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標準光源とは、公表されている分光分布を持つ理論上の可視光源です。標準光源は、異なる照明下で撮影された画像や色を比較するための基準となります。
国際照明委員会(フランス語の略称でCIEと表記されることが多い)は、よく知られているすべての標準光源の発行を担当する機関です。これらの標準光源は、文字、または文字と数字の組み合わせで知られています。
光源A、B、Cはそれぞれ平均的な白熱灯、直射日光、平均的な昼光を表すことを目的として1931年に導入されました。光源D(1967年)は昼光のさまざまなバリエーションを表し、光源Eは等エネルギー光源、光源F(2004年)は様々な組成の蛍光灯を表します。
古い光源に対応する光源(「標準光源」)を実験的に作製する方法については、説明書が存在します。比較的新しい光源(例えばDシリーズ)については、実験者は光源のプロファイルを測定し、公表されているスペクトルと比較する必要があります。[ 1 ]
現時点では、CIE標準光源D65やその他のCCTの異なる光源Dを実現するための人工光源は推奨されていません。光源とフィルターの新たな開発により、最終的にはCIEの推奨に十分な根拠が得られることが期待されます。
— CIE、技術報告書(2004年)測色法、第3版、出版物15:2004、CIE中央事務局、ウィーン
それでもなお、彼らは昼光シミュレータの品質を評価するための指標として、メタメリズム指数と呼ばれる指標を提供しています。 [ 2 ] [ 3 ]メタメリズム指数は、試験光源と基準光源の下で、5組のメタメリズムサンプルがどれだけよく一致するかをテストします。演色評価数と同様に、メタメリズム間の平均差が計算されます。[ 4 ]
CIE は光源 A を次のように定義しています。
CIE標準光源Aは、一般的な家庭用タングステンフィラメント照明を再現することを目的としています。その相対的な分光分布は、約2856 Kの温度におけるプランク放射体の分布に相当します。白熱照明を使用する測色においては、特別な理由がない限り、CIE標準光源Aを使用することをお勧めします。
— CIE、CIE測色標準光源
光源Aを標準化した時点では、(相対SPDに影響を与えない)とが異なっていました。1968年、 c 2の推定値は0.01438 m·Kから0.014388 m·Kに修正されました(それ以前は、光源Aが標準化された時点では0.01435 m·Kでした)。この差異によりプランク軌跡が移動し、光源の色温度は公称2848 Kから2856 Kへと変化しました。
色温度のさらなる変化を避けるため、CIEは現在、c2の元の値( 1931年)に基づいてSPDを直接規定しています。[ 1 ]
係数は、560 nmにおける正規化SPDが100となるように選択されています。三刺激値は( X , Y , Z ) = (109.85, 100.00, 35.58)であり、標準観測者を用いた色度座標は( x , y ) = (0.44758, 0.40745)です。
光源BとCは、容易に実現可能な昼光シミュレーションです。これらは、液体フィルターを用いて光源Aに色調補正を施したものです。Bは正午の太陽光を代表し、相関色温度(CCT)は4874 Kです。一方、Cは平均的な昼光を代表し、CCTは6774 Kです。残念ながら、これらは自然光のどの位相、特に短波長可視光線および紫外線スペクトル領域における近似値としては不十分です。より現実的なシミュレーションが可能になると、光源BとCは廃止され、代わりに光源Dシリーズが採用されました。[ 1 ]
光源 C は CIE 標準光源としての地位を持っていませんが、多くの実用的な測定機器や計算で依然としてこの光源が使用されているため、その相対的なスペクトル分布、三刺激値、および色度座標が表 T.1 および表 T.3 に示されています。
— CIE、出版物15:2004 [ 5 ]
2004 年、光源 B はそれほど評価されませんでした。
1931年にレイモンド・デイビスとカッソン・S・ギブソンによって設計された液体フィルター[ 6 ]は、スペクトルの赤色端で比較的高い吸収率を持ち、白熱電球のCCTを昼光レベルまで効果的に高めます。これは、今日の写真家や映画撮影技師が使用するCTBカラーフィルターと機能は似ていますが、使い勝手ははるかに劣ります。
各フィルターは、蒸留水、硫酸銅、マンナイト、ピリジン、硫酸、コバルト、硫酸アンモニウムを一定量ずつ含む2種類の溶液を使用しています。これらの溶液は、無色のガラス板で隔てられています。成分の量は、その組み合わせによって色温度変換フィルターが生成されるように慎重に選定されています。つまり、フィルターされた光は白色のままです。

Dシリーズの光源は自然光を再現するように設計されており、日光軌跡に沿って配置されています。人工的に生成するのは困難ですが、数学的に特性を記述するのは容易です 。
1964年までに、オタワのカナダ国立研究会議のHW Budde 、ニューヨーク州ロチェスターのイーストマン・コダック社のHR ConditとF. Grum [ 7 ]、そしてロンドン北部エンフィールドのThorn Electrical IndustriesのST HendersonとD. Hodgkiss [ 8 ]によって、日光のスペクトル分布(SPD)が独立して測定され、合計622のサンプルが測定されました。Deane B. Judd、David MacAdam、Günter Wyszeckiはこれらのサンプルを分析し、 (x、y)色度座標が単純な二次関係に従うことを発見しました。これは後に日光軌跡として知られるようになりました。[ 9 ]
特性ベクトル解析の結果、SPDは平均(S0)と最初の2つの特性ベクトル(S1とS2)を用いて十分に近似できることが明らかになった。[ 10 ] [ 11 ]

より簡潔に言えば、研究対象とした日光サンプルのSPDは、3つの固定SPDの線形結合として表すことができます。最初のベクトル(S 0)はすべてのSPDサンプルの平均であり、固定ベクトルのみで形成できる最良の再構成SPDです。2番目のベクトル(S 1)は、黄と青の変化(軌跡に沿って)に対応し、間接光と直射日光の比率による相関色温度の変化を考慮しています。 [ 9 ] 3番目のベクトル(S 2)は、水蒸気や霞の形で存在する水によって引き起こされるピンクと緑の変化(軌跡に沿って)に対応しています。[ 9 ]

DシリーズがCIEによって正式化された頃には、[ 12 ]特定の等温線における色度の計算が組み込まれていました。 [ 13 ]その後、 Juddらは、地球の大気の月の分光吸収データを使用して、再構成されたSPDを300 nm~330 nmおよび700 nm~830 nmに拡張しました。 [ 14 ]現在CIEによって提示されている表形式のSPDは、10 nmのデータセットを5 nmまで線形補間することによって導出されています。[ 15 ]しかし、代わりにスプライン補間を使用するという提案があります。[ 16 ]
同様の研究は世界各地で行われており、ジャッドらの解析を現代の計算手法を用いて再現している。これらの研究のいくつかでは、日光軌跡はジャッドらの解析よりもプランク軌跡に著しく近いことが示された[ 17 ] [ 18 ]。
CIE は D65 を標準的な昼光光源として位置付けています。
[D65]は平均的な日光を表すことを意図しており、相関色温度は約6500Kです。異なる光源を使用する特別な理由がない限り、代表的な日光を必要とするすべての測色計算では、CIE標準光源D65を使用する必要があります。日光の相対的な分光分布は、季節、時間帯、地理的な場所の関数として、特に紫外線スペクトル領域において変動することが知られています。
— ISO 10526:1999/CIE S005/E-1998、CIE測色標準光源[ 19 ]

Dシリーズ光源の相対スペクトルパワー分布(SPD)は、CIE 1931色空間における色度座標から求めることができます。[ 20 ]まず、色度座標を決定する必要があります。
ここで、Tは光源の CCT です。標準光源 D 50、 D 55、 D 65、 D 75の CCT は、その名前から想像されるものとは若干異なることに注意してください。例えば、D50 の CCT は 5003 K(「地平線」光)ですが、D65の CCT は 6504 K(正午の光)です。これは、プランクの法則の定数の元々実験的に決定された値が、これらの標準光源の定義以降、より正確に知られるようになった(そして現在では国際単位系で固定値となっている)ためです。これらの標準光源の SPD はプランクの法則の元の値に基づいています。[ 1 ]同じ矛盾はDシリーズのすべての光源(D 50、D 55、D 65、D 75)に当てはまり、公称色温度に を掛けることで「修正」できます。たとえば、 D 65の場合は です。
これらの座標に対応するDシリーズSPD(S D )を決定するには、特性ベクトルS 1とS 2の係数M 1とM 2を決定します。
ここで、図に示されている平均SPDと最初の2つの固有ベクトルSPDである。[ 20 ]特性ベクトルは両方とも560 nmでゼロとなる。これは、すべての相対SPDがこの波長を基準に正規化されているためである。標準光源の公開データのすべての有効桁数を一致させるため、S Dを計算する前に、M 1とM 2の値を小数点以下3桁に丸める必要がある。[ 1 ]
標準2°観測者を用いた場合、D65のCIE 1931色空間色度座標は[ 21 ]
XYZ三刺激値( Y = 100に正規化)は、
補助的な10°観測者の場合、
対応するXYZ三刺激値は
D65 は白色光を表すため、その座標も白色点となり、相関色温度6504 Kに相当します。HDTVシステムで使用されるRec. 709 は、CIE 1931 座標を x=0.3127、y=0.329 に切り捨てます。
実際の昼光光源は存在せず、シミュレーターのみが存在する。Dシリーズ光源を模倣した実用的な光源を構築することは困難な問題である。色度は、よく知られた光源に、フィルター付き白熱電球を用いたSpectralight IIIなどのフィルターを適用するだけで再現できる。[ 22 ]しかし、これらの光源のSPDはDシリーズSPDから外れており、CIEメタメリズム指数の性能が悪くなる。[ 23 ] [ 24 ] 2010年代には、A、D、E光源を高演色性で容易に模倣できるリン光体コーティングされた白色LEDによって、より優れた光源が実現された。 [ 25 ]

光源Eは等エネルギー放射体であり、可視スペクトル内で一定のSPDを持ちます。理論的な基準として有用であり、すべての波長に等しい重みを与える光源です。また、CIE XYZ三刺激値も等しいため、色度座標は(x,y)=(1/3,1/3)となります。これは設計によるもので、XYZ等色関数は可視スペクトル全体にわたる積分値が等しくなるように正規化されています。[ 1 ]
光源Eは黒体ではないので色温度を持たないが、CCTが5455KのDシリーズ光源で近似することができる。(標準光源の中ではD55が最も近い。)メーカーは励起純度を計算するために光源を光源Eと比較することがある。[ 26 ]
CIE出版物15.2では、いくつかの蛍光灯を代表する12の新しい照明が導入され、シリーズF[ 27 ]は後にCIE出版物15:2004以降FLシリーズに改名されました[ 5 ] 。元の12の標準は3つのグループに分けられています。
グループ内の各色はそれぞれ異なるCCT(共線放射温度係数)を表すため、蛍光体の重量を調整することで所望のCCTを実現できます。CIEは、これらの3つのグループそれぞれにおいて、FL2、FL7、FL11がそれぞれのグループを代表するものとして「優先」されると述べています。[ 5 ]
CIE 15:2004では、異なる種類の蛍光灯を代表する15の新しい蛍光光源が導入され、サブシリーズFL3を構成しています。[ 5 ]これらの15の規格は5つのグループに分類されています。
CIE 15:2004では、異なる種類の高圧放電ランプを表す5つの新しい光源が導入され、HPシリーズを構成している。[ 5 ]
CIE Publication 15:2018では、2700~6600 KのCCTを持つ白色LEDを代表とする9つの新しい光源が発表されている。 [ 28 ] LED-B1からB5は、蛍光体変換青色光を用いた標準LED光源を定義している。LED-BH1は、蛍光体変換青色LEDと赤色LEDの混合を定義している。LED-RGB1は、 3色LEDミックスによって生成される白色光を定義している。LED-V1とV2は、蛍光体変換紫色光を用いたLEDを定義している。
CIE出版物184:2009は、自然な室内光を表す2つの新しい光源を導入し、[ 29 ]後にCIE 15:2018でシリーズIDとして含まれました。 [ 28 ] ID50とID65は、窓ガラスでフィルタリングされ、紫外線成分が除去された屋外のD50とD65に相当します。[ 29 ]屋内のCCTは、屋外のCCTに比べて約100K高く(寒色系)なります。
標準光源のスペクトルは、他の光プロファイルと同様に、三刺激値に変換できます。光源の3つの三刺激座標の集合は白色点と呼ばれます。プロファイルを正規化すると、白色点は色度座標のペアとして等価的に表現できます。
画像が三刺激座標(または三刺激座標と相互に変換可能な値)で記録されている場合、使用される光源の白色点は、蛍光がない場合に画像内の任意の点で記録される三刺激座標の最大値を示します。これを画像の白色点と呼びます。
ホワイト ポイントを計算するプロセスでは、光源のプロファイルに関する大量の情報が破棄されるため、光源ごとに正確なホワイト ポイントを計算できるのは事実ですが、画像のホワイト ポイントを知るだけでは、その画像を記録するために使用された光源について多くのことがわかるわけではありません。
標準化光源、完全反射(または透過)拡散板のCIE色度座標(x,y)、および相関色温度(CCT)のリストを以下に示します。CIE色度座標は、視野角2度(1931年)と視野角10度(1964年)の両方について示されています。[ 30 ]色見本は、Wikipediaの色温度テンプレートを使用して自動的に計算された各白色点の色を表しています 。
| 名前 | CIE 1931 2° | CIE 1964 10° | CCT ( K ) | 注記 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| × 2° | y 2° | × 10° | y 10° | |||
| あ | 0.44758 | 0.40745 | 0.45117 | 0.40594 | 2856 | 白熱灯 / タングステン |
| B | 0.34842 | 0.35161 | 0.34980 | 0.35270 | 4874 | 時代遅れ、正午の直射日光 |
| C | 0.31006 | 0.31616 | 0.31039 | 0.31905 | 6774 | 廃止、平均 / 北天昼光NTSC 1953 [ 35 ]、PAL-M [ 36 ] [ a ] |
| D50 | 0.34567 | 0.35850 | 0.34773 | 0.35952 | 5003 | ホライゾンライト、ICCプロファイルPCS [ a ] |
| D55 | 0.33242 | 0.34743 | 0.33411 | 0.34877 | 5503 | 午前中/午後の日光 |
| D65 | 0.31272 | 0.32903 | 0.31382 | 0.33100 | 6504 | 正午の日光:テレビ、sRGBカラースペース[ a ] |
| D75 | 0.29902 | 0.31485 | 0.29968 | 0.31740 | 7504 | 北の空の昼光 |
| D93 | 0.28315 | 0.29711 | 0.28327 | 0.30043 | 9305 | 高効率青色蛍光体モニター、BT.2035 [ a ]、NTSC-J [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] |
| E | 0.33333 | 0.33333 | 0.33333 | 0.33333 | 5454 | 等しいエネルギー |
| FL1 | 0.31310 | 0.33727 | 0.31811 | 0.33559 | 6430 | 昼光蛍光灯 |
| FL2 | 0.37208 | 0.37529 | 0.37925 | 0.36733 | 4230 | クールホワイト蛍光 |
| FL3 | 0.40910 | 0.39430 | 0.41761 | 0.38324 | 3450 | 白色蛍光灯 |
| FL4 | 0.44018 | 0.40329 | 0.44920 | 0.39074 | 2940 | 温白色蛍光灯 |
| FL5 | 0.31379 | 0.34531 | 0.31975 | 0.34246 | 6350 | 昼光蛍光灯 |
| FL6 | 0.37790 | 0.38835 | 0.38660 | 0.37847 | 4150 | 明るい白色蛍光灯 |
| FL7 | 0.31292 | 0.32933 | 0.31569 | 0.32960 | 6500 | D65シミュレーター、日光シミュレーター |
| FL8 | 0.34588 | 0.35875 | 0.34902 | 0.35939 | 5000 | D50シミュレーター、シルバニアF40デザイン50 |
| FL9 | 0.37417 | 0.37281 | 0.37829 | 0.37045 | 4150 | クールホワイトデラックス蛍光灯 |
| FL10 | 0.34609 | 0.35986 | 0.35090 | 0.35444 | 5000 | フィリップス TL85、ウルトラルーム 50 |
| FL11 | 0.38052 | 0.37713 | 0.38541 | 0.37123 | 4000 | フィリップス TL84、ウルトラルーム 40 |
| FL12 | 0.43695 | 0.40441 | 0.44256 | 0.39717 | 3000 | フィリップス TL83、ウルトラルーム 30 |
| FL3.1 | 0.4407 | 0.4033 | 2932 | 標準ハロリン酸塩 | ||
| FL3.2 | 0.3808 | 0.3734 | 3965 | 標準ハロリン酸塩 | ||
| FL3.3 | 0.3153 | 0.3439 | 6280 | 標準ハロリン酸塩 | ||
| FL3.4 | 0.4429 | 0.4043 | 2904 | デラックスタイプ | ||
| FL3.5 | 0.3749 | 0.3672 | 4086 | デラックスタイプ | ||
| FL3.6 | 0.3488 | 0.3600 | 4894 | デラックスタイプ | ||
| FL3.7 | 0.4384 | 0.4045 | 2979 | 3バンド | ||
| FL3.8 | 0.3820 | 0.3832 | 4006 | 3バンド | ||
| FL3.9 | 0.3499 | 0.3591 | 4853 | 3バンド | ||
| FL3.10 | 0.3455 | 0.3560 | 5000 | 3バンド | ||
| FL3.11 | 0.3245 | 0.3434 | 5854 | 3バンド | ||
| FL3.12 | 0.4377 | 0.4037 | 2984 | マルチバンド | ||
| FL3.13 | 0.3830 | 0.3724 | 3896 | マルチバンド | ||
| FL3.14 | 0.3447 | 0.3609 | 5045 | マルチバンド | ||
| FL3.15 | 0.3127 | 0.3288 | 6509 | D65シミュレーター | ||
| HP1 | 0.533 | 0.415 | 1959 | 標準高圧ナトリウムランプ | ||
| HP2 | 0.4778 | 0.4158 | 2506 | 色彩強化高圧ナトリウムランプ | ||
| HP3 | 0.4302 | 0.4075 | 3144 | 高圧メタルハライドランプ | ||
| HP4 | 0.3812 | 0.3797 | 4002 | 高圧メタルハライドランプ | ||
| HP5 | 0.3776 | 0.3713 | 4039 | 高圧メタルハライドランプ | ||
| LED-B1 | 0.4560 | 0.4078 | 2733 | リン光変換青 | ||
| LED-B2 | 0.4357 | 0.4012 | 2998 | リン光変換青 | ||
| LED-B3 | 0.3756 | 0.3723 | 4103 | リン光変換青 | ||
| LED-B4 | 0.3422 | 0.3502 | 5109 | リン光変換青 | ||
| LED-B5 | 0.3118 | 0.3236 | 6598 | リン光変換青 | ||
| LED-BH1 | 0.4474 | 0.4066 | 2851 | 蛍光体変換青色LEDと赤色LEDの混合(ブルーハイブリッド) | ||
| LED-RGB1 | 0.4557 | 0.4211 | 2840 | 赤、緑、青のLEDの混合 | ||
| LED-V1 | 0.4548 | 0.4044 | 2724 | リン光変換紫色 | ||
| LED-V2 | 0.3781 | 0.3775 | 4070 | リン光変換紫色 | ||
| ID50 | 0.3432 | 0.3602 | 5098 | 自然な屋内光 | ||
| ID65 | 0.3107 | 0.3307 | 6603 | 自然な屋内光 | ||
標準光源D55、D65、またはD75のシミュレータとしてのテスト光源の適合性を評価する方法が提供されています。1999年に作成されたこの補足資料では、CIE光源D50が、この方法を適用できる光源のラインに追加されています。これらの標準光源それぞれについて、メタメリックマッチである5組の非蛍光サンプルの分光放射輝度係数データが提供されています。5組の測色差はテスト光源について計算され、これらの差の平均が可視域メタメリズム指数として採用され、非蛍光サンプルのシミュレータとしてのテスト光源の品質の尺度として使用されます。蛍光サンプルの場合、品質は紫外線範囲のメタメリズム指数の観点からさらに評価されます。メタメリズム指数は、標準光源下で条件等色となる蛍光サンプルと非蛍光サンプルで構成されるさらに 3 組のサンプルについて、テスト光源で計算された色差の平均として定義されます。
その後、
S
0
(
λ
)、
S
1
(
λ
)、
S
2
(
λ
)関数は5 nmステップで線形補間され、さらに細かいステップサイズでも線形補間が推奨されるようになりました。
導出された色度は、北半球で得られた既報の値よりも、放射軌跡全体に非常に近いことがわかった。
標準光源D55、D65、またはD75のシミュレータとしてのテスト光源の適合性を評価する方法が提供されています。1999年に作成されたこの補足資料では、CIE光源D50が、この方法を適用できる光源のラインに追加されています。これらの標準光源ごとに、メタメリックマッチである5組の非蛍光サンプルの分光放射輝度係数データが提供されています。5組の測色差はテスト光源について計算され、これらの差の平均が可視域メタメリズム指数として採用され、非蛍光サンプルのシミュレータとしてのテスト光源の品質の尺度として使用されます。蛍光サンプルの場合、品質は紫外線範囲のメタメリズム指数の観点からさらに評価されます。メタメリズム指数は、標準光源下で条件等色となる蛍光サンプルと非蛍光サンプルで構成されるさらに 3 組のサンプルについて、テスト光源で計算された色差の平均として定義されます。
はいくつかの異なる白色光源の色座標を定義していますが、LumiledsではCIE光源Eがすべての色計算に使用されています。
...基準白色は、CIE 光源 D65 のスペクトル特性および/または色彩特性を持つ光に対応するのが標準です (標準白色基準が 9300 K である日本を除く)。
日本では、スタジオモニターの色度は9300KのDホワイトに調整されています。
"D93: D93は9,305 K色温度であり、日本におけるモニターの基準白色として使用されています。" [D93は9,305 Kの色温度を表し、日本におけるモニターに使用される白色基準です。]