1 显色指数与光源颜色质量评价
如今人们对室内照明质量的要求越来越高，照明评价也从过去以照度为主要指标，向基于舒适性的综合评价发展。其中光源的颜色质量(color quality)是决定室内照明效果的重要指标之一。
1.1 显色指数(CRI)存在的缺陷
在过去数十年，国际照明学会(CIE)制定的显色指数(CRI)是最常用的评价颜色质量的指数。但随着新光源的出现和研究的深入，其存在的问题也日益凸显。
根据CIE对于显色性(colorrendering)的定义，它是指与参考照明体下的色表相比较，一个光源对于物体的色表产生的效果。用于评价的指数即显色指数CRI( Color RenderingIndex)。
美国、匈牙利、法国等研究者均发现，CRI在用于评价光源，尤其是LED的显色性时，存在许多问题，如色空间不均匀、颜色样品数量少且饱和度过低等。不仅如此，用光源的显色性来评价颜色质量本身存在着问题。
根据显色性的定义，其评价的是光源对于物体在参考照明体下的颜色还原性(color fidelity) ，所以不管物体的色表往什么方向偏离，显色指数都会降低。
但实际运用中，如果光源使颜色饱和度增加，可以提高视觉清晰度和视亮度，所以单纯用显色指数来评判光源颜色质量是不全面的。
基于以上考虑，CIE在2007年的技术报告中明确提出： 目前的显色指数CRI不能有效反映包括白光LED在内的白光照明光源的显色性优劣。
1.2 新的光源颜色质量评价体系的形成
为了修正CRI的一些问题，美国NIST的Wendy Davis 和Yoshi Ohno开发了一套新的评价系统CQS (Color Quality Scale)。但该系统主要基于数学计算开发，其可靠性仍有待更多的视觉实验验证。例如Nicola Pousset等人将其颜色偏好度实验结果与各光源的CQS值进行比较，结果发现CQS 值在反映真实颜色质量上不尽人意。
要全面地评价光源的颜色质量，需要考虑很多因素，如颜色还原性，色调的区分度(hue discrimination) ，颜色鲜艳度(vividness)，人们对颜色的偏好度(preference)，视觉清晰度(visual clarity)，视觉舒适度等等。
目前为止国际上未形成统一的光源颜色质量评价体系，但有一点可以肯定：决定光源颜色质量的是人的视觉感受。
因此，我们需要基于大量的视觉实验来确定该评价体系。
目前的研究主要采用的方法可归纳为：
保持桌面照度或视线方向亮度相同;
并保证各待测光源具有接近的色温或色坐标;
被试进行的视觉任务主要有：
考察颜色还原性(即显色)的色差评价;
考察偏好度、鲜艳度、协调度等的主观评分;
考察颜色区分度的辨色实验。
但目前大多研究均为视觉实验结果与显色指数CRI的比较，并已获得明确结论，对于CQS体系的验证仅含颜色偏好度，不含颜色还原性等其他方面的研究，因此还有待完善。此外，大部分视觉实验针对欧洲人群，由于东西方人群的颜色偏好差异，其结果未必适用于亚洲人。
因此，本实验对光源的CRI和CQS均进行了计算，并基于视觉实验考量了颜色还原性和颜色偏好度两方面特性，以期在CQS系统的可靠性验证方面作出完善，并为颜色质量评价的视觉实验补充亚洲人样本。
2 实验方法
实验选取了5种光源，其中2种卤素灯、2种LED和1种紧凑型荧光灯(CFL) ，均为市场上的高端产品，其中卤素灯作为相同色温下的参考光源。
光源基本信息见表1，按照色温将5种光源分为6500K组与5000K组两组进行，分开进行视觉实验。
首先采集了各光源的相对光谱功率分布，见图1、图2，光谱采集仪器为STC3000光谱仪，然后基于光谱计算了CRI和CQS两类指数。
视觉实验在一暗室内进行，制成两个独立的隔间，如图3所示。隔间顶部安装有光源，不产生眩光，均匀照射在桌面上，两隔间桌面平均照度均为500lx。
实验采用被试者内设计(within-subjects design)的方法，选取10名被试，其中5男5女，年龄为20至24岁，均具有正常的视力或矫正视力，且经过筛选，无色盲等其他眼疾。
利用抵消实验条件的设计(reversal experimental condition design) ，每位被试均参与所有实验条件下的三组实验任务。
第一项为色差的评分。实验采用的MCC色卡是CIE规定的用以比较待测光源与参考光源色差的标准方法。实验时，在两个隔间桌面上分别放置MCC 色卡，隔间一边放置待测光源(CFL或LED) ，另一边放置相同色温的卤素灯作为参考光源，令被试观察两套色卡中的24 对颜色样品，并对每一对的色差进行打分。
打分的规则是，首先将色差感受归入VS(very small，非常小)，S(small，较小)，M(medium，中等)，L(large，大)，VL(very large，很大)五个大类(表2)，然后再进行5个等级的细分，最后以诸如VS4，L2的形式表示。
为便于统计数据，统计过过时将得分转换为末尾行1～25的数字。
三项实验均为偏好度的评价。隔间内放置了仿真花朵和水果，便于被试观察并作出判断。
其中第二项为对各个光源的单独评分， 包括从0(非常不喜欢) 到100(非常喜欢)的评分，和从1(非常不喜欢)到5(非常喜欢) 的评分。
第三项为两两比较，令被试选出更喜欢的光源编号。
3 实验结果与分析
表3显示了各个光源的CRI 和CQS计算值。对于显色指数CRI，除了计算了一般显色指数(Ra)，还计算了4个高饱和度特殊显色指数的平均值R(9～12)，另外还单独列出了9号样品的特殊显色指数R9，因为R9是高饱和度红色样品，而目前LED往往在红色区域的显色性较差。
由表可见，由于9号样品在5号光源下产生过大的色差，R9 呈现了负值。这也正证明了CRI指数存在问题。CQS的计算值里包括了Qa，Qp，Qf 三种。
CRI中存在的一个问题是把有益于视亮度增加的饱和度增加也作为色差，引起CRI值的降低，因此Qa计算中将由饱和度增加引起的色差去除在外，而Qf(fidelity)则完全依照显色性的颜色还原性这一定义，未剔除此类色差，而Qp(preference)则从偏好度角度考虑，鉴于增加饱和度可以提高偏好度，所以饱和度增加引起的色差不但不减小分数，反而额外增加分数。
因此从结果可以发现，三个CQS值不尽相同，1，2，3，4 号光源从整体上看都使颜色样品的饱和度在不同程度上有所增加。
3. 2 视觉实验结果与分析
24个颜色样品在不同光源(2号6500KLED，3号6500K CFL，5号5000K LED)与对应的参考光源(同色温的卤素灯)下的色差得分结果如图4所示。
方差分析(ANOVA)显示，对其中8个样品，三种光源在0.05的显著水平下有显著差异(见表4)。通过进一步的两两比较得到各光源在一些颜色样品下的还原性优劣(见图5)：
(1)对于样品4，11，16，2号( 6500K LED)优于3号( 6500KCFL) ;
(2)对于样品7，18，3号(6500K CFL)优于2号(6500K LED) ;
(3)对于样品1，2，4，16，21，2号(6500K LED)优于5号(5000KLED) ;
(4)对于样品1，2，7，18，3号(6500KCFL)优于5号(5000K LED)。
由此可见，对于不同颜色样品，三种光源(6500KLED;6500K CFL;5000K LED)在显色性能上各有利弊，显色指数高的CFL，未显示出特别优势。
3. 3 视觉实验与CRI、CQS计算值的比较
关于颜色还原性，基于显色指数CRI和美国NIST提出的CQS指数的计算，6500K和5000K的LED样品比6500K荧光灯样品的显色性(颜色还原性)差，但基于颜色样品色差评价的视觉实验，该荧光灯样品较LED未见明显优势，对于不同颜色的样品，它们的还原性各有利弊。
人们对各样品的偏好度更是与CRI和CQS大相径庭。其中，对饱和度因素进行补偿的Qp的计算值与Qa有所区别，但是仍然与实际的偏好度不符合。具有很高的CRI和CQS值的6500K卤素灯反而比同色温的荧光灯、LED偏好度低。
可能的原因是，荧光灯和LED的光谱具有一些峰值，提高了一些颜色的饱和度，使颜色更鲜艳，物体更清晰。
4 结论
(1)显色指数CRI无法反映光源显色性(即对被照物体的颜色还原性)的实际情况，更不能用以评价人们的偏好度;
(2)针对本次测试的样品，CQS指数与显色指数CRI计算值接近，在评价光源颜色质量的准确性上，与CRI相比未见优势。若CQS要取代CRI成为新的标准评价体系，仍有待进一步的完善，提高其普适性;
(3)光源的颜色质量是一项综合性的评价，需考虑显色性、偏好度等多种因素;
(4)LED在提高某些颜色饱和度、从而增加人们偏好度方面有一定优势，在实际应用中可加以利用，如在商业照明中，提供白光普通照明的同时，在照明蓝色、黄绿色商品时，可增加其颜色饱和度，以提高商品吸引力。
