電視照明（光源）一致性指數
——TLCI

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

電視照明（光源）一致性指數
——TLCI

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春1

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

顯色指數（CRI）和色質指數（CQS）是適用于人眼的兩個顯色性度量指標，但不適用于電視攝像機。針對電視系統的應用，新研發并已發布了新的度量指標：電視照明（光源）一致性指數-TLCI。本文闡述TLCI的原理和評價及檢測方法和程序，列舉TLCI測試報告的內涵和應用，分析TLCI和CRI之間的關系，并介紹電視燈具匹配系數TLMF。

TLCI；人眼響應曲線；CCD響應曲線；顏色修正；TLMF

在《Protocol》雜志2010冬春季刊上，筆者已談論過顯色性度量。那些論述著眼于早些年的顯色指數（CRI）和新近的色質指數（CQS），以及應用這些指數的贊成和反對意見。盡管這些度量彼此各不相同，但都具有一個重要的共同點：它們是適用于人眼的兩個度量指標，而沒有說明在其他傳感器上，諸如應用于視頻，或電視攝像機中的傳感器，或在膠片材料上，光源將如何呈現顏色。這一切使得電視照明指導或攝像指導的工作要困難得多。

1 為什么CRI和CQS對電視照明和攝像工作不適用？

讀者可能認為，在使用視頻攝像機時，一個具有適當CRI或CQS值的光源會產生很好的顏色呈現效果，其實并非一定如此。視頻傳感器的響應曲線非常不同于人眼的響應曲線，其光信號將以完全不同的方式被處理。此外，人眼（和人腦）是非常寬容的，并不斷地調整以使顏色看上去是正確的；視頻和電影攝像機沒有這種作用機制，而實際上它們被設計成能精確地反映它們所看見的情景而不會改變顏色。圖1顯示人眼中錐體細胞的響應曲線，而圖2則顯示使用CCD傳感器的攝像機中探測器的響應曲線。這兩個圖譜如此不同，以致它們不同地看待事物就不會令人感到驚奇。CCD的響應曲線與應用于標準光度和色度儀表的響應曲線非常相似——這就是這些測量儀表為什么有時給予的結果與人眼所感知的不相匹配的另一個原因。

在電視攝像機場合試圖運用現有的顯色性度量例如CRI的另一個問題是，所采用的一些試驗色位于攝像機的色域之外，因而是不可見的。例如，用作CRI R9飽和的紅色就位于電視攝像機的色域之外，因此，它不是用來檢測攝像機顯色性的合理顏色。

2 電視照明（光源）一致性指數

電視照明（光源）一致性指數（TLCI，Television Lighting Consistency Index）力圖解決這些問題并提供一種類似適用于人類視覺的CRI和CQS的電視和視頻攝像機的顯色性度量指標。TLCI研究工作早在20世紀70年代由英國廣播公司（BBC）啟動。然而，當時普通應用的光源，除了奇特的日光燈之外，主要是寬頻帶光發射器，這意味著對這種度量指標的需要并不是很急迫，因而這項研究就流產了。近年來，固態光源的引進，尤其是LED光源的發展，激勵了這項研究工作重新回到現實生活中。LED光源得到了大量的采用，而其中許多產品的顯色性并不是很好，這意味著對這種顯色性度量指標的需要比以往任何時候更為急迫。艾倫·羅伯茨（Alan Roberts），也是一名前BBC的科研工程師，已經承繼了這項研制工作，經過大量的工作之后，將TLCI研發工作成功推進，它已被發布為歐洲廣播聯盟（EBU）的推薦標準。TLCI有可能成為（美）電影電視工程師協會（SMPTE，Society of Motion Picture and Television Engineers）的標準，筆者相信，今后全世界都會采用它。

TLCI采用類似于CRI和CQS的研究方法，即采用一個標準組的試驗色樣品，并在試驗光源和理想輻射光源或日光下（根據色溫）比較它們的外貌。對應用而言，顏色的選擇是一種簡單的選擇；電視產業已經廣泛采用如圖3所示的愛色麗顏色測試圖（X-Rite ColorChecker ）作為攝像機陣容的標準（以前被稱為Macbeth Color Test Chart，麥克白斯顏色測試圖）。

在視頻領域內每一個人都非常熟悉，這張圖前3行的顏色樣品中也包含我們所需要的全部樣品（底端一行的灰度樣品與顯色性測試沒有關系）。第一行包含自然色，如淺膚色和深膚色、樹葉色和天空色，而第二行和第三行則包含著覆蓋整個色域的飽和度更高的顏色樣品。在當前的應用中，這張測試圖有一個奇異點：在日光色溫的光源照明下，第三行末端的青色樣品對于電視實際上恰好位于色域之外。因為這張測試圖原先是為攝影應用而設計的，而彩色膠片通常具有更寬的色域。然而，這個出格的青色并不妨礙這張測試圖進行檢測工作。

為了讀者能了解本文談論的顯色性問題，圖4顯示一張色塊被劈為兩半的顏色測試圖，每一個色塊上半部受照于天然日光，而其下半部則受照于相同色溫的白光LED光源。底部一行的灰色樣品看上去很正常，但是在其他的色塊中可以看見極大的差異。尤其是第一個色塊深膚色表現得全然不同，它呈現得比應該顯現的更深暗些。

正如CRI和CQS的評價一樣，TLCI的評價也沒有采用實際的測試圖和攝像機；而采用另一種方法，將測試圖上的顏色用數學建模，其全部測試工作都由被捕獲到的測試光源的光譜在軟件中數字化運行。這個軟件也包含標準攝像機光譜響應曲線的模型，而該模型創建于許多商業攝像機光譜響應的平均值。圖5顯示在被軟件程式化了的有色方框中整個評價過程的方框圖。

這個過程的第一步驟是計算被測試光源光譜的CCT（Correlated Color Temperature，相關色溫），這項計算一旦完成，一個相同色溫的參考光源就生成了。在CCT低于3 400 K時，其算法采用真實的普朗克黑體軌跡；CCT高于5 000 K時采用日光光源；而CCT在3 400 K與5 000 K之間，則采用中間插補的混合發光體。這種不同測試光源的應用與現實世界照明產品的應用相匹配，日光和鎢絲燈（3 200 K）是應用于拍攝影像最常見CCT的光源。

產生于這個評價程序的主要結果是個單一數字，其變動范圍是0～100，表示被測試光源的TLCI值。與CRI和CQS一樣，一般而言，其數值越高，表示一致性越好，完美顯色的光源具有最高100的TLCI值。在實際中，數值范圍大致是這樣設定的，TLCI值等于85或大于85的光源對于視頻攝像機幾乎不需要調整或很少的調整。當下降數值范圍時，TLCI值為50和85之間的光源可能仍然是可用的，但是需要在視頻通道設置中進行修正，以獲得可接受的結果。最后，TLCI數值低于50的光源可能完全不可用，即使進行了顯著的修正，特別是被應用于如膚色這樣敏感的顏色時。

3 單一數字度量指標

這里CRI和CQS都使用單一數字度量指標。單一數字度量指標有顯著的缺點，數字只告訴用戶顯色性誤差的大小，但是它沒有說明這個誤差發生在哪里。例如，有兩個光源，假如它們具有相同的CQS值——80，這并不意味著它們看上去有相同的外貌。一個光源可能缺乏紅色，而另一個光源可能缺乏藍色。它們都獲得相同的CQS值，但是它們呈現的顏色是非常不同的。TLCI在其報告中進一步采取另一步驟，除了單一TLCI度量指標之外，也提供其他有關的信息，諸如光源缺乏何種色彩，可能需要做何種修正可使其具有更有用的信息。圖6顯示對調整后產生3 200 K白光的RGB LED燈具所做出的完整TLCI測試報告的例子。

測試報告中有很多有用的信息。在這張測試圖的左上角，可獲得經計算后的該光源的CCT值，此時它的CCT值是3 324 K，而它偏離黑體輻射軌跡的距離（此值為+0.1）超出了可被接受的范圍，實際的TLCI值本身同樣也是不可接受的（注：小于50，不可接受；且前面+0.1的偏離，在色度坐標中是一個很大的值，一般要求小于0.05～0.07）。在這種情況下，采用TLCI值為48的光源，如果它被用來照明表演者或著色臨界的服飾時，對于視頻和電視而言，它可能不是很好的光源；而用于舞臺布景照明，它或許是一個可以采用的光源。在這些數字的下面，是每一個色塊表示的被完美參照光源照明的外圍色塊，和被測試光源照明的內部色塊所顯示的顏色測試圖（Color Checher chart）。在這種情況下可以看見很多色塊顯示出顯著的誤差。在圖6的右下角，可以看見參照光源的光譜（用青色線條表示）和測試光源的光譜（用黑色線條表示）。在這個實例的圖譜中，RGB LED燈具的3個波峰明顯可見。最后——對用戶非常有用——測試圖右上角的表格則顯示估算的修正值，這些修正值將要被應用于視頻電視通道，以使畫面符合廣播規范。顯然，在圖6顯示的實例中，圍繞著品紅/藍色和品紅/紅色區域，采取了大量的色度和亮度修正，以使顏色色度點返回到黑體輻射軌跡。

圖7 顯示色溫為5 600 K的單一白光LED的相同報告。在這種情況下，LED是由藍泵和黃色熒光粉層組合而成，藍光并激發黃色熒光粉而混合發光，給予人眼白光的幻覺。其光譜圖顯示，在青色區域有許多缺失的能量，與其背后顯示的日光光譜相比，深藍和深紅區域的能量變少了。作為電視照明應用，TLCI值僅為43的燈具是邊際燈具，在光譜的許多區域都需要極度修正。再一次注意到，其灰度等級的顯現效果是很好的。

最后，再舉一例，只為證實LED在TLCI方面做得很好：圖8顯示多種顏色LED光源的混合，其中包括熒光粉轉換型白光LED光源，它們已經由TLCI最優化了。這時，TLCI值為97，因此，幾乎不需要攝像機做任何修正。

筆者測試了很多最近的LED產品的TLCI值，TLCI從40到90的所有在市場上可得到的產品。要預測哪些產品具有良好的TLCI值，而哪些產品的TLCI不好是很困難的。就其本質而言，是因為它利用攝像機的響應而不是利用人眼的反應，這與我們察看光時所見的毫無關系。一種光源具有良好的CRI或CQS值，但TLCI值卻很差，或者反之亦然，這種情況是非?？赡艿?，在筆者的經驗中屢見不鮮。確保這兩個指標都表現優異的唯一光源是擁有接近黑體或真實日光的光譜的那種光源。不連續光譜、缺失光譜波長的任何光源，對人眼和攝像機將不可避免地看上去不一樣。

圖9顯示艾倫·羅伯茨（Alan Roberts）測試的一些結果。他測量了73個光源的CRI和TLCI，并將這些CRI和TLCI值彼此對稱地標繪在圖上。如果有某種相關性的話，那么筆者期待能看見一條直線將這些點連接起來。然而相反，它們之間幾乎一點兒關聯也沒有。例如，查看圖9中的粉色帶，在粉色帶上的點顯示相關的光源都具有約80的CRI值。能看見這些點包含著14個光源，所有光源都擁有大致相同的CRI值，然而這些光源具有的TLCI值卻介于45～95的變化范圍。這里強調了最關鍵的一點，正是筆者試圖說明的：CRI和CQS，或者其他為人眼設計的任何度量指標，在談到給電視或視頻選擇光源時，它們一點兒幫助也沒有。同樣地，TLCI值也沒有表明，人眼看上去，一束光的顏色將如何呈現。

4 電視燈具匹配系數

所有這一切使得電視燈光主管或攝像主管的工作變得很困難。工作人員一直知道不能用自己的眼睛去審理評估燈光，替代的是必須通過監視器以及通過攝像機的眼睛去觀察判斷。具有極度不連續光譜的LED光源的應用恰好使這個規則顯得更加重要。

TLCI又多了一個伙伴，它將有助于光源之間的匹配。如前所述，單一度量指標無助于理解兩個光源如何相互比較。如果有兩個TLCI值都為75的LED光源，那么，可以確信使用兩者中的任一個光源都能使視頻攝像機出色地工作。然而，假使想同時使用這兩個光源又將會怎么樣？如果攝像機針對其中一個光源被調整時，那么另一個光源看上去將表現如何？它們將需要相同的修正，或者需要不同的修正？現有一個新的度量指標作為TLCI的伙伴，即：電視燈具匹配系數－TLMF（Television Luminaire Matching Factor）。TLMF可讓用戶在兩個不同的光源之間進行相互比較，而不是與完美的參照光源相比較，并看看它們一起使用是否能匹配得很好。當然，在虛擬軟件世界中，也可以讓用戶在它們前面附加一張色片，然后再看看那是如何改變匹配的。如果TLCI是給制造商為電視應用而設計產品時所使用的工具，那么TLMF則是給實踐工作者使用的工具，它可讓用戶在進入演播室之前預測不同光源真實的混合和匹配效果，而進入演播室后再改變光源常常顯得太遲了。舉例如下。圖10顯示RGB LED混合3 300 K的白光和RGBA LED混合約3 300 K的白光相比較的TLMF。RGBA本身具有相當數量的TLCI值為67，而RGB的TLCI值僅為48。就它們本身而言，兩者各自都是可用的，但是，從顏色測試圖看得很清楚，如果試圖同時使用兩者，那將會一團糟。它們之間的TLMF值僅是7，這意味著它們的相互匹配是非常糟糕的。用戶最好極盡全力將攝像機排列成行，以這種光源組合方式制作優質的畫面。

TLCI和TLMF是全新的度量指標，因而仍處于被采用的早期。然而，毫無疑問它們是需要的，所以筆者期望所有制造商必須將TLCI值應用于它們的產品。筆者仍然不清楚的是顏色修正值將在實踐中多么有用，因為筆者懷疑：TLCI僅僅是即將發布的單一度量指標。（原文《Television Lighting Consistency Index-TLCI》刊登于 《Protocol》雜志2013秋季刊。）

（編輯 張冠華）

Television Lighting Consistency Index – TLCI

Original/ [USA]Mike Wood Translate/YAO Han-chun1

(1. Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China）

Color Rendering Index(CRI) and Color Quality Scale(CQS) are two color rendering index for human eyes, but not suitable for TV cameras. For the application of TV system, the new research and development has released a new metric∶ Television Lighting Consistency Index (TLCI). In this paper, the author described the principle, method and procedure of TLCI, analyzed the content and application of TLCI test report, the relationship between CRI and TLCI, and introduced the Television Luminaire Matching Factor (TLMF).

Television Lighting Consistency Index; Response curve of the human eye; CCD Response curve; Color Correction; Television Luminaire Matching Factor

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.01.001