引言：颜色呈现评价的重要性与挑战
ANSI/IES TM-30-20 IES Method for Evaluating Light Source Color Rendition标准《光源显色性评估方法》是美国国家标准协会(ANSI)和照明工程学会(IES)联合发布的权威技术备忘录，为科学评价光源颜色呈现特性提供了系统方法。在照明设计与应用中，准确量化光源对物体颜色呈现的影响是一个复杂问题，涉及自然度、鲜艳度、偏好度和视觉清晰度等多个主观感知维度。传统评价方法往往依赖单一指标，存在明显局限性。TM-30-20通过客观统计方法，全面量化光源颜色呈现的平均特性和色调特定特性，为照明专业人员提供了更科学、更全面的评价工具。
标准核心计算方法
1. 参考光源体系
TM-30-20采用参考光源比较法，将测试光源与相同相关色温(CCT)的参考光源进行比较。参考光源的选择遵循以下原则：
4000K及以下：普朗克辐射(黑体辐射)
4000K至5000K：普朗克辐射与CIE日光系列光源的混合
5000K及以上：CIE日光系列光源
这种基于相同CCT参考光源的方法与典型的照明设计流程兼容，设计师通常先确定色温再考虑颜色呈现特性。研究表明，这种参考体系能确保不同色温下评价结果的一致性。
2. 颜色评估样本(CES)
标准采用99个颜色评估样本(Color Evaluation Samples)，这些样本的光谱反射率函数是从超过10万个实测物体中统计筛选得出，代表了自然界可能颜色的广泛分布。样本来源包括：
利兹大学数据库(包含纺织品、肤色、自然物体等)
标准物体颜色光谱(SOCS)表
其他补充数据(如花卉、涂料等)
特别值得注意的是，样本15和18专门代表人类肤色，是从大量肤色光谱反射率函数中筛选得出，确保对肤色呈现评价的准确性。
3. 色彩空间与视觉模型
标准采用目前最先进的均匀色彩空间CAM02-UCS，该空间基于CIECAM02色貌模型，具有比传统CIE LAB更好的均匀性。计算中使用CIE 1964 10°标准色度观察者(除CCT计算使用CIE 1931 2°观察者外)，确保颜色差异的适当标度。
CAM02-UCS参数设置标准化为：
背景亮度Yb=20 cd/m²
周围环境参数c=0.69
适应场亮度LA=100 cd/m²
适应程度D=1
这些标准化参数确保了不同条件下计算结果的一致性和可比性。
主要评价指标解析
1. 保真度指数(Rf)
Rf是平均颜色保真度的度量，计算公式为：
Rf = 100 - 6.73 × (平均ΔEab)
其中ΔEab是测试光源与参考光源下各样本在CAM02-UCS空间中的色差。Rf范围为0-100，值越高表示与参考光源的颜色呈现越相似。与传统的CIE显色指数(CRI)相比，Rf解决了CRI的多个已知局限，如样本数量不足、色彩空间不均匀等问题。
需要注意的是，Rf仅度量颜色相似性，不直接表征人类对颜色偏好或自然度的感知。当Rf接近100时，所有颜色偏移最小；当Rf较低时，需要结合其他指标理解颜色如何偏移。
2. 色域指数(Rg)
Rg度量测试光源相对于参考光源的平均色域面积变化：
Rg = 100 × (测试光源色域面积/参考光源色域面积)
Rg=100表示平均色度与参考相同
Rg>100表示平均色度增加
Rg<100表示平均色度降低
Rg与Rf是两个独立的维度，增加色域面积必然降低颜色保真度。研究表明，当Rf≥80时，Rg大致限制在80-120范围内。
3. 颜色矢量图(CVG)
颜色矢量图直观显示不同色调区域的色度和色调变化模式(色域形状)。它将16个色调区域的色度变化以多边形形式可视化：
参考光源表示为圆形(半径=1)
测试光源表示为多边形(顶点位置反映色度变化)
箭头方向表示色调变化
CVG能清晰显示哪些颜色被增强或减弱，以及色调如何变化。即使Rf和Rg相同的两个光源，其CVG可能显著不同，导致感知差异。
4. 局部色度偏移(Rcs,hj)
该指标量化16个色调区域的平均相对色度变化(%)：
正值表示色度增加
负值表示色度减少
局部色度偏移有助于理解特定颜色区域的呈现特性，如红色增强等常见设计需求。
5. 局部色调偏移(Rhs,hj)
度量16个色调区域的平均色调角度变化(度)：
正值表示逆时针偏移
负值表示顺时针偏移
6. 局部保真度(Rf,hj)
计算每个色调区域的平均保真度，反映特定颜色范围的保真程度。这对于关注特定颜色呈现的应用(如肤色、商品展示等)尤为重要。
标准应用建议
1. 指标选择策略
TM-30-20提供了丰富的评价指标，实际应用中应根据具体需求选择：
基础评价：Rf + Rg
全面分析：Rf + Rg + CVG
特定颜色关注：相关局部指标(Rcs,hj/Rhs,hj/Rf,hj)
2. 性能规范建议
标准附录E提供了基于实证研究的推荐规范值，包括三种设计意图和三个优先级水平：
颜色偏好(P)：
P1：Rf≥95，Rg≥98，Rcs,9≥15%
P2：Rf≥85，Rg≥90，Rcs,9≥7%
P3：Rf≥75，Rg≥80
颜色鲜艳度(V)：
V1：Rf≥90，Rg≥110
V2：Rf≥80，Rg≥105
V3：Rf≥70，Rg≥100
颜色保真度(F)：
F1：Rf≥90
F2：Rf≥85
F3：Rf≥80
3. 测试注意事项
实施TM-30-20测试时需注意：
光谱测量范围至少400-700nm(推荐380-750nm)
光谱间隔不超过5nm(推荐1nm)
避免对测试光源SPD进行插值或外推
确保测试条件(如观察者、适应状态等)符合标准规定
技术优势与创新
TM-30-20相比传统方法具有显著优势：
科学基础扎实：基于现代色度学和视觉科学最新成果
样本代表性强：99个CES覆盖广泛的真实物体颜色
评价维度全面：同时评估保真度、色域和局部变化
结果可视化佳：CVG提供直观的色域形状展示
应用灵活性强：模块化指标满足不同应用需求
总结与展望
ANSI/IES TM-30-20代表了光源颜色呈现评价方法的重要进步，为照明设计、产品开发和科学研究提供了科学可靠的评价工具。通过多维度指标组合，用户可以根据具体应用需求制定适当的颜色呈现规范。未来随着颜色科学和照明技术的发展，该方法也将持续更新完善。