LED Aydınlatma Sistemlerinde CRI ve Alternatif Metrikler

Transkript

1 LED Aydınlatma Sistemlerinde CRI ve Alternatif Metrikler OVEO ELEKTRONİK Sunum: Orhun Bıçakçı, Yük. Elek. Müh. OVEO bir A.Ş. markasıdır.

2 Anahatlar Işık Kalitesi CCT ve CRI tanımlarını hatırlayalım Test örnekleri CRI: eksikleri ve dezavantajları Mümkün alternatifler

3 Işık Kalitesi Işık Kalitesi Doğrudan kaynakla ilgili: - Kromatisite (CCT??) Kaynağın aydınlatma özellikleri ile ilgili: - Renksel Geriverim (CRI??) - Kromatik Doygunluk - Doğallık - Canlılık

4 CCT ve CRI tanımlarını hatırlayalım CCT (Correlated Colour Temperature): İlişkilendirilmiş Renk Sıcaklığı Termal olmayan bir ışık kaynağının renginin, ideal bir kara cismin hangi sıcaklıktaki ışımasının rengine denk geldiğinin ölçüsü. Güneş, akkor metal, lav gibi ışık kaynaklarında CCT ile gerçek fiziksel sıcaklık birbirine çok yakın. Diğer kaynaklar için CCT, ancak Planck karacisim çizgisine matematiksel olarak yeterince(!) yakın renk koordinatlarına sahip ışık kaynakları için anlamlı.

5 İdeale yakın karacisim

6 CCT ve Duv değerleri +Duv -Duv Kaynak: Sylvania - OSRAM

7 CCT ile ilgili bazı noktalar Tek bir rakam ile tanımlama kolaylığı. Karacisim eğrisinden uzak koordinatlar için anlamlı değil hatta yanıltıcı. +/-Duv değerleri de verilmeli. Aynı CCT değerini farklı koordinatlardan elde etmek mümkün, renk tutarlılığını garanti etmiyor. LED ışık kaynağının fiziksel sıcaklığına bağlı olarak değişim ve kayma gösterebiliyor.

8 Rölatif Işıma Beyaz LED Spektrumu Tipik Beyaz LED spektrumu GaN veya InGaN LED Direkt mavi ışıma bölgesi Fosfordan ikincil ışıma bölgesi Dalgaboyu (nanometre)

9 Beyaz Renk ve Renk Sıcaklığı

10 Renk Geri Verimi - CRI

11 Renk Geri Verimi C. Renksel Geri Verim İndeksi : CRI. Bir ışık kaynağının, objelerin renklerini aslına (?) ne kadar sadık şekilde ortaya çıkardığının bir ölçüsü. En yüksek değer 100. Yüzde olarak verilmesi tamamen yanlış. Ayrıca negatif değerler de mümkün. CRI kavramında bazı sıkıntılar olduğundan, GAI (Gamut Area Index) gibi modern alternatifler ve ek kavramlar geliyor.

12 Renk Geri Verimi

13 RENK GERİ VERİMİ: CRI TEST RENKLERİ (MUNSELL ÖRNEKLERİ) Örnek Adı Munsell Değeri Günışığı altında görünüşü Yaklaşık görünüm TCS01 7,5 R 6/4 Açık grimsi kırmızı TCS02 5 Y 6/4 Koyu grimsi sarı TCS03 5 GY 6/8 Yoğun sarı-yeşil TCS04 2,5 G 6/6 Orta sarımsı yeşil TCS05 10 BG 6/4 Açık mavimsi yeşil TCS06 5 PB 6/8 Açık mavi TCS07 2,5 P 6/8 Açık violet TCS08 10 P 6/8 Açık kırmızımsı mor TCS09 (=R9) 4,5 R 4/13 Koyu kırmızı TCS10 5 Y 8/10 Koyu sarı TCS11 4,5 G 5/8 Koyu yeşil TCS12 3 PB 3/11 Koyu mavi TCS13 5 YR 8/4 Açık sarımsı pembe (cilt rengi) TCS14 5 GY 4/4 Orta zeytin yeşili (yaprak rengi)

14 Testlerin yapıldığı aydınlatma seviyesi önemli: Gündüz ve gece arasındaki algılama farkı (Purkinje etkisinin nedeni): Skotopik Görüş! Fotopik Görüş! Karanlıkta (skotopik) ve Aydınlıkta (fotopik) algılama eğrileri. Yeşil: Skotopik, Siyah: Fotopik.

15 CRI hesabını hatırlayalım: Test edilecek ışık kaynağına anlamlı bir CCT değeri atanabilmeli. 8 adet standart düşük doygunluklu reflektif Munsell renk örneğinin herbirini referans kaynakla aydınlat veya bunu simüle et. Aynı örnekleri test kaynağı ile aydınlat veya bunu simüle et. CIE 1964 W*U*V* renk uzayında sonuçlara karşı gelen koordinatları bul. Kromatik adaptasyon için gerekli dönüşümleri yap. Her bir örnek için referansla olan uzaklıkları hesapla: ΔEi. Örneklere ilişkin spesifik CRI değerlerini (Ri, i=1..8) bul: Ri = ΔEi 8 örneğin CRI değerlerinin aritmetik ortalamasını bul = Ra

16 CRI hesabında varolan sıkıntılar Eş CCT değerine sahip referans kaynak ile eşleştirme yapmanın sakıncaları: Basitçe sadakat ölçülüyor. Çok düşük (kırmızımsı) ve çok yüksek (mavimsi) CCT değerleri için, Planck kaynaklarının kendi renk geriverim performansının (Ra değerleri tanım gereği 100 olsa da!) kötü olması, CCT 5000 K değerinde CRI referans kaynak seçimindeki tanım süreksizliği, Kullanılan eski renk uzayının özellikle kırmızı bölgede üniform olmaması ve CIE tarafından artık önerilmemesi,

17 CRI hesabında varolan sıkıntılar Kullanılan kromatik adaptasyon yönteminin (von Kries) mümkün diğer bazı yöntemlere göre (CIECAM02 gibi) zayıflıkları, Yalnızca 8 düşük veya orta doygunlukta yansıtma örneği kullanılması ve gerçek dünyadaki objelerin genel renk skalasının bu örneklerle kapsanmaması, Spektral dağılımları, LED ürünlerde olduğu gibi, sert iniş-çıkışlar gösteren bazı ışık kaynaklarının, düşük doygunluklu renklerde iyi, ancak yüksek doygunluklu renklerde kötü performansa veya bir yüksek doygunluk bölgesinde çok iyi, bir diğerindeyse çok kötü performansa sahip olmaları,

18 CRI hesabında varolan sıkıntılar Üreticilerin sayısı az olan test örneklerinde iyi performans verecek şekilde spektral dağılımı ayarlayabilme, dolayısıyla da yapay olarak yüksek CRI elde etme olasılığı Basit aritmetik ortalamanın sonucu yanıltıcı şekilde iyi gösterebilmesi: Hatırlayalım: R i = ΔE i ve R a = i=1 ΔE i idi! Bir kara-cisim kaynağa göre olan bütün ton ve doygunluk sapmalarının toplam CRI değerini azaltma yönünde etki etmesi Halbuki pratik uygulamalarda doygunluk artışı ve algılanan parlaklığın yükselmesi arzu edilen şeyler olabilmektedir.

19 CRI kullanımında iyileştirmeler En kolay iyileştirme: CRI renk örneklerinde ortalama hesabına katılmayan R9 (doygun kırmızı) değerinin de CRI değeri ile birlikte müşteriye sunulması ve üreticiden istenmesi gereklidir:

20 Alternatif Yöntemler R96 a : CIE tarafından 1999 da yayınlanmış bir yöntem. Bu yöntemde, 10 adet (Munsell olmayan, Macbeth ColorChecker dan seçilmiş) test örneği, 6 adet referans ışık kaynağı, Yeni bir kromatik adaptasyon yöntemi, Yeni renk uzayı (CIELAB) gibi değişiklikler içermektedir. Bu yöntem fazla yaygınlaşmamıştır.

21 CQS: Alternatif Yöntemler CQS (color quality scale) CQS, mevcut CRI yönteminin bazı değişikliklerle iyileştirilmesine dayanır. Temel düşünce geriverimde CCT kaynağa sadakat kavramından, ışık kaynağının genel renk kalitesi kavramına geçmek yönündedir. 8 yerine 15 Munsell yansıtma renk örneği kullanılmaktadır. Bu örnekler yüksek doygunluk seviyelerine sahiptir ve tüm renk tonu skalasını kapsamaktadır. Renk uzayı, CIE tarafından önerildiği gibi, CIE 1976 L*a*b* (CIELAB) olarak değiştirilmiştir. Hesaplamalarda artık doygunluk artışı puan kaybına neden olmamaktadır. Puan kaybı ancak ton kaymaları, kroma azalmaları gibi değişikliklerde gerçekleşmektedir.

22 CQS (devamı) Alternatif Yöntemler Referans kaynaklar için aşırı yüksek ve özellikle de aşırı düşük CCT değerleri skoru azaltmaktadır. ( CCT 3500 K.. CCT 6500 K) aralığı ise yine mükemmel kabul edilmektedir. Bu konudaki çalışmalar sürmektedir. Renk farklılıkları eskiden basit aritmetik ortalama ile hesaplanmaktayken, şimdi artık RMS yöntemi ile hesaplanarak, tek bir örnekteki ciddi sapmanın bile sonucu etkilemesi sağlanmıştır. CQS yönteminde skala arasına taşınmıştır. Bu durum, ancak çok kötü CRI değerine sahip kaynaklar için önemli olup, CRI değeri 20 nin üzerinde olan ışık kaynakları için pratikte bir fark yaratmamaktadır.

23 CQS (devamı) Alternatif Yöntemler

24 Alternatif Yöntemler GAI Gamut Area Index (Gamut Alanı İndisi) ASSIST tarafından CRI ile birlikte kullanılması önerilmekte olan yeni bir metriktir. Amaç, CQS de de olduğu gibi, basitçe CCT kaynağa sadık şekilde geriverim kavramını gerçek aydınlatmadaki doğallık, renk doygunluğu, ton farklılıkları gibi kavramlarla da birleştirmektir. GAI teriminde sözü edilen alan, CRI hesabında kullanılan 8 adet örneğin, renk uzayında meydana getirdikleri poligonun alanıdır. Bu alanın büyüklüğünün, ışık kaynaklarının renk kalitesinin iyi bir ölçüsü olduğu belirlenmiştir. ASSIST in önerisine göre, ışık kaynaklarının seçiminde hem CRI>80 hem de 80<GAI<100 şartları sağlanırsa sonuçlar tatmin edici olmaktadır.

25 Alternatif Yöntemler GAI Gamut Area Index (Gamut Alanı İndisi) Metal-Halide Floresan Filamanlı HPS Günışığı

26 GAI Gamut Area Index (Gamut Alanı İndisi) GAI: Renk ayrımını doğru yapmakta CRI a göre daha tutarlı: CRI GAI

27 GAI Gamut Area Index (Gamut Alanı İndisi) GAI: Renklerin «canlılığını» belirlemekte tüm testlerde daha başarılı. Renklerin «doğallığını» algılamada CRI ile birlikte kullanılmalı. «Farnsworth-Munsell 100 Renk Testi» gibi ayrım testlerinde kesin olarak daha düşük hataya sebep olmakta.

28 TEŞEKKÜRLER!