IES TM-30-18显色指数评价方法：Rf和Rg显色指数详解与测试解决方案
IES TM-30-18颜色质量评价方法是目前最先进的光源显色指数评价标准，采用Rf（色彩保真度指数）和Rg（色彩饱和度指数）双指标评价系统。本文详细介绍TM-30标准的显色指数评价方法、Rf和Rg参数的含义及测试方法。IES TM-30-18颜色质量评价方法测试界面如下，此报告由翊明科技积分球光谱仪测试系统测量而来。
2018年10月9日，北美照明工程学会（IES）发布了新版的光源颜色质量评价标准：IES TM-30-18 Method for Evaluating Light Source Color Rendition（光源颜色再现的评价方法），对旧版文件进行了部分更新。与2015年发布的旧版文件相比，TM-30-18版本修改了如下三点：
- 调整了色板在小于400nm和大于700nm范围的光谱反射率计算函数。
- 调整了参考光源的过渡区，适用色温范围由原来的4500K-5500K变为4000K-5000K。
- 修改了颜色保真度Rf的评价公式，计算的比例因子从7.54改为6.73。
在2017年4月，国际照明委员会(CIE)发布了一份技术报告《CIE 224：2017 Colour Fidelity Index for accurate scientific use》，对颜色保真度指数Rf进行了定义。该指数基于IES TM-30-15中的保真度指数计算，但对用于颜色评估样本的外推法、参考光源的过渡区以及保真度计算的比例因子等部分有细微差异。随着TM-30-18的发布，这两个文件得到了协调，这是颜色保真度测量迈向全球化的重要一步。
CIE用来评价颜色质量的一般显色指数Ra被用来描述各种光源技术的视觉体验。但IES认为Ra只考虑了颜色质量的一个方面，无法完全表达人眼对颜色的感知，不能建立视觉体验的整体性，在精确再现光源颜色方面是有缺陷的。为此，IES在2013年3月成立一个颜色度量工作组（IES Color Metrics Task Group），负责研究表征光源显色性的改进措施，以便开发一种替代CRI的系统，更好的服务于照明行业及其利益相关者。2015年5月18日，IES正式发布了评价光源显色性的规范性文件IES TM-30-15，采用色彩保真度指数Rf（Fidelity Index）和色彩饱和度指数Rg（Gamut Index）两个指标来共同评价颜色质量，这与CIE的CRI体系有重大区别。TM-30标准通过Rf和Rg两个显色指数参数，提供了比传统Ra显色指数更全面、更准确的颜色质量评价方法。与CIE原有的显色指数评价系统相比，IES TM-30的评价方法有以下5个重大变革：
一、TM-30双指标显色指数评价系统：Rf和Rg
TM-30采用保真度Rf和饱和度Rg两个指标来共同评价颜色质量，形成了独特的双显色指数评价体系。保真度Rf用来表征光源的显色指数CRI（Color Rendering Index），即各标准色在测试光源照射下与在参考光源照射下相比的相似程度，数字从0~100，数值越高色彩真实度越佳。Rf显色指数是TM-30标准中的核心参数之一，这项指标类似于CIE13.3-1995评估CRI时的一般显色指数Ra，都是为了表征平均颜色保真度，但TM-30采用了99个全新的颜色样本和新开发的计算方法。IES认为Rf显色指数可以提供更具统计性和可靠性的数据，在颜色再现上会更加准确。
- Rf=100为最大值，表示与自然光源下的颜色无色差，色彩效果逼真。
- Rf=0为最小值，表示与自然光源下的颜色色差最大，色彩效果失真。
色彩饱和度Rg是TM-30标准中的另一个重要显色指数参数，用来表征光源的色域指数GAI(Gamut Area Index），即各标准色在测试光源照射下与参考光源相比的饱和程度，指数100表示饱和度适中。Rg显色指数与Rf显色指数配合使用，共同构成了TM-30完整的颜色质量评价体系。
- Rg=100，表示光源的饱和度和自然光相同，色彩饱和度适中。
- Rg>100，表示光源可以提高颜色的饱和度，物体看起来更加鲜艳和具有活力。
- Rg<100，表示颜色的饱和度在测试光源下会降低，色彩饱和度不足，物体变得灰暗和呆滞。
二、TM-30显色指数评价采用的99个标准色
CIE的Ra选择了8个孟塞尔（Munsell）色板作为标准颜色，这几个颜色具有中等明度和色饱和度，能充分代表室内照明的常用颜色，但对室外照明存在的饱和度较高的颜色没有代表性。由于所使用的颜色不足以覆盖所有的可见光波长，灯具制造商可以优化他们的光源的光谱功率分布（Spectral power distribution，SPD），以获得更高的测量数值。
与Ra仅有8个标准色板相比，TM-30体系采用的标准色板则多达99个，这些色板也不再是孟塞尔色卡，而是从105000个真实物体的颜色中挑选出的，包括了自然物、肤色、纺织品、涂料、塑料、印刷材料、色彩系统等7大类别，覆盖了我们生活中常见的各种从饱和到不饱和、从亮到暗的颜色。最重要的是这99个标准色对于各波长的敏感度相同，因此制造商很难通过调整光谱分布来提高测量数值。
TM-30给出了不同色板样品的光谱反射率计算函数以及Rf显色指数和Rg显色指数的计算公式和指导，通过一个辅助软件即可计算出测量结果。这些99个标准色确保了TM-30显色指数评价的全面性和准确性。
三、选择更合理的参考光源
由于CRI所使用的参考光源在低于5000K时使用黑体辐射，高于5000K时使用自然光模型，存在5000K的突变问题。TM-30体系在4000K-5000K的范围内使用了黑体辐射与自然光模型混合的光谱作为参考光源。另外，TM-30标准中的Rf显色指数和Rg显色指数都采用了与待测光源色温相同的参考光源，由此克服了GAI的一个重要弊端，使得TM-30显色指数评价更加科学合理。
四、采用更均匀的色度空间
TM-30采用了现代色彩空间CAM02-UCS（CIE Color Appearance Model 02），具有改进的均匀性和更精确的色彩自适应方程，以及代表真实物体的一组优化后的颜色样本。
五、新增颜色矢量图形
由于Rf显色指数和Rg显色指数是基于平均值计算的，只能综合评价光源对于各种颜色的平均显色能力，不能据此判断某一颜色的饱和程度。对于某些特定颜色的显色能力有需求时，TM-30体系还提供了一个色彩矢量图(Color Vector Graphic)，直接以图形来显示特定颜色在被测光源下的色偏移以及饱和度的改变是暗淡还是更加生动，这是对Rf和Rg显色指数的重要补充。
黑色圆圈代表参考光源（太阳光），由参考光源的16个颜色分类所组成，红色圆圈代表被测光源。黑色圆圈内的任何红线都表示被测光源的这些颜色与参考光源相比更暗淡，黑圈外的任何一条红线都表示被测光源的这些颜色与参考光源相比过度饱和了。当红、黑两个圆圈完美重叠时，表示被测光源和参考光源的这些颜色是相同的，两个光源之间的显色性没有区别。
六、总结
IES认识到颜色规格取决于多种条件，包括但不限于视觉需求、与家具和装饰材料的交互、年龄和颜色偏好等因素。因此，IES建议照明专业人士使用更准确、更完整的颜色再现评估方法TM-30-18，参照标准中的多种测量方法，根据各种光谱和应用特性制定适用规范，实现尽快过渡。TM-30标准通过Rf和Rg两个显色指数参数，为照明行业提供了比传统显色指数Ra更科学、更全面的颜色质量评价方法。
作为专业的LED照明检测设备制造商，翊明科技深刻理解IES TM-30-18标准的重要性，开发了SPM5000系列积分球光谱仪测试系统，能够准确测量Rf显色指数、Rg显色指数等TM-30-18标准要求的颜色质量评价参数，为企业提供标准化的TM-30显色指数测试解决方案。该系统完全符合TM-30标准要求，能够帮助照明企业准确评估光源的显色指数和颜色质量，为产品质量管控提供可靠依据，共同推动照明行业的规范化、标准化发展。
