่คำนึงถึงว่าความคลาดเคลื่อนของสีเป็นที่พึงประสงค์หรือไม่ ดังนั้นแม้ว่าค่าดัชนีความถูกต้องของสีจะเท่ากัน แต่ค่าที่ได้จริงจะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง
c. คุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งแสดงโดยค่าดัชนีความถูกต้องของสีเฉลี่ย (CRI) และค่าดัชนีความถูกต้องของสีพิเศษ (Ri) แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างเชิงปริมาณของสีที่ปรากฏระหว่างแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องไปยังวัตถุกับแหล่งกำเนิดแสงมาตรฐานที่มีอุณหภูมิสีเดียวกัน ด้วยเหตุนี้ การเปรียบเทียบขนาดของดัชนีความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสง 2 แหล่งที่มีอุณหภูมิสีต่างกัน และการเปรียบเทียบหรือประเมินข้อดีข้อเสียของคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงทั้งสองอย่างเคร่งครัด จึงเป็นเรื่องไร้ประโยชน์ ตัวอย่างเช่น หลอดไส้ที่มีอุณหภูมิสี 2800 K และแสงแดดธรรมชาติตอนกลางวันที่มีอุณหภูมิสี 6500 K ต่างก็มีค่า CRI เท่ากับ 100 แต่สีที่ปรากฏแตกต่างกัน
d. สำหรับแหล่งกำเนิดแสงที่มีดัชนีความถูกต้องของสีเฉลี่ย (CRI) ต่ำ เช่น 60 หรือต่ำกว่า แม้ว่าอุณหภูมิสีจะเท่ากัน ก็ไม่สามารถเปรียบเทียบข้อดีข้อเสียของคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงอย่างเคร่งครัดโดยพิจารณาจากค่า CRI ได้ ค่า CRI แสดงค่าความคลาดเคลื่อนของสีเฉลี่ยของสีทดสอบทั้ง 8 สีที่ต่างกัน ดังนั้น สมมุติว่ามีแหล่งกำเนิดแสง 2 แหล่งที่มีค่า CRI เท่ากับ 50 โดยแหล่งกำเนิดแสงแรกมีค่าความคลาดเคลื่อนของสี 50 สำหรับสีทดสอบทั้ง 8 สี และแหล่งกำเนิดแสงอีกแหล่งมีค่าตั้งแต่ 100 ถึง 0 ขึ้นอยู่กับสีทดสอบที่ใช้ โดยธรรมชาติแล้ว สีที่ปรากฏจริงของแหล่งกำเนิดแสงทั้งสองจะแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่แหล่งกำเนิดแสง 2 แหล่งมีค่า CRI 80 หรือสูงกว่า ดัชนีความถูกต้องของสีสำหรับสีทดสอบทั้ง 8 สีจะต้องมีค่าสูง ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิสีและค่าพิกัดสีของแหล่งกำเนิดแสงทั้งสองแทบจะเท่ากัน ก็จะถือว่าทั้งสองแหล่งมีคุณสมบัติความถูกต้องของสีสูงเช่นกัน
e. ค่าความแตกต่างของสี ΔE = 1.0 แสดงถึงความแตกต่างของสีของวัตถุ 2 ชิ้นที่ผู้สังเกตทั่วไปแทบจะแยกไม่ออก ดังนั้น กล่าวได้ว่าค่าความถูกต้องของสีมีความแตกต่างที่สำคัญในทางปฏิบัติประมาณ 5.0 ดังเห็นได้จากสูตร (2) ที่กล่าวถึงข้างต้น หากดัชนีความถูกต้องของสีมีค่าความแตกต่างของสีที่ละเอียดมากกว่าค่านี้ ในทางปฏิบัติจะไม่มีประโยชน์ที่จะพูดถึงข้อดีข้อเสียของคุณสมบัติความถูกต้องของสีของแหล่งกำเนิดแสงอีกต่อไป
เมื่อพิจารณาประเด็นข้างต้นแล้ว จึงมีความคิดที่ว่าจำเป็นต้องกำหนดข้อจำกัดหลายอย่างในการใช้ดัชนีความถูกต้องของสี ด้วยเหตุนี้ แม้วิธีประเมินคุณสมบัติความถูกต้องของสีด้วย CRI จะถือเป็นบรรทัดฐานในขอบเขตจำกัดที่ใช้เพื่อให้ทราบถึงการมองเห็นสีของแหล่งกำเนิดแสงได้ แต่ควรระวังไม่ตัดสินข้อดีและข้อเสียของคุณสมบัติความถูกต้องของสี โดยพิจารณาจากค่าตัวเลขเพียงอย่างเดียว

(เอกสารอ้างอิง)
*ข้อมูลในหน้านี้ได้รับการจัดรูปแบบโดยอิงจากเว็บไซต์ภาษาญี่ปุ่นของบริษัท และปรับปรุงให้สอดคล้องกับมาตรฐาน IEC อย่างไรก็ตาม บางรายการได้รับการจัดรูปแบบตามมาตรฐาน JIS เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง

1) Publication CIE No.13：Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources-1st edition (1965)
2）Publication CIE No.13.2：Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources-2nd edition (1974)
3）Publication CIE No.13.3：Method of measuring and specifying colour rendering of light sources (1995)