第2章 第2部分-輻射溫度及輻射源課件

輻射溫度及輻射源金偉其王霞北京理工大學光電學院2011.09.27第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1上節(jié)課的內容熱輻射 溫度高于絕對零度(-273.15℃)的一切物體都向外輻射能量，這些輻射稱為熱輻射黑體 完全吸收入射在它上面的輻射能的理想物體，稱為黑體(或絕對黑體)。

-用溫度來反映熱輻射的大小

-除了溫度，黑體的輻射能量還與波長相關。

熱輻射的定律

-基爾霍夫定律

-普朗克黑體輻射定律第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1GustavRobertKirchhoff(1824–1887)MaxPlanck(1858–1947)第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1WilhelmWien(1864–1928)JosefStefan(1835–1893)LudwigBoltzmann(1844–1906)第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1今天的內容輻射體的溫度P39輻射源P44第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1輻射體的溫度

P39溫度和波長是描述黑體熱輻射能量的重要參數(shù)，黑體的

=1對于非黑體的輻射體，其發(fā)射的熱輻射能量或輻射特性也可以用溫度和波長來描述非黑體分為灰體和選擇體，二者發(fā)射的輻射能都比黑體的小，即輻射發(fā)射率

<1，而且：

-灰體的

=小于1的常數(shù)，與波長無關

-選擇體的

隨波長變化第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1輻射發(fā)射率

輻射出射度M

3-黑體；4-灰體；5-選擇體45第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1

一般地，各種發(fā)射輻射能的物體表面在不同的溫度下可能具有不同的光譜輻射特性，其發(fā)射的輻射能比黑體發(fā)射的輻射能小，且發(fā)射率是波長、溫度的函數(shù)。在輻射度學和光度學及其應用中，常需要類似于黑體那樣，用溫度描述光源、輻射體等的某些輻射特性。常用的描述輻射體的溫度名稱有：

-分布溫度

-色溫(相關色溫) -輻亮度溫度(亮溫) -輻射溫度這些溫度不一定是輻射體的真實溫度第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.3.1分布溫度顧名思義，分布溫度與輻射體(或光源)的輻射能量分布曲線(或光譜能量分布曲線)有關系。 輻射分布曲線：縱坐標-輻射能量；橫坐標-波長光源分布溫度：在一定譜段范圍內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成比例時的黑體溫度。右圖是水在300K時的光譜輻射特性?？梢钥闯?，此溫度時水具有與黑體近似的光譜能量分布特性，

=0.98，所以，在這段波長范圍內，水的分布溫度是300K第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1與黑體光譜能量分布近似的發(fā)射體都可使用分布溫度的概念。 例如：白熾燈在可見譜段內的光譜輻射特性和黑體的十分近似如果已測出光源的光譜能量分布曲線M(

)，可用下式計算出光源的分布溫度

調整常數(shù)a和溫度Tb使積分值最小，即M(

)與M0(

,Tb)最接近，則黑體的溫度就是具有光譜能量分布為M(

)光源的分布溫度。a是一比例常數(shù)，M0(

,Tb)是黑體在溫度Tb的光譜輻射出射度；[

1,

2]是波長范圍。在光度學上，[

1,

2]是可見譜段兩端的波長值[0.38

m,0.76

m]第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1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，求出的分布溫度已沒有實際意義。故一般僅限于光源光譜能量分布和黑體的相差不大于5％的情況?；殷w的分布溫度就是其真實溫度對于發(fā)射率是波長函數(shù)的發(fā)射體(選擇體)，分布溫度和其真實溫度有所差別。例如白熾燈,由于鎢的發(fā)射率在短波部分比在長波部分高,即

隨波長的增大而下降，本來應為b1的峰值波長變?yōu)榱薭，由維恩位移定律，波少短的溫度高，因此求出的分布溫度將大于其真實溫度。

b1

b第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1色溫(Colortemperatures

)色溫是顏色溫度的簡稱。當發(fā)射體和某溫度的黑體有相同的顏色時,黑體溫度稱為發(fā)射體的色溫。即色溫是人眼主觀色度感覺上把光源作為一定溫度的黑體來描述。色溫的概念不僅限于人眼色覺上的一致,可擴展到任意波長。Highercolortemperatures(5000Kormore)are"cool"(green–blue)colorsLowercolortemperatures(2700–3000K)"warm"(yellow–red)colors.第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1根據(jù)色度學,顏色具有同色異譜的性質,即相同的顏色可由具有不同的光譜能量分布特性的光構成。因此,色溫不能象分布溫度那樣近似說明光源的光譜能量分布特性,但對于具有不連續(xù)光譜的發(fā)射體或具有連續(xù)光譜但其光譜能量分布特性與黑體相差甚大的發(fā)射體,可用色溫來描述。任意光源的顏色只能說與某一溫度黑體的顏色相近，不可能完全相同。相關色溫就是發(fā)射體和某溫度的黑體有最相近的顏色時黑體的溫度。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1MRD(MicroReciprocalDegrees)國際照明委員會1960-UCS均勻色度圖由不同黑體溫度對應的色坐標點所連成的曲線——普朗克軌跡。只要發(fā)射體的色坐標落在普朗克軌跡上，則這一點對應的黑體溫度就是發(fā)射體的色溫。與普朗克軌跡正交的一組直線族稱為等相關色溫線。線上標出的數(shù)值是麥爾德(Mired)值，簡寫成MRD。

圖中u-v坐標系中的一個點(u,v)對應一種顏色。坐標相距遠的顏色，其間的色差異越大。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1MRD和T的關系為眼睛的色感差異和MRD的刻度的間隔距離基本一致，即MRD的差值能夠反映人眼主觀感差異的大小。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1所謂“和黑體有相近色”并不嚴格，相近可表示很接近，也可以是相差甚遠但卻能找到一個與某溫度黑體的色最近似的相關色溫值，因此上圖中直線族的長度是有限度的，約與±15麥克亞當(MacAdam)閾值單位(表示人眼恰能分辨色差異閾值的單位)相當；“色差異多大就不能用相關色溫表示”也不完全準確，等相關色溫線提供了衡量待測色和黑體色之間近似差異程度的可能，任意發(fā)射體的色坐標離普朗克軌跡越遠，用黑體色來描述發(fā)射體色的可能性就越小。當光源的光譜分布和黑體相近時,光源的色溫就與其分布溫度一致。在可見光譜范圍內,大多數(shù)金屬/非金屬的發(fā)射率隨波長增加而下降/增長，其色溫比真實溫度稍高/低。

第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.3.3輻亮度溫度實際發(fā)射體在某一波長(窄譜段范圍內)的光譜輻亮度和黑體在某一溫度同一波長下的光譜輻亮度相等時，黑體溫度稱為發(fā)射體的輻亮度溫度。如果波長在可見光譜范圍內用人眼(或具有人眼光譜光視效率響應的探測器)來判斷其間亮度相等時，則稱為亮度溫度(簡稱亮溫)。在波長

處，溫度為Tb的黑體輻亮度L0(

,Tb)與溫度為T的輻射物體輻亮度L(

,T)相等，則Tb就是輻射物體的輻亮度溫度。

第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1若c2/

T>>1，用維恩近似公式，有若己知輻射體在選定波長的發(fā)射率，則由測得的輻亮度溫度Tb可求出輻射體的真實溫度T

輻射測溫基本公式由于待測輻射體的溫度是客觀的，若取不同的測量波長值,則輻亮度溫度值可能隨著改變。因此,工業(yè)光學高溫計常用中心波長為0.65

m的一個窄譜段來測溫。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1(1)測溫靈敏度物理意義：c2/

T表示輻射體單位相對溫度變化引起相對輻亮度變化的比例，表征了輻射測溫的靈敏度。(2)真實溫度與輻亮度溫度由于輻射體的發(fā)射率總小于1，故T>Tb，即輻射體的實際溫度高于輻亮度溫度。對具有確定工作波長的測溫儀，可通過預先標定的溫度修正表，對測得的輻亮度溫度和輻射體的發(fā)射率進行查表，得到實際溫度的修正值。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1(3)環(huán)境輻射的影響在測量中，由于

(,T)<1，環(huán)境溫度輻射也作為一個輻射源在待測物體表面反射而進入測量系統(tǒng),因此環(huán)境溫度的影響必須考慮。假定輻射體為朗伯源時，則

當環(huán)境溫度Ta=T時，Ta=T=Tb，即測得輻亮度溫度就是輻射體的真實溫度，與其發(fā)射率無關；反之，當Ta

T時，環(huán)境溫度對T的測量產(chǎn)生影響。

越小，環(huán)境的影響就越大。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.3.4輻射溫度輻射溫度是在整個光輻射的譜段范圍內的輻亮度與某溫度黑體輻亮度相等時黑體的溫度，即，解之得

式中，

(T)是材料的平均發(fā)射率。與輻亮度溫度相同，因為

(T)總小于1，故T>Tb。

(T)越接近1，T和Tb在數(shù)值上越接近。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1今天的內容輻射體的溫度P39輻射源P44第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4輻射源P442.4.1人工標準黑體輻射源2.4.2自然輻射源2.4.3人工輻射源2.4.4標準照明體和標準光源2.4.5色溫變換及光譜能量分布特性的改變第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.1人工標準黑體輻射源自然界中并不存在能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的絕對黑體，但用人工方法可制成盡可能接近絕對黑體的輻射源，也稱為黑體模型器(Black-bodysimulator)。黑體按工作溫度大致分為三類：

高溫黑體(溫度高于1000K)

中溫黑體(5001000K)

低溫黑體(10500K)腔型黑體輻射源 腔型黑體輻射源的輻射發(fā)射率非常接近1。 -第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1典型的腔型黑體輻射源結構：芯子材料：1400K以上的黑體腔，選用石墨或陶瓷；1400K以下選用鉻鎳不銹鋼；低于600K選用銅。加熱繞組常用鎳鉻絲線圈鉑電阻溫度計插入腔體測量腔體溫度，另一個溫度計插入芯子并接溫度控制器，來控制芯子的溫度。溫度控制的穩(wěn)定性決定了黑體的精度。主要包括：黑體芯子、加熱繞組、測量腔體溫度的溫度計、測量芯子溫度的溫度計、溫度控制器第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1典型腔式結構斷面示意圖L2RLLL2R2R2R錐形腔其中,

0和S分別為腔內壁的材料發(fā)射率和面積(包括開孔面積)；

S為開孔面積；

為黑體開孔面積所對應腔底的立體角。柱形腔球形腔倒轉錐形腔空腔的有效發(fā)射率為第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1表征黑體性能參數(shù)的主要指標

1)

發(fā)射率

2)黑體輻射面的溫度均勻性

3)輻射孔面積

4)

溫度范圍

5)

溫度控制精度第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1面型黑體源"extendedsourceplate"typeblackbody

熱成像系統(tǒng)的校準和紅外輻射計量需要采用大面積的面型黑體輻射源。面型黑體源主要用于均勻性和系統(tǒng)響應等的測量或標定常采用面型差分黑體源(DifferentialBlackbody)作為熱成像系統(tǒng)信號響應和性能測量的輻射源。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1面型差分黑體源黑體源采用高導熱性的材料制作面型黑體，并在其表面涂高輻射率的涂料,

采用半導體帕爾帖效應實現(xiàn)黑體溫度的控制；靶標采用高導熱性的金屬制作，上面掏出靶標形狀；靶標靶標支撐架黑體源靶標溫度傳感器靶標處于環(huán)境溫度中，通過靶標溫度器測量靶標溫度；根據(jù)需要的溫差設置黑體溫度.靶標第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1面型溫差黑體源測量靶標可以有多種形狀或熱對比度等參量實際應用中常將靶標安置在靶標輪上，實現(xiàn)多種靶標的快速調整或選擇。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1離軸拋物面黑體源及靶標輪折反鏡紅外平行光管離軸拋物面黑體源及靶標輪折反鏡黑體源在黑體源的實際應用中，往往需要通過紅外平行光管將黑體目標(即靶標形狀的黑體輻射)投射到無窮遠。紅外平行光管一般采用離軸拋物面反射鏡。由于靶標與環(huán)境溫度一致，所以環(huán)境溫度的波動將影響到測試結果，只適用于實驗室等環(huán)境溫度波動不大的環(huán)境。差分黑體源與紅外平行光管雙黑體源與紅外平行光管第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.2自然輻射源在自然界中，太陽、月球、地面、行星、恒星、云層和大氣都是熱輻射的自然輻射源。太陽、地球、行星是宇宙空間的點源，可用于宇宙飛船的定向。太陽和地球的熱輻射可用來確定人造地球衛(wèi)星表面的受熱溫度。在某些情況下，自然輻射源會干擾紅外儀器的工作，為了消除這些干擾，需要知道這些干擾輻射的強度和光譜。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1太陽輻射太陽是自然界中最強的紅外輻射源。大氣層外太陽輻射的光譜分布大致與5900K絕對黑體的相似太陽輻射通過大氣時,

經(jīng)過吸收和散射照射至地面的輻射大多集中在0.33.0m,大部分在0.380.76m的可見光波段。照射至地球表面的太陽輻射功率、光譜分布與太陽高度、大氣狀態(tài)的關系很大。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1太陽對地球表面的照度太陽中心的實際高度角(o)地球表面的照度(103lx)陰影處和太陽下之比陰天和太陽下之比無云太陽下無云陰影處密云陰天54320.750.50109430.440.331515640.400.272023760.300.263039990.220.23405812120.210.21507614150.180.20558515160.180.1960102____70113____80120____90124____第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1地球

工作波段。地球水面輻射取決于溫度和表面狀態(tài)。無波浪時的水面，反射良好，輻射很小；只有當出現(xiàn)波浪時，海面才成為良好的輻射體。地球是自然界中僅次于太陽的熱輻射源。在白天，地球表面的熱輻射主要由二部分構成：

-反射和散射太陽輻射→峰值波長0.5m

；

-地球自身的熱輻射→峰值波長10m

。在夜晚，觀察不到太陽的反射輻射。地球輻射主要處于波長8~14

m大氣窗口，該波段大氣吸收很小，成為熱成像系統(tǒng)的主要第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1月球月球的輻射近似于400K的絕對黑體，峰值波長7.24m

。月球對地球表面形成的照度受月球的月相、地-月距離、月球表面反射率、月球在地平線上的高度角以及大氣的影響，在很大范圍內變化。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1星球星球的熱輻射隨時間和在天空的位置等因素變化，但在任何時刻它對地球表面的輻射量都是很小的。在晴朗的夜晚，星對地面的照度約為2.210-4lx。星的明亮用星等表示，零等星的照度為2.6510-6lx，比零等星亮的星，其星等是負的。星等數(shù)值大的星，照度越弱。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1大氣輝光大氣輝光產(chǎn)生在70km以外的大氣層中，是夜天輻射的重要組成部分。產(chǎn)生原因：不能到達地球表面的太陽紫外輻射在高層大氣中激發(fā)原子并與分子發(fā)生低幾率碰撞大氣輝光由原子鈉、原子氧、分子氧、氫氧根離子等其它原子連續(xù)發(fā)射構成。1~3

m短波紅外波段的大氣輝光較高，加之其處于大氣窗口中，因此短波紅外成為新的夜視成像波段。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1ShortwaveInfrared:

Next-generationnightvisionSWIRcamerasoperateinstarlightconditions,relyingonilluminationfrom"atmosphericnightglow,"aphenomenoncreatedbyhydroxyl羥(基)氫氧基ionemissionsintheshortwaveinfraredportionofthespectrum第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1夜天空輻射夜天空輻射由上述各種自然輻射源共同形成。夜天空輻射除了可見光輻射外，還包含豐富的近紅外輻射，這正是微光夜視系統(tǒng)所利用的波段。夜天空輻射的光譜分布在有月和無 月時相差很大，有月時的光譜分布 與太陽輻射的相似，無月時夜空輻 射的各種來源所占百分比為：星光及其散射光 30%銀河光 5%黃道光 15%大氣輝光 40%后三項的散射光 10%第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1不同天氣條件下地面景物照度天氣條件景物照度(lx)天氣條件景物照度(lx)無月濃云無月中等云無月晴朗(星光)1/4月晴朗半月晴朗滿月濃云滿月薄云2×10-45×10-41×10-31×10-21×10-12~8×10-27~15×10-2滿月晴朗微明黎明黃昏陰天晴天2×10-11101×1021×1031×104第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.3人工輻射源光輻射測量中所使用的光源種類繁多，除了黑體輻射源外，常用的有：

-白熾燈

-氣體放電燈

-發(fā)光二極管LED -激光除用作光源外，也作為輻射度量測量和量值傳遞的標準，用來測量或標定測量系統(tǒng)的性能參數(shù)?？砂l(fā)射已知光譜的線譜光源，常常用作波長標定的標準源，因而，光源在光輻射測量中占有很重要的地位。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.3人工輻射源(1)白熾燈白熾燈是光輻射測量中最普遍的光源之一。白熾燈發(fā)射連續(xù)光譜,

在可見光譜段中部與黑體輻射分布相差約0.5%，而在整個可見譜段內與黑體輻射分布平均相差2%。然而,白熾燈在使用和量值傳遞上卻是十分方便的，且其發(fā)射特性穩(wěn)定，壽命長，因而廣泛被用作各種輻射度量的標準光源。常用作光源和標準光源的白熾燈有真空鎢絲白熾燈、充氣鎢絲白熾燈和各種鹵鎢燈，白熾燈實用只用作0.25~2.6

m的紫外、可見和近紅外的光譜輻照度、光譜輻亮度的標準燈以及光度標準燈。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.3人工輻射源(2)氣體放電燈通過氣體放電將電能轉換為光的一種電光源。根據(jù)工作氣壓不同，可把氣體放電分成低壓、高壓和超高壓三大類。低壓放電工作氣壓大致在10-2~102Pa之間，高壓放電在10-2~10Pa之間，而超高壓燈工作氣壓則在10Pa以上。在光輻射測量中，由于低壓氣體放電燈屬于原子發(fā)光，發(fā)射線光譜，故主要用作波長標準燈和單色燈。按照充氣和金屬蒸汽壓的不同，有發(fā)射出各種單色譜線的燈，如低壓汞燈、低壓鈉燈、氦燈、鎘燈等。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1低壓汞燈相對能量分布相對能量分布第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1常用線光譜燈的波長值

名稱強譜線波長值(nm)汞燈(石英泡殼)253.7275.3296.7302.2312.6313.2334.1365.0366.3404.7407.8435.8546.1577.0579.1623.4671.6690.71014.01128.7氦燈(玻璃泡殼)318.8361.4363.4370.5382.0388.9396.5402.6412.1414.4438.8443.8447.2471.3492.2501.6504.8587.6667.8706.5728.11083.0鎘燈(玻璃泡殼)298.1313.3326.1340.4346.6361.1467.8480.0508.6643.8

鈉燈(玻璃泡殼)589.0818.3第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1常用氣體放電燈的種類、性能及應用種類工作原理及性能應用1.汞燈

(1)低壓汞燈①冷陰陰弧光放電燈在一定電壓下，汞菡氣放電而發(fā)光在紫外有大量輻射。主要是253.7nm的線光譜。管內加不同種類的螢光粉后，呈不同色。紫光殺菌、霓紅燈②熱陰極弧光放電燈照明、日光模擬(2)高壓汞燈0.5~8大氣壓。除紫外輻射外，在404.7、4.538、546.1、577.0~577.9nm有五根亮譜線照明、曬藍圖、日光浴、螢光分析、化學合成(3)超高壓汞燈①球形②毛細管形紫外輻射強，亮度高10～50大氣壓50～200大氣壓投影燈、螢光顯微鏡2.納燈(1)低壓鈉燈589.0～589.6nm譜線最強，818.3～819.5nm譜線占總輻射13％左右光譜燈(2)高壓鈉燈照明3.金屬鹵化物燈(1)碘化鈉(鉈銦燈)高壓汞燈中加入金屬鹵化物，以提高光效，改善光色。其中金屬鹵化物在一定溫度下蒸發(fā)，在高溫下分解出金屬原子，參與放電，并產(chǎn)生光輻射。鹵原子作為循環(huán)劑。照明、投影燈(2)鏑燈照明、照相制板(3)超高壓銦燈電影放映、投影儀第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1使用在投影機上的15kW

短弧燈第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1汽車的氙燈氙氣大燈的全稱是HID（HighIntensityDischargeLamp）氣體放電燈，它利用配套電子鎮(zhèn)流器，將汽車電池12V電壓瞬間提升到23KV以上的觸發(fā)電壓，將氙氣大燈中的氙氣電離形成電弧放電并使之穩(wěn)定發(fā)光，提供穩(wěn)定的汽車大燈照明系統(tǒng)。與普通燈泡相比，氙氣燈泡有兩個顯著的優(yōu)點：

-氙氣燈泡擁有比普通鹵素燈泡高三倍的光照強度(通常稱為小太陽)，耗能卻僅為其三分之二；

-氙氣燈泡采用與日光近乎相同的光色，為駕駛者創(chuàng)造出更佳的視覺條件。鹵素燈與普通燈泡一樣有燈絲，而氙燈則是沒有燈絲第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.3人工輻射源(3)半導體發(fā)光二極管(LED)

發(fā)光二極管也叫做注入型電致發(fā)光器件，它是由P形和N型半導體組合而成的二極管?？梢酝ㄟ^改變電流的大小，對發(fā)光量進行調制。具有良好的頻率特性，調制頻率可以很高；發(fā)光二極管的正向電壓很低，約2V左右，能直接與集成電路匹配使用。發(fā)光二極管具有小巧輕便、耐振動、壽命長(大于5000h)和單色性好等一系列優(yōu)點，因此應用面寬廣。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.3人工輻射源(4)激光光源

激光器作為一種新型光源，與普通光源有顯著的差別。其利用受激發(fā)射原理和激光腔的濾波效應，使所發(fā)光束具有一系列新的特點：極小的光束發(fā)散角，其發(fā)散角可小到0.1mrad左右。激光的單色性好或者說相干性好。激光的輸出功率雖然有限度，但光束細，故功率密度很高，一般的激光亮度遠比太陽表面的亮度大。常用的激光器主要有氣體激光器、固體激光器、染料激光器和半導體激光器等。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.3人工輻射源第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.4標準照明體和標準光源

標準照明體和標準光源是為使光輻射測量標準化而引入的概念。在紡織、印刷、攝影、造紙、食品等許多光輻射測量的應用部分，需要進行定量的輻射測量且結果是可相互比較的。大多數(shù)光探測器(人眼、光敏材料和光電探測元件)的光譜響應是波長的函數(shù)，所以不同光譜輻射分布的光源，或在其照射下不同物體表面的反射/透射光都會使光探測器的響應、人眼主觀色感發(fā)生變化。為避免使用不同光源造成的變化，國際照明委員會(簡稱CIE)推薦了光輻射度量和光度量測量上使用的標準照明體和標準光源。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1顏色復制(Colorreproduction)從原稿的顏色轉變成印刷品顏色的全過程。分色過程是顏色復制的關鍵，顏色分解的正確，顏色合成就有基礎。照相分色與光源、濾色片、接觸網(wǎng)屏、感光材料等的性能，蒙版的應用，主曝光、無網(wǎng)曝光、閃光曝光量的掌握及顯影條件的穩(wěn)定等有關。在分色正確的前提下，拷貝、曬版、打樣或印刷的傳遞過程也影響顏色的復制?？截惔嬖谥叩驼{網(wǎng)點丟失、中間調網(wǎng)點擴大或縮小的可能。曬版也存在曬深或曬淺的可能。印刷品的顏色最終由油墨印在紙張上的網(wǎng)點面積和色數(shù)的多少表現(xiàn),因此，油墨、紙張、橡皮布、印版的性能，工藝采用得是否合理，機器精度，廠房溫濕度等都影響顏色復制。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1標準照明體和標準光源

標準照明體是規(guī)定的光譜能量分布。一種標準照明體有可能只用一種光源就可實現(xiàn)，也有可能要用一種光源的若干標準濾光器的組合才能實現(xiàn)，甚至只能近似地實現(xiàn)。標準照明體應當有良好的現(xiàn)實代表性，即是現(xiàn)有大量光源輻照特性的典型代表。標準光源是一種實在的光源，只是規(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準照明體相匹配。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.4標準照明體和標準光源

(1)CIE推薦的標準照明體A、B、C和E標準照明體A：代表絕對溫度2856K(1968年國際實用溫標)的完全輻射體的輻射。它的色品坐標落在CIE1931色品圖的黑體軌跡上。標準照明體B：代表相關色溫大約4874K的直射日光，它的光色相當中午的日光，其色品坐標緊靠黑體軌跡。

標準照明體C：代表相關色溫大約6774K的平均晝光。它的光色近似于陰天的天空光，其色品位于黑體軌跡的下方。標準照明體E：將在可見光波段內光譜輻射功率為恒定值的光刺激定義為標準照明體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，實際中不存在這種光譜分布的光源。

第2章第2部分_輻射溫度及輻射源12.4.4標準照明體和標準光源

(1)CIE推薦的標準光源A、B、C標準光源A：分布溫度2856K的充氣鎢絲燈。如果要求更準確地實現(xiàn)標準照明體的紫外輻射的相對光譜分布，推薦使用熔融石英殼或玻璃殼帶石英窗口的燈。標準光源B：A光源加一組特定的戴維斯－吉伯遜(DavisGibson)流體濾光器(又稱DG濾光器)，以產(chǎn)生相關色溫4874K的輻射，代表中午直射陽光的光譜能量分布特性。標準光源C：A光源加另一組特定的戴維斯－吉伯遜流體濾光器，以產(chǎn)生分布溫度為6774K的輻射，代表平均陰天天空光的光譜能量分布特性。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1(3)CIE標準照明體D代表各時相日光的相對光譜功率分布，也叫做典型日光或重組日光。1963年進行了兩類實驗：

對不同地區(qū)/時相的太陽光和天空光進行了622例光譜測定,測出光譜分布；

對日光進行視覺色度測量。

根據(jù)實驗確定了典型日光的色品軌跡，位于黑體軌跡的上方(右圖中的D線)典型日光D在CIEx-y色品坐標上有以下關系式：

式中xD的有效范圍是0.250.38第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1在相關色溫Tcp已知的情況下，可通過下式計算典型日光的色品坐標:第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1針對不同地區(qū)/時相的太陽光和天空光的622個實際光譜分布測量結果，進行特征矢量的分析統(tǒng)計，得出了一個數(shù)學模型，可用來計算已知相關色溫標準照明體D的相對光譜功率分布,這就是“重組日光”的含意。

S0是日光光譜分布曲線的平均曲線；S1為第一特征矢量，實測曲線與平均曲線偏離的最突出特征；S2為第2特征矢量，為偏離平均曲線的第二最突出特征。標準照明體D的相對光譜分布可表示為式中，S0(

)、S1(

)和S2(

)為特征矢量。第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1特征矢量S1在光譜紫外、紫和藍段有較高的值,在紅段有較低的數(shù)值,將S1和乘數(shù)M1之積加至S0曲線可描述日光光色由黃色向藍色相當于天空中有云到無云的變化,或是相當于測量時有直射陽光到無直射陽光的變化。特征矢量S2在400~580nm波段有較低的數(shù)值，在紫外和紅波段有較高的數(shù)值，與M2S2加S0隨著M2由大變小，可得到從偏粉紅色到偏綠色的光色，相當于大氣中水份的變化(即S2與大氣中水份相關)。

第2章第2部分_輻射溫度及輻射源1圖2-38典型D照明體的光譜分布CIE優(yōu)先推薦相當于相關色溫5503K，6504K，7504K的D照明體D55，D65，D75作為代表日光的標準照明體

第2章第2部分_輻射溫度及