第五章光度学与色度学.

人眼对波长为555nm的 黄绿光最为敏感，取这个 波长的函数值为1，对其 它波长而言，Vλ<1，在 可见光光谱以外的辐射能 Vλ=0 （二）光学量与辐射量之间的关系
在波长附近的小波长d 内, 光通量d v 和辐通量 e 之间的关系为 : 明视觉下, 暗视觉下, d v K mV e d V e d d v Km
一、辐射量
①辐射能Qe：以电磁辐射形式发射、传输或接收的能 量称辐射能。单位为焦耳（J） ②辐（射能）通量Φ e：单位时间内发射、传输或接收 的辐射能。即 dQe e , 单位与功率相同,为w(瓦) dt
2
③辐出度Me：辐射源单位发射面积发出的辐通量。即： d e Me , 单位为瓦每平方米(W 2 ) m dA ④辐照度Ee：辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量， d e 即： Ee , 单位为瓦每平方米(W 2 ) m dA ⑤辐射强度Ie：点辐射源向各方向发出辐射，在某一方 向，在元立体角dΩ内发出的辐通量dΦe 。即： d e Ie , 单位为瓦每球面度(W ) sr d ⑥ 辐亮度Le：元面积为dA的辐射面，在和表面法线N 成θ方向，在元立体角dΩ内发出的辐通量dΦe ，即： d e Le , 单位为瓦每球面度平方米(W 2) sr m cos dAd
7
1755lm / W 其中, K m 683lm / W , K m
在明视觉下波长 5.55 107 m, V 1 在暗视觉下波长 5.07 107 m, V 1 表明在夜晚时人眼对蓝光敏感.
对整个可见辐射范围内的总光通量 v , 是在可见光谱 范围的积分.即: 明视觉 暗视觉 v v
780 380 780
K mV e d V e d Km
380
8
§5-2 光传播过程中光学量的变化
一、点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度 设一点光源，其发光强度为I，在距光源为r处有一元面积 为dA的平面，其法线与r方向成θ角。则点光源S在dA面 上形成的照度为：
六个辐射量，对所有的光辐射都适用，是纯物理量。
3
4
对可见光，常用光学量来度量 二、光学量 ①光通量Φ v：标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量。 单位为流（明）lm。 ②光出射度Mv：光源单位发光面积发出的光通量，即： d v Mv , 单位流每平方米 lm 2 . m dA ③光照度Ev：单位受照面积接受的光通量，即： d v Ev , 单位勒(克斯)lx,1lx 1lm 2 . m dA ④发光强度Iv：点光源向各方向发出可见光，在某一方 向，在元立体角dΩ内发出的光通量dΦv ，即：
dA1 cos 1 d 2 L2 cos 2 dA2 d 2 L2 cos 2 dA2 r2 L1 L2 根据元光管性质： d 1 d 2
表明光在元光管内传播， 各截面的光亮度相同， 即光在元光管内传播光 束亮度不变。
10
三、单一介质元光管内光亮度的传递 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间就是一个 元光管。光在元光管内传播，不从侧壁溢出，即无光能损 失。设元光管两截面1、2的光亮度分别为L1和L2，则通 过1面的光通量等于其发出的光通量，即 同理通过2面的光通量也等于其发出的光通量，即
dA2 cos 2 d 1 L1 cos 1dA1d 1 L1 cos 1dA1 r2
第五章 光度学和色度学基础
• §5-1 辐射量和光学量及其单位
• §5-2 光传播过程中光学量的变化
• §5-3 成像系统像面的光照度
• §5-4 颜色的分类及匹配
1
§5-1 辐射量和光学量及其单位
可见光波长在3.8×10-7~7.8×10-7m内，是一种电磁波， 因此可用电磁辐射的物理量即辐射量来描述； 另一和方面光能对人的视觉产生刺激，因此又可用视 觉感受来度量，即用光学量来描述。
,
Iv d v d
5
单位 坎(德拉)cd , 是国际单位制中七个基本量之一.
Байду номын сангаас
⑤光亮度Lv：光源有一定大小，其辐射特征在不同方向是 不一样的，光亮度表示发光表面在不同方向上辐射特征的 一个物理量。即发光面的元面积dA，在和发光表面法线N 成θ方向，在元立体角dΩ内发出的光通量dΦe ，即：
d v Iv Lv , 单位坎每平方米(cd 2 ) m cos dAd cos dA
三、光学量与辐射量之间的关系 （一）光谱光效率函数 对人眼来说，其输入为用辐射量表示的可见光辐射，而 输出为用光学量表示的光感受。因此两者的关系取决于 人的视觉特性。 人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度，这种灵敏度是 6 波长的函数，称为光谱光效率函数。
当观察场明暗不同时, 该函数也不同,一般分明视觉光 谱光效率函数V 和暗视觉光谱光效率函数V .
d E dA
d Id cos dA d r2
I E 2 cos r
表明点光源在被照表面上形成的照度与被照面到光源距离平 方成反比。且与入射角度θ有关，θ越大照度越小。 Θ=0垂 直照射，E=I0,即照度平方反比定律。 9 由多个点光源产生的照度等于每个点光源产生的照度之和。
二、面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
设dAs代表光源的元发光面积，其在与之距离为r，面积为 dA平面上形成的照度为E：
d E dA LdAs cos 1 cos 2 r2
光源的 光亮度 发光面法 线与距离 方向夹角 受照面法 线与距离 方向夹角
表明面光源在与之距离为r的表面上形成的照度与光源的 亮度、面积及两表面的法线与r夹角的余弦成正比，与距 离r的平方成反比。