輻射度 光度與色度及其測量

1、輻射度 光度與色度及其測量緒論一 基本問題：1 輻射度學(xué)：電磁輻射能的度量與測量：解決電磁輻射能量的定義和測量方法。建立統(tǒng)一的標準。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量。解決：人眼對光刺激效果的特性（平均特性）刺激效果的量化，刺激量的定義和測量。主要用于照明，環(huán)境工程、測量技術(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）顏色本身的測量，溫度測量、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。描述輻射源的時間特性。 （1-1）3、 輻射強度：（I）在給定方向上的單位立體角內(nèi)點輻射源發(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、太陽視為點光源。點光源發(fā)射球面波，不計輻射損失（反射、散射、吸收）其輻射強度不變（為什么）對各向同性點光源有 （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度。單位為（瓦每球面度平方米） （1-6）實際上求一小面元上的平均輻射強度，如用來描述擴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、輻射強度則有： （1-16）此即朗伯定律：一個輻亮度在各方向都相等的輻射面，在某一方向的輻射強度等于平面法線方向的輻射強度乘以平面發(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（標準光度觀察者）V（）: 人眼對各種波長光的相對靈敏度。怎樣確定光譜光視效率？(異色)逐級比較法:波長、兩束光，輻射通量分別為和，在視場中亮度相等時有 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 V=1時， 即得到只表示相對值的光譜光視效率： V（）= K（）/:最大光譜光效能。對于明視覺(>3cd)對應(yīng)于555nm波長，為683 lm/w對于暗視覺0.001cd,對應(yīng)波長507nm，=1725 lm/w說明：明視覺、暗視覺，2度視場、10度視場§2-2光度學(xué)基本物理量（1）光通量： 21表示光輻射通量對人眼引起的視覺強度光通量的單位為流明（lm）也是個客觀量，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)光強度的單位

7、是坎德拉（cd） 發(fā)光強度描述光源在某一方向發(fā)光的強弱程度，點光源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對各項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)光強度的強弱。 是29式可以看作是亮度的較通用的定義式，有這個式子可以進一步把亮度的概念引申。亮度不僅可以用來描述一個發(fā)光面，還可以用來描述光路中的任意一個截面，如一個透鏡的有效面積或一個光闌所截的面積。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)P67一個面積為s的均勻發(fā)光面在某一方向的亮度為，它在這個方向的發(fā)光強度應(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)光強度則方向的方向的發(fā)光強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 證明太陽是一個朗伯體： 因為： 太陽中心處： 太陽邊緣部分的