工程光学 第五章 光度学和色度学基础ppt课件
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《光度学与色度学》课件

量和方向等属性。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光,具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量,单位为 勒克斯(Lux)。
表示光源在给定方向上的光强,单位为坎 德拉(Candela)。
表示单位面积上发出的光强,单位为尼特 (Nit)。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波,具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性,可以表现为 能量子的形式,具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度,常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求,如阅读、工作、娱乐 等,选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数,直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景,选 择合适的灯具类型和规格 ,如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好,结合房间的功能和布局,进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求,如商场、餐厅、办公室等,进行专业的照明设计 和布置,提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器,其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。
03
光的相干性
相干光是指频率、振动方向和 相位都相同的光,具有干涉和
衍射等特性。
光度量基本概念
03
光照度
发光强度
光亮度
表示单位面积上接受到的光通量,单位为 勒克斯(Lux)。
表示光源在给定方向上的光强,单位为坎 德拉(Candela)。
表示单位面积上发出的光强,单位为尼特 (Nit)。
《光度学与色度学》PPT课 件
目录
• 光度学基础 • 色度学基础 • 光度测量与照明设计 • 色度测量与显示技术 • 光度学与色度学的应用
01
光度学基础
光的本质与特性
01
光的波动性
光是一种电磁波,具有振幅、 频率和相位等波动特性。
02
光的粒子性
光具有粒子特性,可以表现为 能量子的形式,具有能量、动
亮度计
测量物体表面的反射光亮度,常用于显 示屏幕亮度的测量。
照明设计基础
照明目的与需求
根据不同的使用场景和需 求,如阅读、工作、娱乐 等,选择合适的照明方式 和灯具。
照明质量
包括照度、均匀度、色温 、显色指数等参数,直接 影响照明效果和舒适度。
灯具选择
根据照明需求和场景,选 择合适的灯具类型和规格 ,如吊灯、壁灯、台灯等 。
照明设计案例分析
家庭照明设计
根据家庭成员的生活习惯和喜好,结合房间的功能和布局,进行合理的照明规 划和布置。
商业照明设计
根据商业场所的特点和需求,如商场、餐厅、办公室等,进行专业的照明设计 和布置,提高商业空间的品质和吸引力。
04
色度测量与显示技术
色度测量设备与技术
色度测量设备
色度计是用于测量物体颜色的仪器,其原理基于光谱光度测 量。常用的色度计类型包括光谱光度计和积分球光度计。
《光度学与色度学》课件

光源的颜色混合:不同颜色的光源混合后,会产生新的颜色
光源的匹配:根据色度学原理,选择合适的光源进行匹配,以达到理想的照明效果
光源的色度学特性:光源的颜色、亮度、色温等特性,对色度学研究具有重要意义
光源的颜色混合与匹配的应用:在照明设计、摄影、电影制作等领域,光源的颜色混合与匹 配具有广泛的应用。
物体对光的反射与 吸收
光通量:表示光源发光能力的物理量 发光强度:表示光源在单位立体角内发出的光通量 照度:表示单位面积上接收到的光通量 亮度:表示单位面积上发出的光通量 色温:表示光源的颜色特性,单位为K(开尔文) 显色指数:表示光源对物体颜色的还原能力,数值越高,颜色还原越真
实
光度学基本概 念:光度学是 研究光的强度、 亮度和色度的
机遇:随着科技的 发展,光度学与色 度学在多个领域都 有广泛的应用前景
机遇:随着人们对生 活质量的要求不断提 高,光度学与色度学 在照明、显示等领域 的需求将持续增长
感谢您的观看
汇报人:
色度学基本概念
色相:颜色的基本属性,如红色、蓝色、绿色等 饱和度:颜色的纯度,即颜色的鲜艳程度 明度:颜色的亮度,即颜色的深浅程度
颜色混合:将两种或多种颜色 混合在一起,形成新的颜色
颜色匹配:将两种或多种颜色 混合在一起,形成新的颜色
颜色混合原理:根据光的叠加 原理,将不同颜色的光混合在
一起,形成新的颜色
科学
光度量之间的 关系:光度学 中,光度、亮 度和色度之间 存在一定的关
系
光度与亮度的 关系:光度是 光源发出的光 通量,亮度是 观察者接收到
的光通量
光度与色度的关 系:光度与色度 之间没有直接的 关系,但色度会 影响观察者对光
度的感知
光学第5章光度学和色度学

以配出任何颜色,称为三基色。 2、红、绿、蓝不是唯一的三基色。
三种色,只要其中的每一种色都不能用其它两色配得 就可以组成三基色。
光学第5章光度学和色度学
实验发现:人眼的视觉响应取决于红、绿、蓝 三分量的代数和。
它们的比例决定了彩色视觉。 亮度在数量上等于三基色的总和。 由于人眼的这一特性,可在色度学中应用代数
2. 发光强度和光亮度 描述光源发光能力大小的物理量
发光强度: 点光源
点光源在某一方向上,在单位立体角内发出的光通量。 单位:坎德拉,光学基本量,七个基本单位之一。 单位:坎德拉:cd
光亮度: 有限尺寸发光体,面光源 表5-1
单位: cd/m2
面光源:实际光源、或实际光源的像、或漫反射 体(本身不发光,受光照后)
i1i2,d 1d 2
故:
d1 d
L1 L
L1 L 对于两透明介质表面,
1
故: L1 L
光学第5章光度学和色度学
对于折射光束: d' L'cois'd'dA d LcoisddA
dd1d' L'1Lnn'22
d'1d
光通过光学系统时的光能损失: 两透明介质界面上的反射损失 介质吸收 反射面的光能损失
设入射光的光亮度为L,由于在入射过程中,自 光源到入射面类似于元光管,故其亮度不变。
L d cosdAd
或:dLcoisdAd 入射的光通量
反、折射的光通量:
d1L1coi1dsA 1d d'L'coi'd s A 'd
L1, L' 分别是反、折射的光亮度 光学第5章光度学和色度学
对于反射光波,
光学第5章光度学和色度学
三种色,只要其中的每一种色都不能用其它两色配得 就可以组成三基色。
光学第5章光度学和色度学
实验发现:人眼的视觉响应取决于红、绿、蓝 三分量的代数和。
它们的比例决定了彩色视觉。 亮度在数量上等于三基色的总和。 由于人眼的这一特性,可在色度学中应用代数
2. 发光强度和光亮度 描述光源发光能力大小的物理量
发光强度: 点光源
点光源在某一方向上,在单位立体角内发出的光通量。 单位:坎德拉,光学基本量,七个基本单位之一。 单位:坎德拉:cd
光亮度: 有限尺寸发光体,面光源 表5-1
单位: cd/m2
面光源:实际光源、或实际光源的像、或漫反射 体(本身不发光,受光照后)
i1i2,d 1d 2
故:
d1 d
L1 L
L1 L 对于两透明介质表面,
1
故: L1 L
光学第5章光度学和色度学
对于折射光束: d' L'cois'd'dA d LcoisddA
dd1d' L'1Lnn'22
d'1d
光通过光学系统时的光能损失: 两透明介质界面上的反射损失 介质吸收 反射面的光能损失
设入射光的光亮度为L,由于在入射过程中,自 光源到入射面类似于元光管,故其亮度不变。
L d cosdAd
或:dLcoisdAd 入射的光通量
反、折射的光通量:
d1L1coi1dsA 1d d'L'coi'd s A 'd
L1, L' 分别是反、折射的光亮度 光学第5章光度学和色度学
对于反射光波,
光学第5章光度学和色度学
《光度学和色度学》课件

光度学和色度学在照明工程中用于设计和优化 光源,提供更好的照明效果。
显示技术
Hale Waihona Puke 光度学和色度学在显示技术中帮助实现更准确、 更逼真的颜色显示。
原色视频技术
光度学和色度学在原色视频技术中提供准确的 颜色还原和显色能力。
人类视觉研究
光度学和色度学在人类视觉研究中帮助我们更 好地了解人类对光和颜色的感知。
光度学和色度学在研究中的挑战
述颜色的方式,常用的有RGB、
CMYK和Lab等。
3
CIE色度图和CIE色度系数
CIE色度图是用来表示不同颜色的图
形,CIE色度系数是用来描述颜色的
显色指数和颜色一致性
4
数值。
显色指数是衡量光源显示物体真实颜 色能力的指标,颜色一致性是颜色在
不同光源下显示一致性的能力。
光度学和色度学的应用
照明工程
《光度学和色度学》PPT 课件
这是一份关于光度学和色度学的PPT课件,将介绍这两个领域的定义、概述、 应用和挑战等内容。让我们一起探索光与色的奥秘吧!
什么是光度学
定义和概要
光度学研究光的特性和量度,包括光通量、 光照度等。
辐射度和辐射通量
辐射度是单位面积上的辐射功率,辐射通量 是某个角度范围内通过的辐射能量。
1 测量技术和标准化
准确测量光和颜色需要先进的仪器和标准化的方法。
2 颜色缺陷和色盲
颜色缺陷和色盲对光和颜色的感知造成一定影响,需要进一步研究。
3 多色彩的处理和应用
现实世界中存在各种复杂的多色彩情景,如何处理和应用这些色彩成为一个挑战。
总结
光度学和色度学的 概念
光度学和色度学研究了光和 颜色的特性和量度。
显示技术
Hale Waihona Puke 光度学和色度学在显示技术中帮助实现更准确、 更逼真的颜色显示。
原色视频技术
光度学和色度学在原色视频技术中提供准确的 颜色还原和显色能力。
人类视觉研究
光度学和色度学在人类视觉研究中帮助我们更 好地了解人类对光和颜色的感知。
光度学和色度学在研究中的挑战
述颜色的方式,常用的有RGB、
CMYK和Lab等。
3
CIE色度图和CIE色度系数
CIE色度图是用来表示不同颜色的图
形,CIE色度系数是用来描述颜色的
显色指数和颜色一致性
4
数值。
显色指数是衡量光源显示物体真实颜 色能力的指标,颜色一致性是颜色在
不同光源下显示一致性的能力。
光度学和色度学的应用
照明工程
《光度学和色度学》PPT 课件
这是一份关于光度学和色度学的PPT课件,将介绍这两个领域的定义、概述、 应用和挑战等内容。让我们一起探索光与色的奥秘吧!
什么是光度学
定义和概要
光度学研究光的特性和量度,包括光通量、 光照度等。
辐射度和辐射通量
辐射度是单位面积上的辐射功率,辐射通量 是某个角度范围内通过的辐射能量。
1 测量技术和标准化
准确测量光和颜色需要先进的仪器和标准化的方法。
2 颜色缺陷和色盲
颜色缺陷和色盲对光和颜色的感知造成一定影响,需要进一步研究。
3 多色彩的处理和应用
现实世界中存在各种复杂的多色彩情景,如何处理和应用这些色彩成为一个挑战。
总结
光度学和色度学的 概念
光度学和色度学研究了光和 颜色的特性和量度。
工程光学-07光度学与色度学基础第五章

dA 4πR 2 ω = 2 = 2 = 4π ( sr ) R R
2012-2-22
第七章 光度学基础
9
为了使公式具有普适性 ,利用球坐标的函数
形式来表示立体角。 dA AB ⋅ AD dω = 2 = R R2 AB = AO ⋅ di = R ⋅ di AD = AE ⋅ dϕ = AO ⋅ sin i ⋅ dϕ AD = R ⋅ sin i ⋅ dϕ
2012-2-22
λ2
λ2
λ2
λ1
λ1
第七章 光度学基础
λ1
7
光源的发光效率( η)
一个辐射体或光源所发出的总的光通量与总的辐射通量之比称为光源 的发光效率。
光源发出的总的光通量 η =
Φv Φe
总的辐射通量
光源的发光效率简称光效,它的单位为流明每瓦特(lm ⋅ W −1)。
为什么荧光灯比白炽灯省电?
第五章
光度学基础
光有能,对能的讨论本不 是几何光学的范畴,但要设计 仪器,又不能不了解一些起码 的问题,否则所设计的仪器可 能是无用的,因为不能传递足 够的能量。我们要求光学系统 传递的能量必须能够被光能接 收器所感知。入瞳出瞳就是限 制能量的。
§5.1 辐射通量和光通量 §5.2 发光强度、光照度, 光出射度和光亮度 §5.3 光度学中的基本定律 §5.4光学成像系统像面的光照度
2012-2-22
第七章 光度学基础
13
§5.2.4 光出射度
光出射度表示为:
描述面光源的发光特性
光源单位发光面积上发出的光通量定义为光源的光出射度,用M v 表示。
dΦ v Mv = dA
与光照度相比 较
光出射度的单位为勒克斯(lx, 1lx = 1lm ⋅ m −2 )。
2012-2-22
第七章 光度学基础
9
为了使公式具有普适性 ,利用球坐标的函数
形式来表示立体角。 dA AB ⋅ AD dω = 2 = R R2 AB = AO ⋅ di = R ⋅ di AD = AE ⋅ dϕ = AO ⋅ sin i ⋅ dϕ AD = R ⋅ sin i ⋅ dϕ
2012-2-22
λ2
λ2
λ2
λ1
λ1
第七章 光度学基础
λ1
7
光源的发光效率( η)
一个辐射体或光源所发出的总的光通量与总的辐射通量之比称为光源 的发光效率。
光源发出的总的光通量 η =
Φv Φe
总的辐射通量
光源的发光效率简称光效,它的单位为流明每瓦特(lm ⋅ W −1)。
为什么荧光灯比白炽灯省电?
第五章
光度学基础
光有能,对能的讨论本不 是几何光学的范畴,但要设计 仪器,又不能不了解一些起码 的问题,否则所设计的仪器可 能是无用的,因为不能传递足 够的能量。我们要求光学系统 传递的能量必须能够被光能接 收器所感知。入瞳出瞳就是限 制能量的。
§5.1 辐射通量和光通量 §5.2 发光强度、光照度, 光出射度和光亮度 §5.3 光度学中的基本定律 §5.4光学成像系统像面的光照度
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第七章 光度学基础
13
§5.2.4 光出射度
光出射度表示为:
描述面光源的发光特性
光源单位发光面积上发出的光通量定义为光源的光出射度,用M v 表示。
dΦ v Mv = dA
与光照度相比 较
光出射度的单位为勒克斯(lx, 1lx = 1lm ⋅ m −2 )。
工程光学第五章光度学与色度学

N2 P1d1 P2d2 L
PdM N3 M
1, 2分别为冕牌玻璃和火石玻璃与空气所成界面
反射比;
P1, P2,L , PM 分别为M 种介质各自的透明率;
为反射面的反射比;
N1为冕牌玻璃个数; N2为火石玻璃个数;
d1, d2,L , dM为M 种介质的中心厚度.
20
§5-4 颜色的分类及匹配
光学系统中,常用反射面来改变光的进行方向,反射元 件对光的透射和吸收,使反射面的反射比ρ<1。
当入射光的光通量0,反射光的光通量1 0,则
光通量损失:1 1 0
镀银反射面 0.95;镀铝反射面 0.85;抛光良好 19
的棱镜全反射面 1.
④光学系统的总透射比
0
1 1
N1
1 2
18
光通量为Φ的光束通过厚度为dl的薄介质层,被介质吸 收的光通量dΦ与光通量Φ和介质厚度dl成正比,即:
d Kdl 0eKl 0 pl
p eK表示光通过单位厚度1cm介质层时,出射光通
量与入射光通量之比,为介质的透明率。
因此光通量损失为: 0 1 ekl 0
③反射面的光能损失
cos dAd
sr m2 )
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Φv: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:
Mv
dv dA
,单位流每平方米lm m2
.
③光照度Ev:单位受照面积接受的光通量,即:
Lv
dv
cos dAd
Iv ,单位坎每平方米(cd
工程光学-光度学与色度学基础共29页文档

பைடு நூலகம்
工程光学-光度学与色度学基础
11、用道德的示范来造就一个人,显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的,对谁都一视同仁。在每件事上,她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由,因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样,法律和法律都是相互依存的。——伯克
31、只有永远躺在泥坑里的人,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克
工程光学-光度学与色度学基础
11、用道德的示范来造就一个人,显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的,对谁都一视同仁。在每件事上,她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由,因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样,法律和法律都是相互依存的。——伯克
31、只有永远躺在泥坑里的人,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克
工程光学基础第5章光度学和色度学基础

D'
二. 轴外像点的光照度
出瞳 U'M
ω'
ω'
U'
M' 像面 A'
l'0
E' M
n' 2 n2
L sin 2
U'M
当U´M较小时,有
sinU ' M
tgU ' M
D' cos'
2 l'
D' cos2 '
2l'
sinU ' cos2 '
cos '
E' M
n' 2 n2
U’k
-U’zk
z’
l ’zk
l ’k
a. 轴上点远轴光线光路计算 sinI=(L-r)/sinU (当L1=∞时,U1=0,sinI1=h1/r1) sinI’=nsinI/n’ U’= U + I-I’ L’= r + rsinI’/sinU’ 过渡公式 Lk=L’k-1-dk-1
Uk=U’k-1 Nk=n’k-1
对于有k个折射面组成的光学系统,还存在逐次换面问题。
lk lk' 1 dk1 uk uk' 1 nk nk'
校对公式:h = l u = l ’ u’ 或者用
J = n’u’y’ = nuy
2.远轴光线的光路计算
入瞳
-U -Uz1
z
o1
-y1
-l z1 -l 1
出瞳
y’K
ok
580
V(λ )
0.00004 0.00012 0.0004 0.0012 0.0040 0.0116 0.023 0.038 0.060 0.091 0.139 0.208 0.323 0.503 0.710 0.862 0.954 0.995 0.995 0.952
5 光度学和色度学基础

观察场明暗:明视觉、暗视觉
(二) 光学量和辐射量间的关系
函数 V 实际上反映了人眼对不同波长的光的视感程度。
故,在 d范围内,
dV KmV e d (明视条件) 当 5550Å,V 1 时,Km 683lm /W ——光功当量
dV Km 'V ' e d (暗视条件)
1 r2
1 2
Байду номын сангаас
(假定L为常数)
三、单一介质元光管内光亮度的传递
元光管: 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间
d1 d2 元光管壁上无光溢出(无损失)
观察两截面 dA ,dA
上的光亮度
dA 1
1
2
d
N1
N2
1
d 1
d2 2
dA 2
L
1
r
2
cosdAd
d1
L1 cos1dA1d1
L1
cos1dA1
Lv
dv cos dAd
Iv
cos dA
元发光面dA的光亮度Lv 等于元面积dA在θ方向 的发光强度Iv与该面元 面积在垂直于该方向平 面上的投影cosθdA之 比。
常见发光表面的光亮度值见P76页表5-1
三、光学量和辐射量的关系
(一) 光谱光效率函数——视见函数
具有相同辐射通量e 而波长
不同的可见光对人眼的刺激程度 不同。换言之,人眼对不同波长 而辐通量相同的光的响应灵敏度 是波长的函数——表征这种响应 关系的函数称之为光谱光效率函 数(视见函数)。
K m ' =1755lm/W其意义同 Km 相同。 波长为5550A、V’(λ)=1单色光的绝对光谱光效率值
在整个可见光范围3800Å~7800Å内,总光通量为:
(二) 光学量和辐射量间的关系
函数 V 实际上反映了人眼对不同波长的光的视感程度。
故,在 d范围内,
dV KmV e d (明视条件) 当 5550Å,V 1 时,Km 683lm /W ——光功当量
dV Km 'V ' e d (暗视条件)
1 r2
1 2
Байду номын сангаас
(假定L为常数)
三、单一介质元光管内光亮度的传递
元光管: 两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间
d1 d2 元光管壁上无光溢出(无损失)
观察两截面 dA ,dA
上的光亮度
dA 1
1
2
d
N1
N2
1
d 1
d2 2
dA 2
L
1
r
2
cosdAd
d1
L1 cos1dA1d1
L1
cos1dA1
Lv
dv cos dAd
Iv
cos dA
元发光面dA的光亮度Lv 等于元面积dA在θ方向 的发光强度Iv与该面元 面积在垂直于该方向平 面上的投影cosθdA之 比。
常见发光表面的光亮度值见P76页表5-1
三、光学量和辐射量的关系
(一) 光谱光效率函数——视见函数
具有相同辐射通量e 而波长
不同的可见光对人眼的刺激程度 不同。换言之,人眼对不同波长 而辐通量相同的光的响应灵敏度 是波长的函数——表征这种响应 关系的函数称之为光谱光效率函 数(视见函数)。
K m ' =1755lm/W其意义同 Km 相同。 波长为5550A、V’(λ)=1单色光的绝对光谱光效率值
在整个可见光范围3800Å~7800Å内,总光通量为:
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光谱反射比因数: () d Dd
立体角趋向于0条件下的光谱反射比因数 ---光谱辐亮度因数
完全漫反射体是指对各种波长辐射反射比 均为1的理想漫反射体,它无损失的反射入射 辐射,并且在各个方向有相同的亮度。
.
3. 光谱反射比 物体反射的光谱辐通量和入射光谱辐通量之比:
() d od
在光谱反射比因数定义中。若立体角等于2π, 则求得的光谱反射比因数就是光谱反射比。
一. 辐射量
1.辐射能: 反射、传输、接收的能量,单位焦耳
。
Qe
()
2. 辐通量:单e位时ddQ间te 内的辐射能,单位瓦特。
3. 辐出度:辐M射e 源dd单Ae位发. 射面积发出的辐通量。
4. 辐照度:辐射照射面单位受照面积上接收的辐
通量。
Ee
d e dA
5. 辐强度:点辐射源在单位立体角发出的辐通量
所以:
L (1)Lnn22
.
折射光束的亮度与界面的反射比和界面两边介质 的折射率有关。 如果界面反射损失可以忽略,则:
L n2
L n2
光束经理想折射,光亮度也会产生变化。
.
五. 余弦辐射体 发光强度空间分布可用 下式表示的发光表面:
I INcos
余弦辐射体在各方向的 光亮度相同:
Ldc IA o sd INc c Ao o ssd INA 常数
。
Ie
d e d
6. 幅亮度: 发光源的元面积在 方向的辐量度为
该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影
面积在单位 Le
立体d角内e 发出的辐通量。
cosdA .d
.
二. 光学量
与辐射量相对应,有以下的光学量(下标V) 1.光通量,单位流明;对人眼刺激程度,(辐通量 2.光出射度;(辐出度) 3.光照度;(辐照度) 4.发光强度;(辐强度) 5.光亮度。(辐亮度)
.
光谱 三刺激值 曲线
.
系统色品图
.
一. CIE1931标准色度学系统 2. CIE1931-XYZ系统
a. 三原色的确定(虚拟三原色):
(1)匹配等能光谱色,三刺激值不出现负值; (2)实际不存在的颜色在色品图上所占面积 应尽量小; (3)Y刺激值表示亮度,也表示色度,而X和 Z刺激值只表示色度(方便)
三原色的色品点; 麦克斯韦颜色三角形。
.
各光谱色色品点形成一条马蹄形曲线 ----光谱色品轨迹 光谱色的色品坐标为:
r( )
r( )
;
r( ) g ( ) b( )
g ( )
g ( )
;
r( ) g ( ) b( )
b( )
b( )
;
r( ) g ( ) b( )
.
六. 色度学中常用的光度学概念 1. 光谱透射比
.
2. 介质吸收造成的光能损失 光通过厚度为l的介质后的光通量为:
0ekl 设介质的透明率为P: ekl
则: 0Pl 光通量损失: (1 Pl)0
光束通过多元件系统后的光通量:
0P 1d1P2d2 .
3. 反射面的光能损失
1 0 1 (1 ) 0 为反射比。
4. 光学系统的总透射比
d1 L1cos1dA1d1 L1cos1dA1 dA2rc2os2 同理: d2 L2cos2dA2 dA1rc2os1
d1 d2 L1 L2
所以,光在元光管内传播,各截面上的光亮度相同
.
四. 光束经截面反射和折射后的亮度
.
入射光通量:
d L cos id dA 反射和折射光通量:
d 1 L1 cos i1 d 1 dAd A sin 2 U
设 为透射比,则:
LdA sin 2 U
dA dA
1
2
n sin U
n sin U
轴上像点的照度与孔径角 正弦的平方成正比,与线 放大率的平方成反比。
所以:
E
1
2
L
sin
2U
n2 n2
L
sin
2U
.
二. 轴外像点的光照度
1. 光谱光效率函数
光学量和辐射量间的关系取决于人眼的视觉特性。 人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数: 明视觉光谱光效率函数; 暗视觉光谱光效率函数。
.
2. 光学量和辐射量 间的关系
在很小的波长范围内 :明视觉条件下:
d v ( ) K mV ( ) e ( )d 暗视觉条件下:
d v ( ) K m V ( ) e ( ) d
.
第六节 颜色匹配 一. 颜色匹配和颜色匹配实验 通过改变参加混色的各颜色的量,使混合色与 指定颜色达到视觉上相同的过程---颜色匹配 1. 颜色转盘法
简单易行 难以定量实验
.
2. 色光混合匹配实验
a)
b)
.
二. 颜色方程式
(C) R(R)G(G)B(B) (C)B(B) R(R)G(G) (C) R(R)G(G)B(B)
K m 683 lm / w
K m 1755 lm / w
.
在整个可见光谱范围内:
明视觉:
780
v 380 K mV ( ) e ( )d
暗视觉:
780
v 380 K m V ( ) e ( )d
.
第二节 光传播过程中光学量的变化规律 一. 点光源在与之距离为r处的表面形成的照度
() S() S():光源的光谱功率分布
对于透射物体色和漫反射物体, 存在类似的颜色刺激函数。
.
第九节 CIE标准色度学系统 国际照明委员会(CIE)规定的颜色测量原理、 基本数据和计算方法,称为CIE标准色度学系统。
为了统一颜色表示方法,CIE取多人测得的光谱 三刺激值平均值作为标准数据—标准色度观察者 为了统一测量条件,CIE对光源、照明条件和观察 条件等也做了规定。
工程光学
第五章 光度学和色度学基础
.
辐射量和光学量及其单位 光传播过程中光学量的变化规律 成像系统像面的光照度 颜色的分类及其表现特征 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律 颜色匹配 色度学中的几个概念 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值 CIE标准色度学系统 均匀颜色空间及色差公式
.
第一节 辐射量和光学量及其单位 辐射量:纯粹的物理量; 光学量:视觉感受来度量可见光。
.
余弦辐射体可能是发光面,也可能是投射或反射体
乳白玻璃
漫反射面
.
余弦辐射体向平面孔径角为U的立体角范围内 发出的光通量:
2 U
LdA
sin cosdd
0 0
LdAsin2U
当U /2时, LdA
(余弦辐射体2向立体角空间发出的通总量光 )
余弦辐射体的光出射度为:
M L
.
dA
第三节 成像系统像面的光照度 一. 轴上像点的光照度
.
E
I r2
cos
I为发光强度
点光源在被照表面形成的照度与被照面到 光源距离的平方成反比—照度平方反比定律。
二. 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
.
Ed d A LdscA ro2 1sco2s
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。 光在元光管传播,无光能损失。
.
第九节 CIE标准色度学系统 一. CIE1931标准色度学系统 1.CIE1931-RGB系统 三原色:红(波长,7*10-7m);
绿(波长,5.461*10-7m); 蓝(波长,4.358*10-7m);
规定匹配等能白光的三刺激值相等---单位刺激量1; 此时R、G、B光亮度比:1.000:4.5907:0.0601.
.
第七节 色度学中的几个概念
三. 三刺激值
刺激值:匹配某种颜色时所需的三原色的量。 颜色方程中的R、G、B就是三刺激值。 三刺激值是用色度学单位来度量的,规定匹配 特定的标准白光的三刺激值相等,均为1个单位。
四. 光谱三刺激值和颜色匹配函数
光谱三刺激值:匹配等能光谱色所需的三原色的量;
是波长的函数,又称颜色匹配函数。
彩色和非彩色 光源色、物体色、荧光色
.
第四节 颜色的分类及其表现特征 二. 颜色的表观特征
明度、色调和饱和度。
明度:明亮程度,与光亮度等有关; 色调:何种颜色; 饱和度:颜色的浓淡程度。
非彩色没有色调的区分,饱和度等于零, 只有明度的差别。
.
第五节 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律
色光混合(加混色) 色料混合(减混色)
.
EM
n2 n2
L
sin2
U
M
当UM 很小时
EM
n2 n2
L
sin2
U
cos4
E0 cos4
E0为像面轴上点的光照度。
轴外像点的光照度随视场角的增大而降低。
.
三. 光通过光学系统时的能量损失 透明介质折射界面的光反射、介质对光的吸收、 反射面对光的透射和吸收都会造成光能损失。
1. 光在两透明介质界面上的反射损失
.
二. 光源色三刺激值 微小波长间隔的色光三刺激值:
dR() k()r()d dG() k()g()d dB() k()b()d
在整个可见光谱范围内光谱色和混和色三刺激值:
R k ( )r ( )d G k ( ) g ( )d B k ( )b. ( )d
对于光源色,颜色刺激函数为:
格拉斯曼颜色混合定律(色光混合):
(1)人的视觉只能分辨颜色的三种表观特征变化; (2)两种颜色混合,如果一种颜色成分连续变化, 混合色的外貌也连续变化。 互补色(混合产生白色或灰色,混合色的色调决定于 两颜色的比例) (3)颜色外貌相同的光,在颜色混合中是等效的。 (4)混合色的亮度等于各色光亮度之和。
立体角趋向于0条件下的光谱反射比因数 ---光谱辐亮度因数
完全漫反射体是指对各种波长辐射反射比 均为1的理想漫反射体,它无损失的反射入射 辐射,并且在各个方向有相同的亮度。
.
3. 光谱反射比 物体反射的光谱辐通量和入射光谱辐通量之比:
() d od
在光谱反射比因数定义中。若立体角等于2π, 则求得的光谱反射比因数就是光谱反射比。
一. 辐射量
1.辐射能: 反射、传输、接收的能量,单位焦耳
。
Qe
()
2. 辐通量:单e位时ddQ间te 内的辐射能,单位瓦特。
3. 辐出度:辐M射e 源dd单Ae位发. 射面积发出的辐通量。
4. 辐照度:辐射照射面单位受照面积上接收的辐
通量。
Ee
d e dA
5. 辐强度:点辐射源在单位立体角发出的辐通量
所以:
L (1)Lnn22
.
折射光束的亮度与界面的反射比和界面两边介质 的折射率有关。 如果界面反射损失可以忽略,则:
L n2
L n2
光束经理想折射,光亮度也会产生变化。
.
五. 余弦辐射体 发光强度空间分布可用 下式表示的发光表面:
I INcos
余弦辐射体在各方向的 光亮度相同:
Ldc IA o sd INc c Ao o ssd INA 常数
。
Ie
d e d
6. 幅亮度: 发光源的元面积在 方向的辐量度为
该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影
面积在单位 Le
立体d角内e 发出的辐通量。
cosdA .d
.
二. 光学量
与辐射量相对应,有以下的光学量(下标V) 1.光通量,单位流明;对人眼刺激程度,(辐通量 2.光出射度;(辐出度) 3.光照度;(辐照度) 4.发光强度;(辐强度) 5.光亮度。(辐亮度)
.
光谱 三刺激值 曲线
.
系统色品图
.
一. CIE1931标准色度学系统 2. CIE1931-XYZ系统
a. 三原色的确定(虚拟三原色):
(1)匹配等能光谱色,三刺激值不出现负值; (2)实际不存在的颜色在色品图上所占面积 应尽量小; (3)Y刺激值表示亮度,也表示色度,而X和 Z刺激值只表示色度(方便)
三原色的色品点; 麦克斯韦颜色三角形。
.
各光谱色色品点形成一条马蹄形曲线 ----光谱色品轨迹 光谱色的色品坐标为:
r( )
r( )
;
r( ) g ( ) b( )
g ( )
g ( )
;
r( ) g ( ) b( )
b( )
b( )
;
r( ) g ( ) b( )
.
六. 色度学中常用的光度学概念 1. 光谱透射比
.
2. 介质吸收造成的光能损失 光通过厚度为l的介质后的光通量为:
0ekl 设介质的透明率为P: ekl
则: 0Pl 光通量损失: (1 Pl)0
光束通过多元件系统后的光通量:
0P 1d1P2d2 .
3. 反射面的光能损失
1 0 1 (1 ) 0 为反射比。
4. 光学系统的总透射比
d1 L1cos1dA1d1 L1cos1dA1 dA2rc2os2 同理: d2 L2cos2dA2 dA1rc2os1
d1 d2 L1 L2
所以,光在元光管内传播,各截面上的光亮度相同
.
四. 光束经截面反射和折射后的亮度
.
入射光通量:
d L cos id dA 反射和折射光通量:
d 1 L1 cos i1 d 1 dAd A sin 2 U
设 为透射比,则:
LdA sin 2 U
dA dA
1
2
n sin U
n sin U
轴上像点的照度与孔径角 正弦的平方成正比,与线 放大率的平方成反比。
所以:
E
1
2
L
sin
2U
n2 n2
L
sin
2U
.
二. 轴外像点的光照度
1. 光谱光效率函数
光学量和辐射量间的关系取决于人眼的视觉特性。 人眼对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数: 明视觉光谱光效率函数; 暗视觉光谱光效率函数。
.
2. 光学量和辐射量 间的关系
在很小的波长范围内 :明视觉条件下:
d v ( ) K mV ( ) e ( )d 暗视觉条件下:
d v ( ) K m V ( ) e ( ) d
.
第六节 颜色匹配 一. 颜色匹配和颜色匹配实验 通过改变参加混色的各颜色的量,使混合色与 指定颜色达到视觉上相同的过程---颜色匹配 1. 颜色转盘法
简单易行 难以定量实验
.
2. 色光混合匹配实验
a)
b)
.
二. 颜色方程式
(C) R(R)G(G)B(B) (C)B(B) R(R)G(G) (C) R(R)G(G)B(B)
K m 683 lm / w
K m 1755 lm / w
.
在整个可见光谱范围内:
明视觉:
780
v 380 K mV ( ) e ( )d
暗视觉:
780
v 380 K m V ( ) e ( )d
.
第二节 光传播过程中光学量的变化规律 一. 点光源在与之距离为r处的表面形成的照度
() S() S():光源的光谱功率分布
对于透射物体色和漫反射物体, 存在类似的颜色刺激函数。
.
第九节 CIE标准色度学系统 国际照明委员会(CIE)规定的颜色测量原理、 基本数据和计算方法,称为CIE标准色度学系统。
为了统一颜色表示方法,CIE取多人测得的光谱 三刺激值平均值作为标准数据—标准色度观察者 为了统一测量条件,CIE对光源、照明条件和观察 条件等也做了规定。
工程光学
第五章 光度学和色度学基础
.
辐射量和光学量及其单位 光传播过程中光学量的变化规律 成像系统像面的光照度 颜色的分类及其表现特征 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律 颜色匹配 色度学中的几个概念 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值 CIE标准色度学系统 均匀颜色空间及色差公式
.
第一节 辐射量和光学量及其单位 辐射量:纯粹的物理量; 光学量:视觉感受来度量可见光。
.
余弦辐射体可能是发光面,也可能是投射或反射体
乳白玻璃
漫反射面
.
余弦辐射体向平面孔径角为U的立体角范围内 发出的光通量:
2 U
LdA
sin cosdd
0 0
LdAsin2U
当U /2时, LdA
(余弦辐射体2向立体角空间发出的通总量光 )
余弦辐射体的光出射度为:
M L
.
dA
第三节 成像系统像面的光照度 一. 轴上像点的光照度
.
E
I r2
cos
I为发光强度
点光源在被照表面形成的照度与被照面到 光源距离的平方成反比—照度平方反比定律。
二. 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度
.
Ed d A LdscA ro2 1sco2s
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。 光在元光管传播,无光能损失。
.
第九节 CIE标准色度学系统 一. CIE1931标准色度学系统 1.CIE1931-RGB系统 三原色:红(波长,7*10-7m);
绿(波长,5.461*10-7m); 蓝(波长,4.358*10-7m);
规定匹配等能白光的三刺激值相等---单位刺激量1; 此时R、G、B光亮度比:1.000:4.5907:0.0601.
.
第七节 色度学中的几个概念
三. 三刺激值
刺激值:匹配某种颜色时所需的三原色的量。 颜色方程中的R、G、B就是三刺激值。 三刺激值是用色度学单位来度量的,规定匹配 特定的标准白光的三刺激值相等,均为1个单位。
四. 光谱三刺激值和颜色匹配函数
光谱三刺激值:匹配等能光谱色所需的三原色的量;
是波长的函数,又称颜色匹配函数。
彩色和非彩色 光源色、物体色、荧光色
.
第四节 颜色的分类及其表现特征 二. 颜色的表观特征
明度、色调和饱和度。
明度:明亮程度,与光亮度等有关; 色调:何种颜色; 饱和度:颜色的浓淡程度。
非彩色没有色调的区分,饱和度等于零, 只有明度的差别。
.
第五节 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律
色光混合(加混色) 色料混合(减混色)
.
EM
n2 n2
L
sin2
U
M
当UM 很小时
EM
n2 n2
L
sin2
U
cos4
E0 cos4
E0为像面轴上点的光照度。
轴外像点的光照度随视场角的增大而降低。
.
三. 光通过光学系统时的能量损失 透明介质折射界面的光反射、介质对光的吸收、 反射面对光的透射和吸收都会造成光能损失。
1. 光在两透明介质界面上的反射损失
.
二. 光源色三刺激值 微小波长间隔的色光三刺激值:
dR() k()r()d dG() k()g()d dB() k()b()d
在整个可见光谱范围内光谱色和混和色三刺激值:
R k ( )r ( )d G k ( ) g ( )d B k ( )b. ( )d
对于光源色,颜色刺激函数为:
格拉斯曼颜色混合定律(色光混合):
(1)人的视觉只能分辨颜色的三种表观特征变化; (2)两种颜色混合,如果一种颜色成分连续变化, 混合色的外貌也连续变化。 互补色(混合产生白色或灰色,混合色的色调决定于 两颜色的比例) (3)颜色外貌相同的光,在颜色混合中是等效的。 (4)混合色的亮度等于各色光亮度之和。