光度学和色度学基础

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

（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；第一节辐射量和光学量及其单位

▲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。分清两点：

（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。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steradian[sti’reidiən]，简写sr▲立体角的计算：一、辐射量1、辐射能Qe

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）。[]内的字，是在不致混淆的情况下可以省略的字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：（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：

（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]每平方米(W/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（5-3）（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sr6、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内发出的辐通量为dФe，则辐亮度Le为（5-5）单位：瓦[特]每球面度平方米(W/(sr·m2))。θdΩdAcosθdAθNdФe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：（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：（5-7）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:（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”。

发光强度是光学基本量，是国际单位制中七个基本量之一。cd坎[德拉]I(Iv)发光强度mol摩[尔]n(v)物质的量K开[尔文]T热力学温度A电流I电流s秒t时间kg千克（公斤）m质量m米l长度单位符号单位名称物理量符号物理量名称国际单位制中七个基本量

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。

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.（5-9）发光面在θ方向的发光强度（5-10）θdΩdAcosθdAθNdФv单位：坎[德拉]每平方米(cd/m2)三、光学量和辐射量间的关系（一）光谱光效率函数

▲视觉对不同波长光有不同的灵敏度人眼是一种可见光探测器可见光辐射(用辐射量度量)人眼的光感受(用光学量度量)

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。

▲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（CommissionInternationaledeL‘Eclairage(法)或InternationalCommissiononIllumination(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。

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：明视觉条件下：暗视觉条件下：（5-11）（5-12）

Km=683lm/W为明视觉条件下波长λ=555nm、V(λ)=