輻射度 光度與色度及其測(cè)量

1、輻射度 光度與色度及其測(cè)量緒論一 基本問題：1 輻射度學(xué)：電磁輻射能的度量與測(cè)量：解決電磁輻射能量的定義和測(cè)量方法。建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。是單純的客觀物理量的問題在光電轉(zhuǎn)換、光化學(xué)效應(yīng)、光生物技術(shù)、光的熱加工，激光技術(shù)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。2 光度學(xué)：光輻射能引起的人眼視覺刺激效果的量度和測(cè)量。解決：人眼對(duì)光刺激效果的特性（平均特性）刺激效果的量化，刺激量的定義和測(cè)量。主要用于照明，環(huán)境工程、測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域3 色度學(xué)：有色光輻射能引起的人眼視覺刺激效果的量度和測(cè)量。問題涉及：人眼顏色視覺特性、色光刺激與人眼感覺的量化定義、顏色的匹配與顯示規(guī)律，顏色匹配技術(shù)、顏色的測(cè)量方法，顏色的分類與排列。在涉及有顏

2、色的領(lǐng)域都有應(yīng)用（和視覺顏色判斷有關(guān)問題）顏色本身的測(cè)量，溫度測(cè)量、遙感，管理等等第一章 輻射度與光度學(xué)基礎(chǔ)問題：怎樣描述一個(gè)輻射體的性質(zhì)？§1-1 輻射度的基本物理量1、 輻射能：以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量。單位為焦耳J一般可描述輻射能的積累。2、 輻射通量：（輻射功率 ） 以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率，（單位時(shí)間內(nèi)的輻射能）。單位為W（瓦）（焦耳每秒）W/sr。描述輻射源的時(shí)間特性。 （1-1）3、 輻射強(qiáng)度：（I）在給定方向上的單位立體角內(nèi)點(diǎn)輻射源發(fā)出的輻射通量（輻射功率）單位為W/sr（瓦每球面度） （1-2）點(diǎn)輻射源：輻射源尺寸比傳輸距離小的多。例如在地球上可以把

3、太陽視為點(diǎn)光源。點(diǎn)光源發(fā)射球面波，不計(jì)輻射損失（反射、散射、吸收）其輻射強(qiáng)度不變（為什么）對(duì)各向同性點(diǎn)光源有 （1-3）在空間所有方向上有 （1-4）多數(shù)光源的輻射強(qiáng)度并不是各向同性的。如白熾燈。 這種情況有 (1-5) 4、 輻亮度（L）輻射源在垂直其傳輸方向上單位表面積上的輻射強(qiáng)度。單位為（瓦每球面度平方米） （1-6）實(shí)際上求一小面元上的平均輻射強(qiáng)度，如用來描述擴(kuò)展光源的輻亮度分布是輻射傳播方向與面元法線的夾角。5、 輻射出射度 輻射源單位面積上發(fā)射的輻射通量。單位 （1-7）一般指面輻射源，往半空間2立體角發(fā)射的輻射通量6、輻照度 接收面上單位面元被照射的輻射通量。單位 （1-8）7、

4、光譜輻射量 輻射量隨波長的變化率。（輻射量的光譜密度）光譜輻射通量： （1-9）表示輻射源發(fā)出的光在波長處單位波長間隔內(nèi)的輻射通量。輻射源的總通量： (1-10)相應(yīng)的有：光譜輻照度： (1-11)光譜輻亮度 (1-12)光譜輻射出射度： (1-13)§1-2 朗伯輻射體及其輻射特性 朗伯輻射體：輻射體的輻亮度和方向無關(guān)，即輻射源各方向的輻亮度不變。絕對(duì)黑體和理想漫反射體式兩種典型的朗伯體根據(jù)輻亮度的定義： （1-14） 對(duì)于面積為A的輻射體，它在某一方向的輻亮度為在A上是不變量，則在方向的輻射強(qiáng)度 （1-15）按朗伯體的定義輻亮度與方向無關(guān)，在A上：=常數(shù) 定義: 為面元法線方向的

5、輻射強(qiáng)度則有： （1-16）此即朗伯定律：一個(gè)輻亮度在各方向都相等的輻射面，在某一方向的輻射強(qiáng)度等于平面法線方向的輻射強(qiáng)度乘以平面發(fā)現(xiàn)與指定方向夾角的余弦。朗伯體的輻射出射度：由 得 朗伯體面元dS在半空間上的輻射通量： 由出射度的定義： （1-17）或： （1-18）§2 光度的基本物理量 §2-1 人眼的視覺特性：1、人眼的構(gòu)造 人的眼睛與大腦結(jié)合具有：成像功能、黑白視覺、顏色視覺、立體視覺2、光譜光視效率（標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者）V（）: 人眼對(duì)各種波長光的相對(duì)靈敏度。怎樣確定光譜光視效率？(異色)逐級(jí)比較法:波長、兩束光，輻射通量分別為和，在視場(chǎng)中亮度相等時(shí)有 V().=V

6、().有 K（）=V()/ V()=/（正比/反比關(guān)系）將V（）在峰值波長處歸化為1， 時(shí) V=1時(shí)， 即得到只表示相對(duì)值的光譜光視效率： V（）= K（）/:最大光譜光效能。對(duì)于明視覺(>3cd)對(duì)應(yīng)于555nm波長，為683 lm/w對(duì)于暗視覺0.001cd,對(duì)應(yīng)波長507nm，=1725 lm/w說明：明視覺、暗視覺，2度視場(chǎng)、10度視場(chǎng)§2-2光度學(xué)基本物理量（1）光通量： 21表示光輻射通量對(duì)人眼引起的視覺強(qiáng)度光通量的單位為流明（lm）也是個(gè)客觀量，光源發(fā)出可見光的效率。.(從空間上分析)（2）發(fā)光強(qiáng)度：在給定方向上的單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的光通量 22 發(fā)光強(qiáng)度的單位

7、是坎德拉（cd） 發(fā)光強(qiáng)度描述光源在某一方向發(fā)光的強(qiáng)弱程度，點(diǎn)光源r考慮了光源發(fā)光的方向性。由此式可得光通量的另一積分式 23對(duì)各項(xiàng)同性光源由上式可得 24I為常數(shù)。（3）光照度 投射到單位面積上的光通量 25單位勒克斯（lx）1lx=1lm/照度的距離反比方定律：由 可得 26若被照平面法線與光投射方向成角則上式變?yōu)?27（4）光亮度 光源單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度（光源在指定方向單位面積上的發(fā)光能力， 28單位為：坎德拉每平方米（cd/m）如果平面法線與觀察方向成角：擴(kuò)展光源法線nr上式為 由 29注意：人眼睛感知的是光源的亮度大小，不是發(fā)光強(qiáng)度的強(qiáng)弱。 是29式可以看作是亮度的較通用的定義式，有這個(gè)式子可以進(jìn)一步把亮度的概念引申。亮度不僅可以用來描述一個(gè)發(fā)光面，還可以用來描述光路中的任意一個(gè)截面，如一個(gè)透鏡的有效面積或一個(gè)光闌所截的面積。還可以用亮度來描述一束光，光束的亮度等于這個(gè)光束所包含的光通量除以這束光的橫截面積和這束光的立體角。例題光度學(xué)P67一個(gè)面積為s的均勻發(fā)光面在某一方向的亮度為，它在這個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)為： 為發(fā)光面法線與制定方向夾角。若亮度與方向無關(guān)：常數(shù) 為法線方向的發(fā)光強(qiáng)度則方向的方向的發(fā)光強(qiáng)度為此即朗伯定律這樣的發(fā)光面稱朗伯體、（均勻漫射體）。余弦發(fā)射體沒有立體感， 感到各處一樣亮， 比如太陽 證明太陽是一個(gè)朗伯體： 因?yàn)椋?太陽中心處： 太陽邊緣部分的