2014年9月22日

什麼是 "演色性" ? 對於照相有什麼影響? 由頻譜與肉眼的構造說起

我們時常會聽到 "演色性" 這個名詞(RA或是CRI),但是如果你用GOOGLE尋找,八成會出現個怎麼也看不懂的解釋

>>演色性愈高,表示物體在該照明光源下顯示的顏色與在太陽光照射下的顏色愈接近
>>演色性愈低,表示物體在該照明光源下顯示顏色與太陽光照射下的顏色偏離愈遠。

所以很多人直覺的會以為演色性和色溫有關係,事實上根本是兩回事


我們先從所謂的光譜來看起

所謂的可見光,指的是人的肉眼看的到的光

物理上就是某一個範圍波長的電磁波 (當然,有些人會聯想到光的粒子特性,這邊先不想太多)






















隨意從網路上搜尋來的圖片,很好解釋整個狀況

人眼大概可以看到波長 390~700 nm 這個頻率範圍內的電磁波,所以這個範圍叫做可見光

頻率再高一點(波長更短)就叫做紫外線,更高一些就是X光

頻率更低(波長更長),就變成紅外線,再低就變成類似WIFI與藍芽用的電磁波,再更低就是電視電台的電波

(有些人會注意到那一條所謂的人眼反應的曲線,我們後面繼續聊到)








因為光有所謂的粒子性,我們眼睛看到的光線,事實上是光子照射到物體之後,沒有被吸收而反射出來的部分

所以我們看到紅色的衣服,通常就代表那塊布料不吸收紅色的光,所以將紅色的光反射到你的眼睛

而為什麼夏天穿黑色的特別熱? 因為黑色就代表什麼光都吸收,眼睛看不到反射光,所以就是黑的,而光的能量被吸收了,衣服溫度就會升高




我們普遍對於三原色有著很深刻的信賴

從小就知道,只要有這三個顏色,就能混合出其他的所有顏色

























如果從物理上來看,紅色,藍色,黃色,只個別對應到某一個"單一頻率"而已

也就是純的單色光,只不過就是波長390-700nm的眾多光線中的其中一支

怎麼好像怪怪的? 你發現了吧?

所以怎麼讓三隻單一頻率的光,組合起來變成連續一整條什麼頻率都有的光?



是的,照理說人眼可以看到的光範圍這麼大,而三種單一個顏色的光,怎可能混出這麼無限多種的其他光呢?

這就好比說,如果你只有氫元素和氧元素,那你頂多只會有純的H2O,是做不出汽水的

想做出汽水,就還得有週期表上其他元素的配合,總不可能憑空出現天外奇蹟




回過頭來討論三原色這一整套理論的起始

受限於人眼的構造,對於 RGB 這三色各有專司負責的細胞,所以當這三種細胞都接受到刺激時,人腦就會以為你看到白色的光





















(PS. 埃是波長的單位,1nm等於10埃)


這三種細胞並不是對單一頻率有反應,而是有個"反應範圍"

以對紅色有反應的細胞(L CONE)來看,他對大約500多nm 到 700nm 有反應

而對於600nm左右的光線最敏感

(綠色感受細胞叫做 M CONE ,藍色叫 S CONE)




如果你參照最頭先那張照片,裡面有個人眼的感度

















那就代表我們人眼相對來說,對紅色或是藍色的光比較不敏感,對黃綠色的光比較敏感

不很精確地說,因為人眼的三個顏色的感受細胞重疊最多的部分,就剛好再黃綠色的區域

所以就那個位置的光線比較敏感





雖然真實世界裡面的光譜是連續的,但是科技的發展,實際應用上,只需要處理我們眼睛有反應的部分就好了

因此許多的科技產品,你會發現都是以三原色的基礎下去發展,而不需要再現連續無限多的光譜

所以說,三原色的這個基準,只對人眼有效


好吧,扯這麼多,稍稍拉回正題

我們第一張圖給的是連續光譜


















而穿過大氣層進入地球之後,會有少數一些頻率的光不見了,但是基本上我們看到的還是很接近連續光譜




我們家用照明的主流還是螢光燈 (日光燈/省電燈泡等等)

光譜就大約是這樣


















很多頻率不見了(或是相對很弱),但是沒關係,只要三原色都有沾到,人的眼睛就會把他當作白光



當然,上面那個把強度也補進去的圖,似乎看不出完全的所以然,拜GOOGLE之賜,我們很容易找到其他資訊

這個網頁評測了幾個燈泡,結果大概如下圖
http://web.ncf.ca/jim/misc/cfl/
















很明顯的,最左邊那一欄鎢絲燈泡的光譜最完整,然後掛GLOBE那個品牌的螺旋燈泡少掉最多東西

(雖然右邊的LED測試結果很好,但通常LED表現很差,或許他測的這一個LED是特例,也許是這一兩年科技忽然又進步很多)

講了半天的演色性,到這邊才扯回正題

我們可以猜想,這三個省電燈泡,演色性最好的就是 PHILIPS 15W這一個

(鎢絲燈泡的演色性是100,基本上所有加熱發光的東西,演色性幾乎都是100)


正常的日光燈演色性大約都是70up,號稱三波長的大約就是80up

廉價的LED有些甚至都低於70,現在技術比較好,有些比較大廠的LED大約就都有接近80

非常極度少數的LED演色性可以超過90,市場上很難看的到

(事實上前陣子我找了很久,如果以白光LED燈泡來說,目前似乎只有看到TOSHIBA有出一個系列的高演色性燈泡,其他品牌根本找不到)



我來給個比較不正式的解答

演色性高的光源,包含的頻譜比較完整,演色性低的光源就會缺少比較多頻率的光

這有什麼差異?



因為眼睛看到的顏色,是沒被吸收而反射出來的光

如果你源頭來的光,一開始就有好幾個頻率不見了,那麼原本就沒有的東西,自然不可能反射到以眼中

即使是拍照也一樣,原本就沒的東西,不可能讓感光元件記錄下來

所以當你用低演色性的光源拍照時,特別是顏色階調很廣的東西,拍起來就會特別難看,因為可能有很多細微的差異就消失掉了

再讓我強調一次 "原本就不存在的東西,就不可能出現在你的眼中,自然更不會出現在相機的照片裡面"

所以那些演色性差的燈具,一開始就只提供比較少的光譜,所以你能看到的顏色自然會比較少





最後,附上兩張我很不精確的把玩手電筒時隨手亂拍的相片

一張是古早的鹵素手電筒,一張是現代稍微偏藍的LED手電筒,即使是沒有彩色的透明玻璃,是不是也好像看得出些什麼東西呢?









































有個朋友跟我說,色溫影響喜好太大,所以幫我稍微調了一下












當然我一開始拍照純粹是拿到古早手電筒覺得好玩,沒拍得很仔細 (玻璃上還有指紋呢)

請各位讀者不用太認真去討論它,因為它不是很精確的實驗,給不上什麼精確結論

只不過,被大家認定為很耗電,色溫不討喜的鹵素燈泡,即使現在已經要被淘汰光了,卻其實還有它獨特迷人的地方呢

如果你想知道,那種一盞要價幾十萬或者超過百萬的水晶燈,原廠指定的就是又熱又耗電,然後還貴的要死的特殊鹵素燈泡

據說只有那種東西才能顯得出高級水晶燈的漂亮


看到這邊,各位對演色性是否有比較多的了解了呢?

下次要拍自己煮的美食,記得要帶盞演色性高的燈來去補光喔,這樣才能紀錄的到食材那些特別好吃的細節



2017/04/07 補充

LED照明的時代已經來臨許久

現在的LED燈具不但既省電,又明亮,普遍大廠的燈具RA都會以80當作標準,價格還十分便宜

幾年前就有標榜高RA的LED燈具,但只有TOSHIBA的KIREIRO系列

(但是由原本標榜的RA>90,似乎慢慢變成有些只剩下RA>85)

(如果是LED燈泡,台灣特力屋有一批RA=90的燈泡,色溫又是很美好的5000K,價錢只有日本當地型號的1/4,目前還在販售中)

多方面使用的經驗回饋,似乎RA80的燈具,表現就已經比傳統的日光燈管來的好一些些

也許是基於這個理由導致TOSHIBA減少了高演色性 LED燈的開發,也許是市場終究喜歡低價,不得而知

少數的RA>95的,號稱美術館專用日光燈管,大約都停產許久了,現在幾乎是已經找不到庫存

時代在改變,很多東西也一直跟著在變,雖然原理不變,但是技術進步了

高RA的專業LED攝影燈似乎也已經變成主流了,技術的進步由此可證

讓我們跟著時代一起進步吧






3 則留言:

  1. 感謝您的科普好文!我來回饋一下(這是一年半以後的事了)
    https://www.earthled.com/collections/high-cri-led-lighting-90-cri-led-lighting
    雖然不知道台灣能不能買到...但現在是有CRI>90的產品了。我也好想買啊...

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  2. 現在特力屋有賣台灣代工的東芝電火球,便宜很多,演色性也是大於90

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  3. 去年在臉書上分享了這篇文章,一年之後如期浮出水面,而今年我是在煩惱LED燈泡的頻閃問題XD
    頻閃很不容易對付了,LED是天性使然必須與頻閃搏鬥,但畢竟頻閃的根源是交流電的頻率,所以連鎢絲燈泡都有交流電導致的頻閃呀~

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