ch1.電氣照明技術(shù)課件

電氣照明技術(shù)2008

第一章

照明技術(shù)的基本知識本章主要介紹光、視覺、顏色等與屯飛照明技術(shù)有關的基礎知識。第一節(jié)光電氣照明技術(shù)的實質(zhì)主要是光的控制與分配技術(shù)。

一、光和光譜

1.光的概念

光是能量的一種存在形式，它可以通過電磁輻射方式從一個物休傳播到另一個物體。因而，光的本質(zhì)是一種電磁波(電磁輻射)。

電磁輻射的波長范圍是極其廣泛的，波長不同的電磁波，其特性可能有很大的差別。但相鄰波段之間實際上是沒有明顯界線的，因為波長的較小差別不會引起特性的突變。若將各種電磁波按波長依次排列可以得到電磁波譜，如圖1-1所示。

在電磁波譜中，波長為380~7807nm(1nm＝10-9m)的電磁波，作用于人的視覺器官能產(chǎn)生視覺，這部分電磁波叫可見光?？梢姽獍床ㄩL依次排列可以得到可見光譜。不同波長的可見光，在視覺上會形成不同的顏色。

單色光:只含有一種波長成分的可見光。通常將可見光分為：

紅(780~630nm)、橙(630~600nm)、黃(600~570nm)、綠(570~490nm)、青(490~450nm)、藍(450~430nm)和紫(430~380nm)等七種單色光。將可見光按波長從380~780nm依次展開，光將分別早現(xiàn)紫、藍、青、綠、黃、橙、紅色。小于380nm的是一個紫外線波段，大于780nm的是一個紅外線波段，這兩個波段的電磁波雖然不能引起人的視覺，但由于它們能夠有效地轉(zhuǎn)換成可見光，所以，通常把紫外線、可見光和紅外線統(tǒng)稱為光。2．光譜輻射通量及其能量分布(1)光譜輻射通量。輻射通量(或稱為輻射功率)是指某物體單位時間內(nèi)發(fā)射或接收的輻射能量，或在介質(zhì)(也可能是真空)中單位時間內(nèi)傳遞的輻射能量，單位為瓦特(W)。任意波長的電磁輻射的能量都可以用輻射通量來度量。

在照明工程中，由于實際照明光源發(fā)出的往往是含有多種波長成分的復合光。光譜輻射通量定義為輻射源在給定波長無限小范圍內(nèi)產(chǎn)生的輻射通量與該波長范圍之比，其基本單位為W／m。(2)輻射通量的光譜分布。光源的輻射能量隨波長而變化的規(guī)律稱為輻射通量的光譜分布。通常稱為光譜能量(功率)分布，可以用曲線來表示。

圖1-2表示的是具有連續(xù)光譜成分的復合光的光譜能量分布。圖1-3則表示具有線光譜成分的復合光的光譜能量分布。圖1-3(a)表示的是理想線光譜成分的復合光的光譜能量分布．即每一個線光譜成分具有良好的單色性。但實際光源的線光譜成分在其波長附近一定波長范圍內(nèi)均有一定的輻射，如圖1-3(b)所示。在照明工程中，一般取5nm或10nm作為一個波長段。經(jīng)過處理的具有線光譜成分的復合光光譜能量分布如圖1-3(c)所示。3．光譜光效率通常朋光譜光效率(或光譜光效能)來表示人眼的視覺靈敏度。人眼對各種波長的光具有不同的靈敏度。

光譜光效能的意義是單位輻射通量產(chǎn)生的視覺強度。用符號K(λ)表示。光譜光效能是波長的函數(shù)，并且存在最大值Km。光譜光效率是給定波長λ

的光譜光效能K(λ)與最大光譜光效能Km

之比，也是波長λ

的函數(shù)，用符號V(λ)

表示，其表達式為基于以下兩個原因：①光譜光效率(或光譜光效能)除了與波長有關以外，還與光刺激強度有關，即同一波長的光，在環(huán)境適應亮度明暗不同的情況下，人眼對其敏感性是有差別的。②光諾光效率(光譜光效能)既然是評價人眼的視覺靈敏度的，就不可避見地存在著個人差異。

因此，CIE(國際照明委員會)規(guī)定了一個標準光度觀察者，先后提出了在明視覺條件下(適應亮度約為10cd/m2以上)獲得的明視覺光譜光效率V(λ)，以及在暗視覺條件下(適應亮度小于10-2cd／m2)獲得的暗視覺光譜光效率值V’(λ)，如表1-1所示。圖1-4為對應于表1-1的CIE光度標準觀察者光譜光效率曲線。實驗證明：在明視覺情況下，正常人眼對于波長為555nm的黃綠色光最敏感，也就是這種波長的輻射能引起人眼最大的視覺。在暗視覺條件下，正常人眼對于波長為507nm(510nm)的光最敏感。說明：明視覺光譜光效率曲線的最大值與太陽散射光能量分布(按波長)曲線的最大值相近，這是人類眼睛在長期進化過程中最好地適應與感受太陽散射光刺激的結(jié)果。在照明工程中主要應用明視覺光譜光效率。

光是能量的一種存在形式，光對物質(zhì)的作用是與光能量的轉(zhuǎn)化相關的。在照明技術(shù)中，由于光作用于人的眼睛所產(chǎn)生的視覺強度，不僅與光能量的大小有關，還與光的波長有關，所以在照明技術(shù)中，為了更好地研究光在照明工程中的應用，通常采用的是以視覺效果來評價光輻射的量——光度量。在照明工程中，常用的光度量有光適量、發(fā)光強度、照度和亮度。

二、常用的光度量

1．光通量

光通量是按照CIE標淮觀察者的視覺特性來評價光的輻射通量的，其定義為單位時間內(nèi)光輻射能量的大小，用符號Φ表示。當輻射體發(fā)出的輻射通量按V(λ)曲線的效率被人眼所接受時，其表達式為光通量的單位是流明（lm）。光通員是說明光源發(fā)光能力的基本量。具有均勻光強度1cd的點光源在單位立體角1sr(球面度)內(nèi)發(fā)出的光通量為1lm—物理意義。光通量是根據(jù)人眼對光的感覺來評價光源在單位時間內(nèi)光輻射能量的大小的。2.發(fā)光強度(光強)它表示光源向空間某一方向輻射的光通密度。所以，一個光源向給定方向的立體角dω內(nèi)發(fā)射的光通量dΦ與該立體角之比，稱為光源在給定方向的光強，用符號Ⅰ表示，其表達式為立體角的定義是任意一個封閉的圓錐面所圍的空間。立體角是以錐的頂點為球心，半徑為r的球面被錐面所截得的面積來度量的。當錐面在球面上截得的面積為dA時，則該立體角即為一個單位立體角dω，其表達式為若光源發(fā)射的光通量比較均勻時．各個方向的光強相等，其值為發(fā)光強度的單位是坎德拉(cd)。發(fā)光強度是用來描述光源發(fā)出的光通量在空間給定方向上的分布情況的。3．照度定義：被照物體表面上一點的照度等于入射到該表面包含這點的面元上的光通量dΦ與面元的面積dA之比。簡單地說就是被照面上單位面積入射的光通量。照度是描述被照面被照射的程度的光度量。照度用符號E表示，其表達式為若任意被照面A上入射的光通量為Φ，則可用平均照度表．即照度的國際單位制單位是勒克斯(lx)。1lx表示在1m2面積上均勻分布1lm光通量的照度值。即1lx＝1lm/m2。一般情況下，1lx的照度僅能辨別物體的輪廓；照度為5~10lx時，看一般書籍比較困難；短時閱讀的照度不應低于50lx。4．亮度

亮度是描述發(fā)光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且，亮度考慮了光的輻射方向，所以它是表證發(fā)光面在不同方向上的光學特性的物理量。亮度用符號L表示，給定方向(θ方向)上的亮度用Lθ表示，其表達式為若發(fā)光面是一個理想的漫射體(漫射發(fā)光體或漫反射體)，它的光強將按余弦分布，即則

即，漫射體的亮度是一個常數(shù)L0，與方向無關。其特點是：從任意方向看該漫射體的表面時，亮度都是一樣的。如圖1-6所示。亮度的國際單位制單位是坎德拉／平方米(cd／m2)。若1m2發(fā)光面沿其法線方間發(fā)出1cd光強時，該發(fā)光面在其法線方向上呈現(xiàn)的亮度為1cd/m2。注意：一般當亮度超過1.6×105cd／m2時，人眼就感到難以忍受了。三、光的輻射

1．輻射的產(chǎn)生

原子由帶正電的原子核和其外圍帶負電的電子云組成，原子核外電子運動的軌道不同，其能量級別也不相同。離原子核最近的軌道能量級最低，而離原子核越遠，則其能量級別越高。如果由于果種原因使核外電子獲得更高的能量，電子出于被激發(fā)將不再逗留在基態(tài)，而將遷移到與其具有的能量相當?shù)哪芗?這種遷移稱為被激發(fā)遷移)。電子逗留在激發(fā)態(tài)的時間是極短暫的，它將很快回到穩(wěn)定的基態(tài)，或從高能級的激發(fā)態(tài)遷移到低能量級的激發(fā)態(tài)(這種遷移稱為去激發(fā)躍遷)。在去激發(fā)躍遷時電子的能量也隨之釋放，該能量就被轉(zhuǎn)化成光能并自發(fā)地向外輻射，形成了光的輻射。輻射的激發(fā)和自激發(fā)過程示于圖1-7。原于輻射的光譜成分取決于原子的能級。實際物體內(nèi)的激發(fā)原子所產(chǎn)生的是有限幾種線光譜成分的復合光：而對多原子分子而言，光譜接近于連續(xù)光譜。目前．在人工光源中常用的輻射源主要有三種形式：熱輻射、氣體放電和電致發(fā)光。2．熱輻射熱輻射是物體因熱而產(chǎn)生的輻射。當物體被加熱到高溫時，組成它的原子或分子將產(chǎn)生熱運動，并互相碰撞使電子獲得能量，而被激發(fā)、從而產(chǎn)生輻射。

(1)黑體輻射。黑體又稱為完全輻射體．共特點是入射到黑體上的光輻射將完全被吸收．而沒有反射和透射．即它的反射比和透射比為0，吸收比為1。著名的普朗克定律所描述的就是不同溫度下的黑體的光譜輻射功率與波長的函數(shù)關系(如圖1-8所示)。這種形式的輻射稱為熱輻射或黑體輻射。黑體的輻射是具有連續(xù)光譜成分的復合輻射。黑體輻射有兩個主要特點：其一是隨著溫度的升高，黑體輻射的總能量迅速增加；其二是隨著溫度的升高，黑體輻射曲線的最大值偏向短波，即具有最大輻射功率的波長和黑體的溫度成反比。與該特點相對應的現(xiàn)象是物體加熱后隨著溫度的逐步升高，具顏色先發(fā)紅，再變黃，最后發(fā)藍。

實際上，黑體是一種理想的輻射體，在自然界中根本不存在這種物質(zhì)。在人工熱輻射光源中采用的是鎢絲輻射。

(2)鎢絲輻射。鎢絲并不能獲得黑體的吸收和反射特性，但是由于鎢絲能夠承受2000K以上的高溫，并且它在可見光區(qū)域內(nèi)的選擇輻射率較高，因此鎢絲的熱輻射與黑體輻射不僅輻射原理相同，而且具有相似的性能，例如其光譜能量分布是連續(xù)光譜，且與輻射的溫度有密切的關系。鎢絲輻射的能量分布見圖1-9。鎢絲輻射功率的峰值比同溫度的黑體偏向于可見光區(qū)，顯然用鎢絲作光源比用同溫度的黑體作光源光效要高。

此外，鎢絲輻射波長范圍很廣。其中可見光僅占很少的比例，紫外線也很少，絕大部分是紅外線。隨著溫度增加，鎢絲輻射的能量也隨之增加，并且可見光部分的增加速度比紅外線的增加速度更快。所以，要提高鎢絲輻射的光效，就必須盡可能地提高鎢絲的工作溫度。

3．氣體放電

在電場的作用下，載流子在氣體(或蒸汽)中產(chǎn)生并運動，從而使電流通過氣體(或蒸汽)的過程稱為氣體放電。

在正常情況下，氣體里通常沒有自由電子，只有當氣體原子被電離產(chǎn)生電子和正離子時才能導電。圖1-10所示的是通過電離氣體管的放電。通過管子的總電流就是電子和離子流的總和。

氣體放電主要是在充有氣體的管中由原子輻射形式產(chǎn)生光輻射的。根據(jù)管中氣體的的壓力，可分為低氣壓放電和高氣壓放電。（1）低氣壓放電。管內(nèi)氣體壓力較小時（總氣壓近似于百分之一大氣壓）產(chǎn)生的氣體放電。低氣壓放電所產(chǎn)生的光輻射主要是以線光譜的形式出現(xiàn)。（2）高氣壓放電。管內(nèi)氣體壓力較高時（升高到幾個大氣壓）產(chǎn)生的氣體放電。高氣壓放電所產(chǎn)生的光輻射將包括強的線光譜成分和弱的連續(xù)光譜成分。

4．電致發(fā)光

電致發(fā)光又稱為場致發(fā)光。電流通過像半導體等固體物質(zhì)時所產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象稱為電致發(fā)光。

特點：電致發(fā)光不需要任何像加熱這樣的中間過程，而是直接把電能轉(zhuǎn)化成光能。

電致發(fā)光的輻射波長取決于躍遷前后所在能帶(或能級)之間的能量差。四、物質(zhì)的光學性質(zhì)

光通過介質(zhì)(空氣、液體、固體等)傳播時，一般都發(fā)生吸收、折射、透射、反射和偏振等現(xiàn)象。因為照明環(huán)境(照明分布)是光源發(fā)出的光經(jīng)過傳播過程而最后形成的。很明顯，吸收、折射、反射和透射等現(xiàn)象對照明分布具有決定性的影響。

1.光的吸收

光在介質(zhì)中傳播時其強度將越來越弱，在這個過程中有一部分光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?例如熱能)．這就是介質(zhì)對光的吸收。用吸收比(亦稱吸收系數(shù))來表征介質(zhì)對光的吸收作用。

不同的介質(zhì)對于不同波長的光的吸收作用是不同的。介質(zhì)對光的吸收與光在介質(zhì)中傳播的光程(即介質(zhì)吸收層的厚度)有關，光程越大，介質(zhì)吸收的光也越多。介質(zhì)對光的吸收還與光的人射方向和偏振狀態(tài)有關。2．光的折射和透射

(1)光的折射。光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，若光的入射方向不是垂直于上述兩種介質(zhì)分界面，則在分界面處將有一部分光被反射回原來的介質(zhì)，另一部分將射人另一種介質(zhì)中，但傳播方向改變了，這種現(xiàn)象稱為光的折射。n1、n2分別為兩種介質(zhì)的折射率。光在其介質(zhì)中傳播速度較高的被稱為光疏物質(zhì)，而傳播速度較低的稱為光密物質(zhì)。當光從光疏介質(zhì)射人光密介質(zhì)時(n2>n1)，折射角γ將小于入射角i,反之，則折射角γ將大于入射角i。同時，入射角發(fā)生變化時，折射角隨之發(fā)生變化，但兩角之間的關系符合折射定律

(2)光的透射。光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)，并從這種介質(zhì)穿透出來的現(xiàn)象叫光的透射。

在透射光中，光所包含的單色成分的頻率不改變，但光通量及其包含的立體角可能改變。用透射比(透射系數(shù))來描述光在透射前后光通量的變化情況。物理意義：透射比說明的是材料的透光性，不同的物質(zhì)具有不同的透光性。透射比還與材料的厚度有關，對于透明度相同的物質(zhì)來說，其厚度越大則透射比超小。根據(jù)透射后光束在空間的擴展倩況，光的透射分為：1)定向透射。2)擴散透射。

3．光的反射

光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，有一部分或全部自分界面射間原來的介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做光的反射。在光的反射中，光的傳播方向和能量可能發(fā)生變化．但光所包含的單色成分的頻率是不會改變的。用反射比(亦稱反射系數(shù))來表征介質(zhì)對光的反射能力。

反射比的數(shù)值與材料或介質(zhì)的特性(光滑程度、顏色、是否透明)、入射光的波長、光的入射角以及光的偏振狀態(tài)有關。根據(jù)反射光束在空間的擴展情況，光的反射分為(1)定向反射。(2)擴散反射。（3）漫反射（4）混合反射(5)全反射。當入射角繼續(xù)增大，即入射角大于臨界入射角時，光線將從兩種介質(zhì)的分界面處全部反射回原來的介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為全反射。

應當注意：光投射到任何物質(zhì)時，對光的吸收、反射和透射現(xiàn)象可能同時發(fā)生，即入射光通量中有一部分被物質(zhì)吸收，另一部分被物質(zhì)反射．還有一部分透過物質(zhì)。根據(jù)能量守恒原則應有

4.物質(zhì)的光譜選擇性

任何物質(zhì)在光的照射下部可能發(fā)生光的吸收、透射或反射等現(xiàn)象，且其對光的吸收、透射和反射特性都與光的波長有關，也就是光的波長不同時，各種物質(zhì)的吸收比、透射比和反射比也可能不同，這種現(xiàn)象稱為物質(zhì)對光有光譜選擇性。物質(zhì)對光所具有的光譜選擇性，使得物質(zhì)具有不同的視覺色彩。物質(zhì)的這種光譜選擇性可以用光譜吸收比αλ、光譜透射比τλ、和光譜反射比ρλ來表征。（1）光譜反射比ρλ。是物質(zhì)反射的單色光通量對于人射的單色光通量之比。圖1-18給出了幾種顏料的光譜反射系數(shù)的曲線。由此圖可以看出，有色彩的表面在與它色彩相同的光譜區(qū)域內(nèi)，光譜反射系數(shù)最大，這說明有色彩的表面對與它色彩相同波長的光的反射能力最強，而對其它波長的光的反射能力很弱，當與彩色表面相同波長的光照別到物體表面時，反射光射人眼睛后便產(chǎn)生顏色視覺。（2）光譜吸收比可表示為（3）光譜透射比可表示為注意！物質(zhì)的吸收比、透射比和反射比與其光譜吸收比、光譜透射比和光譜反射比是有所區(qū)別的。在確定光譜吸收比、光譜透射比和光譜反射比等值時采用單色光照射物質(zhì)求得。在確定物質(zhì)的吸收比、透射比和反射比等值時采用的是復合光。通常所說的吸收比、進射比和反射比是針對色溫為5500K的白光而言的。第二節(jié)光與視覺視覺是指光射入眼睛后產(chǎn)生的一種知覺、即視覺依賴于光。視覺的功用：人們通過視覺可以察覺某些物體的存在．鑒別并確定它在空間中的位置，闡明它與其它事物的關系．辨認它的運動、顏色、明亮程度或形狀等等。一、視覺過程產(chǎn)生視覺的首要條件就是要有光的存在，并射入眼睛中。過程：1.射入眼中的光在經(jīng)過角膜、前房、晶狀體和玻璃體的過程中，依靠瞳孔和晶狀體來調(diào)節(jié)和控制射人眼中的光的強度，并使之落到視網(wǎng)膜上，形成觀察目標的像。

2.視網(wǎng)膜是人眼感受光的部分，其邊緣部位主要分布著桿狀細胞，中央部位主要分布著錐狀細胞。當光落在視網(wǎng)膜上時，視細胞吸收了光能，使視細胞中含有的視紫質(zhì)分解、并刺激神經(jīng)末梢，形成生物脈沖(生物電流)，通過視神經(jīng)把信息傳導到大腦后部的視覺皮層，經(jīng)大腦綜合處理而形成視知覺。3.要維持視覺，則在視紫質(zhì)不斷分解的同時．需要在維生素A的作用下不斷還原。這種分解和還原反應只要有一個終止，那么視覺也就終止。二、視覺特性由于視網(wǎng)膜上的錐狀細胞和桿狀細胞對光的感受性不同，因而當視野(是指當頭和眼睛不動時．眼睛所能觀察到的空間)亮度發(fā)生變化時，人眼就會產(chǎn)個不同的視覺特性。1．暗視覺、明視覺和中介視覺(1)暗視覺。在微弱的照度(視場亮度在10-6~10-2cd/m2)下，只有桿狀細胞工作，錐狀細胞不工作的視覺狀態(tài)稱為暗視覺(或稱桿狀視覺)。桿狀細胞的最大的視覺靈敏度在507nm處。所以，暗視覺桿狀細胞工作時，綠光和藍光顯得特別明亮。暗視覺的特征：對物體細節(jié)的分辨能力很差，且對顏色也無法分辨。因此，暗視覺條件下，只有當目標足夠大，才能被看到；并且世界是無色的，各種顏色的物體都給人以藍、灰色感。(2)明視覺。視場亮度超過10cd/m2時．錐狀細胞的工作起著主要作用，這種視覺狀態(tài)稱為明視覺(或稱錐狀視覺)。錐狀細胞的最大的視覺靈敏度在555nm處。所以，明視覺錐狀細胞工作時，波長較長的光譜如紅色光顯得特別明亮。特征：錐狀細胞具有較高的視敏度，能分辨物體的細節(jié)，且在感受波長范圍為380~780nm的光刺激時，對各種色光感覺不同。因此，在明視覺狀態(tài)下，正常人的眼睛都能有良好的顏色感覺。第一章照明技術(shù)的基本知識(3)中介視覺。視場亮度在10-2~10cd/m2時，桿狀細胞和錐狀細胞同時起作用，這種視覺狀態(tài)稱為中介視覺。

2．視覺閾限能引起光覺的最低限度的光量稱為視覺的閡限，一般用亮度來度量，故又稱為亮度閾限。

視覺的亮度朗限與目標物的大小有關。目標物的大小一般用目標物對眼睛所張的角度表示，稱為視角。視角越小，則亮度閾限越高；視角越大，亮度閾限就越低。但當視角超過300時，亮度閾限不再降低。

視覺的亮度朗限與目標物發(fā)出的光的顏色有關。在相同的視角下．對波長較長的光，例如紅光、黃光，其亮度閾限就高；對于波長較短的光，例如藍光，則亮度閾限值要低一些。這是因為在暗視覺條件下，光譜光效率向短波方向偏移的緣故。視覺的亮度閾限與觀察目標物的時間有關。目標物呈現(xiàn)的時間越長，亮度閾限值就越低；呈現(xiàn)時間越短，亮度閾限值就越高。一般來說，亮度越高，越有利于視覺。但當視野亮度值超過106cd/m2時，視網(wǎng)膜可能被灼傷，所以人們只能忍受不超過106cd／m2的亮度。

3．明適應和略適應明適應和暗適應是指視覺對現(xiàn)場亮度變化的適應過程。(1)明適應。眼睛由暗(視野亮度低于10-3cd/m2)到亮(高于幾個cd／m2)的視覺適應過程。在明適應過程中，桿狀細胞和錐狀細胞的替換工作大約需要經(jīng)過1min多的時間才能完成。(2)暗適應。眼睛由明(高于幾個cd／m2)到暗(視野亮度低于10-3cd/m2)的視覺適應過程。暗適應過程的長短與適應前后的光環(huán)境有關。適應前后兩種光環(huán)境的亮度之差越大，則適應的時間也就越長。同時還與一些生理因素有關，例如維生素A是否缺乏、有元夜旨癥、年毆大小、營養(yǎng)狀況及是否缺氧等。當視場內(nèi)明暗急劇變化時，人們會因眼睛不能很快適應而視力下降。所以在照明工程中，有些場合要考慮明暗適應的過渡照明，以滿足眼睛適應性的要求。

4．眩光當視野內(nèi)由于亮度分布或亮度不適宜，或存在著極端的亮度對比，以致引起不舒適感覺和降低目標可見度的視覺現(xiàn)象，統(tǒng)稱為眩光。在這里，可見度是指人眼辨認物體存在或物體形狀的難易程度。通常將眩光分為不舒適眩光和大能眩光：

(1)不舒適眩光：產(chǎn)生不舒適感覺，但并不一定是降低視覺功效或可見度的眩光。

(2)失能眩光：降低視覺功效和可見度的眩光。5．個人差別引起個人差別的原因主要與年齡有關。三、視黨功效人們完成視覺工作的功效稱為視覺功效。用來定量評價視覺器官完成給定視覺作業(yè)的能力。其主要的評價指標有以下幾個方面：1．對比敏感度和可見度眼睛耍辨認目標物，目標物與背景之間要有一定的顏色對比和亮度對比。(1)亮度差。臨界亮度差：人眼開始能識別目標物與背景的最小亮度差。(2)亮度對比。被觀察目標和背景亮度差與背景亮度之比稱為亮度對比。臨界亮度對比：臨界亮度差與背景亮度之比。一般情況下，以面積較大的部分為背景，以面積鉸小的部分為目標。當目標亮度大于背景亮度時，目標物的亮度對比C值在0～∞范圍內(nèi)。當目標物亮度小于背景亮度時，它們的亮度差應取絕對值，而亮度對比的C值在0～1范圍內(nèi)。(3)對比敏感度。在給定的眼睛適應狀態(tài)下，可知覺的臨界對比的倒數(shù)稱為對比敏感度。注：因人而異!

(4)可見度。人眼辨認物體存在或確定物體形狀的難易程度稱為可見度。在室外是以人眼恰好可以看到標準目標的距離來定義。在室內(nèi)是以目標與背景的實際亮度對比與臨界對比的比值來描述。用V表示，即可見度取決于視角、背景亮度和亮度對比三個因素。2．視覺敏銳度視覺敏銳度：眼睛能辨認的兩個相鄰物體(點或線)的最小視角的倒數(shù)。臨床醫(yī)學上稱為視力。意義：表明人眼辨別物體輪廓和細節(jié)的能力。影響視力的國素：首先取決于生理因素，其次還與背景亮度Lb和亮度對比C密切相關。注意！在亮度對比值較小時或背景亮度較小時，它們的增大對提高視力是很有益的；隨著亮度對比值或背景亮度值的提高，它們對視力的影響逐漸減小。當亮度對比過大或背景亮度過大時，不僅不會再對提高視力起積極作用，反而會影響視力，其至損傷眼睛。

3.視覺感受速度（υ）從物體出現(xiàn)到形成視覺所需要的時間的倒數(shù)稱為視覺感受速度，簡稱視覺速度。視覺感受速度勺背景亮度、背景與日標的亮度對比以及日標物的尺寸(視角)有關，即視覺感受速度與照明有直接的關系，良好的照明條件可以縮短形成視覺的時間，提高視覺感受速度，從而提高了工作效率。第三節(jié)光與顏色色彩是喚起入的第一視覺作用的重要媒體，因為人眼只有通過光作用在物體上造成的色彩才能獲得印象。因此對照明質(zhì)量的評價不只考慮光的強度，還要考慮光源和環(huán)境的顏色。一、顏色的形成顏色起源于光。波長不同的單色光，會使人有不同的色覺，即具有不同的顏色。1.光源色因發(fā)光體發(fā)出的光而引起人們色覺的顏色稱為光源色。光源色的顏色完全取決于光的波長成分。復合光光源的顏色將取決于它的光譜能量分布。

2．物體表面色非發(fā)光體(即一般物體)的顏色稱為物體表面色，可以簡稱為物體色或表面色。這是物體在光源的照射下產(chǎn)生反射光所引起的色覺，其顏色取決于入射光源的光譜能量分布和該物體表面的光譜反射比。由于有色彩的表面在與它色彩相同的光譜區(qū)域內(nèi)，光譜的反射系數(shù)最大，當與彩色表面相同的光照射到物體表面時，表面色主要是從入射光中被該表面反射出來的一些波長的光而產(chǎn)生的。注意！當入射光線和反射光線的強度變化時，所看到的物體表面的顏色也隨之有所變化。一般情況下．當光線的強度增加時，各種額色都向紅色或藍色變化。二、顏色的基本特性顏色可以分為兩大類：非彩色和彩色。

(1)非彩色。是指黑色、白色和介于兩者之間的深淺不同的灰色。非彩色可以排成一個系列，稱作黑白系列或無色系列，從黑色開始，依次逐漸地到深灰色、中灰色、淺灰色、直到白色。

(2)彩色。是指黑白系列以外的各種顏色。根據(jù)波長不同，彩色可以依次排成一個系列，稱為彩色系列或有色系列：紫、籃、綠、黃、橙、紅。顏色具有三個基本持性：色調(diào)、彩度和明度。

1.色調(diào)

可見光譜不同波長的光在視覺上的表現(xiàn)稱為色調(diào)，又稱色相。

因為可見光的波長有無數(shù)種，即光譜色有無數(shù)種，但實際上，相近波長的單色光用肉眼是很難區(qū)分它們的顏色差別。為了能用文字描述不同的顏色，通常把各種光譜色歸納成有限種色調(diào)，以表示色刺激的主觀屬性，以紅、橙、黃、綠、藍、紫等區(qū)分。

2．彩度

彩度是指顏色的深淺程度。某種顏色的彩度高，則表示這種顏色深。反之，若彩度低，則表示這種顏色淺。實際上，彩度是色調(diào)的表現(xiàn)程度，它可以反映光線波長范圍的大小。波長范圍越窄明顏色超純、彩度越高。3．明度指顏色的明暗程度。

物體表面色的明度主要取決于物體表面的反射比?！锶粑矬w表面為彩色，反射比越高則顏色越明亮，反射比越低則顏色發(fā)暗。反射比中等時則顏色發(fā)灰?！锶粑矬w表面為黑白色，當物體表面的反射比在0~0.05之間時，物體呈黑色；當反射比高于0.8時，物體就呈白色；而反射比處于0.05~0.8時，物體呈灰色，且反射比越低，灰色越暗，即反射比增加時，灰色就會由深到淺變化。光源色的明度反映的是光的強弱，光線越強則明度越高．光線越弱則明度越低。

各種顏色都可以用上述三個基本特性來表征，但只有彩色系列具有完整的三個特性；而黑白系列只有明度；彩度為零，沒有色調(diào)。三、表色系統(tǒng)用日常語言描述顏色，會因人的感受差異產(chǎn)生多樣性結(jié)論，而且不能說明相近顏色之間的細小差別。表色系統(tǒng)就是為了能精確地標定顏色的一種規(guī)定體系。常用的表色系統(tǒng)有孟塞爾表色系統(tǒng)和CIE表色系統(tǒng)。1．孟塞爾表色系統(tǒng)孟塞爾表色系統(tǒng)把顏色看作是一個三維量，以顏色的三個基本特性為依據(jù)，將顏色的三個基本特性量化后，通過一個顏色立體圖來形象地表征物體表面的顏色,如圖1-19所示。顏色立體圖的中央軸表示的是無彩色黑白系列的中性色，它的刻度表示明度等級。每一明度值都對應于在標準光源照射下顏色樣品的反射比。明度越高，樣品就越亮，其反射比也越大。

顏色立體圖中包含中央軸線的垂直面可以表示顏色的彩度和色調(diào)(如圖1-20所示)。每一個垂直面從中央軸向外可分成若干等分，表征顏色的彩度等級。由中央軸處向外彩度從0開始遞增。

色調(diào)則是圍繞中央軸依次按紅(5R)、黃紅(5YR)、黃(5Y)、黃綠(5GY)、綠(5G)、藍綠(5BG))、藍(5B)、藍紫(5PB)、紫(5P)、紅紫(5RP)分成10個主色調(diào)。每一主色調(diào)又等分成10個相近色調(diào)。共有40個不同的色調(diào)。孟塞爾表色系統(tǒng)按顏色的三個基本特性的組合來表征顏色。彩色系列的表示形式為：其中H表示色調(diào)，V表示明度，C表示彩度。NV黑白系列的表示形式為：其中N表示中性色，V為明度。HV/C

CIE表色系統(tǒng)是以三原色學說為依據(jù)，由色刺激表示的系統(tǒng)。它能夠定量地分析光源色的相加混合，也可以用于物體表面色，是比較完善和精確的系統(tǒng)。CIE表色系統(tǒng)有多種，其中1931CIE—RGB系統(tǒng)較為直觀，1931CIE—XYZ系統(tǒng)是應用最廣泛的系統(tǒng)。

2．CIE表色系統(tǒng)

(1)三原色原理。

1）任一給定額色可以用三種原色(紅、綠、藍)按一定比例混合而成，或者說各種顏色的光都可以分解成紅、綠、藍三種波長的單色光。2）認為：人限視網(wǎng)膜上的錐狀細胞包含著紅、綠、藍三種反映色素，它們分別對不同波長的光發(fā)生反應，視覺神經(jīng)中樞綜合這三種刺激的相對強度而產(chǎn)生一種顏色感覺，三種刺激的相對強度不同時，就產(chǎn)生不同的顏色視覺。所以，當眼睛受到單一波長的光刺激時產(chǎn)生一種顏色視覺，而當受到—束包含各種波長的復合光刺激時也只產(chǎn)生一種顏色視覺。三原色的選取主要遵循以下原則：其一是三原色中任意一種原色不能由另外兩種原色混合而成；其二是應該使二原色按不同比例混合時能產(chǎn)生盡量多種顏色。

為此，CIE規(guī)定的三原色為700nm的紅色、546.1nm的綠色和435.8nm的藍色。顏色方程：注！三原色很難混合成高彩度的顏色！(2)光譜三刺激值。若用、、表示波長為λ的光譜色用三原色混合時各原色的量值，則稱、、是波長為λ的光譜色的三刺激值，簡稱光譜三刺激值。193lCIE—RGB標準色度系統(tǒng)的標準色度觀察者光譜三刺激值曲線如圖1-21所示。

(3)1931CIE—RGB系統(tǒng)色度圖。色度圖是指在色度直角坐標上畫出的光譜軌跡。

CIE色度圖將顏色看作是三原色的三維量，用三原色的空間直角坐標來表示顏色，其中R、G、B是顏色的色坐標值，即顏色的三刺激值；r、g、b是顏色的色度坐標值。則任意被匹配的顏色[C]就成丁RGB三維坐標上的一個點。由于

三個色度坐標中，只要已知r和g的值，就能得到b的值，于是把原來的三維空間坐標問題簡化為二維平面問題，即可把研究顏色的三維空間直角坐標，改用二維直角坐標、1931CIE—RGB系統(tǒng)色度圖如圖1-22所示。

1931CIE—RGB系統(tǒng)色度圖是在色度直角坐標是求得的光譜色色度軌跡，由于其形狀呈馬蹄形，故又稱之為馬蹄形軌跡。

★凡在馬蹄形軌跡上的點都表示光譜色的色度坐標。或者說，各種不同波長可見單色光的顏色色度坐標都落在該軌跡上；因此，軌跡上的每一點代表的顏色必然是高彩度的單一波長的可見光顏色，色度點不同，表示光譜色的波長也不同，也就是色調(diào)不同。

★馬蹄形軌跡兩端的連線稱為底線，它是380nm和780nm色度坐標的連接線。底線代表的是紫與紅的混合色。凡是在底線上的點所代表的顏色也是高彩度，但它們的色調(diào)無法用波長來表示，僅說明它們不是光譜色，而是混合色。

★在馬蹄形軌跡和底線包圍內(nèi)，任意點都有相應的顏色與之對應，但均屬于混合色，而該范圍之外的各點將不再由任何彩色與之對應。

★

圖中以435.8、546.1、700nm光譜色的色度坐標為頂點的三角形，稱為顏色三角形。凡在三角形內(nèi)(包括三條邊)的各點所對應的顏色均可用三原色直接混合而成，而在三角形之外與光譜軌跡和底線包圍范圍之內(nèi)的各點所對應的顏色，將無法用三原色直接混合而成，必須將其中的一種原色加到被匹配的顏色中，才能與其它兩種顏色混合而成。

(4)1931CIE—XYZ系統(tǒng)色度圖。

193ICIE—XYZ系統(tǒng)標難色度觀察者光譜三刺激值曲線和1931CIE—XYZ系統(tǒng)色度圖見圖1-23和圖1-24。由曲線和色度圖可見，光譜三刺激值和色度坐標值不再出現(xiàn)負值。1931CIE—XYZ系統(tǒng)色度圖中所包含的內(nèi)容與RGR系統(tǒng)色度圖是類似的，光譜色色度軌跡仍呈馬蹄形。注意：各種顏色在CIE色度圖上都有一個對應的點，但對視覺來說，當這種顏色的坐標位置變化很小時，人眼是感覺不出它的變化的，仍認為它是原來的顏色。即每一種顏色在色度圖上雖然占有一個點的位置，而對視覺來說，它實際上是一個范圍。

四、光源的顏色

光源的顧色取決于光源的光譜能量分布。

1．常用光源的光譜能量(功率)分布

光源的光譜能量分布通常是指作為波長的光源光度量(光通量、發(fā)光強度等)的光譜密集度。而用任意值表示的光譜能量分布則稱為相對光譜能量分布。（1）黑體的光譜能量分布。見圖1-25中的弧形軌跡。

(2)日光的光譜能量分布。日光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等多種顏色的光按一定的比例混合而成的，日光的光譜能量分布曲線與6500K的黑體光譜能量分布曲線相接近，即太陽輻射也具有連續(xù)的光譜。(

3)常用照明電光源的光譜能量分布。圖1—26是幾種常用照明電光源的相對光譜能量分布?！餆彷椛涔庠?白熾燈和鹵鎢燈)是輻射連續(xù)光譜的光源?！锔鞣N氣體放電光源是輻射線光譜的光源，其光譜能量分布可以看作由兩部分組成，一部分是連續(xù)光譜成分，光的光譜輻射通量雖然不大．但由于它分布在整個可見光波段內(nèi)，所以對氣體放電燈的性能影響較大。另一部分是線光譜成分，雖然線光譜只出現(xiàn)在有限幾個波長上，但卻有很大的光譜輻射通量值，對燈的性能起著決定性的作用。

2．光源的色溫(1)色溫。當某一光源的顏色與某一溫度下黑體的顏色相同時，黑體的溫度即為這種光源的顏色溫度，簡稱色溫，單位為開爾文，記作K。

(2)相關色溫(氣體放電光源)。當某一種光源的顏色與黑體在某一溫度下的顏色最接近時．完全輻射體的溫度即為這種光源的相關色溫。

3．光源的色表光源的色表是指光源的表觀顏色，它與光源的色溫有關。所以在照明技術(shù)中，一般用色溫或相關色溫來表示光源的色表。CIE將電光源的色表按其色溫或相關色溫的高低分為三種，見表1-5。通常．色溫低的暖色調(diào)燈光會呈現(xiàn)出紅色或橙黃色，給人以溫暖的感覺。色溫高的冷色調(diào)燈光會呈現(xiàn)出