三度學(xué)復(fù)習(xí)提綱解讀

1、第1章輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ)重要定義或概念：輻亮度與亮度；輻照度與照度；輻射強(qiáng)度與光強(qiáng)度；光視效能 （K）;明視覺(jué)、暗 視覺(jué)；中間視覺(jué)；絕對(duì)視覺(jué)閾；閾值對(duì)比度（亮度差靈敏度）；視覺(jué)銳度（分辯力） 顏色三屬性：明度、色調(diào)（色相）、飽和度（彩度）；常見(jiàn)的顏色現(xiàn)象：恒常性、色對(duì)比顏色視覺(jué)理論：“三色”學(xué)說(shuō)；“四色（對(duì)立色）”學(xué)說(shuō)；1.1輻射度量.立體角一一以錐體的基點(diǎn)為球心作一球表面，錐體在球表面上所截取部分的表面積dS和球半徑r平方之比，dQ=dS =sin8d8d用rr.輻射度量的名稱、定義、符號(hào)及單位基本輻射度量的名稱、符號(hào)和定義方程名稱符 號(hào)定義方程單位單位符 號(hào)輻（射）能Q, W焦（耳）

2、J輻（射）能密 度ww = dQ /dv焦（耳）每立 方米J m-2輻射逋量，輻（射）功率， P=dQ/dt瓦（特）W輻射強(qiáng)度II =d6 /dQ瓦（特）每球 面度-1Wsr輻（射）亮 度， 輻射度LL =d/dCdAcos =dI /dAcos瓦（特）每球 面度 平方米W m-2sr-1輻射出射 度MM =d6/dA瓦（特）每平 方米W m-2輻（射）照度EE =d/dA瓦（特）每平 方米-2Wm輻身怯射 率8 = M /M0一一吸收比aa=6a/0一一反射比Pp=0/0一一透射比T7=H/6i一一M0是黑體的輻射出射度；6是入射輻射通量；0 6和Gs分別是吸收、反射和透射的輻射通量輻射能(

3、Q)簡(jiǎn)稱輻能，描述以輻射的形式發(fā)射、傳輸或接收的能量，單位焦耳(J)。(2)輻能密度(w)定義為單位體積元內(nèi)的輻射能，即dQw 二dv輻射通量(，P )定義為以輻射的形式發(fā)射、傳輸或接收的功率，用以描述輻能的時(shí)間特性。(4)輻射強(qiáng)度(I)定義為在給定傳輸方向上的 單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的輻射通量，即,d IdI.1(5)輻亮度(L)定義為光源在垂直其輻射傳輸方向上單位表面積單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量，即, d2：， dlL =d j dAcosr dAcosF,即 d dA(6)輻射出射度(M)定義為離開(kāi)光源表面單位面元的輻射通量M輻照度(E)d力 dA定義為單位面元被照射的輻射通量，即E1.2

4、光度量2.基本光度量的名稱、符號(hào)和定義方程名稱符號(hào)定義方程單位單位符號(hào)光量Q流明秒流明小時(shí)lm s lm h光通量=dQ/dt流明lm發(fā)光強(qiáng)度II =d9/dG坎德拉cd(光)亮度L2 -一L = d /dCdAcosH =dI /dAcosH坎德拉/平方米-2cd m光出射度MM =d6/dA流明/平方米lm m-2(光)照度EE =dG/dA勒克斯(流明/平方米)Lx (lm m 2)光視效能KK =0vl0e流明/瓦lm W-1光視效率VV=K/Km一一3,光通量6V和輻射通量6e可通過(guò)人眼視覺(jué)特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即( ) =KmV()：，e(中 V =Km 0V(-)()d Km是最大光譜光

5、視效能(常數(shù))，為了描述光源的光度與輻射度的關(guān)系，通常引入 光視效 能K ,其定義為目視引起刺激的光通量與光源發(fā)出的輻射通量之比，單位為 lm/WoqQ=KmVKm .0 V( )：( )dI e)d ,其中，V =K/Km為光視效率，無(wú)量綱。人眼視覺(jué)特性.人眼的黑白視覺(jué)特性(1)成像功能(2)視覺(jué)的適應(yīng)人眼視覺(jué)響應(yīng)可分為三類：明視覺(jué)響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)大于或等于3 cd/m2的視場(chǎng)亮度后，視覺(jué)由錐體細(xì)胞起作用。暗視覺(jué)響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)小于或等于 3 x 10-5cd/m 2視場(chǎng)亮度之后，視覺(jué)只由桿體細(xì)胞起 作用。由于桿體細(xì)胞沒(méi)有顏色分辨能力，故夜間人眼觀察景物呈灰白色。中介視覺(jué)響應(yīng)：隨著視場(chǎng)亮度從

6、 3cd/m2降至3xi0-5cd/m2,人眼逐漸由錐體細(xì)胞的明 視覺(jué)響應(yīng)轉(zhuǎn)向桿體細(xì)胞的暗視覺(jué)響應(yīng)。這種特性稱當(dāng)視場(chǎng)亮度發(fā)生突變時(shí)，人眼要穩(wěn)定到突變后的正常視覺(jué)狀態(tài)需經(jīng)歷一段時(shí)間, 為適應(yīng)，適應(yīng)主要包括明暗適應(yīng)和色彩適應(yīng)二種。(3)人眼的絕對(duì)視覺(jué)閾在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下，全黑視場(chǎng)中，人眼感覺(jué)到的最小光刺激值，稱為人眼的絕對(duì)視覺(jué)閾。以入射到人眼瞳孔上最小照度值表示時(shí)，人眼的絕對(duì)視覺(jué)閾值在10-9ix數(shù)量級(jí)。(4)人眼的閾值對(duì)比度把人眼視覺(jué)在一定背景亮度下可探測(cè)的最小襯度對(duì)比度稱為閾值對(duì)比度，或稱亮度差靈敏度。(5)人眼的分辨力人眼能區(qū)別兩發(fā)光點(diǎn)的最小角距離稱為極限分辨角以其倒數(shù)則為眼睛的分辨力，或

7、稱為視覺(jué)銳度。(6)人眼對(duì)間斷光的響應(yīng)人們觀察周期性波動(dòng)光刺激時(shí)，對(duì)波動(dòng)頻率較低的光，可明顯感到光亮閃動(dòng)；頻率增高, 產(chǎn)生閃爍感；進(jìn)一步增高頻率， 閃爍感消失，波動(dòng)光被看成是恒定光。 周期性波動(dòng)光在主觀 上不引起閃爍感時(shí)的最低頻率叫做臨界閃爍頻率。(7)視覺(jué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF)(8)色差靈敏度人眼能恰好分辨色度差異的能力叫做色差靈敏度，人眼剛能分辨光線顏色變化時(shí)波長(zhǎng)改變 量稱為色差閾值。.人眼的顏色視覺(jué)特性(1)彩色的特性及其表示彩色一般可用明度、色調(diào)和飽和度三個(gè)特性來(lái)描述。也可用其它類似的三種特性表示。明 度：人眼對(duì)物體的明暗感覺(jué)。圖1-16顏色的三維空間紡錘體色 調(diào)：區(qū)分彩色的特

8、性。不同波長(zhǎng)的單色光具有不同的色調(diào)。 發(fā)光物體的色調(diào)決定于它的光輻射的光譜組成。非發(fā)光物體的色調(diào)決定 于照明光源的光譜組成和物體本身的光譜反射 (透射)的特性。飽和度：指彩色的純潔性。可見(jiàn)光譜的單色光是最飽和的彩色。顏 色飽和度決定于物體反射(透射)特性。如果物體反射光的光譜帶很窄， 則飽和度就高。用一個(gè)三維空間紡錘體可將顏色的明度、色調(diào)和飽和度這三個(gè)基本特性表示出來(lái)(如圖1-16)。立體的垂直軸代表白黑系列明度的變化； 圓周上的各點(diǎn)代表光譜上各種不同的色調(diào)(紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等)；從圓周向圓心過(guò)渡表示飽和度逐漸降低。(2)視網(wǎng)膜的顏色區(qū) (3)顏色恒常性盡管外界的條件發(fā)生變化，人們?nèi)匀荒?/p>

9、根據(jù)物體的固有顏色和亮度來(lái)感知它們。外界條件 變化后，人們的色知覺(jué)仍然保持相對(duì)的不變，這種現(xiàn)象稱為顏色恒常性。(4)色對(duì)比如果將兩種顏色按適當(dāng)比例相混合后，能產(chǎn)生灰色，則稱這兩種顏色互為補(bǔ)色。例如紅和綠、藍(lán)和黃都是互補(bǔ)色。在視場(chǎng)中，相鄰區(qū)域不同顏色的相互影響叫做顏色對(duì)比，包括明度對(duì)比、色調(diào)對(duì)比和飽和度對(duì)比。一般視場(chǎng)中相鄰不同顏色間的影響是上述三種對(duì)比的綜合結(jié)果，對(duì)比的結(jié)果是增強(qiáng)了相鄰顏色間的差異。(5)色適應(yīng)當(dāng)人眼對(duì)某一色光適應(yīng)后，觀察另一物體的顏色，不能立即獲得客觀的顏色印象， 而帶 有原適應(yīng)色光的補(bǔ)色成分，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間適應(yīng)后才會(huì)獲得客觀的顏色感覺(jué)，這就是色適應(yīng)過(guò)程。(6)明度加法定理對(duì)于

10、混合光，不論光譜成份如何，它所產(chǎn)生的表觀明度等于混合光各個(gè)光譜成份分別產(chǎn)生的表觀明度之和。這一規(guī)律稱為明度加法定理。(7)色覺(jué)缺陷. 顏色視覺(jué)理論(1)揚(yáng)-赫姆霍爾茲的三色學(xué)說(shuō)三色學(xué)說(shuō)能夠很好地說(shuō)明各種顏色的混合現(xiàn)象，但是對(duì)有些現(xiàn)象不能滿意地解釋，例如色 盲現(xiàn)象。(2)赫林的“對(duì)立”顏色學(xué)說(shuō)四色說(shuō)能很好地解釋色盲現(xiàn)象，但對(duì)三原色能混合出各種顏色這一現(xiàn)象沒(méi)有給予說(shuō)明，而 這正是近代色度學(xué)的基礎(chǔ)。(3)顏色視覺(jué)理論的發(fā)展朗伯輻射體及其輻射特性重要定義或概念： 朗伯輻射體？ 朗伯余弦定律；i=? 朗伯體輻射出射度M與輻亮度L的關(guān)系； 距離平方反比定律；(E=?)點(diǎn)源向圓盤(pán)發(fā)射的輻射通量 (P=?);

11、面輻射在微面元上的輻照度(立體角投影定律：E=?)朗伯輻射體產(chǎn)生的輻照度(E=?)成像系統(tǒng)像平面的輻照度(Eo=?)除了漫反射體以外，對(duì)于某些自身發(fā)射輻射的輻射源， 其輻亮度與方向無(wú)關(guān)，即輻射源各 方向的輻亮度不變，這類輻射源稱為朗伯輻射體。絕對(duì)黑體和理想漫反射體是兩種典型的朗伯 體。(或反射)的輻射通.朗伯余弦定律m = i0coS在理想情況下，朗伯體單位表面積向空間規(guī)定方向單位立體角內(nèi)發(fā)射量和該方向與表面法線方向的夾角a的余弦成正比朗伯余弦定律。.朗伯體輻射出射度與輻亮度的關(guān)系PMM = = n L 或 L = ds二對(duì)于處在輻射場(chǎng)中反射率為 P的朗伯漫反射體(P=1為理想漫反射體)，不論

12、輻射從何方向 入射，它除吸收(1-P)的入射輻射通量外，其它全部按朗伯余弦定律反射出去。因此，反射表面 單位面積發(fā)射的輻射通量等于入射到表面單位面積上輻射通量的P倍。即M = fE,故L =:正 兀例 已知太陽(yáng)輻亮度 J等于2X 107W/m2/sr,太陽(yáng)的半徑0等于6.957X 108m,地球的半徑 re為6.374X 106m,太陽(yáng)到地球的年平均距離 l為1.496x1011m,求太陽(yáng)的輻射出射度 M。、 輻射強(qiáng)度I。、輻射通量 0以及地球接收的輻射通量 e、地球大氣層邊沿的輻照度 日。解：太陽(yáng)可假定為朗伯光源，則太陽(yáng)的輻射出射度M0=HL0=6.2832x107(W/m 2)若認(rèn)為太陽(yáng)是

13、一均勻發(fā)光體，則太陽(yáng)的輻射通量60=4近(？ M0=3.821M1026 (W)太陽(yáng)的輻射強(qiáng)度：10=中0/4二=3.041 1025(W/sr)地球?qū)μ?yáng)的立體角：，1=二r；/|2=5.703 10-9 (sr)也就是說(shuō)，地球只接收了太陽(yáng)總輻射能的5.7X 10-9/4值4.54X 10-10。地球接收到的太陽(yáng)的輻射通量 ：蟲(chóng)6= IgQ=1.734M1017(W)地球大氣層邊沿的輻照度：Ee= I0/ 12=1358.79 (W/m 2)1.5幾種典型光輻射量的計(jì)算公式1.點(diǎn)源對(duì)微面元的照度如果不考慮傳播中的能量損失，則微面元的照度為dP I cos：(1-26)E _2dA I2即點(diǎn)源

14、對(duì)微面元的照度與點(diǎn)源的發(fā)光強(qiáng)度成正比,與距離平方成反比，并與面元對(duì)輻射方向的傾角有關(guān)。當(dāng) 點(diǎn)源在微面元法線上時(shí)，(1-26)式變?yōu)镋j(1-27)這就是距離平方反比定律。.點(diǎn)源向圓盤(pán)發(fā)射的輻射通量 當(dāng)圓盤(pán)距點(diǎn)源足夠遠(yuǎn)時(shí)，即|0/R, l汨0, cosa M ,則圓盤(pán)接收的通量為P = R2 =;SI；12(1-30)即圓盤(pán)可認(rèn)為是微面元，圓盤(pán)上各點(diǎn)輻照度相等。.面輻射在微面元上的輻照度對(duì)各方向亮度相等白（朗伯輻射源，（1-33）式可簡(jiǎn)化為(1-34)E = L cos 二 d 二 L s-As式中，s =cosadco是立體角de.:在Q平面的投影，故稱（1-34）式為立體角投影定律。.朗伯輻

15、射體產(chǎn)生的輻照度LA若圓盤(pán)可近似作為點(diǎn)源，則其在同一點(diǎn)產(chǎn)生的輻照度為Eo.成像系統(tǒng)像平面的輻照度在一般應(yīng)用中，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑D/較小，因此，常采用如下簡(jiǎn)化式L 1.,D、2Eo7L。第2章熱輻射定律及輻射源黑體（或稱絕黑體）是一個(gè)能完全吸收入射在它上面的輻射能的理想物體2.1黑體輻射的基本定律. 基爾霍夫定律物體的輻射出射度 M和吸收本領(lǐng)a的比值M/a與物體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，都等于同一溫度下絕 對(duì)黑體（a=1）的輻射出射度 Mo基爾霍夫定律%二叫 i = Mo = f(T)aa2基爾霍夫定律不但對(duì)所有波長(zhǎng)的 全輻射，而且對(duì)波長(zhǎng)為上的任何單色輻射都是正確的，即1Mli =MAi =Mo , = f

16、 ( ,T)a1 ,a2.輻射發(fā)射率或比輻射率 戰(zhàn)的定義為，在相同溫度下，輻射體的輻射出射度與黑體的輻射出 射度之比二包工60，Mo.按照與_的不同，一般將輻射體分為三類（如圖2-2）:黑體，巧=1;灰體，野:名1,與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)；C.選擇體，肛1且隨波長(zhǎng)和溫度而變化。一般地，對(duì)于任意物體的輻射，可以表示為M.(T)= ；.(T)Mo，(T)Afi圖2-2三種輻射體的光譜輻射.黑體輻射定律1.普朗克輻射定律普朗克公式最常用的形式是以波長(zhǎng)表示的方式Mo(,T)=C15 exp(c2 / T) 7(2-5)其中，第一輻射常數(shù) C1=2nhc2=3.7418 x-10Wm2);第二輻射常數(shù) c2=hc/

17、k=1.4388 x-20m K); k為波爾茲曼常數(shù)；c為光速。普朗克定律描述了黑體輻射的光譜分布規(guī)律，揭示 了輻射與物質(zhì)相互作用過(guò)程中和輻射波長(zhǎng)及黑體溫度 的依賴關(guān)系，是黑體輻射理論的基礎(chǔ)。圖2-3黑體輻射曲線2.斯蒂芬玻爾茲曼定律黑體輻射出射度與溫度之間的關(guān)系一一斯蒂芬玻爾茲曼定律MO(T) = 0 MO(,T)d=15c4T4 -；一T4 W/m2(2-9)其中，仃=c1n4/15c；=5.6696m10-8 (W m-2 K-4)稱為斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。 斯蒂芬玻爾茲曼定律表明：黑體在單位面積單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量與黑體溫度T的四次方成正比。.維恩位移定律黑體光譜輻射是單峰函數(shù)，利用

18、極值條件EM0(九,T)/己九=0 ,求得峰值波長(zhǎng)入m滿足維恩位移定律mT=b (mK)(2-10) TOC o 1-5 h z 式中，常數(shù)b=C2 /4.9651=2898 ( Mm K)。維恩位移定律指出：當(dāng)黑體的溫度升高時(shí)，其光 譜輻射的峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。例：已知太陽(yáng)峰值輻射波長(zhǎng) 7m = 0.48Nm,日地平均距離 L= 1.495m108 km,太陽(yáng)半徑 R = 6.955刈05 km,如將太陽(yáng)和地球均近似看作黑體，求太陽(yáng)和地球的表面溫度。解：因?yàn)樘?yáng)黑體，故 *Ts= 2898,即太陽(yáng)的表面溫度 Ts= 6037.5 (K)_ _ 2一 M4:Ro . o太陽(yáng)發(fā)射的輻射強(qiáng)度為

19、Ios=MsR2 i；T：K二4 二L o cT4R2.地球吸收太陽(yáng)的輻射通量為：1=E& =昔二R2 = Rr二虎同時(shí)，地球向外的輻射通量為1ee = Me4二r2 =c-T；4二R2達(dá)到平衡時(shí)，iea=ee,溫度保持平衡，得到Te =Ts、Rs= Te -291.19K =18.19 C2.3輻射體的溫度.分布溫度光源的分布溫度 是在一定譜段范圍內(nèi)光源光譜輻亮度曲線和黑體的光譜輻亮度曲線成比例或近似地成比例時(shí)的黑體溫度，因而分布溫度可描述光源的光譜能量分布特性。光源的分布溫度 是在一定譜段范圍內(nèi)光源光譜輻亮度曲線和黑體的光譜輻亮度曲線成比例或近似地成比例時(shí)的黑體溫度，因而分布溫度可描述光源

20、的光譜能量分布特性。與黑體光譜能量分布近似的發(fā)射體可用分布溫度的概念，例如白熾燈在可見(jiàn)譜段內(nèi)的光譜輻射特性和黑體的十分近似。并非所有的光源都可求其分布溫度，例如線狀或帶狀的不連續(xù)光譜光源，其光譜輻射特性與黑體相差很大。. 色溫和相關(guān)色溫當(dāng)發(fā)射體和某溫度的黑體有相同的顏色時(shí)，那末黑體溫度就稱為發(fā)射體的色溫。由不同黑體溫度對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)點(diǎn)所連成的曲線 一一普朗克軌跡。由不同黑體溫度對(duì)應(yīng)的色 坐標(biāo)點(diǎn)所連成的曲線一一普朗克軌跡。相關(guān)色溫就是發(fā)射體和某溫度的黑體有最相近的色時(shí)黑體的溫度。相關(guān)色溫提供了用黑體色近似地描述光源色的可能性。.輻亮度溫度波長(zhǎng)在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)用人眼（或具有人眼光譜光視效率響應(yīng)的探測(cè)

21、器）來(lái)判斷其間亮度相 等時(shí)，則稱為亮度溫度，簡(jiǎn)稱亮溫。輻射體的實(shí)際溫度高于輻亮度溫度。.輻射溫度輻射體的輻射溫度是在整個(gè)光輻射的譜段范圍內(nèi)的輻亮度與某溫度黑體輻亮度相等時(shí)黑體的溫度。.4輻射源標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)照明體規(guī)定光譜能量分布，有良好的現(xiàn)實(shí)代表性，即是現(xiàn)有大量光源輻照特性的典型 代表。標(biāo)準(zhǔn)光源一種實(shí)在的光源，規(guī)定了這種光源的基本特性以及光源的光譜能量分布與什么標(biāo) 準(zhǔn)照明體相匹配。一種標(biāo)準(zhǔn)照明體有可能只用一種光源就可實(shí)現(xiàn)，也有可能要用一種光源的若 干標(biāo)準(zhǔn)濾光器的組合才能實(shí)現(xiàn)。為避免由于使用不同光源造成的變化，國(guó)際照明委員會(huì)推薦了光輻射度量和光度量測(cè)量上使用的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。標(biāo)準(zhǔn)

22、照明體A:代表絕對(duì)溫度2856K的完全輻射體的輻射。標(biāo)準(zhǔn)照明體B:代表相關(guān)色溫大約 4874K的直射日光，它的光色相當(dāng)中午的日光。標(biāo)準(zhǔn)照明體C:代表相關(guān)色溫約 6774K的平均晝光。其光色近似于陰天的天空光。標(biāo)準(zhǔn)照明體E:將在可見(jiàn)光波段內(nèi)光譜輻射功率為恒定值的光刺激定義為標(biāo)準(zhǔn)照明體E,亦稱為等能光譜或等能白光。這是一種人為規(guī)定的光譜分布，實(shí)際中不存在這種光譜分布的光源。標(biāo)準(zhǔn)照明體D:代表各時(shí)相日光的相對(duì)光譜功率分布，也叫做典型日光或重組日光。為了促進(jìn)色度學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化，CIE建議盡量應(yīng)用D65代表日光，在不能應(yīng)用 D65時(shí)則盡量應(yīng)用 D55 和 D75。第4章輻射在空間中的傳輸.當(dāng)輻射能在傳輸介質(zhì)

23、中沒(méi)有損失時(shí)一一輻亮度守恒。.輻射通量在介質(zhì)邊界上無(wú)反射、吸收等損失一一基本輻亮度守恒。L/n2叫做基本輻亮度。.由表面1發(fā)出的總輻射通量 中產(chǎn)MiAi,表面2接收的輻射通量占光源表面1發(fā)出輻射通量的比值為Fl2c0sBi cosB2, A2 LdAdA2(4-5)F12是只與表面1, 2的形狀、位置、大小、方向有關(guān)的無(wú)量綱量，稱為輻射換熱角系數(shù) 或角系數(shù)。.光輻射在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的傳輸G=ACt稱為光學(xué)系統(tǒng)的幾何度。幾何度是光源表面面積A1與接收光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光源所張投影立體角的乘積， 只與光源幾何尺寸、 光源到光學(xué)系統(tǒng)的距離、 光學(xué)系統(tǒng)的入瞳尺寸以及 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，與光源的輻射量無(wú)關(guān)。當(dāng)光源輻亮

24、度一定時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)接收輻射通量取決于其幾何度。因此，幾何度成為光學(xué)系統(tǒng)接收和傳輸輻射能能力的度量，幾何度大的光學(xué)系統(tǒng)，其傳輸或接收的輻射通量也多。在沒(méi)有光能損失的光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)系統(tǒng)只改變輻射能的會(huì)聚和發(fā)散程度，而輻射通量不變。在相同的均勻介質(zhì)中，由于輻亮度守恒，因此光學(xué)系統(tǒng)的幾何度也不變。即光輻射在光學(xué)系統(tǒng)中傳輸時(shí)，如果中間沒(méi)有其它輻射能加入或者分光，則任一截面上的幾何度都是不變的。當(dāng)光束的截面積變小時(shí)，其投影立體角必然增大，反之亦然。在有吸收等損失的光學(xué)系統(tǒng)中，輻射通量和輻亮度都在傳輸過(guò)程中減小了，但幾何度仍是不變的。在不同介質(zhì)內(nèi)，由基本輻亮度守恒，得- 力2中22.G = . 2 =n

25、A。(4-9)L (L /n )式中，n是介質(zhì)的相對(duì)折射率。n2AQT稱為基本幾何度，于是，可以把幾何度的概念延伸到 不同折射率介質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)中，即光學(xué)系統(tǒng)的基本幾何度是不變的。第5章色度學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ)5.2顏色匹配.顏色光的混合稱為相加混合。把兩個(gè)顏色調(diào)節(jié)到視覺(jué)上相同的方法叫做顏色匹配。.顏色匹配恒常律。兩個(gè)相互匹配的顏色即使處在不同條件下，顏色始終保持匹配，即不管 顏色周圍環(huán)境的變化或者人眼已對(duì)其它色光適應(yīng)后再來(lái)觀察，視場(chǎng)中兩種顏色始終保持匹 配。.顏色匹配實(shí)驗(yàn)中選取三種顏色，由它們相加混合能產(chǎn)生任意顏色，這三種顏色稱為三原色， 亦稱為參照色刺激。在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，與待測(cè)色達(dá)到色匹配時(shí)所需要

26、三原色的數(shù)量，稱 為三刺激值。即顏色匹配方程（5-1）式的R G、B值。.對(duì)不同波長(zhǎng)的單色光做一系列類似的匹配實(shí)驗(yàn)，可得到對(duì)應(yīng)于各種波長(zhǎng)單色光的三刺激值。 如果將各單色光的輻射能量值都保持為相同（對(duì)應(yīng)的光譜分布稱為等能光譜），則得到的三刺激值稱為光譜三刺激值，用 ,g,6表示。光譜三刺激值又稱為顏色匹配函數(shù)，數(shù)值只決定于人眼的視覺(jué)特性。.三刺激值的計(jì)算如果有兩個(gè)顏色光（Ri、Gi、Bi）和（及、G2、B2）相加混合后，混合色的三刺激值為R = R R , G = Gi G2 , B = Bi B,計(jì)算方法是將待測(cè)光的光譜分布函數(shù)中（Z）,按波長(zhǎng)加權(quán)光譜三刺激值，得出每一波長(zhǎng) 的三刺激值，再進(jìn)行

27、積分，就得出該待測(cè)光的三刺激值R= k ( )F( 1 )d , G = k ( )g( )d , , B = k()b()d, /uhh.色品坐標(biāo)和色品圖顏色（C）的色品只決定于三原色的刺激值各自在R+G+B總量中的相對(duì)比例 一一色品坐標(biāo), 用符號(hào)r, g, b表示。色品坐標(biāo)與三刺激值之間的關(guān)系如下RGB,g 二,b 二RGB RGB RGB標(biāo)準(zhǔn)白光（W）的三刺激值為R=G=B=i,故色品坐標(biāo)為r=g= 0.333。.3 CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng). CIE i93i-RG晾統(tǒng)光譜三刺激值與光譜色色品坐標(biāo)的關(guān)系為g 二二 rr,g,b光譜三刺激值和光譜軌跡的色品坐標(biāo)有很大一部分出現(xiàn)負(fù)值，其

28、物理意義可從匹配實(shí)驗(yàn)來(lái)理解，當(dāng)投射到半視場(chǎng)的某些光譜色用另一半視場(chǎng)的三原色來(lái)匹配時(shí)，不管三原色如何 調(diào)節(jié)都不能使兩視場(chǎng)顏色達(dá)到匹配，只有在光譜色半視場(chǎng)的原色用負(fù)值來(lái)表示，即出現(xiàn)負(fù)的色 品坐標(biāo)值。色品圖（圖5-4）的三角形頂表示紅（R綠（G）、藍(lán)（B方原色。在色品圖上，負(fù)的色品 坐標(biāo)落在原色三角形之外。在原色三角形以內(nèi)的各色品點(diǎn)的坐標(biāo)為正值。國(guó)TOft白E 帛丁工|九1后百H NO flffl 帛丁刷友1日面 B - I ils 常用.乩厚健I s 口E菱色I(xiàn)一用點(diǎn);*0C1E航色】反匕下 r ff frX= h的-七印8宿（MG r- -1,719-曲叫3-iX27fi 仇 DM2.相T -度

29、$ditn 】?jī)z圖5-5 1931年CIE RGB系統(tǒng)色品圖圖5-5 1931年CIE- RGB系統(tǒng)色品圖. CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)雖然cie 1931-RGBR統(tǒng)的r, g,b可用于色度學(xué)計(jì)算，但由于會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，使用不便且不易理解。因此，CIE改用三個(gè)假想的原色 X、Y、Z建立了 “CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激 值”，簡(jiǎn)稱為“ CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”。CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三個(gè)假想原色的確定主要考慮下面幾個(gè)問(wèn)題：（1）規(guī)定（X）、（Z）兩原色只代表色度，沒(méi)有亮度，光度量只與三刺激值 Y成比例。XZ線稱為無(wú)亮度線，在r-g色品圖上的方程應(yīng)滿足零亮度線的條件。（

30、2）在系統(tǒng)中光譜三刺激值全為正值。為此，三原色的選擇必須使所形成的顏色三角形能包 括整個(gè)光譜軌跡。（3）光譜軌跡從540nm附近至700nm ,在RGB色品圖上基本是一段直線，用這段線上的兩 個(gè)顏色相混合可以得到兩色之間的各種光譜色，新的XYV角形的XY邊應(yīng)與這段直線重合，因?yàn)樵谶@段線上光譜軌跡只涉及 （X）原色和（Y）原色的變化，不涉及（Z）原色。確定三個(gè)原色坐標(biāo)后，還必須選擇一種標(biāo)準(zhǔn)白，以確定三刺激值的單位。XYZ系統(tǒng)通過(guò)相等數(shù)量的三原色刺激值匹配等能白E來(lái)定各原色刺激值的單位。等能白點(diǎn)在 r-g坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)為r =0.3333,g =0.3333在x-y坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)為x =0.3333, y

31、 =0.3333獲得三原色和等能白點(diǎn)在r-g坐標(biāo)系和x-y坐標(biāo)系中的位置后，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可得到XYZ系統(tǒng)和RGB系統(tǒng)三刺激值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系于在XY砒擇原色時(shí)就考慮到只有 Y值既代表色品又代表亮度，而X, Z只代表色品，故y (九)函數(shù)曲線與明視覺(jué)光譜光視效率 V()一致，即y(K)=V(九)。CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的數(shù)據(jù)適用于 2視場(chǎng)的中央視覺(jué)觀察條件(視場(chǎng)在1。4%圍內(nèi))， 主要是中央凹錐狀細(xì)胞起作用。對(duì)極小面積的顏色觀察不再有效；對(duì)于大于4曬場(chǎng)的觀察面積， 另有10根場(chǎng)的“ CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者數(shù)據(jù)”。.色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換三刺激值空間的轉(zhuǎn)換是線性變換，色品坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換是平

32、面的影射變換。.4 CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng).5 CIE色度計(jì)算方法1.色品坐標(biāo)的計(jì)算要計(jì)算顏色的色品坐標(biāo)，需先求顏色的三刺激值。CIE色度系統(tǒng)三刺激值計(jì)算式為X = k ()x()d-, Y =k (-)y( )d , Z = k ( )z( )d AjAjAj TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark118 o Current Document X10=k10(K)X；0dK, Y0 =一3)工0(丸“ 乙0=。嚴(yán) Z)d 九 /u/u/u式中，積分的范圍在可見(jiàn)光波段內(nèi)。實(shí)際計(jì)算中用求和來(lái)近似積分X =ky ( )X( ) , Y=Q ( )y(), Z

33、=Q ()文) HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 九九九X10=k1 中(九)元。(九)匕丫10=。 甲(Xia乃歐,Zi0 = K 邛Za)九 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document /uAjAj，(5-27) 式中，。(勾稱為顏色刺激函數(shù)，即進(jìn)入人眼產(chǎn)生顏色感覺(jué)的光能量。被測(cè)物體是自發(fā)光體時(shí)，中(行為發(fā)光物體輻射的相對(duì)光譜功率分布。被測(cè)物體是非自發(fā)光物體時(shí)，透明體或不透明體的顏色刺激函數(shù)中(7)分別為(Q=t(Q6(Q,中(九)=P(，壬(%)()=) 6(九)(5-28) 式中，穴力為物體的

34、光譜透射比；P (冷為物體的光譜輻亮度因數(shù)；P(Z)為物體的光譜反射比；S(Z)照明光源的相對(duì)光譜功率分布，一般采用CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體，例如物體在日光下觀察時(shí)可用D65或B、C照明體，而在燈光下觀察時(shí)可用A照明體。(5-27)式中的x, y,乙Xio,yi0,Zi0是CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三刺激值。計(jì)算時(shí)采用X, y,z或x10yio,Zo完全由被測(cè)物體要求人眼觀察的視角所決定，當(dāng)要求人眼觀察的視角為i 4時(shí)采用x, y,z ；當(dāng)要求人眼觀察的視角在 410之間則采用x10yl0,zo。(5-27)式中的常數(shù)k和ki0為歸一化系數(shù)，對(duì)自發(fā)光物體是將光源的 丫值調(diào)整到100;對(duì)于

35、非自發(fā)光物體是將所選標(biāo)準(zhǔn)照明體的 Y值調(diào)整到i00,即將完全漫反射體B(上)=i和理想透射物 體T(力=i的丫值調(diào)整i00,即有,i00,i00k =, ki0 =、S( )y( ) ：、S( )yi0( ). ： 九九計(jì)算出物體顏色的三刺激值后，可計(jì)算出物體的色品坐標(biāo)Xx =X Y ZXi0%。丫y 二X Y Z丫0Xi0 0 .乙0yi0 = 二Xi0 +丫0 + Zi0Z z =X Y ZZi0+丫。+乙0,.顏色相加的計(jì)算混合色與已知色的色品坐標(biāo)之間沒(méi)有線性疊加的關(guān)系。而混合色與已知色的三刺激值之間存在著線性疊加的關(guān)系。故在顏色相加混合計(jì)算時(shí)先算三刺激值，再求色品坐標(biāo)。混合色的三刺激值

36、X =X +X2, 丫 =丫 +工，Z =乙 +Z2(5-3i)式中，Xi, Yi, Zi, X2, 丫2, Z2為用于混合的兩種已知顏色的三刺激值。當(dāng)已知顏色的色品坐標(biāo) x,y及亮度Y時(shí)也可用下式求得顏色的三刺激值。xzi 一x - vX 二一Y, Y =Y, Z =-Y =yY(5-32)yy y.主波長(zhǎng)和色純度顏色的色品除用色品坐標(biāo)表示外，CIE還推薦用主波長(zhǎng)和色純度來(lái)表示。顏色的主波長(zhǎng)大致相當(dāng)于顏色知覺(jué)中顏色色調(diào)，但又不能完全等同起來(lái)。色純度大致相當(dāng)于顏色知覺(jué)中的色飽和度，但并不完全相同。.6均勻顏色空間把人眼感覺(jué)不出顏色變化的范圍稱為顏色的寬容量(或稱恰可察覺(jué)差，簡(jiǎn)寫(xiě)j.n.d),寬

37、容量反 映出人眼的色品分辨力。由均勻明度標(biāo)尺和均勻色品標(biāo)尺組成的空間稱為均勻顏色空間。均勻色品標(biāo)尺一CIE i960 UCS勻勻色品圖CIE 1964均勻色空間及色差公式CIE 1964均勻色空間用明度指數(shù)W*,色品指數(shù)U*、V*三維坐標(biāo)系來(lái)表示兩個(gè)顏色 wT,u；,Vi*和w2u； ,v；之間的色差計(jì)算公式為.E 二.(W1=W2)L(U；二U ；)2(M =V；) iJG：W，)L(1u . 廠(Tv. )2CIE 1976 L*u*v*色空間及其色差公式CIE改進(jìn)原有CIEW*U*V*色空間及其色差公式，提出采用L*u*v*色空間。L*稱為米制明 度，u*、v*稱為米制色品。L*u*v*

38、色空間中求兩個(gè)顏色色差的公式為_(kāi) *222 1/2Euv =( L*)(.：u*) (.“*)在CIE 1976L*u*v*色空間中，還定義了幾個(gè)顏色參量：一 .一、*2*21/2顏色的彩度Cuv ：Cuv = (u v )顏色的飽和度 Suv：Suv = 1 3d un2 )+ v v2 )/j顏色的色調(diào)角 huv：hu =arctg(v，vn)/(u-5)=arctg(v*/ u*)兩顏色的色調(diào)差 AHuv：AHuv =(Euv)2 (AL*)2 (ACuv)2CIE 1976 L*a*b*色空間及色差公式L*為米制明度；a*、b*為米制色品。L*a*b*色空間中求色差的公式為. Eb =

39、( L*)2 ( ：a*)2 ( b*)21/2(5-50)式中，AL*稱為明度差；Aa*稱為紅綠色品差(a*軸為紅綠軸)；Ab*稱為黃藍(lán)色品差(b*軸為黃藍(lán)軸)。在CIE 1976L*a*b*色空間中顏色的彩度Cab：Cab =(a2 + b2)*、顏色的色倜角hab:hab =arctg(b /a ) *2*2*2 1/2兩顏色的色調(diào)差Hab：Hab =(曰) -( L) -(Cab)5.7同色異譜程度的評(píng)價(jià).同色異譜色同色異譜現(xiàn)象，這兩種光譜刺激的光譜分布可以不同，但是顏色外貌可以完全相匹配 樣的兩種光刺激為同色異譜色。所謂同色異譜色就是顏色外貌看起來(lái)相同，但是光譜組成并不相同的顏色。即

40、兩個(gè)樣品所 反射的輻射通量光譜成分不同，而顏色卻互相匹配，有相同的三刺激值，在色品圖上是同一個(gè) 色品點(diǎn)。物體色刺激的同色異譜性質(zhì)是有條件的，對(duì)于特定的照明體和觀察者才能成立，當(dāng)改變照明 體或改變觀察者，或者兩者都改變，都將破壞原來(lái)的同色異譜性質(zhì)。. CIE同色異譜程度的評(píng)價(jià)方法方法原理：對(duì)于特定參照照明體和觀察者具有相同的三刺激值 (Xi = X2, Yi = Y2, Zi = Z2)的兩 個(gè)同色異譜樣品，用具有不同相對(duì)光譜功率分布的測(cè)試照明所造成的兩樣品間的色差(AE)作為特殊同色異譜指數(shù)Mt。.8 CIE光源顯色指數(shù)計(jì)算方法人眼在不同光譜照明下看到的物體色會(huì)改變，感到物體顏色失真，這種影響

41、物體顏色的照 明光源特性稱為光源顯色性。CIE推薦定量評(píng)價(jià)光源顯色性的“測(cè)驗(yàn)色”法規(guī)定用黑體或標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照光源，將其顯色指數(shù)定為100,并規(guī)定了若干測(cè)試用的標(biāo)準(zhǔn)顏色樣品；通過(guò)在參照光源下和待測(cè)光源 下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品形成的色差，評(píng)定待測(cè)光源顯色性，用顯色指數(shù)值來(lái)表示。第6章輻射測(cè)量的基本儀器6.2積分球和光度導(dǎo)軌一樣，積分球并非一個(gè)單獨(dú)的測(cè)量設(shè)備，它常常和光源、探測(cè)器裝在一起，作 為理想漫射光源和勻光器，廣泛地用于光輻射測(cè)量中。設(shè)有一束入射輻射通量照在積分球內(nèi)表面A上（如圖6-6）,這里分析不在A處的某一表面元dA,上的輻口度值E丁當(dāng)積分球內(nèi)壁涂以反射比為：具有朗伯漫射特性的涂料圖6-6積分

42、球內(nèi)任一點(diǎn)的輻照度內(nèi)的輻射通量值；而當(dāng)光源在球內(nèi)時(shí),當(dāng)光源在積分球內(nèi)，積分球是個(gè)完整漫射球表面時(shí)，n工 f =0, P= P，則 i -0 PE ； 二 2- 4二 R 1 - ：（6-6）由于光輻射探測(cè)器是對(duì)輻照度的響應(yīng)，當(dāng)它放在球內(nèi)某一表面處時(shí)，其輸出信號(hào)值就能表示入射到積分球該信號(hào)值表示光源在4立體角內(nèi)的總輻射通量。6.3單色儀單色儀用來(lái)將具有寬譜段輻射的光源分成一系列譜線很窄的單色光，因而它既可作為一個(gè)可調(diào)波長(zhǎng)的單色光源，也可作為分光器。單色儀是利用色散元件（棱鏡、光柵等）對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同色散角的原理，將光輻射能 的光譜在空間分開(kāi)，并由入射狹縫和出射狹縫的配合，在出射狹縫處得到所

43、要求的窄譜段光譜 輻射。.棱鏡單色儀圖6-10是一單棱鏡單色儀的簡(jiǎn)圖。光源通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)或直接照射位于第一物鏡的焦平面上 縫寬可調(diào)的入射狹縫，這樣由物鏡出射的一束平行光照射在用色散較大的透明材料做成的棱鏡圖6-10棱鏡單色儀的結(jié)構(gòu)上；由棱鏡出射的平行光，對(duì)不同波長(zhǎng)有 不同的出射方向；通過(guò)第二物鏡 （其焦距 一般和第一物鏡相同）會(huì)聚后，在位于其 焦平面上的出射狹縫平面上得到橫向展 開(kāi)的連續(xù)光譜像；出射狹縫只使很窄譜段的光出射；轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡，使光譜像在出射狹縫上掃描，于是得到不同波長(zhǎng) （窄譜段）單色光的輸出。由子鏡頭本身有色差，實(shí)際入射狹縫的光譜像不會(huì)嚴(yán)格在一個(gè)平面內(nèi)，故許多單色儀采用 凹面反射鏡，其優(yōu)

44、點(diǎn)是沒(méi)有色差。此外，反射鏡不象透射透鏡那樣限制光的透過(guò)譜段。單色儀工作的譜段范圍主要取決于棱鏡所用材料及其色散值，棱鏡的色散值應(yīng)盡可能大。單色儀中棱鏡以 最小偏向角 狀態(tài)工作。所謂最小偏向角，即由入射狹縫出來(lái)的單色光入 射到棱鏡與由棱鏡射出的光與棱鏡兩棱邊具有相同 （或近似相同）的夾角。雖然在最小偏向角 時(shí)棱鏡色散角小，但單色儀的整體工作性能 （像質(zhì)）較好。單色儀的主要性能指標(biāo)有：角色散，線色散和光譜分辨率。角色散表示色散元件分開(kāi)不同波長(zhǎng)輻射能的能力。對(duì)于棱鏡，角色散為(6-8)式中，t是三角形棱鏡底邊尺寸，ao是沿縫高方向光束的口徑（見(jiàn)圖6-10）, dn/d，.是棱鏡材料 的色散值。線色散

45、表示在 出射狹縫平面上相鄰波長(zhǎng)分開(kāi)的程度。由幾何關(guān)系不難寫(xiě)出(6-9)dl _ f d一 f2 d - d -f2是第二物鏡的焦距。光譜分辨率定義為d九，表示波長(zhǎng)為上和波長(zhǎng)為九+d的色光剛能分開(kāi)的能力。對(duì)于某一 波長(zhǎng)九其與相鄰色光剛能分開(kāi)的d，一越小，說(shuō)明棱鏡的光譜分辨能力越高。根據(jù)方孔衍射極限角分辨率d* d/a0,則棱鏡的最大理論分辨率Rmaxd . dn二a。=t- d d d 1(6-10)即對(duì)應(yīng)狹縫寬度趨近于零時(shí)，棱鏡的最大理論分辨率和棱鏡的尺寸以及棱鏡材料的色散成 正比。實(shí)際上，由于物鏡有一定的像差以及要得到一定出射光能量，狹縫需要有一定的寬度， 加上雜散光等的影響，實(shí)際單色儀的分

46、辨率比Rmax小。因此，在單色儀中，理想情況下要獲得最大的光譜分辨率和較大的輻照度，應(yīng)使入射狹縫寬的像等于出射狹縫寬.光柵單色儀光譜級(jí)之間的 重疊發(fā)生在m = （m 1）,在相當(dāng)寬的光譜范圍內(nèi)角 色散近似均勻一一光柵單色儀的優(yōu)點(diǎn)（棱鏡單色儀由于角色散是 波長(zhǎng)的函數(shù)，以致色散小的小譜區(qū)因其光譜分辨率低而難以應(yīng)用）。為了最大限度地提高光能利用的可能性，炫耀光柵 得到了廣泛的應(yīng)用。光柵中光譜不重疊（指相同波長(zhǎng)重疊）區(qū)域叫自由光譜范圍。由m（Z+AZ）= （m+1）K解得自由光譜區(qū)- /m例如一級(jí)m=1 ,當(dāng)？,=0.7Mm時(shí)，自由光譜區(qū)也等于0.7Mm。圖6-20例1中所用的光柵單色儀光學(xué)系統(tǒng)分光光

47、度計(jì)和光譜輻射計(jì)分光光度計(jì)：主要用于測(cè)量材料（反射體/透射體）光譜反射比或光譜透射比的儀器光譜輻射計(jì)：主要測(cè)量光源（自發(fā)光體）光譜輻射度量的儀器傅里葉變換光譜輻射計(jì)如圖6-28是邁克爾遜干涉儀的工作原理，單色光源發(fā)出的光經(jīng)反射鏡（或物鏡）變?yōu)槠叫袌D6-28邁克爾遜干涉儀的光學(xué)系統(tǒng)光束，射到分束鏡SP;分束鏡將光束 分成兩路：一路透過(guò)SR!寸到平面反射鏡 M1,并返回到分束鏡上表面，向圖中 右側(cè)反射；另一路由分束鏡下表面反射 至平面鏡M2上，再由M2反射回并透過(guò) 分束鏡，與前一路光束疊加， 經(jīng)反射鏡 聚集至探測(cè)器上。由于兩束光是相干的， 在探測(cè)器平面上得到某一干涉級(jí)條紋， 條紋的級(jí)數(shù)由兩路光的光

48、程差決定。FTt譜輻射計(jì)和邁克爾遜干涉儀的差別在于：平面鏡M2以一恒速V運(yùn)動(dòng)，位移量x=Vt;光源不只是單色光，可以是連續(xù)光譜。與棱鏡、光柵單色儀相比，F(xiàn)優(yōu)譜輻射計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)：高的能量傳輸高的信噪比高的分辨率第7章 光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及其測(cè)量光輻射測(cè)量系統(tǒng)性能的測(cè)量常稱為儀器的標(biāo)定。理想的光輻射測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下性能： 在所測(cè)量的光譜范圍7%同內(nèi)，系統(tǒng)具有均勻的光譜響應(yīng)，在響應(yīng)光譜范圍以外的光譜 響應(yīng)等于零，即測(cè)量系統(tǒng)具有理想的光譜帶寬響應(yīng)。在所要求測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，系統(tǒng)具有線性響應(yīng)，即輸出信號(hào)和待測(cè)輻射度量之間成正比 關(guān)系。光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有漸暈和像差。在測(cè)量視場(chǎng)內(nèi)，各視場(chǎng)角能接收等量的光輻射能

49、，而在測(cè)量 視場(chǎng)外，射入系統(tǒng)的雜散光不能到達(dá)探測(cè)器表面，即系統(tǒng)具有理想的視場(chǎng)響應(yīng)。 測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)不受入射光偏振程度的影響。7.1測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)度根據(jù)儀器輸出電壓對(duì)應(yīng)入射輻射度量的不同，響應(yīng)度可分成輻射通量響應(yīng)度、輻亮度響應(yīng) 度、輻照度響應(yīng)度輻射通量響應(yīng)度1輻亮度響應(yīng)度、輻照度響應(yīng)度式中，V是測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓(或電流)；、L、E分別是測(cè)量系統(tǒng) 入瞳處的輻射通量、輻亮度和輻照度。響應(yīng)度的標(biāo)定就是建立測(cè)量系統(tǒng)入瞳處輻射度量和輸出信號(hào)之間的定量關(guān)系。采用何種響應(yīng)度取決于儀器測(cè)量的要求以及標(biāo)定源在儀器視場(chǎng)中的大小。在光源可正好充滿儀器視場(chǎng)的標(biāo)定條件下，三種響應(yīng)度之間存在著簡(jiǎn)單的關(guān)系。設(shè)輻射計(jì)的輻亮度響

50、應(yīng)度RL=V/ L,則對(duì)應(yīng)的輻照度響應(yīng)度和輻射通量響應(yīng)度分別為RE =V / E =V / L = RL/，R：=V/：。=V/ EAp = RE / Ap即RL - RE - Ap Rg(7-2)式中，切是輻射計(jì)的視場(chǎng)角，Ap是輻射計(jì)入瞳的面積遠(yuǎn)距離小光源法標(biāo)定光源放在離待標(biāo)定輻射計(jì)一定距離上，光源像不能充滿輻射計(jì)視場(chǎng)。由上面的圖7-4遠(yuǎn)距離小光源法標(biāo)定輻照度響應(yīng)討論可知，應(yīng)當(dāng)標(biāo)定儀器的輻照度響應(yīng)Reo設(shè)標(biāo)定光源到輻射計(jì)入瞳的距離為1(圖7-4),傳輸路徑上介質(zhì)的透射比為人)，則輻射計(jì)入瞳處的輻照度為_(kāi) A 二E=y.0 L(，)()d，(7-3)式中，A為標(biāo)定光源的有效發(fā)光面積，L(7)為

51、標(biāo)定光遠(yuǎn)距離面光源法標(biāo)定時(shí)面光源對(duì)儀器的張角一般應(yīng)大于儀器視場(chǎng)的4倍。儀器調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)，面光源可亦曲“2 )圖7-6遠(yuǎn)距離面光源法用積分球光源或大面積低溫黑體，并放在有限遠(yuǎn)距離上(圖7-6)。 TOC o 1-5 h z 設(shè)面光源的光譜輻亮度為L(zhǎng)o(A),傳輸介質(zhì)的光譜透射比為T(從被標(biāo)定輻射計(jì)輸出電壓信號(hào)為V,則儀器的輻亮度響應(yīng)度c _V _VRl - 丁- T(7-5)L o Lo( ) ( )d 該標(biāo)定方法不必知道待標(biāo)定儀器的視場(chǎng)角6及入瞳面積ApO2測(cè)量系統(tǒng)的光譜響應(yīng).測(cè)量光輻射度量的儀器要求在所測(cè)量的譜段內(nèi)有近似平坦的光譜響應(yīng).測(cè)量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)是系統(tǒng)中光學(xué)和色散元件的光譜透射、反射

52、、色散特性和探測(cè)器光譜 響應(yīng)的乘積，很難使系統(tǒng)的光譜響應(yīng)接近理想響應(yīng).具有1/2峰值響應(yīng)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)所包容的范圍定義為系統(tǒng)響應(yīng)譜段.工作譜段以外的響應(yīng)稱為光譜泄漏.光度量的測(cè)量以人眼作為接收器稱為目視光度法；以物理探測(cè)器，如光敏元件、照相底片等，作為接收器的稱為客觀光度法。8.1發(fā)光強(qiáng)度的測(cè)量1.用客觀光度法測(cè)量光強(qiáng)度客觀光度法測(cè)量光強(qiáng)度時(shí)，所使用的光接收器是光輻射探測(cè)器，即對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源和待測(cè)光源在接收器全部有效面積上的照度進(jìn)行比較，判斷出待測(cè)光源光強(qiáng)度。如果探測(cè)器位置固定，保持光源座與光輻射探測(cè)器的距離不變，先將標(biāo)準(zhǔn)光源s放在光源座上，測(cè)得光電流為 is,再用待測(cè)光源 C替換光源S,測(cè)得光電流i

53、c,則可求得待測(cè)光強(qiáng) 度Ic：,ic TOC o 1-5 h z I c = I s (8-8)is這種方法要求探測(cè)器上的照度必須在探測(cè)器線性工作范圍以內(nèi)。如果將光接收器固定。在距光接收器的一定距離 rs上測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)燈的光電流is,用待測(cè)燈換 去標(biāo)準(zhǔn)燈，并作水平移動(dòng)，使待測(cè)產(chǎn)生的光電流與標(biāo)準(zhǔn)燈的相同，記下此時(shí)待測(cè)燈的距離幾，則可求得待測(cè)光強(qiáng)度Ic：2, , rc一 Ic = Is 2(8-9)rs這種方法對(duì)探測(cè)器沒(méi)有線性工作要求。8.2光通量的測(cè)量1.用分布光度計(jì)用分布光度計(jì)測(cè)量光源的光通量具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量方法較復(fù)雜。由發(fā)光強(qiáng)度I和光通量中的定義，可得到- 2：I I I (口，：)

54、sin udd ：(8-12)如果在不同的空間位置上測(cè)得發(fā)光強(qiáng)度I (口中)，就可求出光源的光通量。 但對(duì)不同方位發(fā)光強(qiáng)度的測(cè)量則是比較麻煩的。2.用積分球測(cè)量光通量更方便、更常用的方法是利用積分球。將光通量標(biāo)準(zhǔn)燈與待測(cè)燈相比較而得到待測(cè)燈的光通量。積分球的照度由（6-6）式表示（K稱為積分球常數(shù)）6 PE 2= K：，4二 R 1 ：在測(cè)得了球壁處出射窗口的照度 E后，可得到光通量9。照度的測(cè)量光電測(cè)量頭包括光電探測(cè)元件、光譜修正濾光片以及擴(kuò)大測(cè)量量程的光衰減器（中性濾多片等）。亮度的測(cè)量1.目視法測(cè)量亮度所有目視法的光度量測(cè)量都以亮度比較作為基礎(chǔ)。目視法測(cè)量亮度的原理也是其它光度量目視測(cè)量

55、的依據(jù)。2.客觀法測(cè)量亮度（1）經(jīng)測(cè)量照度確定發(fā)光面的亮度圖8-22給出一種采用照度計(jì)測(cè)量發(fā)光面亮度的簡(jiǎn)單方法:在發(fā)光面前加一透光面積為 A的光闌，發(fā)光面經(jīng)光闌透光孔發(fā)出半輻射；在S處用照度計(jì)測(cè)得照度值為E。如果光闌開(kāi)口孔徑比光闌與被測(cè)面間的距離 r小得多，則根據(jù)照度的定義可得l=T(8-33)根據(jù)測(cè)得的照度值E,可求出代表了面積A內(nèi)亮度的平均值 L。當(dāng)光源為帶狀（或線狀）時(shí)，光闌的作用主要是限制發(fā)光體的高度（圖8-23）,亮度為L(zhǎng) = Er2hd(8-34)式中，h是光闌的高度；d是發(fā)光體的寬度。在許多情況下，要把一固定光闌直接和光源接觸是困難的（如測(cè)量燈絲或熔煉中金屬的亮度）。為此，可用一

56、透鏡將待測(cè)光源成像,光源的亮度。圖8-24給出利用透鏡測(cè)量光源亮度的方法。圖中A1為待/F圖8-22面光源亮度測(cè)量由測(cè)量光源像的照度確定圖8-24利用光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量光源亮度1測(cè)發(fā)光面，經(jīng)透鏡B成像后為A2； 11和12分別是Ai和A2與B的距離；透鏡通光面積為&若Ai 和A2的直徑遠(yuǎn)小于li和12,則光源向透鏡B對(duì)應(yīng)立體角發(fā)出的光通量為：二二LAi 2li式中，L是光源的亮度。像面A?上的照度(7是透鏡的透射比)S、E = = LAi (8-35)A , 圖8-25亮度計(jì)結(jié)構(gòu)圖利用應(yīng)用光學(xué)的物像關(guān)系式a/A =1；/122,得2L =1生(8-36)S式中，E是由照度計(jì)測(cè)出的像面照度值；其余均為

57、可測(cè)參數(shù)。(2)用亮度計(jì)進(jìn)行亮度測(cè)量常用的亮度計(jì)用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)把待測(cè)光源表面成像在放置光輻射探測(cè)器白平面上。圖8-25給出一種亮度計(jì)的結(jié)構(gòu)，亮度計(jì)的測(cè)光系統(tǒng)由物鏡B、光闌P、視場(chǎng)光闌 C漫射器和探測(cè)器等組成；光闌P與探測(cè)器的距離固定，緊靠物鏡安置；視場(chǎng)光闌C和漫射器位于探測(cè)器平面上 ；C限制待測(cè)發(fā)光面的面積。對(duì)于不同物距的待測(cè)表 面，通過(guò)物鏡的調(diào)焦，使待測(cè)發(fā)光面成像在探測(cè)器受光面上。設(shè)待測(cè)發(fā)光面的亮度為 L,物鏡的透射比t ,若不考慮亮度在待測(cè)表面到物鏡之間介質(zhì) 中的損失(物距太長(zhǎng)日應(yīng)考慮)，則在光闌P平面上的亮度為eL (讓?)，像平面上的照度為SE = L(8-37)r式中，S是光闌P的透

58、光面積，r是光闌P到像平面的距離(不隨測(cè)量距離不同而改變 )。(3)亮度計(jì)的標(biāo)定方法用高精度照度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。用光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈和理想漫射板進(jìn)行標(biāo)定。第9章輻射度量的測(cè)量最常用的測(cè)量色溫的方法有兩種： 測(cè)量待測(cè)光源的相對(duì)光譜能量分布，利用色度計(jì)算公式，求出光源在色度圖上的色 坐標(biāo)，從而由色度圖上等溫相關(guān)色溫線確定光源在給定工作電壓下的色溫或相關(guān)色溫。雙色法。這是最常用的色溫測(cè)量或標(biāo)定的方法。第10章 色度的測(cè)量及其儀器顏色測(cè)量?jī)x器就是通過(guò)一定的途徑求得三刺激值的工具。由于獲得三刺激值的方式不同，測(cè)色儀器主要可分為兩類：分光測(cè)色儀器和色度計(jì)。分光測(cè)色儀器是顏色測(cè)量最基本的儀器，其不直接測(cè)量顏色的三刺激

59、值本身，而是測(cè)量物體的光譜反射或光譜透射特性，即測(cè)量物體的光譜輻亮度因數(shù)或光譜透射比。再選用CIE的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)觀察者，通過(guò)積分計(jì)算求得顏色的三刺激值。色度計(jì)則不同，其響應(yīng)類似人眼的視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)直接測(cè)得與顏色的三刺激值成比例的儀器響應(yīng)數(shù)值，換算出顏色的三刺激值。色度計(jì)獲得三刺激值的方法由儀器內(nèi)部光學(xué)模擬積分完成，即用濾色鏡來(lái)校正儀器光源和探測(cè)元件的光譜特性，使輸出的電信號(hào)大小正比于顏色的三刺激值。10.1分光測(cè)色儀器分光光度計(jì)是顏色測(cè)量中最基本的儀器，其不直接測(cè)量顏色，而是測(cè)量樣品的反射特性和透射特性，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得樣品顏色的三刺激值。.比較法測(cè)量與比較的標(biāo)準(zhǔn)分光光度計(jì)測(cè)量光譜透射比或光譜

60、反射比都采用比較法，通過(guò)定量地比較某些已知光譜特 性的“標(biāo)準(zhǔn)”（參照物）和樣品在同一波長(zhǎng)上透射或反射的單色輻射功率，測(cè)出樣品的光譜透射比或光譜輻亮度因數(shù)。測(cè)量反射樣品時(shí)，選用完全反射漫射體。 測(cè)量透射樣品時(shí)選用空氣作為參照標(biāo)準(zhǔn)，空氣是 理想透射體，在整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)透射比均近似為 1;液體樣品則采用同樣厚度的溶劑作為 標(biāo)準(zhǔn)。.顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化由于顏色視覺(jué)的復(fù)雜性，顏色測(cè)量條件必須標(biāo)準(zhǔn)化，儀器間的測(cè)量結(jié)果才有可比性。（1）測(cè)量樣品的三刺激值時(shí)，照明光源選擇標(biāo)準(zhǔn)照明體，常用的標(biāo)準(zhǔn)照明體有A, C, D65（2）測(cè)量樣品的三刺激值時(shí),要選用標(biāo)準(zhǔn)觀察者，小視場(chǎng)（1-4選用CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀 察