光度学与色度学基础
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第6章：光度学与色度学基础
⒊总辐射通量：
从光源面积元ds辐射出来的波长在λ ～ λ+dλ间的辐
( ) 射通量为： dΦλ,λ+dλ = e λ dλ
从光源面积元ds发出的各种波长光的总辐射通量为：
Φ
=
∞
∫0
e(λ)dλ
二、辐射强度
辐射体在不同方向上的辐射特性。在给定方向上 取立体角dΩ，在dΩ范围内的辐射通量为dΦe ，
dΦe与dΩ之比称为辐射体在该方向上的辐射强度Ie:
三、光亮度
用光亮度来表示发光表面不 同位置和不同方向的发光特 性，在该方向上单位投影面 积的发光强度。
I
N O
dΩ
α
A
dS
L= I = I dSn dS ⋅ cos α
(6-13)
L表示发光面上A点处在AO方向上的发光特性。 点光源有无光亮度的概念?
光亮度等于发光表面上某点周围的微面在给定方向上 的发光强度除以该微面在垂直于给定方向的投影面积。 光亮度L与辐射度学中的辐亮度相对应。 光亮度的单位为坎德拉/米2（cd/m2）——尼特（ nit）。
40W白炽灯的全部辐射的光通量为500lm 40W荧光灯的全部辐射约为2300lm 1W LED的全部辐射约为110lm
二、光出射度和光照度
用光出射度M来表示A点处的发光强弱，即发光表
面单位面积内所发出的光通量，与辐（射）出射
度相对应。
M = dΦ
(6-11)
dS 当发光表面均匀发光时，其光出射度为
光在折射时，不考虑能量损耗， L1 = L2 n12 n22
(6-18)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§6.1.5 像的光亮度和光照度 δS:余弦辐射体
图6-2 入瞳上的环元及光线
《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
光度学与色度学基础
ρ(λ) 很高时 ) ，但辅助球制作比较困难，当材料层有一 定厚度时，辅助球和分光光度计一侧开口要有良好的 接缝是相当困难的，故主要用于计量部门测朗伯性能 好、反射比高的标准反射样品光谱反射比。
11.1.1 反射特性的测量
2、漫反射比的测量 (2)台劳法(垂直-漫射反射比ρ(0/d)) 测量装置由一台分光光度计和一个积分球组成反射计， 来自单色仪的单色光经摆动反射镜 OM ，形成两束交 替照射的光束。在某一反射镜位置上，光束照到反射 比ρ0的待测样品上的反射辐射通量为ρ0Φ，再由它漫射 到涂层反射比为ρ的积分球内。探测器D检测经样品漫 射的光，产生信号 V0 ；在另一反射镜位置，光束直接 照到积分球的球壁上，探测器 D 检测来自积分球本身 漫射的光，产生信号V。 k 0 图11-6 台劳法测光谱反射比的装置 V RE V0 RE 2 2 4 R 1 4R 1 其中，k是考虑到两种光束在积分球内反射情况不同而 引入的修正系数。
第十一章 辐射度、光度与色度的应用
1 材料特性的测量 探测器特性的测量
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 光学系统中杂散光的分析与计算 4 5
辐射测温仪 卫星多光谱扫描系统 下页
11.1 材料特性的测量
研究范畴：材料的辐射度特性主要是指其反射特性、
透射特性、发射特性和吸收特性以及偏振特性、萤光 特性等，材料的辐射度特性可定量或半定量地确定材 料性质与成分的变化。 影响因素：材料的辐射特性除取决于其性质和成分外， 还受表面状况、温度、厚度等影响。在描述材料特性 时，一定要说明样品的状况以及测量的条件，否则描 述只能是概略的。 参比量：测量的参比量可是入射量，例如用测得的反 射、透射、发射、吸收量和入射量的比值来表示待测 材料相应特性。参比量也可是已知标准材料的辐射度 特性，通过比对测量，确定待测材料的辐射度特性， 例如在分光光度计上测量样品的反射和透射特性。
11.1.1 反射特性的测量
2、漫反射比的测量 (2)台劳法(垂直-漫射反射比ρ(0/d)) 测量装置由一台分光光度计和一个积分球组成反射计， 来自单色仪的单色光经摆动反射镜 OM ，形成两束交 替照射的光束。在某一反射镜位置上，光束照到反射 比ρ0的待测样品上的反射辐射通量为ρ0Φ，再由它漫射 到涂层反射比为ρ的积分球内。探测器D检测经样品漫 射的光，产生信号 V0 ；在另一反射镜位置，光束直接 照到积分球的球壁上，探测器 D 检测来自积分球本身 漫射的光，产生信号V。 k 0 图11-6 台劳法测光谱反射比的装置 V RE V0 RE 2 2 4 R 1 4R 1 其中，k是考虑到两种光束在积分球内反射情况不同而 引入的修正系数。
第十一章 辐射度、光度与色度的应用
1 材料特性的测量 探测器特性的测量
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 光学系统中杂散光的分析与计算 4 5
辐射测温仪 卫星多光谱扫描系统 下页
11.1 材料特性的测量
研究范畴：材料的辐射度特性主要是指其反射特性、
透射特性、发射特性和吸收特性以及偏振特性、萤光 特性等，材料的辐射度特性可定量或半定量地确定材 料性质与成分的变化。 影响因素：材料的辐射特性除取决于其性质和成分外， 还受表面状况、温度、厚度等影响。在描述材料特性 时，一定要说明样品的状况以及测量的条件，否则描 述只能是概略的。 参比量：测量的参比量可是入射量，例如用测得的反 射、透射、发射、吸收量和入射量的比值来表示待测 材料相应特性。参比量也可是已知标准材料的辐射度 特性，通过比对测量，确定待测材料的辐射度特性， 例如在分光光度计上测量样品的反射和透射特性。
第一章光度学和色度学
第1章 光度学和色度学
信号处理技术： • 第一代——模拟电视 • 第二代——数字处理电视 • 第三代——数字电视
电路工艺： • 第一代——电子管 • 第二代——晶体管 • 第三代——大规模集成电路
第1章 光度学和色度学
传输媒介： • 单一的地面微波 • 扩充到电缆、卫星、网络、无线移动
功能覆盖： • 单一的活动图像广播 • 扩充到数据广播、视频点播、收费电视、
第1章 光度学和色度学
绝对黑体能全部吸收外来的电磁辐射而无反射和透射。黑体 对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。它被可 见光照射时因为没有反射光线而呈现黑色，故名。这是一种现 实中不存在的理想物体。通常近似地认为一个空腔表面的小孔 是黑体。
第1章 光度学和色度学
• 光源的辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。不同光源 有不同的光谱功率分布，国际照明委员会（简称CIE）规定了 一些光源。
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
2、光通量
立体电视、多视点视频等
第1章 光度学和色度学
电视技术的特点： • 快速发展 • 模拟、数字电视并存 • 各种制式群雄并起 • 各类设备争奇斗艳 • 多学科综合的、代表性的电子信息工程
（物理学、生理学、数学、电子电路、计算机、 信号处理、通信技术）
• 深入日常生活，可见可感 • 构思奇巧、实现精到 • 有助于实现知识的贯穿和系统概念的建立
第五章 光度学与色度学
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。
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
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：
光度学和色度学基础
（5-9）
N dФv
发光面在θ方向 的发光强度
I
v
dv d
Lv
Iv
cos dA
（5-10）
θ
dΩ
dA
单位：坎[德拉]每平方米(cd/m2) θ
cosθdA
表明，元发光面dA在θ方向的光亮度等于元面积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cosθ‧dA之比.
三、光学量 和辐射量 间的关系 （一）光谱光效率函数
dΩ
dA
θ
cosθdA
二、光学量
1、光通量 Фv 标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量，
以字符Фv表示，单位：流[明]（lm）。
2、光出射度Mv 光源单位发光面积发出的光通量，以字符Mv表示。 单位：流[明]每平方米(lm/m2)。定义式：
M
v
dv dA
（5-6）
3、光照度Ev 单位受照面积接受的光通量，以字符Ev表示，单位 ：勒[克斯]（lx），1lx=1lm/m2。定义式：
e
dQe dt
（5-1）
3、辐[射]出[射]度Me 辐射源单位发射面积发出的辐通量定义为辐射源的
辐出度，以Me表示，单位：瓦[特]每平方米(W/m2)。
定义式：
M
e
de dA
（5-2）
4、辐[射]照度Ee
辐射照射面单位受照面积上接受的辐通量，以字符
Ee表示，单位：瓦[特Ee]每d平dA方e 米(W/m2)
四、光束经界面反射和折射后的亮度
入射光束：入射角i，立体角为 dΩ，在界面上的投射面积为dA， 亮度为L．则入射光的光通量为：
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,色度学基础知识
光度学基本知识
即得
I cosα I ' cosα ' + 2 R R '2 4 I = 60cd , cosα = ; I ' = 48cd 6 12 cosα ' = 122 + 62 − 42 E=
(
R = 6, R' = 122 + 62 − 42
(
)
)
最后得
60 × 4 48 × 12 E= + = 1.385lx 3 3 6 164
其中 :[C]——某一特定颜色 , 即被匹配的颜色 ; [R]、[G] 、[B]——红、绿、蓝三原色 ; r 、 g 、 b ——红、绿、蓝二原色的比例系数 , 以表示相对刺激量 ; ≡——表示匹配关系 , 即在视觉上颜色相同 , 而不是指能量或光谱成分相同
三原色系数相加等于 1, 即 r+g+b=1
饱和度= 单色光流明数/（单色光流明数+白光流明数）
明度 用它来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 色调和饱和度合称色品，是颜色的色度学特征；亮度是颜色的光度学 特征。色调、饱和度和明度这三个感觉量一起决定了颜色的特征。
色度学基本知识
四、表色系统
表色系统可分为两大类。一类是以彩色的三个特性为依据 , 即按色 调、明度和饱和度来分类 ; 另一类是以三原色说为依据 , 即任一给定 的颜色可以用三种原色按一定比例混合而成。在此 , 简单介绍一下后 一类表色系统——三色分类系统。该系统是以进行光的等色实验结果 为依据、由三刺激表示的体系。用的最广泛的是 CIE 表色系统。 视觉器官对剌激具有特殊的综合能力 , 即无论受单一波长的单色光刺 激还是受一束包含各种波长的复合光剌激 , 眼睛都只产生一种颜色感 受。研究证明 , 光谱的全部颜色可用红、绿、蓝三种光谱波长的光按 不同比例混合而成。用不同比例的上述三种原色相加混合成一种颜 色 , 用颜色方程可表达为 [C]≡r[R]+g[G]+b[B]
FPD第一章 光度学和色度学基础
9 CIE色度图
单色光 光谱轨迹曲线
复合光
纯紫曲线 非光谱色光 轨迹
10 色坐标计算
例如 λ＝450nm的单色光，由表得: X＝x＝ 0.3362，Y＝y＝ 0.0330，Z＝z＝ 1.7121 则 x＝x/(x+y+z)＝0.1615 y＝y/(x+y+z)＝0.0159 z＝z/(x+y+z)＝0.8226 将可见光各波长的x、y值均在CIE 色度上画出，则可得所 有可见光的色坐标为一舌形曲线。自然界中任何一种可能 的颜色都在舌形及其下端连线之内，此范围外的点均为不 存在的颜色。一个光源的发光光谱I(λ)是已知的， 则发光 色度可用下面的方法计算： Ｘ＝ΣI(λ) x Ｙ＝ΣI(λ) y Ｚ＝ΣI(λ) z 再归一化。
第一章 光度学和色度学基础
１ 亮度
亮度：亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。 不仅与客观有关，而且与人的视觉有关，它是一个心理物理 量。 Pe()是辐射能量—客观物理量，V()是相对视见函数。人眼作为 光接收器，对各种波长的光的灵敏度不一样，只对可见光380 －780nm能感受，因而紫外光、红外光的辐射虽也是功率辐 射，但却亮度为零。人眼作为一个生理因素，随年龄，生理因 素而异。 亮度的单位是坎德拉/平方米(cd/m2)，旧单位也用尼特(nit) 。
16 色域与显示效果
左为50% NTSC，右为80% NTSC
17 LCD Backlight and Color Gamut
CFs, CCFL, LED CIE 1976 Chromaticity
CCFL
LED
400
450
500
550
600
650
FPD第一章光度学和色度学基础
亮度第一章光度学和色度学基础１亮度可见度２可见度3 光通量光通量是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，用符号3相对视见函数视见函数3相对视见函数暗适应双重视觉论锥体细胞明视觉杆体细胞暗视觉４各种亮度的实例5颜色的基本特性什么是颜色视觉系统能感觉的波长范围为纯颜色用光的波长定义，称为光谱色用不同波长的光进行组合时可产生相同的颜色感觉显示器件的多色性可大大增加显示的信息和功能。
颜色是可以定量表示的。
5颜色的基本特性5颜色的基本特性颜色消色和彩色光谱色和混合色5颜色的基本特性CIE(国际照明委员会)表色体系孟塞尔表色体系色调、明度、饱和度6CIE 1931标准色度系统定量表示颜色的体系称为色坐标，发光的颜色可由色坐标中的点来表示。
6CIE 1931标准色度系统７三基色标准的光谱分布-光谱三刺激值８CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值x y z x y z单色光复合光9CIE 色度图10 色坐标计算＝450nm的单色光，由表得x y zx x+y+zy x+y+zz x+y+z自然界中任何一种可能的颜色都在舌形及其下端连线之内，此范围外的点均为不存在的颜色。
xyz10 单色光色坐标计算x(λ)、y(λ) 、z(λ)x(λ)y(λ)z(λ)11色差椭圆图向各个方向的辐射线11恰可察觉色差椭圆图12主波长和色纯度颜色S 1的主波长颜色S 2的补色波长13等色调波长线和等饱和度线等色调波长线：等饱和度线14 电视的色域15 色域（Color Gamut）计算公式15 色域（Color Gamut）计算公式16 色域与显示效果40045050055060065070017LCD Backlightand Color Gamut CFs, CCFL, LED CIE 1976 Chromaticity CCFL LEDMost NB & LCD monitorsuse LED BLU R. Lu et al, Opt. Express 14, 6243 (2006)18 孟塞尔表色体系 用色调、饱和度和明色调用角度标定，红饱和度的深浅用半径明度用垂直轴表示采用色调Ｈ、明度Ｖ。
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
光度学与色度学 1 光度学基础
发光效率 102 lm/W 发光效率 54 lm/W 发光效率 95 lm/W
发光效率（luminous efficiency)：光源发出的光通量÷光源输入效率 发光效能（luminous efficacy)：系统发出的光通量÷系统输入效率 引申：对植物的光效……
2. 光度量：发光强度
一个电珠，光通量一样，装于手电筒后，“效果”不同
最常见物体的颜色给人们的记忆以深刻的印象这个颜色变成了印象的固定特征一切人们经验所知的东西都是通过记忆颜色的眼睛去观察颜色恒常性是与物体的物理属性以及记忆色有一定的关系
光度学与色度学 第一章 光度学基础
物理与光电工程学院
黄曦
1. 辐射度量
为了对光辐射进行定量描述，需要引入计量光辐射的物理量。
对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度单位和光度单位两套不同的体系。
即人眼对不同波长的辐射产生光感觉的效率。
K ( ) e
光谱光视效率
2. 光度量：光通量
平均人眼是什么意思?
平均人脸(●’◡’●)
2. 光度量：发光强度
相同功率，不同光源发出的光通量不同：
400 W 高压钠灯 光通量 48000 lm 400 W 高压汞灯 光通量 21600 lm 400 W 金卤灯 光通量 38000 lm
3. 人眼视觉特性：人眼构造
思考：上帝的眼睛 VS 达尔文的眼睛
/article-412311.html
科学知识 科学思维
3. 人眼视觉特性：黑白视觉特性
3.2.1 成像功能：自调焦的成像系统
3. 人眼视觉特性：黑白视觉特性
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36
空间中的光
光 源
投影缩减效应 (Foreshortening )
37
空间中的光
光 源
投影缩减效应 (Foreshortening )
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空间中的光
投 影 缩 减 面 积 (forshortened area)
39
空间中的光
辐射能������ (Radiant Energy): 空间某个区域当中全 部的光辐射能量 ,可以想象为光子数目的多少 , 单位是“ 焦耳”
������ ������ = ������ ������������
42
空间中的光
光 源
43
空间中的光
辐射强度 ������ (Radiant Intensity): 通过一个没有面 积的点的辐射通量难以用照度描述，因此考虑 一个立体角内的辐射通量，单位是“ 瓦特 / 球 面度”
������ ������= ������ ������ ������
34
空间中的光
球 面 坐 标 与 立 体 角
光通常是从空间中某个特定角度范围照射到物 体或者从光源辐射出去的
球面度(steradian) dω= dA/r2
35
空间中的光
立体角ω和球面坐标������,������的关系
球 面 坐 标 与 立 体 角
������������ = ������������������ ∗������������������������������������������ = ������2������������������������������������������������
8
光的特性与度量
光源
◦ 热辐射体：光谱连续
太阳辐射功率谱
9
光的特性与度量
光源
◦ 热辐射体：光谱连续
◦ 非热辐射体：不以高温为发光基础，光谱不规则。
Spectral Irradiance
200 280 360 440 520 600 680 760 Wavelength (nm)
10
光的特性与度量
如果白光中短波长的光能量较多则呈现 偏 蓝 色 调 的 “冷 ”白 光 ， 而长 波长的 光能量 较多则呈现偏红橙色调的“ 热
7
光的特性与度量
光谱颜色波长的范围
颜色 红 橙 黄 黄绿 绿 青 蓝 紫 波长范围（nm） 620~780 590~620 560~590 530~560 500~530 470~500 430~470 380~430
21
光的特性与度量
( CIE,1951)
22
光的特性与度量
光度学国际标准单位
◦ 光 强 度 I V ： 基 本 单 位 cd (Candela), 定 义 为 555nm光辐射强度为每球面度 1/683瓦时的 光 强度。
◦ 光通量ΦV：导出单位lm(Lumen),1lm= 1cd·sr ； 假设光源波谱为Φe, 总的光通量：
44
空间中的光
LED lamps require less power to emit light than the older light souces. Efficiency is denoted in luminous flus (measured in lumen) per unit added power (meansured in watt). As about one fourth of world electricity consumption is used for lighting purposes, the highly energy-efficient LED lamps contribute to saving the Ea r t h’s resources.
������ = ������������������������������ sin(������) ������ = ������������������������(������)
33
空间中的光
球 面 坐 标 与 立 体 角
光通常是从空间中某个特定角度范围照射到物 体或者从光源辐射出去的
弧度(radian) = dΦ/r
40
空间中的光
辐射通量 ������ (Radiant Flux): 单位时间内通过某 片区域(area)的辐射能，单位是“ 瓦特”
������ ������ = ������ ������������
41
空间中的光
辐射照度 ������ (Irradiance): 单位面积上的辐射通量， 单位是“ 瓦特/ 平米”
11
光的特性与度量
普朗克 曲线
12
光的特性与度量
5780 K
不同温度黑体辐射光谱
13
光的特性与度量
5780K黑体辐射光 谱
14
光的特性与度量
色温(color temperature)：光源的属性，数值 等于与光源同色度的黑体的温度。
◦ 色温 ≠ 光源温度 （通常：色温≤温度） ◦ 光谱功率分布曲线不一定相同(同色异谱、相关色温) 光源 火柴 蜡烛 白炽灯 (相关)色温 1700 K 1850 K 2700 – 3300 K 光源 演播室照明 月光 CRT屏幕 (相关)色温 3400 K 5600K 4100 K 9300 K
视听信息系统导论
陈健生
清华大学电子工程系
信息认知与智能系统研究所
王东
清华大学信息技术研究院
语音和语言技术研究中心
1
第二章 光度学与色度学基础
Photometry and Colorimetry
2
光度学(Photometry): 度量人类视觉系统 感知可见光亮度的科学。
辐射测量学(Radiometry): 度量包括可见光在内 的电磁波辐射的科学。
������������ = ������������ ������2 = ������������������������������������������������
න ������������ = ඵ
������������������������������������������������ = 4 ������
15
光的特性与度量
16
光的特性与度量
标准光源：国际照明委员会(CIE)规定作为照 明光源的标准。 ◦ A (2854 K) ◦ B (4800 K) ◦ C (6770 K) ◦ D65 (6500 K) ◦ 等能白光E
17
光的特性与度量
辐射测量是不限于可见光的辐射物理 学参量的客观度量。 光度测量是以对人产生“视感度” 的 可 见光波段的辐射量主观度量。 两种相应的参量都用同样的字母，只 是用脚注加以区分：辐射用e，光度用v 。
需要指定场景中每个点上来自各个方向的光辐 射强度。
6
光的特性与度量
可见光波长380~780nm，不同波长呈现 不同的颜色，随着波长减小依次为：
红 橙 黄 黄绿 绿 青 蓝 紫
单色光：单一波长成分, 例555nm黄绿光 。
复合光：两种以上波长成分。 380~780nm 的光波给人以白光的综合感 觉。
光的特性与度量
辐射测量
辐射能 辐射通量
Radiant Energy Radiantnergy Luminous Flux
辐射强度 Radiant Intensity 光强度 Luminous Intensity
辐射照度
Irradiance Radiance
色度学(Colorimetry): 从物理上量化和 描述人类颜色知觉的科学。
光谱学(Spectrophotometry): 对电磁波谱进行 量化研究的科学。
3
《图像 信息系 统原理》
第二章 光度学与色度学基础
•
•
2.1 3.1
《 Computer Vision a modern approach》
I E L
v
辐射照度
辐射亮度
e
瓦/ 米 2(W / m2) 瓦 / 米2 · 球面度 ( W / m 2 · sr )
照度
v
坎德拉 ( cd ) 流明 / 球面度 ( lm / sr ) 勒克斯 ( lx ) 流明 / 米2 ( lm / m2 )
亮度
v
坎德拉 / 米 2 ( cd / m2 )
19
v 683 e V d
380 780
◦ 亮度LV：导出单位cd/m2。 ◦ 照度Ev：导出单位 lx(Lux), 1lx = 1lm/m2
23
光的特性与度量
光源的发光功效 (Luminous Efficacy)与发 光效率（Luminous Efficiency)
18
光的特性与度量
辐 射 测 量 与 光 度 测 量 单 位
辐射测量
名称 辐射能 符号
单位
光度测量
名称 光量 符号
单位
辐射通量
辐射强度
Qe Φe Ie E L
e
焦 耳 ( J)
瓦特 ( W ) 瓦 / 球面度 ( W / sr )
Q v 流明· 秒 (lm·s ) 流明( lm ) 光通量 Φv
光强度
2
第二章 光度学与色度学基础
•
•
光的特性与度量
空间中的光
•
• •
表面上的光
颜色感知与表示 表色系统
29
空间中的光
空间中的光
亮度
表面上的光
30
空间中的光
辐 射 测 量
什么是光的(辐射)亮度?
如何去度量? 光和表面之间如何相互作用 ?
31
空间中的光
辐射亮度的测量
W / m2·sr ?