光度學和色度學基礎(chǔ)

第五章光度學和色度學基礎(chǔ)第一節(jié)輻射量和光學量及其單位

第二節(jié)光傳播過程中光學量的變化規(guī)律

第三節(jié)成像系統(tǒng)像面的光照度

第四節(jié)顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征

第五節(jié)顏色混合及格拉斯曼顏色混合定律

第六節(jié)顏色匹配

第七節(jié)色度學中的幾個概念

第八節(jié)顏色相加原理及光源色和物體色的三刺激值

第九節(jié)CIE標準色度學系統(tǒng)

第十節(jié)均勻顏色空間及色差公式

（1）可見光是波長在3.8×10-7～7.6×10-7m的電磁輻射，描述電磁輻射的物理量，即輻射量，也可用來描述可見光；第一節(jié)輻射量和光學量及其單位

▲可以用輻射量和光學量這兩種量值系統(tǒng)來度量可見光。（1）把可見光做為純物理現(xiàn)象來研究時，采用輻射量量值系統(tǒng)；（2）研究與人的視覺有關(guān)問題時，采用光學量量值系統(tǒng)更方便。分清兩點：

（2）可見光是能對人的視覺形成刺激，并能被人感受的電磁輻射。因而人們很自然地用視覺受到刺激的程度，即視覺感受來量度可見光。按視覺響應(yīng)原則建立的表征可見光的量稱作光學量。關(guān)于立體角▲立體角：▲立體角的度量：

單位：球面(角)度，英文sterad[‘ster?d]或steradian[sti’reidi?n]，簡寫sr▲立體角的計算：一、輻射量1、輻射能Qe

以電磁輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的能量稱做輻射能，常用字符Qe表示，單位：焦[耳]（J）。[]內(nèi)的字，是在不致混淆的情況下可以省略的字2、輻[射能]通量Фe單位時間內(nèi)發(fā)射、傳輸或接收的輻射能稱之為輻通量，常用字符Фe表示，單位：瓦[特](W)，定義式：（5-1）3、輻[射]出[射]度Me

輻射源單位發(fā)射面積發(fā)出的輻通量定義為輻射源的輻出度，以Me表示，單位：瓦[特]每平方米(W/m2)。定義式：

（5-2）4、輻[射]照度Ee

輻射照射面單位受照面積上接受的輻通量，以字符Ee表示，單位：瓦[特]每平方米(W/m2)

。定義式：5、輻[射]強度Ie

點輻射源向各方向發(fā)出輻射，在某一方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的輻通量為dФe，則輻強度Ie為（5-3）（5-4）單位：瓦[特]每球面度(W/sr)。

注：球面(角)度——是立體角單位，英文sterad[‘ster?d]或steradian[sti’reidi?n]，簡寫sr6、輻[射]亮度Le

為表征有限尺寸輻射源輻通量的空間分布，采用“輻亮度”這樣一個輻射量。元面積為dA的輻射面，在和表面法線N成θ角方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的輻通量為dФe，則輻亮度Le為（5-5）單位：瓦[特]每球面度平方米(W/(sr·m2))。θdΩdAcosθdAθNdФe二、光學量1、光通量Фv

標度可見光對人眼的視覺刺激程度的量稱為光通量，以字符Фv表示，單位：流[明]（lm）。2、光出射度Mv

光源單位發(fā)光面積發(fā)出的光通量，以字符Mv表示。單位：流[明]每平方米(lm/m2)。定義式：（5-6）3、光照度Ev

單位受照面積接受的光通量，以字符Ev表示，單位：勒[克斯]（lx），1lx=1lm/m2。定義式：（5-7）4、發(fā)光強度Iv

點光源向各方向發(fā)出可見光，在某一方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的光通量為dФv，則點光源在該方向上的發(fā)光強度Iv為:（5-8）單位：坎[德拉]（cd）。

關(guān)于發(fā)光強度的單位：1979年第十六屆國際計量大會對發(fā)光強度的事位坎德拉作了明確的規(guī)定：“一個光源發(fā)出頻率為540×1012Hz（赫茲）的單色光，在一定方向的輻射強度為1/683W/sr，則此光源在該方向上的發(fā)光強度為1坎德拉”。

發(fā)光強度是光學基本量，是國際單位制中七個基本量之一。cd坎[德拉]I(Iv)發(fā)光強度mol摩[爾]n(v)物質(zhì)的量K開[爾文]T熱力學溫度A電流I電流s秒t時間kg千克（公斤）m質(zhì)量m米l長度單位符號單位名稱物理量符號物理量名稱國際單位制中七個基本量

從發(fā)光強度的單位坎德拉可導(dǎo)出光通量的單位流明：發(fā)光強度為1cd的勻強點光源，在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為1lm。

5、光亮度Lv

為描述有限尺寸的發(fā)光體發(fā)出的可見光在空間分布的情況，采用光亮度這樣一個光學量。發(fā)光面的元面積dA，在和發(fā)光表面法線N成θ角的方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的光通量為dΦv，則光亮度Lv為表明，元發(fā)光面dA在θ方向的光亮度等于元面積dA在θ方向的發(fā)光強度Iv與該面元面積在垂直于該方向平面上的投影cosθ?dA之比.（5-9）發(fā)光面在θ方向的發(fā)光強度（5-10）θdΩdAcosθdAθNdФv單位：坎[德拉]每平方米(cd/m2)三、光學量和輻射量間的關(guān)系（一）光譜光效率函數(shù)

▲視覺對不同波長光有不同的靈敏度人眼是一種可見光探測器可見光輻射(用輻射量度量)人眼的光感受(用光學量度量)

光學量和輻射量間的關(guān)系決定于人的視覺特性。實驗表明，具有相同輻通量而波長不同的可見光分別作用于人眼，人所感受的明亮程度將有所不同，這表明人的視覺對不同波長光有不同的靈敏度。

▲

人對不同波長光響應(yīng)的靈敏度是波長的函數(shù)，稱之為光譜光效率函數(shù)。

▲實驗表明，觀察場明暗不同時，光譜光效率函數(shù)亦稍有不同。

▲國際照明委員會（CommissionInternationaledeL‘Eclairage(法)或InternationalCommissiononIllumination(英)，縮寫CIE）根據(jù)多組測試實驗結(jié)果，分別于1924年和1951年確定并正式推薦兩種光譜光效率函數(shù)：明視覺光譜光效率函數(shù)和暗視覺光譜光效率函數(shù)，如圖5-2所示。

圖中的函數(shù)值已歸一化。V(λ)和V’(λ)兩者峰值所對應(yīng)波長有所不同，V(λ)的峰值在555nm處，而V’(λ)的峰值507nm處.（二）光學量和輻射量間的關(guān)系

在波長λ附近的小波長間隔dλ內(nèi)，光通量dΦv(λ)和輻通量Φe(λ)之間的關(guān)系可表示為：明視覺條件下：暗視覺條件下：（5-11）（5-12）

Km=683lm/W為明視覺條件下波長λ=555nm、V(λ)=