光源分布温度和相关色温的含义及关系解析

色温是光源重要的颜色指标，不同的光源由于光谱能量分布的不同，其色温不同，因此其光线的颜色也会有所差异。而光源的分布温度和相关色温是从光源色温引出的两个概念，它们的单位均为开尔文（K）。本文对光源分布温度和相关色温的含义及关系做了解析。

光源分布温度和相关色温的提出：

根据描述绝对黑体光谱分布特性的普朗克定律，可以计算出黑体对应于某一温度的光谱分布，并由此应用 CIE标准色度系统，获得该温度下黑体发光的三刺激值和色品坐标，从而在色品图上找到一个对应的色品点。因此，对不同温度的黑体，可以计算出一系列色品坐标点，将这些对应点在色品图上连接起来，便形成一条弧形的温度轨迹，称为黑体（温度）轨迹或普朗克轨迹，如下图所示。黑体轨迹上的各点代表不同温度的黑体光色，当温度由1000 K左右开始升高时，其颜色由红向蓝变化，所以人们就用黑体的温度来表示其对应的颜色。

实际上，理想的黑体是不存在的，而常见的实际辐射体并非黑体，其辐射本领比黑体小，称为灰体。尽管理想的灰体也并不存在，但是在一定波长范围内，在一定近似程度下可以满足灰体的条件。非黑体辐射的某些特性常常可以用黑体，辐射的相关性质来近似地表示，而为了描述一般光源的颜色特性，引人了分布温度、色温和相关色温等概念，它们的单位均为开尔文（K）。

光源分布温度（Td）含义：

当辐射源在温度T时的相对光谱辐射功率分布，与黑体在某一温度Td时的相对光谱辐射功率分布相同时，称该黑体的温度Td为辐射源的分布温度。由于光谱分布相同的光其颜色必定相同，所以，此时黑体与辐射源在CIE1931色品图上的色品坐标点一定是重合的。

当然，实际的非黑体辐射源的辐射不可能与黑体的相对光谱辐射功率分布完全一致，但当其误差小于±5%或两者的相对光谱辐射功率分布在很大部分上相同时，就可以用黑体的温度Td来表征该辐射源的分布温度。

光源相关色温（Tcp）含义：

对于白炽灯以外的某些常用辐射源，其光谱分布与黑体相差较远，它们在温度T时的相对光谱功率分布所决定的色品坐标不一定准确地落在色品图的黑体温度轨迹上，而在该轨迹的附近。这时，不能用前述的色温来描述其颜色，而需要采用相关色温的概念来表征和比较这类辐射源的光色特性。当辐射源的颜色与黑体在某一温度下的颜色最接近时，或者说两者在色品图上的坐标点相距最小时，就可用该黑体的温度来表示此辐射源的色温，并称之为该辐射源的相关色温，通常用符号Tcp表示。

光源分布温度和相关色温的关系：

从上面可以看出，有些光源的相关色温和分布温度值有相当大的区别，这是因为它们的相对光谱能量分布与黑体的有较大的差异。然而象白炽钨丝灯这样一类的光源，由于它的相对光谱能量分布与黑体的相差很小，因而它的相关色温值与可见区的分布温度相差也很小（碳，钨灯除外），一般差别在2——5K左右。事实上，由于光谱能量分布测量误差的存在，要区分这个差别也是没有意义的。