定义
可用于估计使用特定光源时感知颜色的准确性的量。
物体颜色的感知可以通过用于照明的光源的某些光谱特性来改变。 显色指数（CRI）是一种定量度量，用于估计特定光源的这种效果有多强。
在下文中，解释了物体颜色感知的物理基础，以及照明细节在该上下文中扮演的角色。 随后，解释了显色指数定义的基本原理，并讨论了一些典型案例。 另请参阅有关色觉的文章，了解更基本的方面。
物理原理
色彩感知和照明
白色照明光可以通过波长相关的透射或反射变成彩色光。
只有在提供合适的照明时，才能看到物体的颜色。 颜色感知的最基本条件是入射光包含大量光谱分量，这些光谱分量与不同的颜色相关联。 通常，人们会使用白光，例如日光，是所有可见光谱成分的混合物，或一些人造白光源。 然后根据波长相关的透射率或反射率修改在有色物体上透射或反射（或散射）的光的色彩平衡。 因此，透射光或反射光产生彩色印象，而入射白光在引导时不产生到达眼睛。 例如，如果物体强烈吸收入射光的较短波长成分（在蓝色和紫色区域），则透射或反射光将主要由较长波长的成分组成，从而产生物体的红色或橙色外观。 同样，如果保留白光的中波长分量，而较长和较短波长分量衰减，则会出现绿色外观。
非白光的问题
如果照明灯不是白色的，则会出现最严重的颜色感知问题。 一个极端的例子是使用低压钠蒸气灯照明，它只发出黄光——离单色光（单色光）不远。 在这种情况下，任何被照亮的物体都不会呈现绿色、蓝色或深红色，因为在这种情况下根本不存在具有这种颜色的光（除非物体表现出荧光）。
结构化光谱的情况
如果照明光包含宽但不连续的波长分量分布，例如，如果光源的光谱仅由有限数量的光谱线组成，则会出现不太严重的颜色感知问题。 然后，照明灯可能仍然呈现白色，例如与日光非常相似，并且被照亮的物体可以呈现各种颜色。 然而，颜色印象可能与宽带（连续光谱）照明的色彩印象大为偏差。
它取决于彩色对象的细节，其颜色外观如何取决于照明的属性。
例如，考虑一个物体，它有效地散射大多数波长分量，同时强烈吸收狭窄范围的波长分量，例如在蓝色光谱范围内。 如果光源碰巧仅在该强吸收区域内发出蓝光，则可能会出现强烈的颜色印象（例如深度饱和的橙色）。 然而，在日光下，橙色的饱和度要低得多，因为由于吸收带宽窄，只有一小部分入射蓝光可以被吸收。
另一个物体，蓝色区域的吸收更宽，但在光源的发射线之外，在人工照明下可能呈现白色，因为它不能吸收任何入射光，而在日光下它看起来是彩色的。 这种颜色偏差是指此类光源的显色能力有限。
显色性有限的常见光源
各种人造光源都会出现此类颜色感知问题，特别是以下类型：
荧光灯、一些其他气体放电灯和LED灯是典型的光源，其显色性可能很差。
- 荧光灯表现出光谱线的某种组合（通常高于某个连续体），由所使用的荧光粉类型决定。 早期的型号包含荧光粉，其发光基本上仅在两个不同的波长区域，具有相当差的显色性能。 如今，三磷混合物很常见；这大大提高了显色性，也提高了发光效率。 有特殊的荧光粉混合物，具有更好的显色性，但功效降低。
- 一些其他类型的气体放电灯也发出光谱具有突出峰值的光，但根据灯的类型，也可以有一个广泛的连续体 - 特别是对于高压放电灯。 例如，基于氙气的高强度放电灯具有相当平滑的发射光谱，导致最小的颜色偏差。
- 白光发光二极管（LED）也具有相当结构化的光谱 - 通常是由LED直接发射的蓝光与荧光的组合，例如在荧光粉的黄色光谱区域中，荧光粉通过吸收部分蓝光激发。 就像荧光灯一样，有不同的LED设计，使用不同的荧光粉，在显色性方面可能会有很大差异。
显色性限制有多严重？
色彩感知问题在实践中有多严重，取决于三个方面：
显色性不仅取决于光源，还取决于被照亮的物体以及应用对色彩的重视程度！
- 关于光源光谱的细节，
- 被照物体的光谱特性（例如，它们是否表现出狭窄的吸收特征），以及
- 关于应用程序对颜色的批评程度。
例如，颜色细节对于办公室和制造工作场所的照明通常不是特别重要，而在时尚或艺术的背景下，它们可能至关重要。 幸运的是，大多数有色物体的光谱吸收特征都是相对宽带的，因此很少有真正严重的颜色偏差，即使是具有相当结构化光谱的光的照明。
显色指数的定义
光源显色指数的测定需要一个相当复杂的过程。
如上所述，虽然显色问题的原理早已为人所知，但很难将显色指数（CRI）作为光源显色质量的定量衡量标准。 这项工作由CIE，国际照明委员会监督。 已经开发了一种相当复杂的程序来确定光源的CRI。 首先确定光源的相关色温。 然后定义一个参考光源，如果色温低于 5000 K，则为黑体光源，在其他情况下为 CIE 标准光源 D。 （请注意定义在 5000 K 处的不连续性。 对于一些标准化测试样品，基本上测量测试源和参考源之间的颜色外观偏差，并以数学上复杂的方式组合结果以最终获得显色指数。 在理想情况下（例如黑体辐射），该数字为100，否则更低。 负值原则上是可能的，但在实践中基本上不会发生。
显色指数仅针对或多或少的白色光源定义，尽管色温可能会在很大范围内变化。
请注意，显色性在显示器（例如液晶显示器）中也可能是一个重要问题。 但是，显色指数的概念不能在那里应用；这同样适用于基于 RGB 源的显示器。 原因是在这种情况下不涉及照亮彩色物体的方面。
照明案例示例
对于许多具有平滑、连续光谱的光源，例如包括卤素灯在内的白炽灯，以及高压氙灯，显色指数高于 95。 这样，即使在关键应用中也不应该有明显的显色性问题。 一般来说，CRI值高于90可以被认为是优秀的。
荧光灯通常被认为在显色性方面很差，但这并不总是正确的。
具有旧式荧光粉（卤磷酸钙荧光粉）的荧光灯在50至70左右表现出相当低的CRI值。 对于如此差的值，可能会出现明显的颜色偏差，这对于普通照明应用仍然可以被认为是可以接受的。 然而，含有铕和铽并发出蓝色、绿色和橙红光组合的第三代三荧光粉灯在 CRI（约 85）和发光效率（80-95 lm/W）方面表现要好得多。 此外，还有CRI为95甚至更高的多荧光粉管，提供接近完美的显色性，但通常发光效率较低，有效地导致更高的电力消耗。 因此，通常在最佳CRI和最高功效（能源效率）之间进行权衡，有时还需要权衡制造成本。 因此，许多灯具用于显色性相当好但技术上可能不是最高的实际。
普通消费类LED灯的显色指数通常在80左右。 通过改进的设计，值可以高于 90。 然而，这不仅可能导致生产成本增加，还会导致发光效率降低——就像荧光灯一样。
显色指数的限制
CIE定义的显色指数是衡量光源显色质量的合理指标。 但是，这个概念并不完美：
- 如上所述，该方法的应用相当复杂。
- 由于各种缺陷，CRI不是一个完全可靠的衡量标准。 已经提出了改进版本，例如增加测试样本数量和修改颜色转换。
尽管如此，CIE的官方形式的CRI仍然是最广泛接受的措施。 现在常见的照明产品的规格除了色温和发光效率外，还包含显色指数。
