第五章 光度学和色度学基础剖析

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
来自百度文库
t
秒
s
电流
I
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：
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。
匀发关光于，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”。
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
第四节 颜色的分类及颜色的表观特征
一、颜色及其分类
▲ 颜色是一种和物理、生理及心理学有关的复杂现象. 颜色是不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官后所 产生的心理感受。人脑有记忆、联想等功能，因此人观 察到的颜色，往往带有有关颜色经验、背景颜色及物体 形状等心理因素的影响。
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，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
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，
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:
Iv
dv d
（5-8）
有效一能单个为位投1：5 影l坎m仪/[德W，拉.发采]光（用体c6dV为）50直。W径的3白m炽m的灯球照形明灯，丝灯，泡各的向光均视
以字符Фv表示，单位：流[明]（lm）。
有一2个、投光影出仪射，度采M用v 6V50W的白炽灯照明，灯泡的光视 效能光为源1单5 l位m/发W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：
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[‘steræd]或steradian[sti’reidiən]，简写sr
6、辐[射]亮度Le
（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。
▲ 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。
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)
。定义式： （5-3）
关于立体角 ▲立体角：
▲立体角的度量： 单位：球面(角)
度，英文sterad [‘steræd]或sterad ian[sti’reidiən]， 简写sr
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；
LdAsin2 U
从出瞳入射到像面dA’微面积上的光通量为
' L'dA' sin2 U '
若光学系统的光透射比为τ，则
' LdAsin2 U
轴上像点的光照度为：
E'
' dA'
L
dA dA'
sin 2
U
dA 1
dA' 2
E' 1 L sin2 U 2
（5-29）
像面轴上 点照度公 式：
当系统满足正弦条件时， nsinU
n' sinU '
E ' n'2 L sin 2 U '
n2
（5-30）
例：有一个投影仪，采用6V50W的白炽灯照明，灯泡的 光视效能为15 lm/W.发光体为直径3mm的球形灯丝，各向 均匀发光，要求屏幕照度为200 lx，投影系统物镜的垂轴放 大率为20倍，透过率为0.6，投影物镜的焦距为100mm。问 投影物镜的相对孔径为多少？
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：
e
dQe dt
（5-1）
N dФv
θ
dΩ
dA
单位：坎[德拉]每平方米(cd/m2) θ
cosθdA
有一个投影仪，采用6V50W的白炽灯照明，灯泡的光视
效能为15 lm/W.发光体为直径3mm的球形灯丝，各向均
匀发光，
第三节 成像系统像面的光照度
一、轴上像点的光照度
若物被看做是余弦辐射体，则微面积dA向孔径角为U 的成像光学系统发出的光通量Φ为：
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）
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