光度學(xué)與色度學(xué)

光度學(xué)與色度學(xué)第1頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/81輻射度學(xué)通過(guò)電磁光譜來(lái)處理輻射能的測(cè)量。輻射度學(xué)主要研究頻率為3×1011～3×1016Hz的光輻射，對(duì)應(yīng)于0.01~1000μm微米的波長(zhǎng)。波段范圍包括紅外、可見(jiàn)光、紫外線。研究電磁波輻射的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算的學(xué)科稱(chēng)為“輻射度學(xué)”第2頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光度學(xué)與輻射度學(xué)類(lèi)似，但它只處理人眼可感知的光，即可見(jiàn)光，波長(zhǎng)范圍為380～780nm(納米)。波長(zhǎng)450nm對(duì)應(yīng)于藍(lán)色，540nm對(duì)應(yīng)于綠色，659nm對(duì)應(yīng)于紅色。研究可見(jiàn)光的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算稱(chēng)為“光度學(xué)”第3頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月立體角的定義：

一個(gè)任意形狀的封閉錐面所包含的空間稱(chēng)為立體角，用Ω表示。Ω

以錐體頂點(diǎn)為球心，任意r為半徑作一球面，此錐體在球面上的截面為S，則立體角表示為第4頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§5-1輻射量和光學(xué)量及其單位可見(jiàn)光的描述：輻射量（純物理現(xiàn)像）和光學(xué)量（視覺(jué)感受）可見(jiàn)光是波長(zhǎng)在3.8×10-7～7.8×10-7米范圍內(nèi)的電磁輻射，描述電磁輻射的物理量，即輻射量，也可用來(lái)描述可見(jiàn)光；可見(jiàn)光是能對(duì)人的視覺(jué)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(jué)受到刺激的程度（引起的心理反應(yīng)），即視覺(jué)感受來(lái)量度可見(jiàn)光。按這種視覺(jué)響應(yīng)原則建立的表征可見(jiàn)光的量稱(chēng)作光學(xué)量。由此可見(jiàn)，可見(jiàn)光是可以用輻射量和光學(xué)量這兩種量值系統(tǒng)來(lái)度量的。把可見(jiàn)光做為純物理現(xiàn)像來(lái)研究時(shí)，應(yīng)采用輻射量量值系統(tǒng)；而研究與人的視覺(jué)有關(guān)問(wèn)題時(shí)，采用光學(xué)量量值系統(tǒng)可能更方便。第5頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月、輻射量0.輻射能1.輻通量2.輻出度3.輻照度4.輻強(qiáng)度5.輻亮度§5-1輻射量和光學(xué)量及其單位二、光學(xué)量1.光通量【流明】2.光出射度

3.光照度【勒克斯】4.發(fā)光強(qiáng)度【坎德拉】5.光亮度除“輻射能”以外，其他一一對(duì)應(yīng)。

第6頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輻射強(qiáng)度：?jiǎn)挝涣Ⅲw角內(nèi)發(fā)出的輻射通量。給定方向上取立體角dΩ，在dΩ范圍內(nèi)的輻射通量為dΦe。把dΦe與dΩ之比稱(chēng)為輻射體在該方向上的“輻射強(qiáng)度”發(fā)光強(qiáng)度：與輻射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。它表示在指定方向上光源發(fā)光的強(qiáng)弱，即單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量第7頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重要常識(shí)（1）發(fā)光強(qiáng)度：發(fā)光強(qiáng)度的單位為坎［德拉］(cd)。1979年第十六屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的單位坎德拉作了明確的規(guī)定：“一個(gè)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(qiáng)度為1/683W/sr，則此光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉”。發(fā)光強(qiáng)度是光學(xué)基本量，是國(guó)際單位制中七個(gè)基本量之一。（2）流明：從發(fā)光強(qiáng)度的單位坎德拉可以導(dǎo)出光通量的單位流明：發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉的勻強(qiáng)點(diǎn)光源，在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為1流明。（3）常見(jiàn)發(fā)光表面的光亮度值（表5-1)第9頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§5-1輻射量和光學(xué)量及其單位三、光學(xué)量和輻射量?jī)煞N量值系統(tǒng)間的關(guān)系（一）光譜光效率函數(shù)------視見(jiàn)函數(shù)1、人的視覺(jué)特性：輸入（輻射量）——輸出（光學(xué)量）就其實(shí)質(zhì)而言，人眼就是一種可見(jiàn)光探測(cè)器，其輸入為用輻射量度量的可見(jiàn)光輻射，而輸出為用光學(xué)量表示的光感受。所以，光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系決定于人的視覺(jué)特性第10頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）光譜光效率函數(shù)------視見(jiàn)函數(shù)2、光譜光效率函數(shù)：

人的視覺(jué)對(duì)不同波長(zhǎng)光響應(yīng)的靈敏度是波長(zhǎng)的函數(shù)。

實(shí)驗(yàn)表明，具有相同輻通量而波長(zhǎng)不同的可見(jiàn)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(jué)對(duì)不同波長(zhǎng)光有不同的靈敏度。人對(duì)不同波長(zhǎng)而輻通量相同的光響應(yīng)的靈敏度是波長(zhǎng)的函數(shù)，稱(chēng)之為光譜光效率函數(shù)。也叫視見(jiàn)函數(shù)（視感程度）實(shí)驗(yàn)表明，觀察場(chǎng)明暗不同時(shí)，光譜光效率函數(shù)亦稍有不同。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）根據(jù)多組測(cè)試實(shí)驗(yàn)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(jué)光譜光效率函數(shù)暗視覺(jué)光譜光效率函數(shù)第11頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光譜光效率函數(shù)人的視覺(jué)對(duì)不同波長(zhǎng)光響應(yīng)的靈敏度是波長(zhǎng)的函數(shù)。第12頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系光譜量（微分形式）——dλ內(nèi)積分量（積分形式）——可見(jiàn)光范圍內(nèi)注意：1）明視條件和暗視條件2）其他對(duì)應(yīng)量之間有相同的關(guān)系3）光學(xué)量≠輻射量：對(duì)同等大小的輻射量因波長(zhǎng)不同，視覺(jué)感受不同4）光功當(dāng)量：明視覺(jué)、暗視覺(jué)5）名稱(chēng)、定義（物理意義）式、單位6）各種輻射量和光學(xué)量代表符號(hào)中的下標(biāo)e和v，在不致混淆的情況下，可以不必標(biāo)出，例如，發(fā)光強(qiáng)度Iv

和光照度Ev可分別寫(xiě)做I、E等。第13頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§5-2光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化規(guī)律一、點(diǎn)光源在有限距離的表面上形成的照度照度平方反比定律：點(diǎn)光源在被照表面上形成的照度與被照面到光源距離的平方成反比。照度余弦定律：當(dāng)光源到被照明表面的距離不變時(shí)，角為零時(shí)，照度值最大。隨著角的不斷增大，照度值將變小。即被照明表面處的照度與光線入射角的余弦成正比。

第14頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、面光源在距離為r的表面上形成的照度三、單一介質(zhì)元光管內(nèi)光亮度的傳遞四、光束經(jīng)界面反射和折射后的亮度五、余弦輻射體特點(diǎn)

1發(fā)光強(qiáng)度空間分布特點(diǎn)：發(fā)光強(qiáng)度空間分布為余弦分布

2光亮度空間分布特點(diǎn)：在各方向的光亮度相同第15頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、余弦輻射體

余弦輻射體可能是自發(fā)光面，如絕對(duì)黑體、平面燈絲鎢燈等；也可能是透射或反射體。受光照射經(jīng)透射或反射形成的余弦輻射體，稱(chēng)做漫透射體和漫反射面。乳白玻璃是漫透射體，其經(jīng)光照射后透射光強(qiáng)度分布如圖5－8a所示；硫酸鋇涂層表面是典型的漫反射面。第16頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、軸上像點(diǎn)的光照度討論：

①光學(xué)系統(tǒng)孔徑越大，像面照度越大②系統(tǒng)放大倍率越小，像面照度越大（若β大，為了保證像面足夠的像面照度，更要求照明好，U要大）§5-3成像系統(tǒng)像面的光照度第17頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月軸外點(diǎn)的光照度隨視場(chǎng)角的增大而顯著下降。

二、軸外像點(diǎn)的光照度第18頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

反射損失：光學(xué)零件與空氣接觸面能量損失吸收損失：在空氣中的吸收在光學(xué)零件中的吸收

反射面不完全反射的損失：鍍膜三、光通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)能量的損失四、光學(xué)系統(tǒng)的總透射比第19頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、顏色的分類(lèi)1、顏色：顏色是不同波長(zhǎng)可見(jiàn)光輻射作用于人的視覺(jué)器官后所產(chǎn)生的心理感受。所以，顏色是一種和物理、生理及心理學(xué)有關(guān)的復(fù)雜現(xiàn)像。2、非彩色和彩色：顏色可分為非彩色和彩色兩大類(lèi)。非彩色系指白色、黑色及白與黑之間深淺不同的灰色所構(gòu)成的顏色系列。彩色是指白黑非彩色系列以外的所有顏色。如各種光譜色均為彩色?！?-4色度學(xué)概述第20頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、顏色的分類(lèi)

3、物理機(jī)制：根據(jù)顏色形成的物理機(jī)制的不同，顏色又有光源色、物體色及熒光色之分。自發(fā)光形成的顏色，一般稱(chēng)之為光源色；自身不發(fā)光，憑借其它光源照明，通過(guò)反射或透射而形成的顏色，稱(chēng)之為物體色；物體受光照射激發(fā)所產(chǎn)生的熒光及反射或透射光共同形成的顏色，稱(chēng)之為熒光色。

第21頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、顏色的表觀特征

顏色有三種表觀特征，即明度、色調(diào)和飽和度。彩色必須具備上述三個(gè)特征，特征參數(shù)的不同，標(biāo)示著顏色間的差別。非彩色只有明度值的差別，沒(méi)有色調(diào)區(qū)分，飽和度均等于0第22頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、顏色混合的兩種方式第23頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、顏色混合的兩種方式色光的混合始于牛頓，紅光加綠光產(chǎn)生黃光，紅橙黃綠青藍(lán)紫七色相加合成白光。彩色電視機(jī)制造中利用紅、綠、藍(lán)作為“三基色”，顯示出大自然中千變?nèi)f化的色彩。色光混合的原理在舞臺(tái)燈光、布景、夜景燈光、現(xiàn)代廣告等有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。1、色光混合：色光混合是不同顏色光的直接混合?；旌仙鉃閰⒓踊旌细魃庵?，又稱(chēng)之為加混色。第24頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、顏色混合的兩種方式2、色料混合：色料是對(duì)光有強(qiáng)烈選擇吸收的物質(zhì)，在白光照明下呈現(xiàn)一定的顏色。色料混合是從白光中去除某些色光，從而形成新的顏色，又稱(chēng)之為減混色。繪畫(huà)是用顏料來(lái)表現(xiàn)光。顏料本身不能產(chǎn)生光，它只是一種在一定光照下的顯色物質(zhì)。無(wú)論是透明色彩的調(diào)和或是直接混和顏料，對(duì)于光而言，都是在做減法，其原理和加光混合法并非無(wú)緣，在道理上是相通的，只不過(guò)在光亮的程度上是方向相反的。

第25頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、三原色1、紅、綠、蘭三種顏色以不同的量值（有的可能為負(fù)值）相混合，可以匹配任何顏色。紅、綠