光度学课程总结,考试复习必备

dIe dIe0 cos
(1.2-6)
d
式中Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射强
度。符合上式规律的辐射体称为余弦辐
d
射体或朗伯体。(1.2-6)式代入(1.2-5)式 得到余弦辐射体的辐射亮度为
dS S
Le
dIe0 dS
Le0
(1.2-7)
可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，
图2 辐射亮度示意图
• 研究范围：使人眼产生色感刺激的度量，研究人眼辨认物体的明亮程 度、颜色类型和颜色的纯洁度（明度、色度、饱和度）。与光学、光 化学、视觉心理和视觉生理等学科相关。
第一章 辐射度量、光辐射度量的基础
立体角： • 在计算机图形学中，光源和视点常被看成点。用面积来度量不太适合，
而是用立体角(solid angle)来描述。立体角的度量单位为球面度 sr(steradians) 。
定义或定义 式
单位
辐射能 辐射通量 辐射出射
度 辐射强度 辐射亮度 辐射照度
Qe e Me Ie Le Ee
e＝dQe/dt Me=dedS Ie=de/d Le=dIe/(dSc
os) Ee=de/dA
J W W/m2 W/sr W/m2 •sr W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
与方向角无关。余弦辐射体的辐射出射
度为
Me
d e
dS
Le0
⑹辐射照度：在辐射接收面上的辐照度定义为照射在面元dA上的辐射通量与
该面元的面积之比。即
Ee
d e
dA
单位：（W/m2）。
⑺单色辐射度量：对于单色光辐射，同样可以采用上述物理量表示，只不过
均定义为单位波长间隔内对应的辐射度量，并且对所有辐射量X来说单色辐射
红外辐射：波长在0.77~1000m的是红外辐射。通常分为近红外、中红外 和远红外三部分。
1. 辐射量
⑴ 辐射能：辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可
见光和红外辐射）能量。辐射能一般用符号Qe表示，其单位是焦耳（J）。
⑵ 辐射通量：辐射通量e又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐
Qv v Mv Iv Lv Ev
Qv=v dt v=Iv d Mv=dv/dS
基本量 Lv=dIv/(dSc
os) Ev=dv/dA
lm•s lm lm/m2 cd cd/m2 lx
光视效能：光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单
色光通量。即光视效能K定义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，
辐射度学 • 研究内容： 电磁辐射光学波谱范围内辐射能的计算与测量 • 光学波谱的范围：0.1nm-0.1cm 可见光：390-770nm
光度学
• 研究内容：使人眼产生总的目视刺激的度量。包括光辐射能的客观度 量和人眼视觉的生理和感觉印象等心理因素。用标准的人眼视觉响应 的探测器对辐射能的度量。
色度学
与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或 光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。坎德拉不仅是光度体系的基本 单位，而且也是国际单位制（SI）的七个基本单位之一。
表1：常用辐度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
对应的光度量
物理量名 称
符 号
定义或定义式
单位
物理量名 称
符 号
可见光：通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在 390~770nm范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可 见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、 绿色、青色、蓝色和紫色。
紫外辐射：紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是 1~390nm。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几 乎会被完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为真空紫外辐射。在进行太 阳紫外辐射的研究中，常将紫外辐射分为A波段、B波段和C波段。
度量与辐射度量之间均满足
பைடு நூலகம்
X e 0 X e, d
2. 光度量
由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，故用辐射度单位描述 的光辐射不能正确反应人的亮暗感觉。光度单位体系是一套反映视觉亮暗 特性的光辐射计量单位，在光频区域光度学的物理量可以用
Qe、e、Ie、M e、Le、Ee 与 Qv、v、I v、M v、Lv、Ev 辐度学的基本物理 量对应的来表示，其定义完全一一对应，其关系如表1所示。
(1.2-12)
人眼
• 物体表面对可见光谱所有波长反射比都在80%-90%以上时，物体为 白色；其反射比在4%以下时，物体为黑色。
射能量，即
e
dQe dt
单位：瓦特（W）或焦耳•秒（J•s）。
⑶ 辐射出射度：辐射出射度Me是用来反映物体辐射能力的物理量。定义
为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即
单位：W/m2。
Me
d e
dS
⑷ 辐射强度：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量，用
Ie表示，即
Ie
d e d
单位：瓦特•球面度-1（W•sr-1）。
即
单位：流明/瓦特（lm/W）。
K
v e
(1.2-11)
通 过 对 标 准 光 度 观 察 者 的 实 验 测 定 ， 在 辐 射 频 率 5401012Hz （ 波 长
555nm）处，K有最大值，其数值为Km=683lm/W。单色光视效率是K 用Km归一化的结果，其定义为
V
K Km
1 Km
v e
d
ds r2
r2
sin d d
r2
sin d d
sin d d
球面的立体角
• 立体角是平面角向三维空间的推广。在二维空间，2π角度覆盖整个单 位圆。在三维空间， 4π的球面度立体角覆盖整个单位球面。
光辐射：以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元 件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长 在10nm ~ 1mm，或频率在31016Hz~31011Hz范围内。一般按辐射波长 及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。 一般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长用m表示。波数的单位 习惯用cm-1。
⑸ 辐射亮度：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。如
图2所示。
Le
dI e
dS cos
d 2 e
ddS cos
(1.2-5)
式中是给定方向和辐射源面
一般辐射体的辐射强度与空间方向有
元法线间的夹角。
关。但是有些辐射体的辐射强度在空间
方向上的分布满足 单位：瓦特/球面度•米2（W/sr•m2）。