辐射度光度与色度及其测量

辐射度光度与色度及其测量

绪论

一基本问题：

1 辐射度学：电磁辐射能的度量与测量：解决电磁辐射能量的定义

和测量方法。建立统一的标准。是单纯的客观物理量的问题

在光电转换、光化学效应、光生物技术、光的热加工，激光技术

等领域都有广泛应用。

2光度学：光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。解决：人眼对光刺激效果的特性（平均特性）刺激效果的量化，刺激量

的定义和测量。主要用于照明，环境工程、测量技术等领域3色度学：有色光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。

问题涉及：人眼颜色视觉特性、色光刺激与人眼感觉的量化定义、

颜色的匹配与显示规律，颜色匹配技术、颜色的测量方法，颜色

的分类与排列。在涉及有颜色的领域都有应用（和视觉颜色判断

有关问题）颜色本身的测量，温度测量、遥感，管理等等

第一章辐射度与光度学基础

问题：怎样描述一个辐射体的性质？

§1-1 辐射度的基本物理量

Q

1、辐射能：e

以辐射形式发射、传播或接收的能量。单位为焦耳——J

一般可描述辐射能的积累。

2、 辐射通量：

e Φ（辐射功率 e P ）

以辐射形式发射、传播或接收的功率，（单位时间内的辐射能）。单位为

W （瓦）（焦耳每秒）W/sr 。描述辐射源的时间特性。

dt

dQ e

e =

Φ （1-1）

3、 辐射强度：（I ）

在给定方向上的单位立体角内点辐射源发出的辐射通量（辐射功率）单位为W/sr （瓦每球面度）

Ω

Φ=

d d I e

e

（1-2）

点辐射源：辐射源尺寸比传输距离小的多。例如在地球上可以把太阳视为点光源。

点光源发射球面波，不计辐射损失（反射、散射、吸收）其辐 射强度不变（为什么）

对各向同性点光源有

Ω=Φe e I （1-3）

在空间所有方向上有

e e I π4=Φ （1-4）

多数光源的辐射强度并不是各向同性的。如白炽灯。

这种情况有 ⎰⎰⎰

=Ω=Φθθϕθφφθπ

π

d I d d I

e e e sin )()(0

20

(1-5)

4、 辐亮度（L ）

辐射源在垂直其传输方向上单位表面积上的辐射强度。单位为

2

./m

sr W （瓦每球面度平方米）

θ

θcos cos 2dA d d dA dI L e

e e ΩΦ=

= （1-6）

实际上求一小面元上的平均辐射强度，如用来描述扩展光源的辐亮度分

布

θ是辐射传播方向与面元法线的夹角。 5、 辐射出射度

e M

辐射源单位面积上发射的辐射通量。单位2

/m W

ds

d M e

Φ

=

（1-7）

一般指面辐射源，往半空间2Π立体角发射的辐射通量 6、辐照度 e E

接收面上单位面元被照射的辐射通量。单位 2

/m W

ds

d E e

e Φ=

（1-8）

7、光谱辐射量

辐射量随波长的变化率。（辐射量的光谱密度） 光谱辐射通量：

λλd d e e Φ=Φ)( （1-9）

表示辐射源发出的光在波长λ处单位波长间隔内的辐射通量。 辐射源的总通量：

λλd e e )(0

Φ=Φ⎰∞

(1-10)

相应的有： 光谱辐照度：

λλd dE E e

e =

)( (1-11)

光谱辐亮度

λ

λd dL L e

e =

)( (1-12)

光谱辐射出射度：

λ

λd dM M e

e =

)( (1-13)

§1-2 朗伯辐射体及其辐射特性

朗伯辐射体：辐射体的辐亮度和方向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变。

绝对黑体和理想漫反射体式两种典型的朗伯体 根据辐亮度的定义：

θ

θcos cos 2dA d d dA dI L e

e e ΩΦ=

= （1-14）

对于面积为A 的辐射体，它在某一方向的辐亮度为θL 在A 上是不变量，则在θ方向的辐射强度

θ

θθcos A L I = （1-15）

按朗伯体的定义辐亮度与方向无关，在A 上：L L =θ=常数 定义:

LA I =0为面元法线方向的辐射强度

则有： θθ

cos 0I I = （1-16）

此即朗伯定律：一个辐亮度在各方向都相等的辐射面，在某一方向的辐射强度等于平面法线方向的辐射强度乘以平面发现与指定方向夹角的余弦。

朗伯体的辐射出射度：

由 θ

θcos cos 2

dS d d dS dI L e

e e ΩΦ=

=

得

Ω=Φd dS L d e θcos 2

朗伯体面元dS 在半空间上的辐射通量：

π

dS L e e =Φ

由出射度的定义：

πe e e

L dS

M =Φ= （1-17）

或： π

e

e M L =

（1-18）