光度学和色度学基础

发光强度是光学基本量，是国际单位制中七个基本 量之一。
国际单位制中七个基本量
物理量名称 物理量符号 单位名称 单位符号
长度
l
米
m
质量
m
千克（公斤）kg
时间
t
电流
I
秒
s
电流
A
热力学温度 T
开[尔文] K
物质的量 n(v)
摩[尔]
mol
发光强度 I(Iv)
坎[德拉] cd
从发光强度的单位坎德拉可导出光通量的单位流明：
。定义式： （5-3）
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内发出的辐通量为dФe，则辐强度Ie为
I
e
de d
（5-4）
单位：瓦[特]每球面度(W/sr)。
注：球面(角)度——是立体角单位，英文 sterad[‘steræ d]或steradian[sti’reidiən]，简写sr
发光强度为1cd的匀强点光源，在单位立体角内发出的
光通量为1lm。
5、光亮度Lv 为描述有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布
的情况，采用光亮度这样一个光学量。发光面的元面积
dA，在和发光表面法线N成θ角的方向，在元立体角dΩ
内发出的光通量为dΦv，则光亮度Lv为
Lv
dv
cos dA d
（5-9）
▲ 实验表明，观察场明暗不同时，光谱光效率函数 亦稍有不同。
▲ 国际照明委员会（Commission Internationale de L‘Eclairage(法)或International Commission on Illumination(英)，缩写CIE）根据多组测试实验结 果，分别于1924年和1951年确定并正式推荐两种光谱 光效率函数：明视觉光谱光效率函数和暗视觉光谱光 效率函数，如图5-2所示。
Ev
dv dA
（5-7）
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内发出的光通量为dФv，则点光源在该方向上
的发光强度Iv为:
I
v
dv d
（5-8）
单位：坎[德拉]（cd）。
关于发光强度的单位：1979年第十六届国际计量大 会对发光强度的事位坎德拉作了明确的规定：“一个 光源发出频率为540×1012Hz（赫兹）的单色光，在 一定方向的辐射强度为1/683W/sr，则此光源在该方向 上的发光强度为1坎德拉”。
▲ 可以用辐射量和光学量这两种量值系统来度量可 见光。（1）把可见光做为纯物理现象来研究时，采用 辐射量量值系统；（2）研究与人的视觉有关问题时， 采用光学量量值系统更方便。
关于立体角 ▲立体角：
▲立体角的度量： 单位：球面(角)
度，英文sterad [‘steræ d]或ster adian[sti’reidiə n]，简写sr
第五章 光度学和色度学基础
第一节 辐射量和光学量及其单位 第二节 光传播过程中光学量的变化规律 第三节 成像系统像面的光照度 第四节 颜色的分类及颜色的表现特征 第五节 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律 第六节 颜色匹配 第七节 色度学中的几个概念 第八节 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值 第九节 CIE标准色度学系统 第十节 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
分清两点：
（1）可见光是波长在3.8×10-7～7.6×10-7m 的电磁 辐射，描述电磁辐射的物理量，即辐射量，也可用来 描述可见光；
（2）可见光是能对人的视觉形成刺激，并能被人感 受的电磁辐射。因而人们很自然地用视觉受到刺激的 程度，即视觉感受来量度可见光。按视觉响应原则建 立的表征可见光的量称作光学量。
6、辐[射]亮度Le
为表征有限尺寸辐射源辐通量的空间分布，采用“辐
亮度”这样一个辐射量。元面积为dA的辐射面，在和
表面法线N成θ角方向，在元立体角dΩ内发出的辐通量
为dФe，则辐亮度Le为
Le
c
de
os dAd
（5-5）
单位：瓦[特]每球面度平方米 (W/(sr·m2))。
N
dФe
θ dΩ
dA
θ
cosθdA
可见光辐射 (用辐射量度量)
人眼
是一种可见光 探测器
人眼的光感受 (用光学量度量)
▲ 视觉对不同波长光有不同的灵敏度
光学量和辐射量间的关系决定于人的视觉特性。实 验表明，具有相同辐通量而波长不同的可见光分别作 用于人眼，人所感受的明亮程度将有所不同，这表明 人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度。
▲ 人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数，称 之为光谱光效率函数。
▲立体角的计算：
一、辐射量
[ ]内的字，是在 不致混淆的情况
1、辐射能 Qe
下可以省略的字
以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称做辐射
能，常用字符Qe表示，单位：焦[耳]（J）。
2、辐[射能]通量Фe 单位时间内发射、传输或接收的辐射能称之为辐通
量，常用字符Фe表示，单位：瓦[特](W)，定义式：
发光面在θ方向 的发光强度
I
v
dv d
Lv
Iv
cos dA
（5-10）
N
dФv
θ dΩ
dA
单位：坎[德拉]每平方米(cd/m2) θ
cosθdA
表明，元发光面ห้องสมุดไป่ตู้A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
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：
图中的函数值已归一化。 V(λ)和V’(λ)两者峰值所 对应波长有所不同，V(λ) 的峰值在555nm处，而 V’(λ)的峰值507nm处.
（二）光学量和辐射量间的关系
在波长λ附近的小波长间隔dλ内，光通量dΦv(λ)和 辐通量Φe(λ)之间的关系可表示为：
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[E特e]每d平dA方e 米(W/m2)