光度学与色度学
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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
光度学与色度学
28
两个中心圆形一样大
浙江理工大学物理系
29
是花瓶？还是相对而视的人脸？
浙江理工大学物理系
30
是姑娘，还是老太太？
浙江理工大学物理系
31
图中看到什么？
浙江理工大学物理系
32
浙江理工大学物理系
33
浙江理工大学物理系
34
仔细看，看见什么？
浙江理工大学物理系
35
倒过来看又是什么呢？
浙江理工大学物理系
浙江理工大学物理系
59
RGB为显示器的三基色的电压信号(0-1)，或电脑中的 灰度信号（0-255）
荧光粉的三基色坐标： R(0.64,0.33), G(0.3,0.6), B(0.15,0.06), 白色D65(0.313,0.329)
复色光三刺激值
R K m
780
r
p
d
380
g
G Km
780
g
p
d
380
B
Km
780
b
p
d
380
p 光源的功率分布
C r R gG b B
r 可负值
r
C r R gG b B
内容提要
辐射度学
可见光、不可见光等电磁辐射能量的计量学科
光度学
可见光的能量和人眼对他的接收特性相结合进行研 究的计量学科
色度学
研究颜色视觉机理、颜色测量的科学
浙江理工大学物理系
1
辐射量（1）
辐射能
以辐射形式发射、传播或接收的能量（J）
辐射能密度
辐射能/体积（J/m3）
光度学、色度学
22
二、颜色的分类及属性
彩色：黑白系列以外的各種顏色 非彩色：白色﹑黑色和各種不同深淺的灰色
23
1、颜色的分类
1
原色
2
间色
3
复色
4
补色
24
“原色”并非是一种物理概念，反倒是一种生物 学的概念
是基于人的肉眼对于光线的生理作用
25
复色一定要有红、绿、蓝三原色的成份 才成为复色
各原色间的比例不等
41
42
2、FM-100色彩试验（85、8）及D-15色盘试验（15、 1）
43
3、色觉镜
44
11
亮度VS视野
12
5、光照度
单位受照面积内所接受的光通量 反映受照面的明亮程度 单位：勒克斯（lx）1勒克司相当于1流明/平方米
13
14
白天 VS 夜晚 的差别？
15
我们能否看清一个物体，或能否辨别物体上的细微部分， 都与物体表面的被照程度有关系。
保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处 ；在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习，对眼睛 都是有害的。
7
光通量 光通量的数量越大，即表示该发光体所发出的可
见光就越强。 某一种类的发光体的功率越大，它的流明数就越
高
8
4、发光强度
一定方向上的单位立体角内的光通量 单位：candela（坎德拉）简写cd 描述了光源到底有多“亮” LED
点光源
d
r
9
灯罩的作用？
10
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通 量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面 积，这样才能得到更大的强度。
37
四、色觉检查
二、颜色的分类及属性
彩色：黑白系列以外的各種顏色 非彩色：白色﹑黑色和各種不同深淺的灰色
23
1、颜色的分类
1
原色
2
间色
3
复色
4
补色
24
“原色”并非是一种物理概念，反倒是一种生物 学的概念
是基于人的肉眼对于光线的生理作用
25
复色一定要有红、绿、蓝三原色的成份 才成为复色
各原色间的比例不等
41
42
2、FM-100色彩试验（85、8）及D-15色盘试验（15、 1）
43
3、色觉镜
44
11
亮度VS视野
12
5、光照度
单位受照面积内所接受的光通量 反映受照面的明亮程度 单位：勒克斯（lx）1勒克司相当于1流明/平方米
13
14
白天 VS 夜晚 的差别？
15
我们能否看清一个物体，或能否辨别物体上的细微部分， 都与物体表面的被照程度有关系。
保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处 ；在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习，对眼睛 都是有害的。
7
光通量 光通量的数量越大，即表示该发光体所发出的可
见光就越强。 某一种类的发光体的功率越大，它的流明数就越
高
8
4、发光强度
一定方向上的单位立体角内的光通量 单位：candela（坎德拉）简写cd 描述了光源到底有多“亮” LED
点光源
d
r
9
灯罩的作用？
10
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通 量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面 积，这样才能得到更大的强度。
37
四、色觉检查
光度学与色度学基本概念及应用 LCD LCM LED 背光
光源的色度指标 色温 显色性 颜色的三个心理特征 明度 色调 彩度 混色及颜色匹配
颜色与光谱
颜色 波长范围(nm) 红 620-780 橙 590-620 黄 560-590 黄绿 530-560 绿 500-530 青 470-500 兰 430-470 紫 380-430
常用LED颜色对照表
由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉， 而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参 照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比 较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。
我国国家标准“光源显色性评价方法GB5702-85”中规定用普朗克辐射 体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。
R G B (C) (R) (G) (B) RG B RG B RG B r (R) g (G) b(B)
r g b 1
对标准白光：
R G B 1
rw gw bw 1/ 3
CIE1931-RGB真实三原色表色系统
546.1 nm b 435.8 nm
三原色色度单位量值确定
CIE规定，当三原色与亮度为5.6508 cd/m2 的等能白光 E 相匹配时，各原色各具有一个色 度学单位，即：
(R) 1.0000 cd/m (B) 0.0601 cd/m
2 2
(G) 4.5907 cd/m
dS d 2 r
发光强度
（Luminous intensity or angular intensity 单位：Candla (cd)）
点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作 Iv，即
《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。
第一章 光度学和色度学ppt
第1章 光度学和色度学 描述光源色相常用"色温",它源于绝对黑体加热在不同温度下有 不同的发光颜色,通常称该温度(用绝对温度K)为该光色的色 温."相关色温"指光色最接近黑体某温度之光色的色温值.相同 色温光源的相对功率谱不一定相同,即颜色具有同色异谱色.
我们知道,温度在绝对零度(-273°C)以上的物体都会有连 续的电磁辐射.但是不同的物体的辐射能量是不同的.为了衡量物 体的电磁辐射能量的大小,人们设定了一个标准——绝对黑体.绝 对黑体是指在任何温度下,对于各种波长的电磁辐射的吸收系数恒 等于1的物体.自然界并不存在绝对黑体.绝对黑体是一个理想化的 参考模型.在遥感热红外扫描仪系统中,装有高温黑体和低温黑体, 作为探测地物热辐射的参考源.实用的绝对黑体是由人工方法制成 的.一般说,物体的辐射能量与其表面温度有关,温度越高,辐射 能量越大.换句话说,物体的辐射能随其温度变化,辐射能的光谱 分布也随之变化
第1章 光度学和色度学
当l <380nm和l >780nm时,V(l )=0.这说明紫外线 和红外线的射功率再大,也不能引亮度感觉,所以红 外线和紫外线是不可见光.这也是自然选择的结果. 假如人眼对红外线也能反映,那么这种近似光雾的热 辐射将会成为人们观察外部世界的一种干扰.
第1章 光度学和色度学
第1章 光度学和色度学
课程回顾
第1章 光度学和色度学
光和物体的颜色 客观现实中物体的颜色
光源的颜色,直接取决于它的功率谱 ;物体的颜色不仅取决于它的反射特性 和透射特性,而且还与照射光源的功率谱有关
1,在白天 2,在夜晚 主观因素下的物体的颜色
不同的人对于同一功率谱的光的色感可能是不相同的.例如,对于用红砖建 造的房子,视觉正常的人看是红色,而有红色盲的人看是土黄色;同样,他 黄色.由于周围环境的影响,红色盲患者会把他看到的"土黄色" 看绿草坪是黄色 黄色 房子叫做"红色"房子;同样,把他看到的"黄色"草坪,叫做绿色草坪, 并认为他看到的"红色"与"绿色"和正常人一样.
光度学和色度学简介
()λe 光度学和色度学简介§1 光度学基本概念一、辐射通量设光源表面S(图3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。
此光源表面一个面积元dS 的辐射情况，可以用单位时间内该面积元dS 辐射出来的所有波长的光能量(也就是通过该面积的辐射功率)来表示，这就是面积元dS 的辐射通量。
可用ε来表示，单位为瓦特。
于光源上任一面积元的辐射通量，不同波长的光在其中所占的相对数值是不同的。
为了表示光源面积元所辐射的不同波长的光的相对辐射通量，我们引入分布函数e(λ)的概念。
它就是在单位时间内通过光源面λ积的某一波长附近的单位波长间隔内的光能量。
是波长`λ的函数，它又称谱辐射通量密度。
从光源面积元dS 辐射出来的波长在λ到λ+d间的光辐射通量为 于是，从面积元dS 发出的各种波长的光的总辐射通量为二、视见函数辐射通量ε代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少，而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分，相等的辐射通量，由于波长不同，人眼的感觉也不相同。
为了研究客观的辐射通量与它们在人眼所引起的主观感觉强度之间的关系，首先必须了解眼睛对各种不同波长的视觉灵敏度。
人眼对黄绿色光最灵敏；对红色和紫色光较差；而对红外光和紫外光，则无视觉反应。
在引起强度相等的视觉情况下，若所需的某一单色光的辐射通量愈小，则说明人眼对该单色光的视觉灵敏度愈高。
设任一波长为λ的光和波长为5550的光，产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为Δελ和Δε5550，则比值称为视见函数。
图3-2是明视觉和暗视觉的相对视见函数实验图线，其纵坐标为视见函数。
明视觉以v(λ)表示，暗视觉以v ′(λ)表示。
暗视见函数曲线的峰值向短波移动约500 oA ，当不同的单色光辐射通量能够产生相等强度的视觉时，v(λ)与这些单色光的辐射通量成反比。
根据多次对正常眼的测量，当波长为5550时，曲线具有最0302，+90mm 。
85mm ，BP 图3-2大值。
色度学和光度学的基本概念
光源类型 光效（lm/W)
钨丝灯
10~20
30 30~60
光效（lm/W)=流明数÷电功率
卤钨灯 荧光灯
高压泵灯
LED
60~70
90~100
10
3、光强
光强：单位立体角中的光通量(cd)。表征光源各个角度的发 光强度。
Led 配光曲线
11
4、照度
照度：单位面积内的光通量（lx）。表征物体被光源照亮的 强度。 下图为平常生活照度
环境 烈日 阴天 阅读 办公室、教室 满月 星光 照度（lx） 100000 8000 500 300 0.2 0.0003
12
5、亮度
亮度：单位面积内的光强度（nit)。表征人眼所接受光通量 的强度。
人眼所能接受的最大光亮度为3000nit，再大人眼感觉眩光。13来自 Z kx
400
X X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
4
S(λ)为光源的光谱功率分布 R(λ)为物体的透射反射函数
3、RGB模型
•最典型最常用的面向 硬设备的彩色模型是 RGB模型。电视摄像机 和彩色扫描仪都是根据 RGB模型工作的。RGB 模型是一种与人的视觉 系统结构密切相连的模 型。 •国际照度委员会CIE所 规定的红绿蓝这三种基 本色的波长分别为 700nm，546.1nm， 435.8nm。
• HSV色彩模型使用了用户直观的 颜色描述方法，用H表示色调、S 表示饱和度，V表示明度值。 • 色调H由角度表示，它反映了颜 色最接近什么样的光谱波长，即光 的不同颜色。通常假定0°表示的 颜色为红色， 120°的为绿色， 240°的为蓝色。从0°到360°的 色相覆盖了所有可见光谱的彩色。 • 饱和度S表征颜色的深浅程度， 饱和度越高，颜色越深。
钨丝灯
10~20
30 30~60
光效（lm/W)=流明数÷电功率
卤钨灯 荧光灯
高压泵灯
LED
60~70
90~100
10
3、光强
光强：单位立体角中的光通量(cd)。表征光源各个角度的发 光强度。
Led 配光曲线
11
4、照度
照度：单位面积内的光通量（lx）。表征物体被光源照亮的 强度。 下图为平常生活照度
环境 烈日 阴天 阅读 办公室、教室 满月 星光 照度（lx） 100000 8000 500 300 0.2 0.0003
12
5、亮度
亮度：单位面积内的光强度（nit)。表征人眼所接受光通量 的强度。
人眼所能接受的最大光亮度为3000nit，再大人眼感觉眩光。13来自 Z kx
400
X X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
4
S(λ)为光源的光谱功率分布 R(λ)为物体的透射反射函数
3、RGB模型
•最典型最常用的面向 硬设备的彩色模型是 RGB模型。电视摄像机 和彩色扫描仪都是根据 RGB模型工作的。RGB 模型是一种与人的视觉 系统结构密切相连的模 型。 •国际照度委员会CIE所 规定的红绿蓝这三种基 本色的波长分别为 700nm，546.1nm， 435.8nm。
• HSV色彩模型使用了用户直观的 颜色描述方法，用H表示色调、S 表示饱和度，V表示明度值。 • 色调H由角度表示，它反映了颜 色最接近什么样的光谱波长，即光 的不同颜色。通常假定0°表示的 颜色为红色， 120°的为绿色， 240°的为蓝色。从0°到360°的 色相覆盖了所有可见光谱的彩色。 • 饱和度S表征颜色的深浅程度， 饱和度越高，颜色越深。
光度学和色度学
2.2 光度学
光度学——研究光的强弱的学科称为光度学（包括光的辐射、 吸收、照射、反射、散射、漫射等有关光的度量） 人眼可见的图像可以用光度学来度量， f(x,y)——表示 (x,y)点处，图像的光强度。
几个重要概念：
发光强度I（intensity）
光源发光的功率称为发光强度。其单位主要有两种：
亮度的衡量有两种不同单位 A－以每单位面积上的发光强度来表示的。尼特 1尼特＝1cd/m2 B- 以每单位面积发出的光通量来表示的。朗伯 1朗伯＝1lm/cm2
一些实际情况下的光照度值（单位：lx）
对比度（contrast） 图像中最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。
C1 Bmax / Bmin
（对绿色最敏感、红色次之、蓝色最弱，所以常作为三基色） – 人类利用它分辨物体细节。
• 杆状体（柱细胞）---夜视觉（适暗视觉）
– 约75,000,000～150,000,000个； – 对颜色不敏感，适应于低照度；
– 柱细胞主要提供视野的整体视象。
因此看到的物体白天有色彩，夜里看不到色彩
（2）人眼的亮度感觉特性
• 亮度表示光的强度，物体表面或光源的亮度越高，人感觉到的明度就越 高。但两者的关系并不固定； • 光谱是由不同波长的光组成的，不同波长所引起的不同感觉就是色调； • 纯色是指没有混入白色的窄带单色光，在视觉上就是高饱和度的颜色。 可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。当光谱色掺入白光成分越多时， 就越不饱和。
object物体
• 物体对照射光 – 反射 – 吸收 – 折射 • 对着色剂进行混合， 可以控制看到的颜 色 – 反射光的颜色决 定物体颜色 – 着色剂不一样， 反射、吸收不同 波长的光，影响 物体的颜色
光度学和色度学基本概念
⎧ X = k 780 p(λ ) x (λ )dλ ∫380 ⎪ 780 ⎪ ⎨Y = k ∫380 p(λ ) y (λ )dλ ⎪ 780 ⎪Z = k ∫380 p(λ ) z (λ )dλ ⎩
1931色匹配函数，如图3所示。
（1-8）
其中X, Y, Z是刺激值；P (λ)是刺激物的光谱功率分布； x , y , z 是国际公认的CIE 注：CIE 1931“CIE 1931 XYZ标准色度系统”是从2°观察视场的相应匹配实验中得出 来， 然而， 色匹配是与刺激物的尺寸相关的， 所以CIE于1964年介绍了另外一套XYZ色度系统， 该系统是在10°观察视场下得到的。然而除非特别说明，一般采用CIE 1931 2°观察视场。
780 780
Φ v = ∫ Φ (λ )dλ = 683∫ V (λ ) ⋅ Φ e (λ )dλ
380 380
（1-3）
�
1.5. 发光强度
发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的
光通量的空间分布的物理量，它可用点光源在单位立 体角中发出的光通量的数值来量度，可表达为：
I=
dΦ dΩ
（1-4）
式中 dΩ是点光源在某一方向上所张的立体角元。 一般来说，发光强度随方向而异，用极坐标 (θ,φ) 来描写选定的方向时，I(θ,φ)表示沿该方向的发光强度。 图 1.2: 光强示意图
�
1.7 亮度
单位表面上在某一方向的光强密度， 它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的
投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面积上的发光强度。
图 1.4: 亮度示意图
L=
d Φ dI = dΩ ⋅ dA ⋅ cos θ dA ⋅ cos θ
2
光度学与色度学
39
应用：
40
定义
光的质量
显色指数 – 光源表现物体真实颜色的能力0-100 白炽灯 100 显色指数CRI－一只灯泡的显色指数是彩色物体被该灯泡发 出的光照明时彩色被显现的真实程度。 白炽灯泡和卤钨灯泡的显色指数被定义为100，而高压钠灯 的显色指数为20，美标金卤灯的显色指数为65。 下图显示用不同种类灯泡照明同样物体时的彩色效果。
9
10
柱状细胞和锥状细胞
正常视觉条件下(有足够的有 效亮度>10 cd/m2 ) 低亮度条件下(<0.01 cd/m2 ) 锥状细胞不发生作用
柱状细胞产生对物体的感 知
锥状细胞区别颜色
柱状细胞起作用,使物体有较 低的能见度
蓝光较红光更为明亮
•明视觉
暗视觉
过渡状态下有部分锥状和柱状细胞工作
1
LED光色电综合参数测试
• ◆ 测量led 的电参数，包括反向漏流、正向 压降 。 • ◆ 测量led 的色参数, 包括光谱半宽度、主 波长、峰值波长、色纯度、色坐标、色温、 显色指数。 • ◆ 测量led 的光参数, 包括二维空间光强角 分布、最大光强、动态光强、零度光强、 半强度角、偏差角、 光强扩散角、光通量。
(光源光通量)(CU)(MF) 平均照度＝光源总光通×CU×MF/面积 平均照度= ＝(2500×3×9)×0.4×0.8÷4÷5 照射区域面积 ＝1080 Lux 适用于室内，体育照明 结论：平均照度1000Lux以上
利用系数： 一般室内取0.4，体 举例 2： 育取0.3 体育馆照明，20×40米场地， 1. 灯具的照度分布 使用POWRSPOT 1000W金卤灯 60套
33
发光强度:
Luminous Intensity -光源向一定方向 单位立体角内发 出的光通量. 单位:坎德拉(cd)
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
光度学和色度学汇总
（对绿色最敏感、红色次之、蓝色最弱，所以常作为三基色） – 人类利用它分辨物体细节。
• 杆状体（柱细胞）---夜视觉（适暗视觉）
– 约75,000,000～150,000,000个； – 对颜色不敏感，适应于低照度；
– 柱细胞主要提供视野的整体视象。
因此看到的物体白天有色彩，夜里看不到色彩
（2）人眼的亮度感觉特性
烛光（Candle Power,c）——1c是指标准蜡烛发出的光。
坎德拉（Candle,cd）——1cd就是“完全辐射体”加温到铂的熔点时从 1cm2表面面积上发出的光的1/60 在实用中可以认为1c=1cd
光通量
光通量是每秒钟内光流量的度量，其单位是流明（lm） 流明是指与1cd的光源相距的单位距离，与入射光相垂直的单位面积上每 秒钟流经的光流量叫1lm
纳克方块是个有歧义性的图，一种诠释方式是在一个较高位置看透明立方体 的俯视图；另一种诠释方式是在一个较低位置看透明立方体的仰视图。 人类的视觉系统在接收这类的图像时，会设法诠释图像的各部份，使整 体的图像没有矛盾之处。有时会用纳克方块来测试人人类视觉系统的电脑 模型，测试电脑模型是否可以像人类视觉系统一样的诠释这个图象。 大多数的人在看纳克方块时，会将左前方的面视为立方体最接近观察者的 一面，也许是因为人们在物体上方俯视物体的机率远高于物体下方仰视物 体的情形，因此大脑倾向以这个的方式来诠释图像。
（2）对比灵敏度
（3）亮度的感觉
dI d ln I I
（4）马赫效应
马赫带效应
（5）同时对比度
（ 6） 空间 错觉 和假 轮廓
纳克方块（Necker cube），或称为内克尔立方体，是一个错视的图像， 由瑞士晶体学家路易斯· 艾伯特· 纳克在其1832年发表的论文中首次提出。 纳克方块是一个由12条线组成的图像，是等大透视的角度绘画一个立方体， 等长的平行线不论其远近，在图中会画成等长的平行线，其中没有任何关于 立体的资讯。因此对于立方体的放置位置及观看角度会有模棱两可的诠释。
• 杆状体（柱细胞）---夜视觉（适暗视觉）
– 约75,000,000～150,000,000个； – 对颜色不敏感，适应于低照度；
– 柱细胞主要提供视野的整体视象。
因此看到的物体白天有色彩，夜里看不到色彩
（2）人眼的亮度感觉特性
烛光（Candle Power,c）——1c是指标准蜡烛发出的光。
坎德拉（Candle,cd）——1cd就是“完全辐射体”加温到铂的熔点时从 1cm2表面面积上发出的光的1/60 在实用中可以认为1c=1cd
光通量
光通量是每秒钟内光流量的度量，其单位是流明（lm） 流明是指与1cd的光源相距的单位距离，与入射光相垂直的单位面积上每 秒钟流经的光流量叫1lm
纳克方块是个有歧义性的图，一种诠释方式是在一个较高位置看透明立方体 的俯视图；另一种诠释方式是在一个较低位置看透明立方体的仰视图。 人类的视觉系统在接收这类的图像时，会设法诠释图像的各部份，使整 体的图像没有矛盾之处。有时会用纳克方块来测试人人类视觉系统的电脑 模型，测试电脑模型是否可以像人类视觉系统一样的诠释这个图象。 大多数的人在看纳克方块时，会将左前方的面视为立方体最接近观察者的 一面，也许是因为人们在物体上方俯视物体的机率远高于物体下方仰视物 体的情形，因此大脑倾向以这个的方式来诠释图像。
（2）对比灵敏度
（3）亮度的感觉
dI d ln I I
（4）马赫效应
马赫带效应
（5）同时对比度
（ 6） 空间 错觉 和假 轮廓
纳克方块（Necker cube），或称为内克尔立方体，是一个错视的图像， 由瑞士晶体学家路易斯· 艾伯特· 纳克在其1832年发表的论文中首次提出。 纳克方块是一个由12条线组成的图像，是等大透视的角度绘画一个立方体， 等长的平行线不论其远近，在图中会画成等长的平行线，其中没有任何关于 立体的资讯。因此对于立方体的放置位置及观看角度会有模棱两可的诠释。
(眼视光基础)9.光度学、色度学
辐射能量和该波段的视见函数的乘积
❖ 单位：流明lm（Luminious flux)
7
光通量 ❖ 光通量的数量越大，即表示该发光体所发出的可
见光就越强。 ❖ 某一种类的发光体的功率越大，它的流明数就越
高
8
4、发光强度
❖ 一定方向上的单位立体角内的光通量 ❖ 单位：candela（坎德拉）简写cd ❖ 描述了光源到底有多“亮” ❖ LED
多媒体媒体元素是指多媒体应用中 可显示给用户的媒体组成。
色盲本
色盘
色彩
色觉镜
38
色盲眼中的世界
39
亮度与灰度相同，颜色不同
40
1、假同色图（常称色盲检查本） 在同一副色彩图中，既有以相同亮度不同颜色的
斑点组成的图形或数字，也有以相同颜色不同亮度 的斑点组成的图形或数字。正常人以颜色来辨认， 色盲者则只能以明暗来判断。能够正确认出，但表 现出困难或辨认的时间延长者为色弱。检查必须在 充足的自然光线下进行，图表距眼0.5m，应在5秒 钟内读出。
13
14
白天 VS 夜晚 的差别？
15
❖ 我们能否看清一个物体，或能否辨别物体上的细微部分， 都与物体表面的被照程度有关系。
❖ 保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处 ；在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习，对眼睛 都是有害的。
❖ 照度要求
16
6、光亮度
❖ 光源单位面积上的发光强度 ❖ 发光面明亮程度，与光源尺寸有关
❖ 单位：坎德拉/平方米 cd/ m2
扩展光源 法线n
dS
dS
d
r
17
二、光度学与视觉
❖ 光强度与视力 ❖ 光照度与视力 ❖ 光亮度与视力
❖ 单位：流明lm（Luminious flux)
7
光通量 ❖ 光通量的数量越大，即表示该发光体所发出的可
见光就越强。 ❖ 某一种类的发光体的功率越大，它的流明数就越
高
8
4、发光强度
❖ 一定方向上的单位立体角内的光通量 ❖ 单位：candela（坎德拉）简写cd ❖ 描述了光源到底有多“亮” ❖ LED
多媒体媒体元素是指多媒体应用中 可显示给用户的媒体组成。
色盲本
色盘
色彩
色觉镜
38
色盲眼中的世界
39
亮度与灰度相同，颜色不同
40
1、假同色图（常称色盲检查本） 在同一副色彩图中，既有以相同亮度不同颜色的
斑点组成的图形或数字，也有以相同颜色不同亮度 的斑点组成的图形或数字。正常人以颜色来辨认， 色盲者则只能以明暗来判断。能够正确认出，但表 现出困难或辨认的时间延长者为色弱。检查必须在 充足的自然光线下进行，图表距眼0.5m，应在5秒 钟内读出。
13
14
白天 VS 夜晚 的差别？
15
❖ 我们能否看清一个物体，或能否辨别物体上的细微部分， 都与物体表面的被照程度有关系。
❖ 保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处 ；在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习，对眼睛 都是有害的。
❖ 照度要求
16
6、光亮度
❖ 光源单位面积上的发光强度 ❖ 发光面明亮程度，与光源尺寸有关
❖ 单位：坎德拉/平方米 cd/ m2
扩展光源 法线n
dS
dS
d
r
17
二、光度学与视觉
❖ 光强度与视力 ❖ 光照度与视力 ❖ 光亮度与视力
光度学和色度学简介
一、辐射通量 设光源表面 S(图 3-1)向所有方向辐射出各种波长的光。此 光源表面一个面积元 dS 的辐射情况，可以用单位 时间内该面积元 dS 辐射出来的所有波长的光能量 (也就是通过该面积的辐射功率)来表示， 这就是面 积元 dS 的辐射通量。可用ε来表示，单位为瓦特。 于光源上任一面积元的辐射通量， 不同波长的 光在其中所占的相对数值是不同的。 为了表示光源 面积元所辐射的不同波长的光的相对辐射通量， 我 们引入分布函数 e(λ)的概念。 它就是在单位 时间内通过光源面λ积的某一波长附近的单 e(λ ) 位波长间隔内的光能量。是波长`λ的函数，它又称谱辐射通量 密度。 从光源面积元 dS 辐射出来的波长在λ到λ+d 间的光辐射通 量为
从光源面积元ds辐射出来的波长在到d间的光辐射通量为于是从面积元ds发出的各种波长的光的总辐射通量为deddde0二视见函数辐射通量代表的是光源面积元在单位时间内辐射的总能量的多少而我们感兴趣的只是其中能够引起视觉的部分相等的辐射通量由于波长不同人眼的感觉也不相同
光度学和色度学简介
§1 光度学基本概念
φ = ∫ dϕ ∫ Iθ ,ϕ sin θ ⋅ dθ
0 0
2π
π
如果 I 不随θ和φ而变化(均匀发光体)，则得总光通量 Φ=4πI 。 总光通量表征光源的 特性。对于指定的发光体， 光具组不能增加总光通量， 光具组的作用只是把光通 量重新分配。 例如， 使它比 较集中在某些选定的方向 上， 而相应地减小其它某些 方向的发光强度。 在国际单位制中， 发光 强度的单位为坎德拉 (Candela)，单位代号：坎 (cd)。 1979 年第 16 届国际 计量大会(决议 3)规定坎 德拉的定义为： “坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该 光源发出频率为 540×1014Hz 的单色辐射，而且在此方向上的辐 射强度为(1／683)W／sr。 ” 此处 sr 为球面度。 空气中波长为 5550A 明视觉的视见函数为 1)的辐射对应的频率为 5400086×1014Hz。 略去尾数，则坎德拉新定义中的频率实际上就是明视觉最灵敏谱 线的频率。 值得指出的是，在国际单位制中，发光强度的单位是国际 单位制中七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。
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•§2-2 选定三原色的单位量
•匹配等能白：SE •
Red Green Blue
Mixture 波长（ nm）
700 546.1 435.8
单位量（ cd/m2） 1.0000 4.5907 0.0691
5.6508
1 Red unit = [R] = 1.0000 cd/m2 ; 1 Green unit = [G] = 4.5907 cd/m2 ; 1 Blue unit = [B] = 0.0691 cd/m2 .
§2-4 等能白光的光谱色品坐标
在颜色科学中，我们不直接用三刺激值R、G、B来表示颜色， 而用三原色各自占R+G+B总量的相对比值表示颜色， 即。色度坐标：三原色各自占R+G+B总量的相对比值。 对等能白光的光谱色而言，其色度坐标为： r
r r /( r g b )
g g /( r g b )
b b /( r g b )
由此即可得出 ：r+g+b=1﹐即色品坐标r﹑g﹑b中﹐只有兩个独立
﹐因此可用二維空间表示彩色光的色品。 •对于等能白光﹐R=G=B=1﹐因此等能白光的色坐标为r=g=b=1/3
§2-6由相对光谱功率分布求任一颜色的三刺激值
如果已知色光C的光谱功率分布，怎样来确定它的三刺激值及色 度坐标呢？
• 希望有一种系统能滿足以下的要求﹕ • (1)三刺激值均为正 • (2)某一原原色的刺激值﹐正好代表混合色的亮度﹐而另外两
• 希望有一种系统能滿足以下的要求﹕ • (1)三刺激值均为正 • (2)某一原原色的刺激值﹐正好代表混合色的亮度﹐而另外两
种原色对混合色的亮度沒有贡献。
• (3)当三刺激值相等时﹐混合光仍代表标准(等能)白光。 • 这样的系統在以实际的光譜色为三原色时是找不到的﹐于是
就出現了以假想色为三原色的XYZ表色系統。
• 代入上式得：
•
0.9399r+4.5306g+ 0.0601=0
• XY直线为： r+0.99g-1=0
• YZ直线为：1.45r+0.55g+1=0
X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是： X：r = 1.2750，g = - 0.2778，b = 0.0028 Y：r = -1.7392，g = 2.7671，b = - 0.0279 Z：r = - 0.7431，g = 0.1409，b = 1.6022 在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，
即E光源的色度坐标也为： xE = 0.3333，yE = 0.3333。
§3 CIE1931-XYZ标准色度学系统
• §3-1 CIE1931-RGB标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色 度观察者的转换
• RGB系统在某些场合下﹐例如被匹配顏色的饱和度很高時﹐ 三色系数就不能同时取正﹐而且由于三原色都对混合色的亮 度有贡献﹐当用顏色方程計算时就很不方便。
B E （b ） E （ ） 380
其色品坐标为：
rE RE /(RE GE BE) gE GE /(RE GE BE) bE BE /(RE GE BE)
求任一颜色的三刺激值
• 所以根据CIE1931-RGB标准色度观察者
• 如果已知任一颜色的光谱功率分布就可以计算 出该
• 颜色的三刺激值和色品坐标
• 这样就实现了颜色的“量化”表示，从而建立 了颜色评价的“客观”标准
§3 CIE1931-XYZ标准色度学系统
• §3-1 CIE1931-RGB标准色度观察者与CIE1931-XYZ标准色 度观察者的转换
• RGB系统在某些场合下﹐例如被匹配顏色的饱和度很高時﹐ 三色系数就不能同时取正﹐而且由于三原色都对混合色的亮 度有贡献﹐当用顏色方程計算时就很不方便。
§2 CIE标准色度学系统
§2-1
选定三原色
1、其中任何一种原色不能被其他两种原色匹配
2、三色之间的光谱间隔大，匹配色覆盖的颜色最多
3、容易实现
CIE确定：
Red
Green
Blue
nm
700
546.1
435.8
为标准三原色
这样規定的原因是上述三者都比较容易精确地产生出
來。是采用汞弧光谱中经滤波后的单一谱线获得，色度 稳定而准确，配出彩色也较多。
:
C
780
r 780 ( R )
g 780 (G ) b 780 ( B )
• 代入：CE=CE380+CE390+CE400+……CE780 • 并考虑E()所对应的波长间隔△ 得：
780
CE38C0E（）
780
C 780
（ r） (R)g（） (G)（ b） (B)E（ E）
设：颜色CE光谱功率分布为E()，（如下图） 由颜色的混合规律： CE=CE380+CE390+CE400+……CE780 而：
CE380=C380 E(380)
CE390=C390 E(390)
CE400=C400
E(390)
...
CE780=C780 E(780)
E(λ) CE390
C380 C390 CE380
CE400 C400
C780
CE780
380 383090 394000400
λ(nm)
780
求任一颜色的三刺激值
•
结合：
C
380
r 380 ( R ) g 380 (G ) b 380 ( B )
C390 r 390 ( R ) g 390 (G ) b 390 ( B ) C 400 r 400 ( R ) g 400 (G ) b 400 ( B )
XYZ假想三原色的由来：
亮度仅由Y表示， X、Y、Z所形成的 虚线三角形包含了 整个光谱轨迹，使 得光谱轨迹上和轨 迹之内的色度坐标 都成了正值。
色度坐标的转换
• 三条直线在RGB系统中的直线方程：
• XZ直线为无亮度线。即：
•
1.0000r+4.5907g+0.0601b=0
• 又由：
r+g+b=1,
CE（）
380
380
780
780
780
（ r）E（） (R) （ g）E（） (G) （ b）E（） (B)
380
380
380
求任一颜色的三刺激值
• 由CE=RE（R）+GE（G）+BE（B）
• 所以颜色CE的三刺激值为：
780 R E （r ） E （ ）
380 780
G E （g ） E （ ） 380 780