LEDs：光质胜于光量

如果你曾经设计过LED照明，你可能遇到过一些宣传高色彩还原指数（CRI）的非常昂贵的LED，并可能认为更便宜的LED会更好，让你用同样的金额获得更多的光输出。然而，如果你即将设计LED照明，而对色彩还原指数并不真正熟悉，那么现在可能是学习它的好时机。LED的色彩还原指数到底有多重要呢？

根据你的应用场景，色彩还原指数可能会是产品从优秀到糟糕的决定性因素。如果你的应用涉及食品、零售展示、摄影或摄像，那么色彩还原指数绝对至关重要，比绝对亮度更为重要。

作为一名业余摄影师，我倾向于在个人项目中使用97+ CRI的白光LED。作为个人项目，高CRI LED与普通白光LED之间的成本差异并不大，而且知道光线会让颜色看起来非常美丽，这给我带来了满足感。并不是每个人都像我一样对通过昂贵的高CRI LED实现的鲜艳、生动的颜色有同样的欣赏，我希望通过本文中的一些测试来改变这一点。

我在YouTube上看过一些关于使用便宜的LED条制作大型、明亮的DIY面板灯的视频。他们宣传的LED条确实非常便宜，然而，光的质量也是如此。几年前我在一个研究实验室工作时，我为一个内部使用的LightBoard项目指定了一条95+ CRI的LED条。我的一些同事对LED条的成本大吃一惊，当时的成本几乎是在线市场上出售的同长度最便宜LED条的20倍。我的关于光质量的论点最终占了上风，项目最终看起来非常壮观，光板上的写字非常明亮且色彩鲜艳，远远超过了便宜条能产生的任何效果。

当时，我没有机会通过并排比较展示昂贵的灯条与便宜的灯条，所以我决定在这里分享我对高质量LED的热爱。

我前往亚马逊，购买了我能找到的最便宜的5米LED条。我的购买是‘12V LED Ribbon Waterproof Flexible LED Tape 5050 SMD 300 LEDs’。

然后我开始在英国照明供应网站上搜索‘高CRI LED条’。我唯一感兴趣的是色彩还原指数，而不是亮度、电压或电流。我希望找到一些日光/中性白光LED，以便我可以在另一个项目中重复使用。以亚马逊LED的价格大约15倍的价格，我本可以购买一些96 CRI的LED条，但供应商缺货了。我选择了更便宜的90 CRI LED条，它的价格只是亚马逊LED的大约5倍，因为它只以10米包装出售。我希望能找到95+的，但没有找到，我希望90 CRI足以证明我的观点。

什么是色彩还原指数

此时，你可能会好奇什么是色彩还原指数，以及为什么我对它如此着迷。色彩还原指数是衡量人造白光质量的一种指标，以100%的阳光作为黄金标准进行比较。阳光是我们的眼睛适应的光源，它提供了一个非常均匀的光谱，让我们看事物。CRI是通过比较一系列CIE标准色样与同色温的参考光源，然后查看差异百分比来计算的。我的90 CRI LED灯条与太阳相比大约缺少了10%的可见光谱，这就是为什么我更希望有一个95+的。

色彩还原指数与色温无关。一个便宜的冷白色LED通常会比一个便宜的日光色温度的CRI低，因为日光LED自然需要更多的红光。然而，一个好质量的冷白色LED仍然可以有95+的CRI，因为它只需要制造商提供更专业的荧光材料。

低成本的LED往往有低质量的光输出，因为它需要一种专门的不同荧光材料的混合，以创造出看到所有自然颜色所需的所有波长的光。你可以使用单个RGB LED自己制造一个白色LED，只需同时打开所有的发光体。这会产生一个非常低质量的光，正如你自己经历的那样，因为这种光在光谱上只有3个点 - 红色、绿色和蓝色。

张俊超，快照多波长干涉显微镜。光学快报。26. 18279. 10.1364/OE.26.018279。

对于我们这些能看到红色、绿色和蓝色的眼睛来说，这看起来像是白光。然而，反射在像红苹果这样简单的物体上的光看起来就不对了。苹果看起来暗淡、无生气，或许有点病态，因为从它身上反射回来的只有红光谱中很小的一部分。

如果我们将我们非常差的光质量RGB示例与阳光比较，你可以立即看出它是一个差劲的替代品。

来源：重新审视紫外线对眼睛的伤害：眼睛-太阳保护因子（E-SPF^®），一种新的眼镜紫外线保护标签。临床眼科学（奥克兰，新西兰）。8. 87-104. 10.2147/OPTH.S46189。

为了测试色彩还原指数，实验室会在15个测试色样上照射待测光源，然后测量并与参考光源（太阳）进行比较反射。这为每个色样提供了一个R值，即待测光源还原该颜色的忠实度。CRI是R_a，或所有色样的平均反射率，因此你可能会看到一些制造商将CRI列为R_a，或使用R_a作为“单位”。

通常，95 CRI被认为是“高”的。然而，一些制造商可能会将这个标准降低到90，正如我的相对便宜的“高CRI”LED灯条的制造商所做的那样。非常便宜的LED灯条大约在30-50 CRI，你通常可以认为一个不会宣传其白色LED的CRI的制造商是相当差的。

如果您使用低显色指数（CRI）的灯光，物体的外观可能不符合观察者的预期。如果您正在为餐厅或超市的生鲜区设计照明，顾客可能会觉得食物看起来不对劲，或许看起来质量不高，因为它看起来并不符合他们的预期。

如果您为摄影或摄像设计照明，低显色指数的光源会导致颜色暗淡，以及使人看起来病态的肤色。在后期制作中也没什么办法修复这个问题，因为那些波长的光根本就没有被相机捕捉到。

测试设置

既然您已经知道了什么是CRI，让我们回到测试上来。我已经把防静电垫从我部分搭建好的实验桌上拿下来，形成测试区域。现在是夜晚，除了LED灯和相对暗淡的实验室电源供应器屏幕外，没有其他光源。我已经从每个5米长的LED卷轴上取下大约900mm的LED条进行测试。

使用高质量和廉价LED条带测试光质。

测试设置很简单：我的Rigol DP832电源供应器为每个LED条带供电，它们一端固定在小型三脚架上，另一端用胶带固定在我的放大灯上。两个LED条带被胶带固定在一起，因此它们将沿着相同的路径，这将导致条带之间的照明均匀。每个测试对象将被每个LED条带照亮拍照，结果是每个测试对象有两张照片，一张由廉价LED条带照亮，另一张由90+ CRI LED条带照亮。

我的测试对象是：

• 来自亚马逊的廉价彩色铅笔，尽可能选择最广泛的颜色范围。
• 一张Datacolour SpyderChecker 24色彩校正图。
• 一套廉价的艺术粉彩。

色彩校正图是一个高质量的行业标准图，用于照片和视频的后期制作中的色彩校正。它并非用于CRI测试的相同颜色，但它确实为我们提供了高质量的参考颜色。

对于相机，我使用的是尼康D5600，拍摄原始14位图像，配备Sigma 18-35mm F/1.8镜头，在22mm的变焦距离下，光圈为f/6.3。尽管相机只能看到特定的红色、绿色和蓝色波段，但通过查看测试照片，我会说仅仅在两种LED条带之间切换的差异甚至对肉眼来说更加明显。照片经过编辑以确保曝光正确，并确保白平衡设置为DXO Optics Pro 11中色彩测试图的第三级灰度。正如您将在测试照片中看到的，廉价LED条带在超过第三级灰度时开始出现困难。

由于我们对这次测试中的光量不感兴趣，光线在测试对象上的不均匀分布是无关紧要的。我们只关心相机能看到哪些颜色。在测试图像中，我试图匹配两张图片中中蓝色的亮度，因为这些颜色是由两种LED条带最平等呈现的。

测试图像

我为廉价LED灯带设置的白平衡结果为8675开尔文，色彩偏移为-66。

昂贵的LED灯带为4295开尔文（宣称为4000K），色彩偏移为-43。

测试图表

测试图表比较了廉价LED灯带与昂贵的90+ CRI LED灯带。

每个方框的左上角是廉价LED灯带，右下角的颜色是声称90+ CRI的昂贵LED灯带。最上面两个最右边的方框是肤色，底部行应该是完美的灰色，能够均匀反射整个可见光谱。

你可以在测试图表中看到，当使用廉价LED灯带时，红色方框非常暗，因为没有太多光线反射回来。对于两者，纯蓝色看起来非常相似，证实了良好的白平衡和两幅图像之间相当接近的曝光匹配。

粉彩

注意右上角的颜色看起来非常暗淡无生气。

对于粉彩，我使用了与测试图表确定的相同的白平衡设置。这些图像的分割相同，廉价LED灯带在右上角，昂贵的高CRI LED灯带在右下角。

同样，我们看到在较便宜的LED灯带下，明亮的黄色看起来非常暗淡无生气。低成本LED灯带下的粉红色几乎看起来像紫色。想象一下培根、火腿或新鲜的鸡胸肉会是什么样子！

铅笔

对于大多数颜色来说，差异如同白天与黑夜。

对于这张图片，我采用了高CRI和低CRI LED照明的交替行。由于相机在拍摄廉价LED灯带照片时略微倾斜，铅笔没有完全对齐，但它们应该足够好地进行比较。

我喜欢这张图片展示的大多数蓝色看起来非常相似，然而需要一点红色才能看起来像紫色的紫色和粉色，看起来真的很奇怪。黄色，再次，看起来非常暗淡无生气，红色非常暗。

对测试图像的思考

我以前从未像这样对比测试过LED灯带，测试时的差异非常明显。便宜的LED灯带在你眼中看起来非常不对劲，即使消耗的电流相同，也显得明显更暗。尽管昂贵的灯带只有90 CRI，但它看起来和感觉都非常温馨和令人愉悦。这感觉就像从春天的一天里灯光昏暗的办公室走出来，阳光不是太亮，但足够温暖而舒适。低成本的LED灯带感觉就像回到室内，去完成你已经拖延了几周的报告工作。

相机捕捉到了很多光质的差异，但实际上并没有完全捕捉到。在我的电脑上看这些图片时，我可以看到便宜LED灯带的颜色看起来不太对劲，图像看起来暗淡无光。我们的眼睛对颜色的感知能力比相机要好得多，更完整的光谱看起来明显更亮丽，更令人愉悦。

这些情感和感受也会影响零售客户对展示产品的感觉。如果你在商店里用便宜的LED灯照亮一个漂亮的物品，它就不会像被高质量LED灯带照亮时那样有吸引力或诱人。作为一个工程公司，你的潜在客户是零售商店；你的工作是让他们的产品看起来尽可能好，以吸引顾客在商店里进行购买。如果你在你的设备中使用大量低质量的照明，它可能非常明亮但不会促进产品销售。

同样，如果你正在为酒吧或餐厅设计一个定制的照明解决方案，你要确保反射在顾客消费的每一点光都使其看起来诱人且美味。

良好的照明不仅仅对零售、农产品和餐馆重要。如果你正在为颜色机器视觉设计照明，确保照明质量良好将为计算机提供更亮丽、更鲜艳的颜色来工作，这将反过来提高机器视觉算法的质量。

结论

下次你购买白色LED时，考虑基于颜色呈现指数来选择，以确保你照亮的对象看起来生动且美丽。Octopart有一个CRI过滤器，如果你点击这里，我已经预先过滤了Octopart所知道的所有LED，只显示90到100 CRI的LED。现在，你有了一个很好的LED列表，你可以开始按价格排序并过滤光通量或光强度。

在选择项目部件时，很多时候信号质量比信号数量重要得多。我们在使用的许多设备中都会考虑信噪比，并为能够适应预算的最高性能部件进行优化。当涉及到照明时，我们正在优化的传感器是人类（或机器人！）的眼睛。CRI只是选择一个伟大的LED项目的众多因素之一，但我觉得它可能是最重要的一个，因为它可以对观看被照亮主题的观众的感受和情绪产生如此多的影响。

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