Індекс кольоропередачі CQS: Навіщо він був створений?
З 1965 року у світі світлотехніки неподільно панував індекс CRI (Color Rendering Index / Ra), розроблений Міжнародною комісією з освітлення (CIE). Система відмінно працювала для ламп розжарювання, люмінесцентних ламп і класичних ДНаТ, у яких з індексом CRI все дуже погано — 20-25 одиниць. Шкала CRI оцінювала якість світла за 8 пастельними (ненасиченими) кольорами-еталонами. Раніше я вже писав велику та розгорнуту статтю, де повністю розкрив тему CRI (Color Rendering Index / Ra) та сучасний стандарт ТМ-30↗.
Однак на початку XXI століття на ринок лавиною ринули світлодіоди (LED). І тут старий стандарт CRI дав збій:
- З'ясувалося, що виробники LED-освітлення навчилися «дурити» систему CRI. За допомогою "чаклунства" з люмінофором спектр ламп коригували так, щоб 8 бляклих тестових кольорів виглядали ідеально. При цьому лампа отримувала високий бал (CRI > 80 або навіть 90).
- Але в реальності, коли це світло освітлювало яскраві насичені об'єкти (наприклад, стигле червоне яблуко або людську шкіру), вони виглядали неживими, бляклими або зеленуватими.
У 2007 році Міжнародна комісія з освітлення офіційно визнала: Ra (Average Rendering Index) незастосовний для адекватної оцінки білих світлодіодів. Хочу зауважити, що Ra — це те ж саме, що й CRI. Зазвичай саме Ra вказують на упаковках з лампочками і пишуть Ra > 80, але тепер ви знаєте, що це може бути не більше ніж маркетинг.
З масовим впровадженням світлодіодів інженерам стало очевидно, що старі методи оцінки світла більше не працюють. За проблему взялися фізики Венді Девіс (Wendy Davis) і Йоші Оно (Yoshi Ohno). Як ви думаєте, звідки? Звичайно, з Національного інституту стандартів і технологій США (NIST).
У період з 2006 по 2010 роки вони спільними зусиллями розробили нову технологію для оцінки індексу кольоропередачі — CQS (Color Quality Scale)!
Спектр сучасних LED-джерел має різкі піки і провали, які старі алгоритми просто «не помічали», видаючи спотворені і завищені результати для світильників низької якості. А ось нова шкала оцінки індексу кольоропередачі CQS враховувала поправку на людські вподобання.
Тепер, якщо лампа робила колір трохи більш насиченим, ніж при ідеальному сонячному світлі, CRI нещадно штрафував таку лампу. Але CQS перестав штрафувати за помірне підвищення насиченості, адже людському оку така картинка здається красивішою та соковитішою.
CQS і CRI відмінність: У чому фундаментальна різниця?
Розрив між застарілими та новими методиками криється в підході до тестування та математичної обробки результатів. Ключові параметри, що визначають CQS і CRI відмінність:
База тестових зразків: Стандарт CRI оцінює світло всього за 8 бляклими, пастельними кольорами. Новий метод використовує 15 яскравих, високоненасичених кольорів, що рівномірно покривають весь видимий спектр.
Рис 1. Шкала індексу кольоропередачі CQS з 15 еталонних кольорів.
- Математичний апарат: CRI використовує середнє арифметичне. CQS застосовує середньоквадратичне відхилення (RMS): $\Delta E_{RMS} = \sqrt{\frac{1}{15} \sum_{i=1}^{15} \Delta E_i^2}$. Через це провал кольоропередачі навіть на одному відтінку різко знизить підсумковий бал CQS, не дозволяючи приховати недолік спектра.
- Ставлення до насиченості: CRI жорстко штрафує джерело світла, якщо воно робить кольори більш яскравими. CQS враховує фізіологію — людське око віддає перевагу легкій перенасиченості об'єктів, тому оцінка за це не знижується.
Як влаштована шкала CQS
Оціночна шкала CQS має класичний діапазон від 0 до 100 балів. Однак, на відміну від плоского CRI, вона надає розробникам тривимірне розуміння якості світла, розбиваючи підсумковий результат на три суб-метрики:
- Qa (Color Quality): Загальний інтегральний бал якості, що враховує і технічну точність, і естетичну привабливість світла.
- Qf (Color Fidelity): Індекс точності (сувора математична відповідність еталонному джерелу).
- Qg (Color Gamut): Індекс колірного охоплення (показник насиченості та візуального об'єму освітлюваних об'єктів).
Рис 2. Тривимірне порівняння площі колірного охоплення (Color Gamut).
Майбутнє CQS LED технологій
Хоча цей стандарт технічно перевершував базу CRI, він так і не був офіційно затверджений CIE (Міжнародною комісією з освітлення) як глобальний стандарт, поступившись місцем ще складнішій системі оцінки індексу кольоропередачі TM-30. Проте CQS і зараз застосовується в метриках для оцінки якості LED світла. Стандарт CQS був впроваджений у програмне забезпечення для спектрофотометрів практично всіма провідними світовими виробниками фотометричного обладнання, наприклад Ocean Optics або UPRtek.
Індекс CQS за фактом є більш простою, але більш елегантною і точною шкалою для оцінки індексу кольоропередачі, ніж застаріла шкала CRI. Проте, саме історія створення CQS проклала шлях для створення найдосконалішого на сьогоднішній день глобального стандарту кольоропередачі — IES TM-30 (що з'явився у 2015 році), який взяв із напрацювань CQS ідею використання насичених кольорів та аналізу вподобань людини.
Наскільки мені відомо, не існує закону, який би зобов'язав виробників побутового світлодіодного обладнання вказувати індекс кольоропередачі своїх виробів за стандартом CQS або TM-30. Більшість виробників, як і раніше, вказують у документації або на упаковці індекс Ra (Ra > 80), який у світі світлодіодів, як ми вже з'ясували, мало про що говорить насправді.
Не варто ігнорувати якість світла, особливо на робочому місці та при роботі з дрібними деталями. Наприклад, щоб без проблем розглянути кольорове маркування резисторів↗ і не помилитися, індекс кольоропередачі дійсно повинен бути не менше 80 одиниць, і бажано за шкалою CQS або TM-30. Якісне промислове і побутове освітлення — це, в першу чергу, запорука здоров'я ваших очей, рівень вашої фізичної і психоемоційної напруги.
Рекомендую завжди перевіряти продукт, який ви купуєте, і користуватися тільки якісними світлодіодними приладами для освітлення.