第七章__食品的光學(xué)性質(zhì)

1、1第七章第七章 食品的光學(xué)性質(zhì)食品的光學(xué)性質(zhì) 物體的各種顏色，必須在光線的照射下，才能顯示出來(lái)。物體的各種顏色，必須在光線的照射下，才能顯示出來(lái)。這是因?yàn)槲矬w所呈現(xiàn)的顏色，取決于物體表面對(duì)光線中各種色這是因?yàn)槲矬w所呈現(xiàn)的顏色，取決于物體表面對(duì)光線中各種色光的吸收和反射性能。光的吸收和反射性能。 呈現(xiàn)紅色的物體，是由于它只反射紅光，吸收了紅光之外呈現(xiàn)紅色的物體，是由于它只反射紅光，吸收了紅光之外的其余色光。的其余色光。 白色的紙之所以呈現(xiàn)白光，是由于它將照射在它表面上的白色的紙之所以呈現(xiàn)白光，是由于它將照射在它表面上的光的全部成分完全反射出來(lái)。光的全部成分完全反射出來(lái)。 如果物體表面將光線中各色

2、光等量的吸收或全部吸收，物如果物體表面將光線中各色光等量的吸收或全部吸收，物體的表現(xiàn)將呈現(xiàn)出灰色或黑色。體的表現(xiàn)將呈現(xiàn)出灰色或黑色。27.1光的吸收、反射、折射、散射、衍射和色散光的吸收、反射、折射、散射、衍射和色散 光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，一部分在界面上被反射，一部分被介質(zhì)吸收，光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，一部分在界面上被反射，一部分被介質(zhì)吸收，另一部分被介質(zhì)散射，余下部分按一定折射方向繼續(xù)前進(jìn)另一部分被介質(zhì)散射，余下部分按一定折射方向繼續(xù)前進(jìn)(這部這部分也可以叫做透射光分也可以叫做透射光)。 因此，通過(guò)介質(zhì)透出的光強(qiáng)度必然比入射光弱。同時(shí)，由于因此，通過(guò)介質(zhì)透出的光強(qiáng)度必然比入射光弱。同時(shí)，由于不同波長(zhǎng)的光在介質(zhì)

3、中的傳播速度不同，因而同一介質(zhì)對(duì)不同波不同波長(zhǎng)的光在介質(zhì)中的傳播速度不同，因而同一介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光，有不同的折射率，所以一束白光或復(fù)合光在折射時(shí)，只長(zhǎng)的光，有不同的折射率，所以一束白光或復(fù)合光在折射時(shí)，只要入射角不為零，則不同波長(zhǎng)的光，將按不同的折射角而散開(kāi)，要入射角不為零，則不同波長(zhǎng)的光，將按不同的折射角而散開(kāi)，稱(chēng)之為色散。稱(chēng)之為色散。 由此可見(jiàn)，光的吸收、反射、折射、散射、衍射和色散是光由此可見(jiàn)，光的吸收、反射、折射、散射、衍射和色散是光在介質(zhì)中傳播時(shí)所發(fā)生的普遍現(xiàn)象。在介質(zhì)中傳播時(shí)所發(fā)生的普遍現(xiàn)象。37.1.1 光的吸收光的吸收 由于光是一種能量流，在光通過(guò)材料傳播時(shí)由于光是一種能量流

4、，在光通過(guò)材料傳播時(shí) ，會(huì)引起材料的價(jià)，會(huì)引起材料的價(jià)電子躍遷或使原子振動(dòng)，從而使光能的一部分變成熱能，導(dǎo)致光能電子躍遷或使原子振動(dòng)，從而使光能的一部分變成熱能，導(dǎo)致光能的衰減，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的吸收。被吸收的光強(qiáng)與吸收體的厚度成的衰減，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的吸收。被吸收的光強(qiáng)與吸收體的厚度成正比。正比。 物質(zhì)對(duì)光的吸收有選擇性。同一介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)物質(zhì)對(duì)光的吸收有選擇性。同一介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)(不同顏色不同顏色)的的光的吸收程度不等。無(wú)色透明物質(zhì)，例如玻璃，對(duì)可見(jiàn)光光的吸收程度不等。無(wú)色透明物質(zhì)，例如玻璃，對(duì)可見(jiàn)光(波長(zhǎng)在波長(zhǎng)在400一一800nm之間之間)吸收很少。通常吸收很少。通常lcm厚的玻璃對(duì)可見(jiàn)

5、光只吸收約厚的玻璃對(duì)可見(jiàn)光只吸收約1%，但玻璃對(duì)紫外線吸收較為顯著。石英對(duì)紫外線吸收不多，而，但玻璃對(duì)紫外線吸收較為顯著。石英對(duì)紫外線吸收不多，而對(duì)紅外線吸收性較強(qiáng)。對(duì)紅外線吸收性較強(qiáng)。 一般一般，例如紅色玻璃對(duì)紅、橙色光吸收較弱，例如紅色玻璃對(duì)紅、橙色光吸收較弱(透過(guò)透過(guò)較多較多)，而對(duì)其他色光吸收較強(qiáng)。諸如這類(lèi)現(xiàn)象稱(chēng)為透明介質(zhì)對(duì)光，而對(duì)其他色光吸收較強(qiáng)。諸如這類(lèi)現(xiàn)象稱(chēng)為透明介質(zhì)對(duì)光的選擇透射。的選擇透射。 不透明物質(zhì)對(duì)光也有選擇性，相對(duì)來(lái)說(shuō)也就是選擇反射。白色不透明物質(zhì)對(duì)光也有選擇性，相對(duì)來(lái)說(shuō)也就是選擇反射。白色物體對(duì)各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光的吸收程度很小，而反射程度很大。物體對(duì)各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光的

6、吸收程度很小，而反射程度很大。 有色物體對(duì)可見(jiàn)光的選擇反射性顯著。例如黃色物體對(duì)黃色光有色物體對(duì)可見(jiàn)光的選擇反射性顯著。例如黃色物體對(duì)黃色光反射最強(qiáng)，對(duì)橙色和綠色光反射很弱，而對(duì)其他紅、藍(lán)等色光吸收反射最強(qiáng)，對(duì)橙色和綠色光反射很弱，而對(duì)其他紅、藍(lán)等色光吸收很強(qiáng)很強(qiáng);藍(lán)色物體對(duì)藍(lán)色反射最強(qiáng)，對(duì)綠色和靛色光反射很弱，對(duì)其藍(lán)色物體對(duì)藍(lán)色反射最強(qiáng)，對(duì)綠色和靛色光反射很弱，對(duì)其他黃、紫、紅等色光吸收很強(qiáng)。因此，黃色顏料與藍(lán)色顏料混合而他黃、紫、紅等色光吸收很強(qiáng)。因此，黃色顏料與藍(lán)色顏料混合而成綠色顏料，即為剩余反射現(xiàn)象。成綠色顏料，即為剩余反射現(xiàn)象。 4 介質(zhì)吸收光能，引起介質(zhì)中電子的受迫震動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化

7、為其介質(zhì)吸收光能，引起介質(zhì)中電子的受迫震動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為其他形式的能。他形式的能。 設(shè)強(qiáng)度為設(shè)強(qiáng)度為I 的某種光，通過(guò)厚度為的某種光，通過(guò)厚度為dx的某種均勻介質(zhì)層，因的某種均勻介質(zhì)層，因被介質(zhì)吸收部分光能量而使強(qiáng)度減少被介質(zhì)吸收部分光能量而使強(qiáng)度減少dI，如圖，如圖7一一1所示，朗伯所示，朗伯（Lambert），指出），指出( )與吸收層厚度與吸收層厚度dx成正比，即有成正比，即有: (71) 式中式中a與介質(zhì)性質(zhì)和光波的波長(zhǎng)有關(guān)，稱(chēng)與介質(zhì)性質(zhì)和光波的波長(zhǎng)有關(guān)，稱(chēng)為該介質(zhì)對(duì)該種為該介質(zhì)對(duì)該種光的吸收系數(shù)光的吸收系數(shù)。 當(dāng)介質(zhì)總厚度為當(dāng)介質(zhì)總厚度為x x，原入射光強(qiáng)度為，原入射光強(qiáng)度為I0，通過(guò)

8、整個(gè)介質(zhì)以后的光強(qiáng)度為通過(guò)整個(gè)介質(zhì)以后的光強(qiáng)度為I，將上式積，將上式積分，得分，得 亦即亦即: : 或或 (72) 5 此即為朗伯定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)于選擇吸收的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，此即為朗伯定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)于選擇吸收的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，在吸收波段內(nèi)，在吸收波段內(nèi)，a可以很大，可以很大，a越大，表示吸收越強(qiáng)。當(dāng)介質(zhì)總越大，表示吸收越強(qiáng)。當(dāng)介質(zhì)總厚度厚度x1/a時(shí)，由式時(shí)，由式(7-2)得得 也就是說(shuō)，厚度為也就是說(shuō)，厚度為a的介質(zhì)層，可使光強(qiáng)減弱到原有光強(qiáng)的的介質(zhì)層，可使光強(qiáng)減弱到原有光強(qiáng)的1/2.72。 實(shí)驗(yàn)證明，稀溶液對(duì)光的吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)證明，稀溶液對(duì)光的吸收系數(shù)a與其濃度與其濃度c成正比，即有成正比，即

9、有akiC的關(guān)系，式中的關(guān)系，式中ki為決定于吸收物質(zhì)的分子特性，而與濃度為決定于吸收物質(zhì)的分子特性，而與濃度無(wú)關(guān)的另一常數(shù)。由此，式無(wú)關(guān)的另一常數(shù)。由此，式(7一一2)變?yōu)樽優(yōu)?根據(jù)光在溶液中的被吸收的程度，可以決定溶液的濃度，這就根據(jù)光在溶液中的被吸收的程度，可以決定溶液的濃度，這就是吸收光譜分析的原理。此式稱(chēng)為是吸收光譜分析的原理。此式稱(chēng)為比爾定律比爾定律。 （73） （74） 67.1.2 光的反射光的反射光的反射：光的反射：光從一種介質(zhì)射向另光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)的交界面時(shí)，一部分光一種介質(zhì)的交界面時(shí)，一部分光返回原來(lái)介質(zhì)中，使光的傳播方返回原來(lái)介質(zhì)中，使光的傳播方向發(fā)生了改變，

10、這種現(xiàn)象稱(chēng)為光向發(fā)生了改變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的的反射反射。光的反射定律：光的反射定律：反射反射光線與入射光線與入射光線、法線在同一平面上；光線、法線在同一平面上；反射反射光線和入射光線分居在法線的兩光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；側(cè)；反射反射角等于入射角可歸納為：角等于入射角可歸納為：“三線共面，兩線分居，兩角相三線共面，兩線分居，兩角相等等”。7 當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，一部分被反射，另一部當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，一部分被反射，另一部分穿入。反射的多少視兩種介質(zhì)折射率的比例而定，此外，還依分穿入。反射的多少視兩種介質(zhì)折射率的比例而定，此外，還依賴(lài)于入射角度，這些關(guān)系可由菲涅耳公

11、式闡明賴(lài)于入射角度，這些關(guān)系可由菲涅耳公式闡明: （75） （76） 式中，式中，為入射角，為入射角， 為折射角；下標(biāo)為折射角；下標(biāo)S表示垂直于入射面的表示垂直于入射面的電場(chǎng)分量；電場(chǎng)分量；P表示在入射面內(nèi)的電場(chǎng)分量；表示在入射面內(nèi)的電場(chǎng)分量；Rs，Rp為反射光的為反射光的電場(chǎng)分量；電場(chǎng)分量；Es，Ep為入射光的電場(chǎng)分量，為入射光的電場(chǎng)分量，與與 的關(guān)系由下式的關(guān)系由下式?jīng)Q定：決定： （77） 式中，式中，n兩介質(zhì)的折射率兩介質(zhì)的折射率n1和和n2之比。之比。87.1.3光的折射光的折射 光的折射：光的折射：當(dāng)光由一種介質(zhì)斜射到另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播當(dāng)光由一種介質(zhì)斜射到另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播方向發(fā)

12、生改變這種現(xiàn)象叫光的方向發(fā)生改變這種現(xiàn)象叫光的折射折射。 光發(fā)生光發(fā)生折射折射后，其頻率不變，但波長(zhǎng)和波速發(fā)生改變。后，其頻率不變，但波長(zhǎng)和波速發(fā)生改變。 光光折射折射時(shí)時(shí),折射折射光線光線,入射光線入射光線,法線在同一平面內(nèi)法線在同一平面內(nèi),折射折射光線光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)和入射光線分別位于法線的兩側(cè).折射折射角隨入射角的改變而改變，角隨入射角的改變而改變，但兩者不等。但兩者不等。97.1.4 光的散射光的散射定義：定義： 一束光通過(guò)介質(zhì)時(shí)其中一部分光偏離主要的傳播方向，這種現(xiàn)一束光通過(guò)介質(zhì)時(shí)其中一部分光偏離主要的傳播方向，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光象稱(chēng)為光散射散射?，F(xiàn)象的本質(zhì)是光波電磁場(chǎng)與

13、介質(zhì)分子相互作用的結(jié)?，F(xiàn)象的本質(zhì)是光波電磁場(chǎng)與介質(zhì)分子相互作用的結(jié)果。光的果。光的散射散射是原子或分子體系從入射光波中獲得能量后，改變傳是原子或分子體系從入射光波中獲得能量后，改變傳播方向及相位，甚至改變頻率的再輻射過(guò)程。播方向及相位，甚至改變頻率的再輻射過(guò)程。 當(dāng)光波射人介質(zhì)時(shí)，在光波電場(chǎng)的作用下，分子或原子獲得能當(dāng)光波射人介質(zhì)時(shí)，在光波電場(chǎng)的作用下，分子或原子獲得能量產(chǎn)生誘導(dǎo)極化，并以一定的頻率作強(qiáng)迫振動(dòng)，形成振動(dòng)電偶極子量產(chǎn)生誘導(dǎo)極化，并以一定的頻率作強(qiáng)迫振動(dòng)，形成振動(dòng)電偶極子（偶極子是指相距很近的符號(hào)相反的一對(duì)電荷）。這些振動(dòng)的偶極（偶極子是指相距很近的符號(hào)相反的一對(duì)電荷）。這些振動(dòng)的

14、偶極子就成為二次波源，向各個(gè)方向發(fā)射出電磁波。子就成為二次波源，向各個(gè)方向發(fā)射出電磁波。 在純凈的均勻介質(zhì)中，這些次波相互干涉的結(jié)果，使光線只能在純凈的均勻介質(zhì)中，這些次波相互干涉的結(jié)果，使光線只能在在折射折射方向上傳播，而在其他方向上則相互抵消，所以沒(méi)有方向上傳播，而在其他方向上則相互抵消，所以沒(méi)有散射散射光光出現(xiàn)。但當(dāng)均勻介質(zhì)中摻入進(jìn)行著布朗運(yùn)動(dòng)的微粒后，或者體系由出現(xiàn)。但當(dāng)均勻介質(zhì)中摻入進(jìn)行著布朗運(yùn)動(dòng)的微粒后，或者體系由于熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生局部的密度漲落或濃度漲落時(shí)，就會(huì)破壞次波的相于熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生局部的密度漲落或濃度漲落時(shí)，就會(huì)破壞次波的相干性，而在其他方向上出現(xiàn)放射光。干性，而在其他方向上出

15、現(xiàn)放射光。10 光波投到一般物體表面時(shí)，由于物體的光波投到一般物體表面時(shí)，由于物體的線度線度遠(yuǎn)大于光波的波遠(yuǎn)大于光波的波長(zhǎng)，因而產(chǎn)生漫射長(zhǎng)，因而產(chǎn)生漫射(又稱(chēng)漫反射又稱(chēng)漫反射) 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 當(dāng)光波投到細(xì)小質(zhì)點(diǎn)上的時(shí)候，根據(jù)惠更斯原理，從質(zhì)點(diǎn)表當(dāng)光波投到細(xì)小質(zhì)點(diǎn)上的時(shí)候，根據(jù)惠更斯原理，從質(zhì)點(diǎn)表面上各點(diǎn)激發(fā)次級(jí)子波，進(jìn)而形成同樣波長(zhǎng)的光波向各方向散開(kāi)，面上各點(diǎn)激發(fā)次級(jí)子波，進(jìn)而形成同樣波長(zhǎng)的光波向各方向散開(kāi)，如圖如圖7一一2(a)所示。這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的散射現(xiàn)象。所示。這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的散射現(xiàn)象。 散射是指由傳播介質(zhì)的不均勻性引起的光線向四周射去的現(xiàn)象。散射是指由傳播介質(zhì)的不均勻性引起的光線向四周

16、射去的現(xiàn)象。圖圖7-211 散射物質(zhì)對(duì)入射光沒(méi)有經(jīng)過(guò)共振吸收作用，所以此種現(xiàn)象散射物質(zhì)對(duì)入射光沒(méi)有經(jīng)過(guò)共振吸收作用，所以此種現(xiàn)象不是共振輻射，而是直接從被照射物體的微粒表面不是共振輻射，而是直接從被照射物體的微粒表面“反射反射”而而來(lái)。來(lái)。 事實(shí)上，光的散射與反射和衍射有著密切的關(guān)系。例如光事實(shí)上，光的散射與反射和衍射有著密切的關(guān)系。例如光波投入混濁介質(zhì)波投入混濁介質(zhì)(含有許多懸浮微粒的透明物質(zhì)含有許多懸浮微粒的透明物質(zhì))時(shí)，由于介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)中有許多中有許多線度線度大于波長(zhǎng)的微粒呈無(wú)規(guī)則的分布，則有部分光波大于波長(zhǎng)的微粒呈無(wú)規(guī)則的分布，則有部分光波被散射，散射光波將繞過(guò)微粒兩邊，向各方發(fā)散

17、，類(lèi)似于單徑被散射，散射光波將繞過(guò)微粒兩邊，向各方發(fā)散，類(lèi)似于單徑衍射現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象。 然而，混濁介質(zhì)中，由于懸浮微粒的存在，破壞了介質(zhì)的然而，混濁介質(zhì)中，由于懸浮微粒的存在，破壞了介質(zhì)的光學(xué)均勻性光學(xué)均勻性(存在微小區(qū)域有密度起伏現(xiàn)象存在微小區(qū)域有密度起伏現(xiàn)象)。因此，雖有些類(lèi)。因此，雖有些類(lèi)似于衍射現(xiàn)象，而沒(méi)有干涉現(xiàn)象的伴隨，故此呈現(xiàn)為散射現(xiàn)象。似于衍射現(xiàn)象，而沒(méi)有干涉現(xiàn)象的伴隨，故此呈現(xiàn)為散射現(xiàn)象。這種光的散射現(xiàn)象稱(chēng)為這種光的散射現(xiàn)象稱(chēng)為廷德?tīng)柾⒌聽(tīng)?Tyndll)散射。散射。 如圖如圖7一一2(b)所示，在一杯清水中加入幾所示，在一杯清水中加入幾滴豆?jié){，成為混濁透明介質(zhì)，光沿滴豆?jié){，成

18、為混濁透明介質(zhì)，光沿X軸方向通軸方向通過(guò)時(shí)，在過(guò)時(shí)，在Y軸方向可以看到杯中有光亮散發(fā)出軸方向可以看到杯中有光亮散發(fā)出來(lái)，這就是屬于來(lái)，這就是屬于廷德?tīng)柾⒌聽(tīng)柹⑸涞囊粋€(gè)實(shí)例。散射的一個(gè)實(shí)例。12 又如某些從表面看來(lái)是均勻純凈的介質(zhì)，當(dāng)有光波通過(guò)時(shí)，也又如某些從表面看來(lái)是均勻純凈的介質(zhì)，當(dāng)有光波通過(guò)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，只是它的散射光強(qiáng)度比不上混濁介質(zhì)的散射光會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，只是它的散射光強(qiáng)度比不上混濁介質(zhì)的散射光強(qiáng)。這種散射現(xiàn)象是由線度小于光波長(zhǎng)的介質(zhì)分子所產(chǎn)生。稱(chēng)為強(qiáng)。這種散射現(xiàn)象是由線度小于光波長(zhǎng)的介質(zhì)分子所產(chǎn)生。稱(chēng)為分子散射，又稱(chēng)分子散射，又稱(chēng)瑞利瑞利散射。例如大氣中的空氣分子，對(duì)太陽(yáng)光中

19、散射。例如大氣中的空氣分子，對(duì)太陽(yáng)光中的藍(lán)色光波散射特別顯著，所以呈現(xiàn)蔚藍(lán)色天空。的藍(lán)色光波散射特別顯著，所以呈現(xiàn)蔚藍(lán)色天空。 根據(jù)光的電磁理論，次波振幅根據(jù)光的電磁理論，次波振幅A與其波動(dòng)頻率的平方成正比，與其波動(dòng)頻率的平方成正比，次波光強(qiáng)次波光強(qiáng)I 又與振幅又與振幅A的平方成正比，同時(shí)頻率與波長(zhǎng)的平方成正比，同時(shí)頻率與波長(zhǎng)成反比，成反比，故散射光強(qiáng)度：故散射光強(qiáng)度： （78） 可見(jiàn)散射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，稱(chēng)為可見(jiàn)散射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，稱(chēng)為瑞利瑞利定律。定律。13 由由瑞利瑞利定律可知，白光中的短波成分的散射效應(yīng)較為顯著，波定律可知，白光中的短波成分的散射效應(yīng)較為顯著，波長(zhǎng)

20、越大散射越不顯著。所以空氣分子對(duì)藍(lán)色光的散射特別顯著，長(zhǎng)越大散射越不顯著。所以空氣分子對(duì)藍(lán)色光的散射特別顯著，對(duì)太陽(yáng)光的散射呈現(xiàn)蔚藍(lán)色。對(duì)太陽(yáng)光的散射呈現(xiàn)蔚藍(lán)色。 質(zhì)點(diǎn)足夠微小的煙霧，在白光照耀下，往往呈現(xiàn)淡藍(lán)色，所質(zhì)點(diǎn)足夠微小的煙霧，在白光照耀下，往往呈現(xiàn)淡藍(lán)色，所謂謂“一縷藍(lán)煙一縷藍(lán)煙”，也是藍(lán)色光散射的道理。，也是藍(lán)色光散射的道理。 早、晚太陽(yáng)偏東、西方，早、晚太陽(yáng)偏東、西方，太陽(yáng)光線通過(guò)大氣層的太陽(yáng)光線通過(guò)大氣層的厚度比中午陽(yáng)光通過(guò)大厚度比中午陽(yáng)光通過(guò)大氣層厚度要大得多，如氣層厚度要大得多，如右圖所示，根據(jù)右圖所示，根據(jù)瑞利瑞利定定律，早、晚太陽(yáng)光中的律，早、晚太陽(yáng)光中的短波成分被空氣

21、分子的短波成分被空氣分子的散射較多，因而橙紅色散射較多，因而橙紅色光透射相對(duì)較為顯著，光透射相對(duì)較為顯著，所以早、晚天空多現(xiàn)橙所以早、晚天空多現(xiàn)橙紅色光紅色光;空中如有云彩，空中如有云彩，則將出現(xiàn)紅霞。則將出現(xiàn)紅霞。14 光波通過(guò)介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的吸收作用，足使透射光強(qiáng)減弱，光波通過(guò)介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的吸收作用，足使透射光強(qiáng)減弱，介質(zhì)的散射，也足以使透射光強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。設(shè)光波通過(guò)厚度介質(zhì)的散射，也足以使透射光強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。設(shè)光波通過(guò)厚度為為dx 的薄層介質(zhì)時(shí)，因介質(zhì)的散射作用而使入射光強(qiáng)度的薄層介質(zhì)時(shí)，因介質(zhì)的散射作用而使入射光強(qiáng)度I 減小一減小一個(gè)微量個(gè)微量dI，則此光強(qiáng)的相對(duì)減少量，則此

22、光強(qiáng)的相對(duì)減少量 與光波通過(guò)該介質(zhì)的厚度與光波通過(guò)該介質(zhì)的厚度dx成正比，即有成正比，即有 式中，式中，比例系數(shù)，稱(chēng)為該介質(zhì)對(duì)該波長(zhǎng)光波的散射系數(shù)。比例系數(shù)，稱(chēng)為該介質(zhì)對(duì)該波長(zhǎng)光波的散射系數(shù)。 將上式積分，得：將上式積分，得： （79） 式中，式中，1o入射于介質(zhì)之前的光強(qiáng)度；入射于介質(zhì)之前的光強(qiáng)度； I通過(guò)厚度為通過(guò)厚度為x的介質(zhì)，除去被散射以外的介質(zhì)，除去被散射以外(不考慮純吸收不考慮純吸收)的透過(guò)光強(qiáng)度。的透過(guò)光強(qiáng)度。 如果結(jié)合前面講的光的吸收，一般測(cè)量所得光的如果結(jié)合前面講的光的吸收，一般測(cè)量所得光的“吸收系數(shù)吸收系數(shù)”應(yīng)包括純吸收系數(shù)應(yīng)包括純吸收系數(shù)和散射系數(shù)和散射系數(shù)兩個(gè)部分。因此

23、，實(shí)際上，入射兩個(gè)部分。因此，實(shí)際上，入射光強(qiáng)光強(qiáng)1o通過(guò)厚度為通過(guò)厚度為x的介質(zhì)以后，透出光強(qiáng)度的介質(zhì)以后，透出光強(qiáng)度I 應(yīng)為應(yīng)為 （710） 以上所述的以上所述的瑞利瑞利散射，它的散射光波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)相同。散射，它的散射光波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)相同。 157.1.5光的衍射光的衍射 光離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射。光離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射。 衍射又稱(chēng)為繞射衍射又稱(chēng)為繞射,光線照射到物體邊沿后通過(guò)光線照射到物體邊沿后通過(guò)散射散射繼續(xù)在繼續(xù)在空間發(fā)射的現(xiàn)象?？臻g發(fā)射的現(xiàn)象。 光衍射的本質(zhì)：光的衍射與微粒的剛性反彈沒(méi)有關(guān)系，在光衍射的本質(zhì)：光的衍射與微粒

24、的剛性反彈沒(méi)有關(guān)系，在這里我們要用到的是光的波動(dòng)性而不是光的粒子性。這里我們要用到的是光的波動(dòng)性而不是光的粒子性。 道理很容道理很容易理解：由于光是波動(dòng)傳播的，它走的路線自然就是如正弦函易理解：由于光是波動(dòng)傳播的，它走的路線自然就是如正弦函數(shù)那樣的曲線。只是在大的尺度下我們分辨不出而以為光是沿?cái)?shù)那樣的曲線。只是在大的尺度下我們分辨不出而以為光是沿直線傳播的罷了。光的曲線走向就是光的衍射，它給了我們光直線傳播的罷了。光的曲線走向就是光的衍射，它給了我們光偏離了運(yùn)動(dòng)方向的錯(cuò)覺(jué)。偏離了運(yùn)動(dòng)方向的錯(cuò)覺(jué)。16衍射屏衍射屏 觀察屏觀察屏 不但光線拐彎不但光線拐彎,而且在屏上而且在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。出

25、現(xiàn)明暗相間的條紋。衍射屏衍射屏 觀察屏觀察屏 透過(guò)手指縫看日光燈，透過(guò)手指縫看日光燈，也能看到衍射條紋。光也能看到衍射條紋。光的衍射的衍射 17 平行單色光照到一圓孔上，在孔板后不同處的面上觀察光平行單色光照到一圓孔上，在孔板后不同處的面上觀察光的不同特點(diǎn)的不同特點(diǎn) 18197.1.6光的色散光的色散 光波都有一定的頻率，光的顏色是由光波的頻率決定的，在可光波都有一定的頻率，光的顏色是由光波的頻率決定的，在可見(jiàn)光區(qū)域，紅光頻率最小，紫光的頻率最大，各種頻率的光在真空見(jiàn)光區(qū)域，紅光頻率最小，紫光的頻率最大，各種頻率的光在真空中傳播的速度都相同，等于但是不同頻率的單色光，在介質(zhì)中傳中傳播的速度都相

26、同，等于但是不同頻率的單色光，在介質(zhì)中傳播時(shí)由于受到介質(zhì)的作用，傳播速度都比在真空中的速度小，并且播時(shí)由于受到介質(zhì)的作用，傳播速度都比在真空中的速度小，并且速度的大小互不相同紅光速度大，紫光的傳播速度小，因此介質(zhì)速度的大小互不相同紅光速度大，紫光的傳播速度小，因此介質(zhì)對(duì)紅光的折射率小，對(duì)紫光的折率大當(dāng)不同色光以相同的入射角對(duì)紅光的折射率小，對(duì)紫光的折率大當(dāng)不同色光以相同的入射角射到三棱鏡上，紅光發(fā)生的偏折最少，它在光譜中處在靠近頂角的射到三棱鏡上，紅光發(fā)生的偏折最少，它在光譜中處在靠近頂角的一端紫光的頻率大，在介質(zhì)中的折射率大，在光譜中也就排列在一端紫光的頻率大，在介質(zhì)中的折射率大，在光譜中也

27、就排列在最靠近棱鏡底邊的一端，出現(xiàn)彩色光帶，稱(chēng)為光的色散現(xiàn)象。最靠近棱鏡底邊的一端，出現(xiàn)彩色光帶，稱(chēng)為光的色散現(xiàn)象。 為了表征介質(zhì)折射率因波長(zhǎng)不為了表征介質(zhì)折射率因波長(zhǎng)不同而變化的程度，引入色散率這同而變化的程度，引入色散率這個(gè)概念，并且定義個(gè)概念，并且定義:介質(zhì)色散率的介質(zhì)色散率的量值等于介質(zhì)折射率對(duì)波長(zhǎng)的變量值等于介質(zhì)折射率對(duì)波長(zhǎng)的變化率?；?。 (711) 20不同波長(zhǎng)的光會(huì)有不同的折射角不同波長(zhǎng)的光會(huì)有不同的折射角色散的原因色散的原因217.2食品顏色的表征食品顏色的表征7.2.1 顏色的視覺(jué)顏色的視覺(jué) (顏色辨認(rèn)顏色辨認(rèn))l 顏色是外來(lái)的光刺激作用于人的視覺(jué)器官而產(chǎn)生的主觀感顏色是外

28、來(lái)的光刺激作用于人的視覺(jué)器官而產(chǎn)生的主觀感覺(jué)。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周?chē)h(huán)境覺(jué)。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周?chē)h(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)有關(guān)系。的顏色，以及觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)可見(jiàn)光譜上的各種顏色隨光強(qiáng)度的增加而有所變化一般來(lái)說(shuō)可見(jiàn)光譜上的各種顏色隨光強(qiáng)度的增加而有所變化(向紅色或藍(lán)色變化向紅色或藍(lán)色變化)。這種顏色隨光強(qiáng)度而變化的現(xiàn)象叫做貝。這種顏色隨光強(qiáng)度而變化的現(xiàn)象叫做貝楚德楚德-樸爾克效應(yīng)。但在光譜上黃樸爾克效應(yīng)。但在光譜上黃(527nm)綠綠(503nm)藍(lán)藍(lán)(478nm)三點(diǎn)基本上不隨光強(qiáng)而變。三點(diǎn)基本上不隨光強(qiáng)而變。人眼對(duì)

29、波長(zhǎng)變化引起的顏色變化的辨認(rèn)能力人眼對(duì)波長(zhǎng)變化引起的顏色變化的辨認(rèn)能力(顏色辨認(rèn)的靈顏色辨認(rèn)的靈敏閾敏閾)在光譜中的不同位置是不同的。人眼剛能辨認(rèn)的顏色變?cè)诠庾V中的不同位置是不同的。人眼剛能辨認(rèn)的顏色變化就稱(chēng)為顏色辨認(rèn)的靈敏閾?；头Q(chēng)為顏色辨認(rèn)的靈敏閾。最靈敏處為最靈敏處為480nm(青青)及及600nm(橙黃橙黃)附近最不靈敏處為附近最不靈敏處為540nm(綠綠)及光譜兩端。靈敏處只要波長(zhǎng)改變及光譜兩端。靈敏處只要波長(zhǎng)改變1nm人眼就能感人眼就能感受到顏色的變化而多數(shù)要改變受到顏色的變化而多數(shù)要改變12nm才行。才行。 22顏色可分為彩色和非彩色。顏色可分為彩色和非彩色。非彩色指白色黑色和各

30、種不同深淺的灰色。非彩色指白色黑色和各種不同深淺的灰色。 彩色就是指黑白系列以外的各種顏色。彩色就是指黑白系列以外的各種顏色。 對(duì)于理想的完全反射的物體其反射率為對(duì)于理想的完全反射的物體其反射率為100%稱(chēng)它為純稱(chēng)它為純白而對(duì)于理想的完全吸收的物體其反射率為零稱(chēng)它為純黑。白而對(duì)于理想的完全吸收的物體其反射率為零稱(chēng)它為純黑。白色黑色和灰色物體對(duì)光譜各波段的反射和吸收是沒(méi)有白色黑色和灰色物體對(duì)光譜各波段的反射和吸收是沒(méi)有選擇性的稱(chēng)它們?yōu)橹行陨?。選擇性的稱(chēng)它們?yōu)橹行陨?duì)光來(lái)說(shuō)非彩色的黑白變化相當(dāng)于白光的亮度變化即當(dāng)對(duì)光來(lái)說(shuō)非彩色的黑白變化相當(dāng)于白光的亮度變化即當(dāng)白光的亮度非常高時(shí)人眼就感覺(jué)到是白色

31、的當(dāng)光的亮度很低白光的亮度非常高時(shí)人眼就感覺(jué)到是白色的當(dāng)光的亮度很低時(shí)就感覺(jué)到發(fā)暗或發(fā)灰無(wú)光時(shí)是黑色的。時(shí)就感覺(jué)到發(fā)暗或發(fā)灰無(wú)光時(shí)是黑色的。 237.2.2 顏色的基本物理量顏色的基本物理量色彩三要素色彩三要素 色彩的三要素是明度、色相（即色調(diào)）色彩的三要素是明度、色相（即色調(diào)） 、飽和度，是評(píng)價(jià)食、飽和度，是評(píng)價(jià)食品顏色的主要依據(jù)。品顏色的主要依據(jù)。 色調(diào)與飽和度合稱(chēng)為色度（色調(diào)與飽和度合稱(chēng)為色度（Chromaticity），它既說(shuō)明彩色），它既說(shuō)明彩色光的顏色類(lèi)別，又說(shuō)明顏色的深淺程度。色度再加上亮度，就能光的顏色類(lèi)別，又說(shuō)明顏色的深淺程度。色度再加上亮度，就能對(duì)顏色作完整的說(shuō)明。對(duì)顏色作

32、完整的說(shuō)明。明度明度 亮度或明度是光作用于人眼時(shí)所引起的明亮程度的感覺(jué)，是亮度或明度是光作用于人眼時(shí)所引起的明亮程度的感覺(jué)，是指色彩明暗深淺的程度，也可稱(chēng)為色階。指色彩明暗深淺的程度，也可稱(chēng)為色階。 每一種顏色在不同強(qiáng)弱的照明光線下都會(huì)產(chǎn)生明暗差別。每一種顏色在不同強(qiáng)弱的照明光線下都會(huì)產(chǎn)生明暗差別。 同一物體由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量同一物體由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就產(chǎn)生了同一顏色的物體在不同能量光線的照射也不相同，因此就產(chǎn)生了同一顏色的物體在不同能量光線的照射下呈現(xiàn)出明暗的差別下呈現(xiàn)出明暗的差別 。 24色調(diào)（也稱(chēng)色相）色調(diào)（也稱(chēng)色相） 就

33、是指不同顏色之間質(zhì)的差別，它們是可見(jiàn)光譜中不同波長(zhǎng)的就是指不同顏色之間質(zhì)的差別，它們是可見(jiàn)光譜中不同波長(zhǎng)的電磁波在視覺(jué)上的特有標(biāo)志。電磁波在視覺(jué)上的特有標(biāo)志。它是指各種顏色之間的差別。從表面現(xiàn)象來(lái)講，例如一束平行它是指各種顏色之間的差別。從表面現(xiàn)象來(lái)講，例如一束平行的白光透過(guò)一個(gè)三棱鏡時(shí)，這束白光因折射而被分散成一條彩色的的白光透過(guò)一個(gè)三棱鏡時(shí)，這束白光因折射而被分散成一條彩色的光帶，形成這條光帶的紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等顏色，就是光帶，形成這條光帶的紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等顏色，就是不同的色調(diào)。從物理光學(xué)的角度上來(lái)講，各種色調(diào)是由射入人眼中不同的色調(diào)。從物理光學(xué)的角度上來(lái)講，各種色調(diào)

34、是由射入人眼中光線的光譜成分所決定的，色調(diào)即色相的形成取決于該光譜成分的光線的光譜成分所決定的，色調(diào)即色相的形成取決于該光譜成分的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。 物體的色調(diào)由照射光源的光譜和物體本身反射特性或者透射特物體的色調(diào)由照射光源的光譜和物體本身反射特性或者透射特性決定。例如藍(lán)布在日光照射下，只反射藍(lán)光而吸收其它成分。如性決定。例如藍(lán)布在日光照射下，只反射藍(lán)光而吸收其它成分。如果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會(huì)呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會(huì)呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日光照射下，只透射紅光，所以是紅色。光照射下，只透射紅光，所以是紅色。光源的色調(diào)取決于輻射的光譜組成和光譜能量分布及人

35、眼所產(chǎn)光源的色調(diào)取決于輻射的光譜組成和光譜能量分布及人眼所產(chǎn)生的感覺(jué)。生的感覺(jué)。760 630 600 570 500 450 430 400(nm)紅紅橙橙黃黃綠綠青青藍(lán)藍(lán)紫紫760 630 600 570 500 450 430 400(nm)紅紅橙橙黃黃綠綠青青藍(lán)藍(lán)紫紫25飽和度飽和度 飽和度是指構(gòu)成顏色的純度，即彩色的純潔性色調(diào)深淺的程飽和度是指構(gòu)成顏色的純度，即彩色的純潔性色調(diào)深淺的程度。度。 它表示顏色中所含某顏色成分的比例。某彩色比例越大，它表示顏色中所含某顏色成分的比例。某彩色比例越大，該色彩的飽和度越高，反之則飽和度越低。該色彩的飽和度越高，反之則飽和度越低。 飽和度還和亮度

36、有關(guān)，同一色調(diào)越亮或越暗越不純。強(qiáng)光下比飽和度還和亮度有關(guān)，同一色調(diào)越亮或越暗越不純。強(qiáng)光下比陰暗的光線下飽和度高。同一顏色的物體，表面光滑的物體比表面陰暗的光線下飽和度高。同一顏色的物體，表面光滑的物體比表面粗糙的物體飽和度大。粗糙的物體飽和度大?？梢?jiàn)光譜的各種單色光是最飽和的彩色?？梢?jiàn)光譜的各種單色光是最飽和的彩色。當(dāng)光譜色當(dāng)光譜色(即單色光即單色光)摻入白光成份時(shí)其彩色變淺或者說(shuō)飽和度下降。當(dāng)摻入的白光摻入白光成份時(shí)其彩色變淺或者說(shuō)飽和度下降。當(dāng)摻入的白光成份多到一定限度時(shí)在眼睛看來(lái)它就不再是一種彩色光而成為成份多到一定限度時(shí)在眼睛看來(lái)它就不再是一種彩色光而成為白光了或者說(shuō)飽和度接近于零

37、，白光的飽和度等于零。白光了或者說(shuō)飽和度接近于零，白光的飽和度等于零。 物體色調(diào)的飽和度決定于該物體表面反射光譜輻射的選擇性程物體色調(diào)的飽和度決定于該物體表面反射光譜輻射的選擇性程度，物體對(duì)光譜某一較窄波段的反射率很高，而對(duì)其它波長(zhǎng)的反射度，物體對(duì)光譜某一較窄波段的反射率很高，而對(duì)其它波長(zhǎng)的反射率很低或不反射，表明它有很高的光譜選擇性，物體這一顏色的飽率很低或不反射，表明它有很高的光譜選擇性，物體這一顏色的飽和度就高。和度就高。不同的色別在視覺(jué)上也有不同的飽和度，紅色的飽和度最高，不同的色別在視覺(jué)上也有不同的飽和度，紅色的飽和度最高，綠色的飽和度最低，其余的顏色飽和度適中。綠色的飽和度最低，其

38、余的顏色飽和度適中。26光度學(xué)基本物理量光度學(xué)基本物理量光度與光通量光度與光通量 光度是表示光輻照度產(chǎn)生光感的程度。在光學(xué)中用光通量光度是表示光輻照度產(chǎn)生光感的程度。在光學(xué)中用光通量表示光度。光通量是光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的可見(jiàn)光的輻射表示光度。光通量是光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的可見(jiàn)光的輻射能量（即能量（即 =W/t ），單位為流明。流明與瓦特有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)），單位為流明。流明與瓦特有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。系。 光通量的單位是流明光通量的單位是流明lumen記作記作lm，這是功率單位。光通量，這是功率單位。光通量與輻射通量之間的換算，根據(jù)國(guó)際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)：與輻射通量之間的換算，根據(jù)國(guó)際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)：1

39、瓦波長(zhǎng)為瓦波長(zhǎng)為555nm的單色輻射通量是等于的單色輻射通量是等于683流明的光通量。這是光功當(dāng)量，流明的光通量。這是光功當(dāng)量，也是最大的光功當(dāng)量。或者也是最大的光功當(dāng)量?；蛘?流明波長(zhǎng)為流明波長(zhǎng)為555nm的單色光通量相的單色光通量相當(dāng)于當(dāng)于1/683瓦的輻射通量。其他波長(zhǎng)的單色光，瓦的輻射通量。其他波長(zhǎng)的單色光，1瓦輻射通量引起瓦輻射通量引起的光刺激都小于的光刺激都小于683流明，它們的關(guān)系就是視見(jiàn)函數(shù)關(guān)系。流明，它們的關(guān)系就是視見(jiàn)函數(shù)關(guān)系。 光源在給定方向上光源在給定方向上1球面度立體角內(nèi)發(fā)出球面度立體角內(nèi)發(fā)出0.00146W，波長(zhǎng)為，波長(zhǎng)為555nm的單色光的輻射能通量（亮度）時(shí)的發(fā)光

40、強(qiáng)度為的單色光的輻射能通量（亮度）時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉?？驳吕?。 1坎德拉（坎德拉（cd）=1 流明流明/1球面度立體角（球面度立體角（lm/1sr）27 設(shè)在波長(zhǎng)設(shè)在波長(zhǎng)與與d之間光的輻射照度為之間光的輻射照度為 E d，則光通量的定，則光通量的定義式為：義式為： =V E d 對(duì)于波長(zhǎng)為對(duì)于波長(zhǎng)為1 2的連續(xù)光譜：的連續(xù)光譜： =k V E d21 式中式中：K-表示常數(shù)；表示常數(shù)； -表示光通量，單位為流明（表示光通量，單位為流明（lm,lumen）; V 表示波長(zhǎng)為表示波長(zhǎng)為光的相對(duì)光譜光效率；光的相對(duì)光譜光效率； E 表示表示波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為的光源的的光源的輻射功率（單位為輻射功率（單

41、位為W）。）。多色光源的光通量為各單位光光通量之和。多色光源的光通量為各單位光光通量之和。28照度照度 表示某一受光點(diǎn)單位面積的光通量為照度。即：表示某一受光點(diǎn)單位面積的光通量為照度。即：E =ddA2式中，式中，A2表示受光面積，單位為表示受光面積，單位為m2； E表示照度，單位為表示照度，單位為lm/m2(流明流明/米米2)，也為勒克斯，也為勒克斯（lux）。即）。即 1 lux = l lm/m229光出射度（面發(fā)光度）光出射度（面發(fā)光度）從一發(fā)光表面的單位面積上發(fā)出的光通量稱(chēng)為該表面的光出從一發(fā)光表面的單位面積上發(fā)出的光通量稱(chēng)為該表面的光出射度，以射度，以M表示。光出射度和光照度表示。

42、光出射度和光照度E是一對(duì)相同意義的物理量，是一對(duì)相同意義的物理量，只是前者是發(fā)出而后者是接收光通量。兩者的單位本質(zhì)上是相同只是前者是發(fā)出而后者是接收光通量。兩者的單位本質(zhì)上是相同的。的。 式中，式中，A1表示發(fā)光面積，單位為表示發(fā)光面積，單位為m2；M表示發(fā)光光通量，單表示發(fā)光光通量，單位為位為lm/m2。發(fā)光表面可以是本身發(fā)光的，也可以是受外來(lái)照射后投射或發(fā)光表面可以是本身發(fā)光的，也可以是受外來(lái)照射后投射或反射發(fā)光的；可以是實(shí)際發(fā)光體，也可以是其象面。對(duì)于后一種反射發(fā)光的；可以是實(shí)際發(fā)光體，也可以是其象面。對(duì)于后一種情況，其發(fā)光度則與該面接收的輻射通量有關(guān)，即與表面的照度情況，其發(fā)光度則與該

43、面接收的輻射通量有關(guān)，即與表面的照度有關(guān)。令有關(guān)。令表示該面的反射率，表示該面的反射率，1。 M= EM=ddA130 發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)，國(guó)際單位是發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)，國(guó)際單位是candela（坎德拉）簡(jiǎn)寫(xiě)（坎德拉）簡(jiǎn)寫(xiě)cd。 是指光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。光源輻射是指光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。光源輻射是均勻時(shí)，則光強(qiáng)為是均勻時(shí)，則光強(qiáng)為I= / ， 為立體角，單位為球面度為立體角，單位為球面度（sr）, 為光通量，單位是流明。為光通量，單位是流明。 I（發(fā)光強(qiáng)度）單位為（發(fā)光強(qiáng)度）單位為lm/sr。 設(shè)點(diǎn)光源在一立體角設(shè)點(diǎn)光源在一立體角d內(nèi)發(fā)出的光通量為內(nèi)發(fā)出的

44、光通量為d，則其發(fā)光強(qiáng)，則其發(fā)光強(qiáng)度為度為立體角立體角 因此，整個(gè)空間因此，整個(gè)空間 當(dāng)光源在各個(gè)方向上發(fā)光強(qiáng)度相同時(shí)，總光通量為當(dāng)光源在各個(gè)方向上發(fā)光強(qiáng)度相同時(shí)，總光通量為 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度31亮度（亮度（光亮度光亮度） 光亮度光亮度是表示發(fā)是表示發(fā)光光面明亮程度的，指發(fā)面明亮程度的，指發(fā)光光表面在指定方向表面在指定方向的發(fā)的發(fā)光光強(qiáng)度與垂直且指定方向的發(fā)強(qiáng)度與垂直且指定方向的發(fā)光光面的面積之比，單位是坎面的面積之比，單位是坎德拉德拉/平方米。對(duì)于一個(gè)漫散射面，盡管各個(gè)方向的平方米。對(duì)于一個(gè)漫散射面，盡管各個(gè)方向的光光強(qiáng)和強(qiáng)和光光通通量不同，但各個(gè)方向的量不同，但各個(gè)方向的亮度亮度都是相等的

45、。都是相等的。 亮度用亮度用L表示，表示，L= dIdA cos式中，式中，A表示發(fā)光體表面積，單位表示發(fā)光體表面積，單位m2； 表示發(fā)光體表面法線與觀測(cè)方向夾角。表示發(fā)光體表面法線與觀測(cè)方向夾角。327.2.3顏色的物理表示顏色的物理表示顏色的三色學(xué)說(shuō)顏色的三色學(xué)說(shuō) 人們發(fā)現(xiàn)了三原色現(xiàn)象，即只要有人們發(fā)現(xiàn)了三原色現(xiàn)象，即只要有紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)這三種光，經(jīng)這三種光，經(jīng)過(guò)適當(dāng)配比，就可以得到一切彩色。過(guò)適當(dāng)配比，就可以得到一切彩色。 人的眼睛色覺(jué)是由人的眼睛色覺(jué)是由紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)三種感覺(jué)組合形成的，這就是三種感覺(jué)組合形成的，這就是三色學(xué)說(shuō)。三色學(xué)說(shuō)。 眼睛的三種感色細(xì)胞分別為赤錐體、綠錐體、藍(lán)

46、錐體細(xì)胞。眼睛的三種感色細(xì)胞分別為赤錐體、綠錐體、藍(lán)錐體細(xì)胞。 33互補(bǔ)色：互補(bǔ)色： 凡兩個(gè)以適當(dāng)比例相混合產(chǎn)生白色的顏色光是互補(bǔ)色。兩凡兩個(gè)以適當(dāng)比例相混合產(chǎn)生白色的顏色光是互補(bǔ)色。兩個(gè)色光的主波長(zhǎng)定義為互補(bǔ)波長(zhǎng)，但在不同光源下個(gè)色光的主波長(zhǎng)定義為互補(bǔ)波長(zhǎng)，但在不同光源下補(bǔ)色補(bǔ)色的主波的主波長(zhǎng)是會(huì)有所不同的?；蛘甙催m當(dāng)比例混合而能產(chǎn)生黑色或灰色長(zhǎng)是會(huì)有所不同的?；蛘甙催m當(dāng)比例混合而能產(chǎn)生黑色或灰色的兩種顏色的染料，都互為補(bǔ)色。的兩種顏色的染料，都互為補(bǔ)色。 例如黃與藍(lán)，紅與藍(lán)綠即為互補(bǔ)色。在混合時(shí)，如果比例例如黃與藍(lán)，紅與藍(lán)綠即為互補(bǔ)色。在混合時(shí)，如果比例不對(duì)則成為不飽和的彩色，色調(diào)偏于過(guò)多

47、的一色。不對(duì)則成為不飽和的彩色，色調(diào)偏于過(guò)多的一色。 藍(lán)、綠、紅三原色互為補(bǔ)色藍(lán)、綠、紅三原色互為補(bǔ)色的黃、品紅、青三色通常稱(chēng)為的黃、品紅、青三色通常稱(chēng)為“三補(bǔ)色三補(bǔ)色”。這三個(gè)補(bǔ)色在可見(jiàn)。這三個(gè)補(bǔ)色在可見(jiàn)光譜中，各約占光譜中，各約占13。 34 三種光互相混合，誕生了四種新色彩：黃、品、青、白。三種光互相混合，誕生了四種新色彩：黃、品、青、白。 在這個(gè)由六色構(gòu)成的色環(huán)中：在這個(gè)由六色構(gòu)成的色環(huán)中： 每一種色與相鄰的色彩構(gòu)成了鄰色系統(tǒng)，每一種色與對(duì)面每一種色與相鄰的色彩構(gòu)成了鄰色系統(tǒng)，每一種色與對(duì)面的色彩構(gòu)成補(bǔ)色系統(tǒng)。的色彩構(gòu)成補(bǔ)色系統(tǒng)。 在混合兩種非補(bǔ)色時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種新的介于他們之間的中在混

48、合兩種非補(bǔ)色時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種新的介于他們之間的中間色。間色。白白35三刺激值三刺激值 色度學(xué)中用三原色匹配物體色度學(xué)中用三原色匹配物體反射色光反射色光所需要所需要紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)原原色數(shù)量稱(chēng)為物體顏色的色數(shù)量稱(chēng)為物體顏色的三刺激值三刺激值，即，即X、Y、Z，也是物體色的，也是物體色的色度值。色度值。 三刺激值三刺激值相當(dāng)于眼睛相當(dāng)于眼睛三種感光細(xì)胞三種感光細(xì)胞，即稱(chēng)赤錐體、綠錐體、，即稱(chēng)赤錐體、綠錐體、藍(lán)錐體細(xì)胞，藍(lán)錐體細(xì)胞，對(duì)各種等能量對(duì)各種等能量單色波長(zhǎng)單色波長(zhǎng)光的感度光的感度。 自然界中的每種顏色都可以用選定的、能刺激人眼中三種自然界中的每種顏色都可以用選定的、能刺激人眼中三種受體細(xì)胞的受

49、體細(xì)胞的紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)三原色，按適當(dāng)比例混合而成。三原色，按適當(dāng)比例混合而成。 36 三刺激值，即在給定的三色系統(tǒng)中與待測(cè)色達(dá)到色匹配所需三刺激值，即在給定的三色系統(tǒng)中與待測(cè)色達(dá)到色匹配所需要的三個(gè)原刺激量，分別以要的三個(gè)原刺激量，分別以X、Y、Z表示。通過(guò)對(duì)眾多具有正常表示。通過(guò)對(duì)眾多具有正常色覺(jué)的人體色覺(jué)的人體(稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)觀察者，即標(biāo)準(zhǔn)眼稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)觀察者，即標(biāo)準(zhǔn)眼)進(jìn)行廣泛的顏色比較試驗(yàn)，進(jìn)行廣泛的顏色比較試驗(yàn)，測(cè)定了每一種可見(jiàn)波長(zhǎng)測(cè)定了每一種可見(jiàn)波長(zhǎng)(380780nm)的光引起的光引起刺激的刺激的相相對(duì)數(shù)量的色匹配函數(shù)對(duì)數(shù)量的色匹配函數(shù)，這些色匹配函數(shù)分別用，這些色匹配函數(shù)分別用()、()

50、、()來(lái)表示。來(lái)表示。把這些色匹配函數(shù)組合起來(lái)，描繪成曲線，就叫做把這些色匹配函數(shù)組合起來(lái)，描繪成曲線，就叫做CIE色度標(biāo)準(zhǔn)觀色度標(biāo)準(zhǔn)觀察者的光譜三刺激值曲線察者的光譜三刺激值曲線(見(jiàn)圖見(jiàn)圖)。 37 任何一種顏色可以用任何一種顏色可以用紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)三原色按照不同比例混合來(lái)三原色按照不同比例混合來(lái)得到。顏色匹配過(guò)程是通過(guò)三原色混合后的光的顏色與對(duì)應(yīng)給定得到。顏色匹配過(guò)程是通過(guò)三原色混合后的光的顏色與對(duì)應(yīng)給定光的顏色相同。光的顏色相同。 CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）選取的標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際照明委員會(huì)）選取的標(biāo)準(zhǔn)紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)三種光的波三種光的波長(zhǎng)分別為：長(zhǎng)分別為： 紅紅光，光，R，1=700nm ；

51、綠綠光，光，G，1=546nm ； 藍(lán)藍(lán)光，光，B，1=435.8nm 。 38RGB和和CIE-XYZ表色系統(tǒng)表色系統(tǒng) 光顏色的匹配可以用式子表示為：光顏色的匹配可以用式子表示為： (4.1.1) 其中其中權(quán)值權(quán)值 r、g、b為顏色匹配中所需要的為顏色匹配中所需要的 R、G、B三色光的三色光的相對(duì)量，也就是三刺激的值。相對(duì)量，也就是三刺激的值。 1931年，年，CIE給出了用等能標(biāo)準(zhǔn)三原色來(lái)匹配任意顏色的給出了用等能標(biāo)準(zhǔn)三原色來(lái)匹配任意顏色的光譜三刺激值曲線，這樣的一個(gè)系統(tǒng)被稱(chēng)為光譜三刺激值曲線，這樣的一個(gè)系統(tǒng)被稱(chēng)為CIE-RGB系統(tǒng)。但系統(tǒng)。但一部分一部分500m附近的附近的R三刺激值是負(fù)

52、數(shù)。三刺激值是負(fù)數(shù)。39 由于實(shí)際上不存在負(fù)的光強(qiáng)，而且這種計(jì)算極不方便，不易由于實(shí)際上不存在負(fù)的光強(qiáng)，而且這種計(jì)算極不方便，不易理解，人們希望找出另外一組原色，用于代替理解，人們希望找出另外一組原色，用于代替CIE-RGB系統(tǒng)，系統(tǒng)，因此，因此，1931年的年的CIE-XYZ系統(tǒng)利用三種假想的標(biāo)準(zhǔn)原色系統(tǒng)利用三種假想的標(biāo)準(zhǔn)原色X（紅）、（紅）、Y（綠）、（綠）、Z（藍(lán)），以便使我們能夠得到的顏色匹配函數(shù)的三（藍(lán)），以便使我們能夠得到的顏色匹配函數(shù)的三刺激值都是正值。類(lèi)似的，該系統(tǒng)的光顏色匹配函數(shù)定義為如下刺激值都是正值。類(lèi)似的，該系統(tǒng)的光顏色匹配函數(shù)定義為如下的一個(gè)式子：的一個(gè)式子： (4.

53、1.2)40 用用R、G、B三原色（實(shí)際上是三原色（實(shí)際上是CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)原色）的單位向標(biāo)準(zhǔn)原色）的單位向量可以定義一個(gè)三維顏色空間（圖），一個(gè)顏色刺激（量可以定義一個(gè)三維顏色空間（圖），一個(gè)顏色刺激（C）就可）就可以表示為這個(gè)三維空間中一個(gè)以原點(diǎn)為起點(diǎn)的向量，我們把該三以表示為這個(gè)三維空間中一個(gè)以原點(diǎn)為起點(diǎn)的向量，我們把該三維向量空間稱(chēng)為（維向量空間稱(chēng)為（R、G、B）三刺激空間，該空間落在第一象限，）三刺激空間，該空間落在第一象限，該空間中的向量的方向由三刺激的值確定，因而向量的方向代表該空間中的向量的方向由三刺激的值確定，因而向量的方向代表顏色。顏色。 紅紅藍(lán)藍(lán)綠綠41 為了在二維空間

54、中表示顏色，我們?cè)谌齻€(gè)坐標(biāo)軸上對(duì)稱(chēng)的取一個(gè)為了在二維空間中表示顏色，我們?cè)谌齻€(gè)坐標(biāo)軸上對(duì)稱(chēng)的取一個(gè)截面，該截面通過(guò)（截面，該截面通過(guò)（R）、（）、（G）、（）、（B）三個(gè)坐標(biāo)軸上的單位向量，）三個(gè)坐標(biāo)軸上的單位向量，因而可知截面的方程為（因而可知截面的方程為（R）（）（G）（）（B）1。 該截面與三個(gè)坐標(biāo)平面的交線構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，它被稱(chēng)為色該截面與三個(gè)坐標(biāo)平面的交線構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，它被稱(chēng)為色度圖。度圖。 每一個(gè)顏色刺激向量與該平面都有每一個(gè)顏色刺激向量與該平面都有一個(gè)交點(diǎn)，因而一個(gè)交點(diǎn)，因而色度圖可以表示三刺激色度圖可以表示三刺激空間中的所有顏色值空間中的所有顏色值，同時(shí)交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，同

55、時(shí)交點(diǎn)的個(gè)數(shù)是唯一的，說(shuō)明色度圖上的每一個(gè)點(diǎn)代是唯一的，說(shuō)明色度圖上的每一個(gè)點(diǎn)代表不同的顏色，它的空間坐標(biāo)表示為該表不同的顏色，它的空間坐標(biāo)表示為該顏色在標(biāo)準(zhǔn)原色下的三刺激值，該值是顏色在標(biāo)準(zhǔn)原色下的三刺激值，該值是唯一的。唯一的。 對(duì)于三刺激空間中坐標(biāo)為對(duì)于三刺激空間中坐標(biāo)為X、Y、Z的顏色刺激向量的顏色刺激向量Q，它與色度圖交點(diǎn)的，它與色度圖交點(diǎn)的坐標(biāo)（坐標(biāo)（x，y，z）即三刺激值，也被稱(chēng)）即三刺激值，也被稱(chēng)為色度值，有如下的表示：為色度值，有如下的表示： (4.1.3) 42色品圖：色品圖： 43 色品圖是根據(jù)三原色原理繪制的，它用匹配某一顏色的三原色色品圖是根據(jù)三原色原理繪制的，它用匹

56、配某一顏色的三原色比例來(lái)規(guī)定這一顏色，比例來(lái)規(guī)定這一顏色，x色品坐標(biāo)相當(dāng)于紅原色的比例，色品坐標(biāo)相當(dāng)于紅原色的比例，y色品坐色品坐標(biāo)相當(dāng)于綠原色比例，圖中沒(méi)有標(biāo)相當(dāng)于綠原色比例，圖中沒(méi)有z色品坐標(biāo)，因?yàn)樯纷鴺?biāo)，因?yàn)閤+y+z=1，所，所以以z=1-(x+y)。P 坐標(biāo)系統(tǒng)的原色坐標(biāo)系統(tǒng)的原色(三基色三基色)點(diǎn)，即三角形的三個(gè)角頂紅點(diǎn)，即三角形的三個(gè)角頂紅原色點(diǎn)原色點(diǎn)(x) x=1，y=z=0；綠原；綠原色點(diǎn)色點(diǎn)(y) y=1，x=z=0；藍(lán)原色；藍(lán)原色點(diǎn)點(diǎn)(z) z=1,x=y=0都落在這個(gè)都落在這個(gè)區(qū)域之外，區(qū)域之外，也就是說(shuō)，原色點(diǎn)也就是說(shuō)，原色點(diǎn)的色品是假想的，在物理上不的色品是假想的

57、，在物理上不可能實(shí)現(xiàn)。同樣，凡是落在光可能實(shí)現(xiàn)。同樣，凡是落在光譜軌跡由紅端到紫端直線范圍譜軌跡由紅端到紫端直線范圍以外的顏色是物理上不能實(shí)現(xiàn)以外的顏色是物理上不能實(shí)現(xiàn)的顏色。的顏色。44 譜軌跡曲線以及連接光譜軌跡兩端所形成的舌形內(nèi)部包譜軌跡曲線以及連接光譜軌跡兩端所形成的舌形內(nèi)部包括一切物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色。括一切物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色。 色品圖中的色品圖中的E點(diǎn)是白光，由三原色各點(diǎn)是白光，由三原色各13彩色量產(chǎn)生，所彩色量產(chǎn)生，所以也稱(chēng)為等能白光，其色品坐標(biāo)為以也稱(chēng)為等能白光，其色品坐標(biāo)為 E點(diǎn)是點(diǎn)是CIE標(biāo)準(zhǔn)光源的色光，相當(dāng)于中午陽(yáng)光的光色。標(biāo)準(zhǔn)光源的色光，相當(dāng)于中午陽(yáng)光的光色。 若色坐標(biāo)給

58、定，可立即從色品圖上定出該色的主波長(zhǎng)和若色坐標(biāo)給定，可立即從色品圖上定出該色的主波長(zhǎng)和飽和度。例如，要求飽和度。例如，要求Q點(diǎn)的主波長(zhǎng)，只要從點(diǎn)的主波長(zhǎng)，只要從Q向向E引一條直線，引一條直線，并延長(zhǎng)并延長(zhǎng)EQ與光譜軌跡相交，交點(diǎn)在與光譜軌跡相交，交點(diǎn)在510.3nm則則Q點(diǎn)的主波長(zhǎng)就點(diǎn)的主波長(zhǎng)就是是510.3nm。某一顏色離開(kāi)。某一顏色離開(kāi)E點(diǎn)的接近光譜軌跡的程度表明它的點(diǎn)的接近光譜軌跡的程度表明它的純度，顏色越靠近純度，顏色越靠近E越不純，越靠近光譜軌跡越純，所以接近光越不純，越靠近光譜軌跡越純，所以接近光譜軌跡的遠(yuǎn)近程度標(biāo)志著飽和度的大小。從譜軌跡的遠(yuǎn)近程度標(biāo)志著飽和度的大小。從E到到Q點(diǎn)

59、和點(diǎn)和P點(diǎn)的距點(diǎn)的距離之比離之比EQEP為該為該Q點(diǎn)顏色的飽和度。點(diǎn)顏色的飽和度。 45 從色品圖還可推算出由兩種顏色相混合所得出的各種中間色。從色品圖還可推算出由兩種顏色相混合所得出的各種中間色。如如Q和和S相加，按不同比例，可配出相加，按不同比例，可配出Q到到S線段中的各種顏色。光譜線段中的各種顏色。光譜軌跡的形狀是近似直線或凸形的，而不是凹形的。因此，任何兩個(gè)軌跡的形狀是近似直線或凸形的，而不是凹形的。因此，任何兩個(gè)波長(zhǎng)光相混合所得出的混合色或落在光譜軌跡上，或在光譜軌跡所波長(zhǎng)光相混合所得出的混合色或落在光譜軌跡上，或在光譜軌跡所包圍的面積之內(nèi)，而絕不會(huì)落在光譜軌跡之外。包圍的面積之內(nèi)，

60、而絕不會(huì)落在光譜軌跡之外。 在在700770nm的光譜波段有一恒定的色度值，都是的光譜波段有一恒定的色度值，都是x=07347，y=0.2652，z=0，在色品圖上只由一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。這表明，在色品圖上只由一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。這表明，只要將只要將700770nm這段光譜上的任何不同波長(zhǎng)的兩個(gè)顏色調(diào)整到這段光譜上的任何不同波長(zhǎng)的兩個(gè)顏色調(diào)整到相同亮度，則這兩個(gè)顏色在人眼看來(lái)都是一樣的。相同亮度，則這兩個(gè)顏色在人眼看來(lái)都是一樣的。 光譜軌跡光譜軌跡540700nm近似是一條直線，這意味著，在這段光近似是一條直線，這意味著，在這段光譜范圍內(nèi)的任何光譜色都是可以通過(guò)譜范圍內(nèi)的任何光譜色都是可以通過(guò)540nm和