光学基本知识1

光学基本知识

第一章光的基本单位

第一节光是电磁波

电磁波是一个大家族。宇宙射线、γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线，以及雷达、电视广播、调频广播、中短波广播、电力传输等都是电磁波这个大家族中的成员。

在电磁波这个家族中，是按波长（或频率）来区分它们的。波长（或频率）不同，它们的性质也就不同。在上述排列中，宇宙射线的波长最短，电力传输的波长最长。可见光的波长范围是从380nm到780nm。nm（纳米）是长度单位，一纳米等于十亿分之一米，即1nm=10-9m。在可见光范围内，波长不同，其颜色也不相同。波长从380nm到780nm，它们的颜色分别是紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。波长比380nm再短的电磁波是看不见的，因为它们在紫光的“外边”，因此，它们叫紫外线。同样的道理，波长比780nm更长的电磁波也是看不见的，它们叫红外线。

第二节光的基本单位

一、光通量

光通量也叫发光通量，它是光源在单位时间内向空间发射出的能使人产生光感的辐射能通量。

二、发光强度

光源在单位球面度内所发出的光通量即发光强度。它是光功率的空间密度。它的单位是cd（坎得拉），符号为I。

三、照度

照度是单位被照面上所得到的光通量，单位是Lx（勒克斯），符号是E。

表1.3.1常见的照度值

四、亮度

在给定方向上的发光强度与发光面积在此方向上的投影面积之比即光源的亮度。单位是nt（尼特），符号是L。

五、光源的发光效率

光源所发出的光通量与该光源所消耗的电功率的比值称为该光源的发光效率，简称光源的光效。

六、光源的寿命

光源的寿命分为全寿命和有效寿命两种。

光源从点燃开始到寿终的全部累计点燃时间称为光源的全寿命。而光源从点燃开始到发光效率下降到初始值的70%时的累计点燃时间称为该光源的有效寿命。

第二章色度学原理

第一节色度学与色度图

为了定量地研究混合色的规律，国际照明委员会从太阳光谱中挑选了红、绿、蓝三种颜色作为基本色，即所谓的“三基色”。并且，国际照明委员会对三基色作了严格的定义：

红色——波长为700nm，用英文字母R表示；

绿色——波长为546.1nm，用英文字母G表示；

蓝色——波长为435.8nm，用英文字母B表示。

任何一个彩色量，可以用三个要素表示它，这就是：

1、色调——即色别，表示不同的彩色；

2、饱和度——用来说明彩色浓度的；

3、亮度——表示这个彩色量的明亮程度。

研究发现，三基色的混合比例决定颜色的色调和饱和度。色调和饱和度简称色度。三基色的亮度和等于混合色的亮度。

第二节光的发射与黑体

物质发光的形式之一就是热辐射。例如卤钨灯中的钨丝，温度低时，它发射看不见的红外线。温度上升到大约500℃时，开始辐射暗红色的可见光，1500℃时，光线开始变白。

一种典型的热辐射就是黑体辐射。所谓“黑体”是指吸收系数和辐射系数均为1的假想体。

第三节光源的色温

如果你参观过炼钢厂，你会发现，炼钢工人一看钢水的颜色，

就知道钢水是多少度。这是因为，钢水的一种颜色，代表了钢水的一定温度。反过来，钢水在一定温度下，也呈现出一定的颜色。随着钢水温度的提高，钢水会由暗红、红，变为黄，再变为白色。钢水温度和颜色存在唯一的对应关系。为了更准确的表明光源的颜色，实际应用中，不是用钢，而是借助黑体（例如碳就接近黑体）来描述光源的颜色。

如果有一个光源接通电源后，它的颜色正好与黑体在3200K 时的颜色一样（K为绝对温度，绝对温度OK，是摄氏-273℃），我们就把黑体的3200K说成是光源的颜色。因为黑体在3200K 时，既代表了这时黑体的颜色，也代表了与之比较的光源的颜色。当然，若某一个光源接通电源后，其颜色与黑体在5600K时的颜色相同，我们就说这个光源的颜色是黑体5600K时的颜色。晴天时太阳的颜色就是黑体5600K时的颜色。这是一种用黑体的温度表示光源颜色的方法，正确地说应该叫“温度颜色”，简称“温色”。光源的色温是颜色，是用黑体温度表示的颜色。

我们知道，电影胶片分为日光型和灯光型两种。日光型胶片要求在晴天的日光下拍摄，日光的色温约为5600K，灯光型胶片色温为3200K。

对电视摄像机而言，一般有两个色温档位，一档为3200K，另一档为5600K。

第四节色温变换

色温变换实际就是用滤色片吸收光源中的某些光谱成分，从

而改变光源经滤色片后的光谱成分。例如，如果适当地滤掉光源中的一部分蓝光，光源经滤色片后的光谱成分中，蓝色光减少了，相对地红色就显得多一些，因而看上去光源的颜色就偏红一些，即光源的色温降低了。相反，如果用滤色片适当地滤掉光源光谱成分中的一部分红光，光谱成分中蓝光相对地比原来多一些，因而看上去光源偏蓝一些，也就是光源的色温升高了。

第五节色温平衡

在摄制或录制电视节目时，应注意色温平衡的问题。它是良好色再现极其重要的条件之一。

所谓色温平衡，包括两个方面的含义：其一，是要保证光源色温与摄像机要求的色温相一致；其二，在一个场景中，要保证各个光源的色温相一致。

第六节光源的显色指数

物体的颜色，除了物体本身的光谱反射特性之外，还与照明的条件有关。一张白纸，在日光照射下是白色，在红光照射下就会变成红色；一块蓝布，在日光下是蓝色的，如果用红光照射蓝色的布，蓝布就会变成“黑色”。

人们说物体的颜色，不言而喻是指在日光下的颜色。

在研究光源的颜色特性时，是以日光做标准的。日光的显色特性最好，我们把它定义为100（注意：不是100%！）。显色指数也叫综合显色指数或叫一般显色指数，用符号Ra表示。

为了准确测定光源的显色指数，国际照明委员会于1948年制