第2讲 光度学基础

第2讲光度学基础

可见光谱：在电磁辐射范围内，只有从380-780 (nm) 波长的电磁辐射能够引起人的视觉，这段波长叫做可见光谱。

光学辐射：指波长为1纳米到1毫米范围的电磁辐射，它主要包括紫外辐射、可见辐射和红外辐射等部分。分为：可见辐射和不可见辐射。

可见辐射（可见光）：

对于人来说，能为眼睛感受并产生视觉的光学辐射称为可见辐射。这种来及外界的可见光辐射刺激人的视觉器官，在脑中产生光、颜色、形状等视觉印象，而获得对外界的认识。

1、视觉

光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后便产生视觉。人的视觉器官不但反映光的强度，而且也能反映光的波长特性。前者表现为亮度的感觉，后者表现为颜色的感觉。

通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信息，至少有80％以上的外界信息经视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。

杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。

脉冲信号通过视神经传送到大脑。

从而产生视觉效应，使人们能看到物体

杆体细胞：只在较暗条件下（在亮度为0.001cd/m2以下）起作用，适宜于微光视觉，感光灵敏度高，仅能分辨明暗，不能分辨颜色和细节。杆体细胞不能分辨色彩的原因是因为它只含有一种类型的感光色素，这些感光细胞集中在视网膜的外围部分，引起的是外围视觉。锥体细胞:在光亮（亮度为3cd/m2以上）条件下，能够分辨颜色和物体的细节。

其原因：在高亮度条件下，杆体细胞响应饱和，视觉完全由锥体细胞引起，锥体细胞可能含有敏红素、敏绿素和敏蓝素三种感光色素中的一种，分别称为L型（长波，590nm）、M 型（中波，540nm）以及S型（短波，450nm）锥体细胞。由于光谱灵敏度不同，这些感光色素使我们能够区分色彩。锥体细胞集中在视网膜的中心部分，密度在外围下降。锥体细胞灵敏度较低但空间分辨率较高。

明视觉、暗视觉、中间视觉

1912，冯·凯斯（J. V on Kries）根据上述现象，提出了视觉的二重功能学说，认为视觉有两重功能：视网膜中央的“锥体细胞视觉”和视网膜边缘的“杆体细胞视觉”，也叫做“明视觉”和“暗视觉”。

当环境亮度介于0.001cd/m2 和3cd/m2 之间称为中间视觉。此时视网膜上的锥体细胞和杆体细胞同时起作用，蓝光比红光更为明亮。

明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min

暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时

4、视觉适应

在变化的各种亮度、光谱分布、视觉刺激下，视觉系统会相应地做出调整以适应这种变化过程。

明适应：黑暗环境到明亮环境

暗适应：明亮环境到黑暗环境

光通量（Flux ）Φv （流明，lm ）

按照CIE 标准光度观察者的视觉特性来评价的辐射通量，即为光通量，它表示光源的发光能力。

发光强度（Luminous Intensity ）：点光源在给定方向上单位立体角内发射的光通量，也可解释为在一定方向上单位立体角内所发出的光通量。 单位：流明/球面度（lm/sr ）或坎德拉（cd ）。

亮度（Luminance ）：离开，到达或者穿过某一表面，单位立体角单位投影面积上的光通量。单位：坎德拉每平方米（cd/m2，也可用尼特（nt ）表示）。

照度（Illuminance ）：投射在单位面积上的光通量。单位：流明每平方米（lm/m2，也称为勒克斯lx ，即1lm/m2=1lx ）

发光效率(Luminous Efficiency)：光源把消耗的能量（注：光源的输入电功率）转换为视觉的能力。

单位：lm/W ，即每瓦电力所发出的光的量，其数值越高表示光源的效率越高。

计算 法线照度：

水平面照度：

垂直面照度：

非工作区最小照度20lx

道路最小亮度？

点光源一般当光源的最大尺寸不超过光源至被照平面间的最小距离的五分之一（立体角小于0.025sr ）时，就可将此光源看作点光源。

N 平面的P 点照度(法线照度)—平方反比定律

Ω

Φ=d d I v v θθcos cos **dS I dS I dS d d dS d d L v v

v v =≡ΩΦ=ΩΦ≡dA d E v v Φ=2L I E n =θcos n h E E =θsin n p E E

=2l

I dA d I dA d E v n v n v vn θθω==Φ=

H 平面的P 点照度—余弦定律

H 平面的P 点照度—余弦立方定律 θθθθθθθ3222cos cos )cos /(cos h I h I l

I dA d E v v v h v vh ===Φ=θθcos 2l

I dA d E v h

v vh =Φ=