光度学和色度学基础

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。
。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
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：
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：
▲ 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
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：
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)
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
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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
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）
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
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。
▲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：
▲ 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”。