光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)

第五章光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)輻射量和光學(xué)量及其單位

第二節(jié)光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化規(guī)律

第三節(jié)成像系統(tǒng)像面的光照度

第四節(jié)顏色的分類(lèi)及顏色的表現(xiàn)特征

第五節(jié)顏色混合及格拉斯曼顏色混合定律

第六節(jié)顏色匹配

第七節(jié)色度學(xué)中的幾個(gè)概念

第八節(jié)顏色相加原理及光源色和物體色的三刺激值

第九節(jié)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)

第十節(jié)均勻顏色空間及色差公式

（1）可見(jiàn)光是波長(zhǎng)在3.8×10-7～7.6×10-7m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；第一節(jié)輻射量和光學(xué)量及其單位

▲可以用輻射量和光學(xué)量這兩種量值系統(tǒng)來(lái)度量可見(jiàn)光。（1）把可見(jiàn)光做為純物理現(xiàn)象來(lái)研究時(shí)，采用輻射量量值系統(tǒng)；（2）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)更方便。分清兩點(diǎn)：

（2）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，即視覺(jué)感受來(lái)量度可見(jiàn)光。按視覺(jué)響應(yīng)原則建立的表征可見(jiàn)光的量稱(chēng)作光學(xué)量。關(guān)于立體角▲立體角：▲立體角的度量：

單位：球面(角)度，英文sterad[‘ster?d]或steradian[sti’reidi?n]，簡(jiǎn)寫(xiě)sr▲立體角的計(jì)算：一、輻射量1、輻射能Qe

以電磁輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的能量稱(chēng)做輻射能，常用字符Qe表示，單位：焦[耳]（J）。[]內(nèi)的字，是在不致混淆的情況下可以省略的字2、輻[射能]通量Фe單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳輸或接收的輻射能稱(chēng)之為輻通量，常用字符Фe表示，單位：瓦[特](W)，定義式：（5-1）3、輻[射]出[射]度Me

輻射源單位發(fā)射面積發(fā)出的輻通量定義為輻射源的輻出度，以Me表示，單位：瓦[特]每平方米(W/m2)。定義式：

（5-2）4、輻[射]照度Ee

輻射照射面單位受照面積上接受的輻通量，以字符Ee表示，單位：瓦[特]每平方米(W/m2)

。定義式：5、輻[射]強(qiáng)度Ie

點(diǎn)輻射源向各方向發(fā)出輻射，在某一方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的輻通量為dФe，則輻強(qiáng)度Ie為（5-3）（5-4）單位：瓦[特]每球面度(W/sr)。

注：球面(角)度——是立體角單位，英文sterad[‘ster?d]或steradian[sti’reidi?n]，簡(jiǎn)寫(xiě)sr6、輻[射]亮度Le

為表征有限尺寸輻射源輻通量的空間分布，采用“輻亮度”這樣一個(gè)輻射量。元面積為dA的輻射面，在和表面法線N成θ角方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的輻通量為dФe，則輻亮度Le為（5-5）單位：瓦[特]每球面度平方米(W/(sr·m2))。θdΩdAcosθdAθNdФe二、光學(xué)量1、光通量Фv

標(biāo)度可見(jiàn)光對(duì)人眼的視覺(jué)刺激程度的量稱(chēng)為光通量，以字符Фv表示，單位：流[明]（lm）。2、光出射度Mv

光源單位發(fā)光面積發(fā)出的光通量，以字符Mv表示。單位：流[明]每平方米(lm/m2)。定義式：（5-6）3、光照度Ev

單位受照面積接受的光通量，以字符Ev表示，單位：勒[克斯]（lx），1lx=1lm/m2。定義式：（5-7）4、發(fā)光強(qiáng)度Iv

點(diǎn)光源向各方向發(fā)出可見(jiàn)光，在某一方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的光通量為dФv，則點(diǎn)光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度Iv為:（5-8）單位：坎[德拉]（cd）。

關(guān)于發(fā)光強(qiáng)度的單位：1979年第十六屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的事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。cd坎[德拉]I(Iv)發(fā)光強(qiáng)度mol摩[爾]n(v)物質(zhì)的量K開(kāi)[爾文]T熱力學(xué)溫度A電流I電流s秒t時(shí)間kg千克（公斤）m質(zhì)量m米l長(zhǎng)度單位符號(hào)單位名稱(chēng)物理量符號(hào)物理量名稱(chēng)國(guó)際單位制中七個(gè)基本量

從發(fā)光強(qiáng)度的單位坎德拉可導(dǎo)出光通量的單位流明：發(fā)光強(qiáng)度為1cd的勻強(qiáng)點(diǎn)光源，在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為1lm。

5、光亮度Lv

為描述有限尺寸的發(fā)光體發(fā)出的可見(jiàn)光在空間分布的情況，采用光亮度這樣一個(gè)光學(xué)量。發(fā)光面的元面積dA，在和發(fā)光表面法線N成θ角的方向，在元立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的光通量為dΦv，則光亮度Lv為表明，元發(fā)光面dA在θ方向的光亮度等于元面積dA在θ方向的發(fā)光強(qiáng)度Iv與該面元面積在垂直于該方向平面上的投影cosθ?dA之比.（5-9）發(fā)光面在θ方向的發(fā)光強(qiáng)度（5-10）θdΩdAcosθdAθNdФv單位：坎[德拉]每平方米(cd/m2)三、光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系（一）光譜光效率函數(shù)

▲視覺(jué)對(duì)不同波長(zhǎng)光有不同的靈敏度人眼是一種可見(jiàn)光探測(cè)器可見(jiàn)光輻射(用輻射量度量)人眼的光感受(用光學(xué)量度量)

光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系決定于人的視覺(jué)特性。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)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)。

▲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)（CommissionInternationaledeL‘Eclairage(法)或InternationalCommissiononIllumination(英)，縮寫(xiě)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)和暗視覺(jué)光譜光效率函數(shù)，如圖5-2所示。

圖中的函數(shù)值已歸一化。V(λ)和V’(λ)兩者峰值所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)有所不同，V(λ)的峰值在555nm處，而V’(λ)的峰值507nm處.（二）光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系

在波長(zhǎng)λ附近的小波長(zhǎng)間隔dλ內(nèi)，光通量dΦv(λ)和輻通量Φe(λ)之間的關(guān)系可表示為：明視覺(jué)條件下：暗視覺(jué)條件下：（5-11）（5-12）

Km=683lm/W為明視覺(jué)條件下波長(zhǎng)λ=555nm、V(λ)=