درجة حرارة اللون
درجة حرارة اللون لمصدر الضوء هي درجة حرارة المشع المثالي للجسم الأسود الذي يشع ضوءًا يضاهي لون مصدر الضوء. درجة حرارة اللون هي سمة للضوء المرئي الذي يحتوي على تطبيقات مهمة في الإضاءة والتصوير الفوتوغرافي والفيديو ، والنشر ، والتصنيع ، والفيزياء الفلكية ، والبستنة ، وغيرها من المجالات. من الناحية العملية ، درجة حرارة اللون ليست ذات معنى إلا لمصادر الضوء التي تتوافق في الواقع إلى حد ما مع إشعاع بعض الجسم الأسود ، أي تلك الموجودة على خط من اللون الأحمر / البرتقالي عبر الأصفر والأبيض أكثر أو أقل إلى الأبيض المائل إلى الزرقة. لا معنى للتحدث عن درجة حرارة اللون ، على سبيل المثال ، الضوء الأخضر أو الأرجواني. عادةً ما يتم التعبير عن درجة حرارة اللون في كلفن ، باستخدام الرمز K ، وحدة قياس لدرجة الحرارة المطلقة.
وتسمى درجات حرارة اللون أكثر من 5000 ك “الألوان الباردة” (أبيض مزرق) ، في حين أن درجات حرارة اللون الأقل (2700-3000 ك) تسمى “ألوان دافئة” (أبيض مصفر من خلال الأحمر). “دافئ” في هذا السياق هو تشبيه إلى التدفق الحراري الإشعاعي للإضاءة المتوهجة التقليدية بدلاً من درجة الحرارة. تكون الذروة الطيفية للضوء ذي الألوان الدافئة أقرب إلى الأشعة تحت الحمراء ، ومعظم مصادر الضوء الطبيعية ذات الألوان الدافئة تنبعث منها أشعة تحت حمراء كبيرة. حقيقة أن الإضاءة “الدافئة” بهذا المعنى لديها في الواقع درجة حرارة اللون “برودة” غالبا ما يؤدي إلى الارتباك.
تصنيف الإضاءة المختلفة
يتم تعريف درجة حرارة اللون من الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الجسم الأسود المثالي كدرجة حرارة سطحه في kelvins ، أو بدلا من ذلك في mireds (kelvins متبادل الصغرى). هذا يسمح بتعريف معيار تقارن به مصادر الضوء.
إلى الحد الذي ينبعث فيه السطح الساخن إشعاعًا حراريًا ، ولكنه ليس جهازًا مثاليًا أسود اللون ، فإن درجة حرارة اللون للضوء ليست درجة الحرارة الفعلية للسطح. إن مصباح المصباح المتوهج هو عبارة عن إشعاع حراري ، ويقارب المصباح جهاز إشعاع مثالي للجسم الأسود ، لذا فإن درجة حرارة اللون هي في الأساس درجة حرارة الشعيرة. وهكذا ، فإن درجة الحرارة المنخفضة نسبياً تنبعث منها حمراء باهتة ، وتصدر درجة حرارة عالية الضوء الأبيض تقريباً لمصباح الإضاءة المتوهج التقليدي. عمال المعادن قادرون على الحكم على درجة حرارة المعادن الساخنة حسب لونهم ، من الأحمر الداكن إلى الأبيض البرتقالي ثم الأبيض (انظر الحرارة الحمراء).
العديد من مصادر الضوء الأخرى ، مثل مصابيح الفلورسنت ، أو المصابيح (الثنائيات الباعثة للضوء) تنبعث الضوء في المقام الأول من خلال عمليات أخرى غير الإشعاع الحراري. وهذا يعني أن الإشعاع المنبعث لا يتبع شكل طيف الجسم الأسود. يتم تعيين هذه المصادر ما يعرف بدرجة حرارة اللون المرتبطة (CCT). CCT هي درجة حرارة اللون من المبرد الأسود والجسم الذي يتطابق مع لون الإنسان بشكل وثيق مع الضوء من المصباح. نظرًا لأن هذا التقريب ليس مطلوبًا للضوء المتوهج ، فإن CCT للحصول على ضوء ساطع هو ببساطة درجة الحرارة غير المعدلة ، والمشتقة من مقارنة مع جهاز مشع للهيئة السوداء.
الشمس
تقترب الشمس من جهاز إشعاع الجسم الأسود. تبلغ درجة الحرارة الفعالة ، التي يحددها إجمالي القدرة الإشعاعية لكل وحدة مربعة ، حوالي 5780 ك. درجة حرارة لون ضوء الشمس فوق الغلاف الجوي حوالي 5900 ك.
عندما تعبر الشمس السماء ، قد تبدو حمراء أو برتقالية أو صفراء أو بيضاء ، حسب موقعها. إن اللون المتغير للشمس على مدار اليوم هو بشكل أساسي نتيجة لنثر الضوء وليس بسبب تغيرات في إشعاع الجسم الأسود. ينتج اللون الأزرق للسماء عن تشتت رايلي لأشعة الشمس في الغلاف الجوي ، والذي يميل إلى تشتيت الضوء الأزرق أكثر من الضوء الأحمر.
بعض الضوء في الصباح الباكر والمساء (ساعات ذهبية) لديه درجة حرارة أقل للون بسبب زيادة تشتت ضوء الموجة المنخفضة بواسطة تأثير تيندال. وقد ظهر هذا التأثير بشكل خاص بسبب الزيادة في جزيئات الغبار الصغيرة في الغلاف الجوي بعد ثوران جبل تامبورا في عام 1815 وكراكاتو في عام 1883 ، مما أدى إلى ظهور غروب الشمس الأحمر الشديد حول العالم.
يمتلك ضوء النهار طيفًا شبيهًا بهيئة جسم أسود مع درجة حرارة لون مترابطة تبلغ 6500 K (معيار عرض D65) أو 5500 K (معيار فيلم فوتوغرافي متوازن بضوء النهار).
تطبيقات
إضاءة
لتصميمات المباني الداخلية ، من المهم في كثير من الأحيان مراعاة درجة حرارة اللون للإضاءة. غالباً ما يستخدم ضوء دافئ (أي درجة حرارة أقل في درجة اللون) في الأماكن العامة لتعزيز الاسترخاء ، في حين يتم استخدام ضوء برودة (درجة حرارة لون أعلى) لتعزيز التركيز ، على سبيل المثال في المدارس والمكاتب.
ويعتبر CCT يعتم على تقنية LED مهمة صعبة ، حيث أن تأثيرات الانجراف ، ودرجة العمر ودرجة الحرارة لل LEDs تغير من قيمة اللون الفعلية. يتم استخدام أنظمة تكرار الملاحظات هنا ، على سبيل المثال مع مستشعرات الألوان ، لمراقبة ومراقبة المخرجات اللونية لمصابيح خلط الألوان المتعددة.
تربية الأحياء المائية
في درجة حرارة السمك ، تتميز درجة حرارة اللون بوظائف وبؤر مختلفة في الفروع المختلفة.
في أحواض المياه العذبة ، تكون درجة حرارة اللون مبعث قلق بشكل عام فقط لإنتاج عرض أكثر جاذبية. تميل الأضواء إلى أن تصمم لإنتاج طيف جذاب ، في بعض الأحيان مع الاهتمام الثانوي المدفوع للحفاظ على النباتات في الحوض على قيد الحياة.
في حوض السمك / الشعاب المرجانية في المياه المالحة ، ودرجة حرارة اللون هو جزء أساسي من صحة الخزان. في غضون حوالي 400 إلى 3000 نانومتر ، يمكن أن يخترق ضوء طول الموجة الأقصر في المياه أكثر من الأطوال الموجية الأطول ، مما يوفر مصادر طاقة أساسية للطحالب المستضافة في المرجانية (والمحافظة عليها). وهذا يعادل زيادة درجة حرارة اللون بعمق الماء في هذا النطاق الطيفي. لأن المرجان يعيش عادة في المياه الضحلة ويحصل على أشعة الشمس الاستوائية المباشرة ، وكان التركيز مرة واحدة على محاكاة هذا الوضع مع أضواء 6500 K. في هذه الأثناء ، أصبحت مصادر الضوء ذات درجة الحرارة المرتفعة أكثر شعبية ، أولاً مع 10000 كلفن وأخيرًا 16000 كلفن و 20000 ك. تستخدم الإضاءة الأكتينية عند الطرف البنفسجي للمدى المرئي (420-460 نانومتر) للسماح بالمشاهدة الليلية دون زيادة الطحالب. ازدهر أو تعزيز التمثيل الضوئي ، وجعل الألوان الفلورسنت إلى حد ما من العديد من الشعاب المرجانية والأسماك “البوب” ، وخلق خزانات العرض أكثر إشراقا.
التصوير الرقمى
في التصوير الفوتوغرافي الرقمي ، يتم استخدام درجة حرارة اللون في بعض الأحيان بالتبادل مع توازن اللون الأبيض ، مما يسمح بإعادة تشكيل قيم اللون لمحاكاة التغيرات في درجة حرارة اللون المحيطة. توفر معظم الكاميرات الرقمية وبرامج صور RAW إعدادات مسبقة تحاكي قيمًا محيطية محددة (على سبيل المثال ، مشمس ، غائم ، تنجستين ، وما إلى ذلك) بينما تسمح أخرى بالوصول الصريح لقيم توازن اللون الأبيض في kelvins. وتختلف هذه الإعدادات من قيم اللون على طول المحور الأزرق – الأصفر ، بينما تتضمن بعض البرامج عناصر تحكم إضافية (تسمى أحيانًا “صبغة”) تضيف المحور الأخضر- الأخضر ، وهي إلى حد ما تعسفي ومسألة فنية. من غير المحتمل أن يكون استخدام قيم درجة حرارة اللون المطلقة شائعًا لدى المصورين الرقميين ، كما سيلاحظ ذلك مع خلفيات العلوم الفيزيائية. ومع ذلك ، فإن الفكرة العامة للارتفاع K (الأزرق والأبيض) والمنخفضة K (الأحمر والبرتقالي) ستعلم كل من يسعى لتجريب الأجهزة والبرامج الخاصة بهم.
فيلم فوتوغرافي
في بعض الأحيان ، يظهر فيلم المستحلب الفوتوغرافي مبالغة في لون الضوء ، لأنه لا يستجيب إلى لون الإضاءة بالطريقة التي ينظر بها الإدراك البصري البشري. قد يتحول لون كائن يبدو للعين إلى اللون الأبيض إلى اللون الأزرق أو البرتقالي في صورة فوتوغرافية. قد يلزم تصحيح توازن اللون أثناء الطباعة لتحقيق طباعة بالألوان المحايدة. إن مدى هذا التصحيح محدود نظرًا لأن لون الفيلم له عادة ثلاث طبقات حساسة لألوان مختلفة وعند استخدامه تحت مصدر الضوء “الخاطئ” ، قد لا تستجيب كل طبقة بشكل تناسبي ، مما يعطي ألوانًا غريبة في الظلال ، على الرغم من أن الألوان المتوسطة قد تم بشكل صحيح متوازن الأبيض تحت المكبر. لا يمكن تصحيح مصادر الضوء ذات الأطياف المتقطعة ، مثل أنابيب الفلورسنت ، بشكل كامل في الطباعة ، حيث أن إحدى الطبقات بالكاد قد سجلت صورة على الإطلاق.
يرصد الفيلم الفوتوغرافي لمصادر الضوء المحددة (الفيلم الأكثر شيوعا ضوء النهار وأفلام التنغستن) ، ويستخدم بشكل صحيح ، سيخلق الطباعة الملونة المحايدة. إن مطابقة حساسية الفيلم مع درجة حرارة اللون لمصدر الضوء هي إحدى طرق توازن اللون. إذا تم استخدام الفيلم التنغستن في الداخل مع المصابيح المتوهجة ، سيظهر الضوء البرتقالي المصفر لمصابيح التوهج المتوهجة بلون أبيض (3200 K) في الصورة. الفيلم السلبي الملون دائمًا ما يكون متوازنًا في ضوء النهار ، حيث يفترض أنه يمكن ضبط اللون في الطباعة (مع وجود قيود ، انظر أعلاه). يجب مطابقة أفلام شفافية اللون ، كونها القطع الأثرية النهائية في العملية ، مع مصدر الضوء أو الفلاتر التي يجب استخدامها لتصحيح اللون.
يمكن استخدام المرشحات الموجودة على عدسة الكاميرا أو هلام اللون على مصدر (مصادر) الضوء لتصحيح توازن اللون. عند التصوير باستخدام مصدر ضوء أزرق (درجة حرارة اللون عالية) مثل في يوم ملبد بالغيوم ، في الظل ، في ضوء النافذة ، أو في حالة استخدام فيلم التنغستن مع الضوء الأبيض أو الأزرق ، فإن مرشح برتقالي مصفر سيصحح هذا. للتصوير باستخدام أفلام ضوء النهار (معايرة إلى 5600 كلفن) تحت مصادر الضوء الأكثر دفئًا (درجة حرارة اللون المنخفضة) مثل غروب الشمس أو ضوء الشموع أو إضاءة التنجستين ، يمكن استخدام فلتر أزرق (على سبيل المثال # 80A). هناك حاجة إلى مرشحات أكثر دقة لتوضيح الفرق بين مصابيح 3200 K و 3400 K التنغستن أو لتصحيح الزهر الأزرق القليل من بعض الأنابيب الفلاشية ، والتي قد تكون 6000 K.
إذا كان هناك أكثر من مصدر ضوء واحد بدرجات حرارة ألوان متنوعة ، فإن إحدى الطرق لموازنة اللون هي استخدام فلاتر ضوء النهار ووضع فلاتر جل لتصحيح اللون على كل مصدر ضوء.
في بعض الأحيان يستخدم المصورون عدادات درجة حرارة اللون. وعادة ما يتم تصميمها لقراءة منطقتين فقط على طول الطيف المرئي (الأحمر والأزرق) ؛ أغلى منها قراءة ثلاث مناطق (الأحمر والأخضر والأزرق). ومع ذلك ، فهي غير فعالة مع مصادر مثل مصابيح الفلورسنت أو التفريغ ، التي يختلف ضوءها في اللون وقد يكون من الصعب تصحيحها. نظرًا لأن هذا الضوء غالبًا ما يكون مخضرًا ، فقد يعمل فلتر أرجواني على تصحيحه. يمكن استخدام أدوات قياس الألوان الأكثر تطوراً في حالة عدم وجود مثل هذه العدادات.
النشر المكتبي
في صناعة النشر المكتبي ، من المهم معرفة درجة حرارة لون جهاز العرض. تقوم برامج مطابقة الألوان ، مثل Apple ColorSync لنظام التشغيل Mac ، بقياس درجة حرارة لون جهاز العرض ثم ضبط إعداداتها وفقًا لذلك. يتيح ذلك اللون على الشاشة بمطابقة الألوان المطبوعة بشكل أكثر دقة. درجات حرارة اللون الشائعة للمراقبة ، إلى جانب مطابقة الإنارات القياسية بين الأقواس ، هي كما يلي:
5000 كلفن (د 50)
5500 كلفن (D55)
6500 كيلو (D65)
7500 كلفن (D75)
9300 ك
D50 هو اختزال علمي لمعيار قياسي: طيف النهار عند درجة حرارة لون مترابطة قدرها 5000 K. توجد تعريفات مماثلة لـ D55 و D65 و D75. وتستخدم التعيينات مثل D50 للمساعدة في تصنيف درجات حرارة اللون من جداول الضوء وعرض المقصورات. عند عرض شريحة ملونة على منضدة خفيفة ، من المهم أن يكون الضوء متوازنًا بشكل صحيح بحيث لا يتم تحريك الألوان نحو الأحمر أو الأزرق.
يتم تصميم الكاميرات الرقمية ، ورسومات الويب ، وأقراص الفيديو الرقمية ، وما إلى ذلك ، عادة للحصول على درجة حرارة اللون 6500 ك. معيار sRGB المستخدم بشكل شائع للصور على الإنترنت ينص (من بين أشياء أخرى) على نقطة بيضاء للشاشة 6500 K.
التلفزيون والفيديو والكاميرات الرقمية الثابتة
تستدعي معايير NTSC و PAL TV شاشة تلفزيون متوافقة لعرض إشارة سوداء وبيضاء (تشبع ألوان أقل) في درجة حرارة لون تبلغ 6500 ك. في العديد من أجهزة التلفزيون ذات المستوى الاستهلاكي ، هناك انحراف ملحوظ جدًا عن هذا الشرط. ومع ذلك ، فإن أجهزة التلفزيون ذات المستوى الأعلى من المستهلك يمكن أن تتكيف درجة حرارة ألوانها مع 6500 كلفن باستخدام إعداد مبرمج مسبقًا أو معايرة مخصصة. تدعو الإصدارات الحالية من ATSC بوضوح إلى تضمين بيانات درجة حرارة اللون في تدفق البيانات ، لكن الإصدارات القديمة من ATSC تسمح بحذف هذه البيانات. في هذه الحالة ، تستشهد الإصدارات الحالية من ATSC بمعايير قياس الألوان الافتراضية اعتمادًا على التنسيق. يحدد كل من المعايير المذكورة درجة حرارة اللون 6500 ك.
يمكن لمعظم الكاميرات الرقمية والكاميرات الثابتة ضبط درجة حرارة اللون عن طريق التكبير في كائن ملون أبيض أو محايد وتعيين “توازن اللون الأبيض” اليدوي (إخبار الكاميرا بأن “هذا الكائن أبيض”) ؛ بعد ذلك تعرض الكاميرا الأبيض الحقيقي باللون الأبيض ويضبط كل الألوان الأخرى وفقًا لذلك. موازنة اللون الأبيض ضرورية خاصة عندما تكون في الأماكن المغلقة تحت إضاءة الفلورسنت وعند نقل الكاميرا من حالة إضاءة إلى أخرى. تحتوي معظم الكاميرات أيضًا على وظيفة توازن اللون الأبيض التلقائية التي تحاول تحديد لون الضوء وتصحيحه وفقًا لذلك. على الرغم من أن هذه الإعدادات كانت غير موثوقة في السابق ، إلا أنها تحسنت كثيرًا في الكاميرات الرقمية الحالية وتنتج توازنًا أبيضًا دقيقًا في مجموعة متنوعة من حالات الإضاءة.
تطبيق فني عن طريق التحكم في درجة حرارة اللون
يمكن لمشغلي كاميرا الفيديو أن يقوموا بتوازن الكائنات البيضاء غير البيضاء ، مع تقليل لون الكائن المستخدم لموازنة اللون الأبيض. على سبيل المثال ، يمكن أن يجلب المزيد من الدفء إلى صورة من خلال موازنة اللون الأبيض على شيء أزرق فاتح ، مثل الدنيم الأزرق الباهت ؛ وبهذه الطريقة ، يمكن أن يحل التوازن الأبيض محل مرشح أو هلام الإضاءة عندما لا تتوفر هذه الأدوات.
المصورون السينمائيون لا “يوازنون البيض” بنفس الطريقة التي يعمل بها مشغلو كاميرات الفيديو. يستخدمون تقنيات مثل الفلاتر ، واختيار مخزون الأفلام ، واللمعان المسبق ، وبعد التصوير ، تدرجات الألوان ، سواء من خلال التعرض في المختبرات وأيضًا رقميًا. كما يعمل المصورون السينمائيون عن كثب مع مصممي المجموعات وطاقم الإضاءة لتحقيق التأثيرات المرغوبة للون.
بالنسبة للفنانين ، معظم الأصبغة والأوراق لديها مجموعة باردة أو دافئة ، حيث يمكن للعين البشرية أن تكتشف حتى كمية دقيقة من التشبع. الرمادي الممزوج بالأصفر أو البرتقالي أو الأحمر هو “رمادي دافئ”. ينشئ اللون الأخضر والأزرق والأرجواني “ألوان رمادية رائعة”. لاحظ أن هذا الإحساس بالحرارة هو عكس درجة الحرارة الحقيقية. وصفت bluer بأنها “برودة” على الرغم من أنها تتوافق مع جسم أسود بدرجة حرارة أعلى.
يقوم مصممو الإضاءة في بعض الأحيان بتحديد الفلاتر حسب درجة حرارة اللون ، عادةً لمطابقة الضوء الأبيض من الناحية النظرية. نظرًا لأن التركيبات باستخدام مصابيح التفريغ تنتج ضوءًا لدرجة حرارة لون أعلى بكثير من مصابيح التنجستن ، فإن استخدام الاثنين معاً يمكن أن ينتج تباينًا صارخًا ، لذلك يتم تثبيت التجهيزات ذات مصابيح التفريغ عالي الكثافة (HID) التي تنتج عادةً ما بين 6000-7000 كلفن مع مرشحات 3200 K لمحاكاة ضوء التنغستن. كما أن المصابيح المزودة بميزات خلط الألوان أو بألوان متعددة (بما في ذلك 3200 كلفن) قادرة أيضًا على إنتاج ضوء يشبه التنغستن. قد تكون درجة حرارة اللون أيضًا عاملاً عند اختيار المصابيح ، حيث من المرجح أن يكون لكل لون درجة حرارة لون مختلفة.
مؤشر تجسيد اللون
إن مؤشر عرض الألوان CIE (CRI) هو طريقة لتحديد مدى إضاءة إضاءة مصدر ثمانية بقع عينة مقارنة بالإضاءة المقدمة من مصدر مرجعي. ويستشهد معًا CRI و CCT بتقييم رقمي لمصادر الضوء المرجعية (المثالية) التي تقارب الضوء الصناعي بشكل أفضل وما الفرق بينهما.
توزيع القدرة الطيفية
قد تتميز مصادر الضوء والمورّثات بتوزيعات الطاقة الطيفية (SPD). ربما تم إنتاج منحنيات SPD النسبية المقدمة من العديد من الشركات المصنعة باستخدام زيادات 10 نانومتر أو أكثر على مقياس الطيف الخاص بهم. والنتيجة هي ما يبدو أنه توزيع طاقة أكثر سلاسة (“أكثر شمولا”) من المصباح الموجود بالفعل. بسبب توزيعها الشائك ، ينصح بزيادات أكثر دقة لأخذ قياسات مصابيح الفلورسنت ، وهذا يتطلب معدات أكثر تكلفة.
درجة حرارة اللون في علم الفلك
توزيع طاقة طيفي مميز لنجم A0V (Teff = 9501 K، cf. Vega) مقارنة بأطياف الجسم الأسود. يتطابق طيف الجسم الأسود 15000 K (خط متقطع) مع الجزء المرئي من SPD النجمية بشكل أفضل بكثير من الجسم الأسود البالغ 9500 K. ويتم تطبيع جميع الأطياف ليتقاطع عند 555 نانومتر.
في علم الفلك ، يتم تعريف درجة حرارة اللون من خلال الانحدار المحلي لحزمة SPD عند طول موجي معين ، أو ، في الممارسة ، نطاق الطول الموجي. على سبيل المثال ، على سبيل المثال ، يتم قياس شدة اللون B و V اللذان يتم معايرتهما لنجم A0V (على سبيل المثال Vega) ، درجة حرارة اللون النجمية T_ {C} بواسطة درجة الحرارة التي يكون فيها مؤشر اللون BV للجسم الأسود المبرد يناسب النجم الواحد. بالإضافة إلى B-V ، يمكن استخدام مؤشرات ألوان أخرى أيضًا. قد تختلف درجة حرارة اللون بدرجة كبيرة عن درجة الحرارة الفعالة التي يعطيها التدفق الإشعاعي للسطح النجمى. على سبيل المثال ، تبلغ درجة حرارة لون نجم A0V حوالي 15000 K مقارنة بدرجة حرارة فعالة تبلغ حوالي 9500 K.
