1、光度學與色度學第1頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一輻射度學通過電磁光譜來處理輻射能的測量。輻射度學主要研究頻率為31011 31016Hz的光輻射，對應于0.011000m微米的波長。波段范圍包括紅外、可見光、紫外線。研究電磁波輻射的測試、計量和計算的學科稱為“輻射度學”第2頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一光度學與輻射度學類似，但它只處理人眼可感知的光，即可見光，波長范圍為380780nm(納米)。波長450nm對應于藍色，540nm對應于綠色，659nm對應于紅色。研究可見光的測試、計量和計算稱為“光度學”第3頁，共29頁，2022年，5月20日，

2、4點3分，星期一立體角的定義： 一個任意形狀的封閉錐面所包含的空間稱為立體角，用表示。 以錐體頂點為球心，任意r為半徑作一球面，此錐體在球面上的截面為S，則立體角表示為第4頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一5-1 輻射量和光學量及其單位可見光的描述：輻射量（純物理現(xiàn)像）和光學量（視覺感受）可見光是波長在3.810-77.810-7米范圍內(nèi)的電磁輻射，描述電磁輻射的物理量，即輻射量，也可用來描述可見光；可見光是能對人的視覺形成刺激并能被人感受的電磁輻射，因而人們很自然地用視覺受到刺激的程度（引起的心理反應），即視覺感受來量度可見光。按這種視覺響應原則建立的表征可見光的量稱作光

3、學量。由此可見，可見光是可以用輻射量和光學量這兩種量值系統(tǒng)來度量的。把可見光做為純物理現(xiàn)像來研究時，應采用輻射量量值系統(tǒng)；而研究與人的視覺有關(guān)問題時，采用光學量量值系統(tǒng)可能更方便。第5頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一、輻射量0.輻射能 1.輻通量2.輻出度3.輻照度4.輻強度 5.輻亮度5-1 輻射量和光學量及其單位二、光學量1.光通量【流明】 2.光出射度 3.光照度【勒克斯】4.發(fā)光強度【坎德拉】5.光亮度除“輻射能”以外，其他一一對應。 第6頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一輻射強度：單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量。給定方向上取立體角d，在d范圍內(nèi)的

4、輻射通量為de。把de與d之比稱為輻射體在該方向上的“輻射強度”發(fā)光強度：與輻射強度相對應。它表示在指定方向上光源發(fā)光的強弱，即單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量第7頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一第8頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一重要常識（1）發(fā)光強度：發(fā)光強度的單位為坎德拉(cd)。1979年第十六屆國際計量大會對發(fā)光強度的單位坎德拉作了明確的規(guī)定：“一個光源發(fā)出頻率為5401012HZ (赫茲)的單色光，在一定方向的輻射強度為1/683 W/sr，則此光源在該方向上的發(fā)光強度為1坎德拉”。發(fā)光強度是光學基本量，是國際單位制中七個基本量之一。（2）流明：

5、從發(fā)光強度的單位坎德拉可以導出光通量的單位流明：發(fā)光強度為1坎德拉的勻強點光源，在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為1流明。（3）常見發(fā)光表面的光亮度值（表5-1)第9頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一5-1 輻射量和光學量及其單位三、光學量和輻射量兩種量值系統(tǒng)間的關(guān)系（一）光譜光效率函數(shù)-視見函數(shù)1、人的視覺特性：輸入（輻射量）輸出（光學量） 就其實質(zhì)而言，人眼就是一種可見光探測器，其輸入為用輻射量度量的可見光輻射，而輸出為用光學量表示的光感受。所以，光學量和輻射量間的關(guān)系決定于人的視覺特性第10頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一（一）光譜光效率函數(shù)-視見函數(shù)

6、2、光譜光效率函數(shù)： 人的視覺對不同波長光響應的靈敏度是波長的函數(shù)。 實驗表明，具有相同輻通量而波長不同的可見光分別作用于人眼，人所感受的明亮程度將有所不同，這表明人的視覺對不同波長光有不同的靈敏度。 人對不同波長而輻通量相同的光響應的靈敏度是波長的函數(shù)，稱之為光譜光效率函數(shù)。也叫視見函數(shù)（視感程度） 實驗表明，觀察場明暗不同時，光譜光效率函數(shù)亦稍有不同。國際照明委員會（CIE）根據(jù)多組測試實驗結(jié)果，分別于1924年和1951年確定并正式推薦兩種光譜光效率函數(shù)：明視覺光譜光效率函數(shù)暗視覺光譜光效率函數(shù)第11頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一光譜光效率函數(shù)人的視覺對不同波長光

7、響應的靈敏度是波長的函數(shù)。第12頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一（二）光學量和輻射量間的關(guān)系光譜量（微分形式）d內(nèi) 積分量（積分形式）可見光范圍內(nèi) 注意：1）明視條件和暗視條件2）其他對應量之間有相同的關(guān)系3）光學量輻射量：對同等大小的輻射量因波長不同，視覺感受不同4）光功當量：明視覺、暗視覺5）名稱、定義（物理意義）式、單位6）各種輻射量和光學量代表符號中的下標e和v，在不致混淆的情況下，可以不必標出，例如，發(fā)光強度Iv 和光照度Ev可分別寫做I、E等。 第13頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一5-2 光傳播過程中光學量的變化規(guī)律一、點光源在有限距離

8、的表面上形成的照度照度平方反比定律：點光源在被照表面上形成的照度與被照面到光源距離的平方成反比。照度余弦定律 ：當光源到被照明表面的距離不變時，角為零時，照度值最大。隨著角的不斷增大，照度值將變小。即被照明表面處的照度與光線入射角的余弦成正比。 第14頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一二、面光源在距離為r的表面上形成的照度三、單一介質(zhì)元光管內(nèi)光亮度的傳遞四、光束經(jīng)界面反射和折射后的亮度五、余弦輻射體特點 1發(fā)光強度空間分布特點：發(fā)光強度空間分布為余弦分布 2光亮度空間分布特點：在各方向的光亮度相同第15頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一五、余弦輻射體 余

9、弦輻射體可能是自發(fā)光面，如絕對黑體、平面燈絲鎢燈等；也可能是透射或反射體。受光照射經(jīng)透射或反射形成的余弦輻射體，稱做漫透射體和漫反射面。乳白玻璃是漫透射體，其經(jīng)光照射后透射光強度分布如圖58a所示；硫酸鋇涂層表面是典型的漫反射面。 第16頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一一、軸上像點的光照度討論： 光學系統(tǒng)孔徑越大，像面照度越大 系統(tǒng)放大倍率越小，像面照度越大（若大，為了保證像面足夠的像面照度，更要求照明好，U要大）5-3 成像系統(tǒng)像面的光照度第17頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一軸外點的光照度隨視場角的增大而顯著下降。 二、軸外像點的光照度第18頁，

10、共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一 反射損失：光學零件與空氣接觸面能量損失 吸收損失：在空氣中的吸收 在光學零件中的吸收 反射面不完全反射的損失：鍍膜三、光通過光學系統(tǒng)時能量的損失四 、光學系統(tǒng)的總透射比第19頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一一、顏色的分類1、顏色：顏色是不同波長可見光輻射作用于人的視覺器官后所產(chǎn)生的心理感受。所以，顏色是一種和物理、生理及心理學有關(guān)的復雜現(xiàn)像。2、非彩色和彩色：顏色可分為非彩色和彩色兩大類。非彩色系指白色、黑色及白與黑之間深淺不同的灰色所構(gòu)成的顏色系列。彩色是指白黑非彩色系列以外的所有顏色。如各種光譜色均為彩色。5-4 色

11、度學概述第20頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一一、顏色的分類3、物理機制： 根據(jù)顏色形成的物理機制的不同，顏色又有光源色、物體色及熒光色之分。 自發(fā)光形成的顏色，一般稱之為光源色； 自身不發(fā)光，憑借其它光源照明，通過反射或透射而形成的顏色，稱之為物體色； 物體受光照射激發(fā)所產(chǎn)生的熒光及反射或透射光共同形成的顏色，稱之為熒光色。 第21頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一二、顏色的表觀特征顏色有三種表觀特征，即明度、色調(diào)和飽和度。彩色必須具備上述三個特征，特征參數(shù)的不同，標示著顏色間的差別。非彩色只有明度值的差別，沒有色調(diào)區(qū)分，飽和度均等于0第22頁，共2

12、9頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一三、顏色混合的兩種方式第23頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一三、顏色混合的兩種方式色光的混合始于牛頓，紅光加綠光產(chǎn)生黃光，紅橙黃綠青藍紫七色相加合成白光。彩色電視機制造中利用紅、綠、藍作為“三基色”，顯示出大自然中千變?nèi)f化的色彩。色光混合的原理在舞臺燈光、布景、夜景燈光、現(xiàn)代廣告等有廣泛的應用價值。1、色光混合：色光混合是不同顏色光的直接混合。混合色光為參加混合各色光之和，又稱之為加混色。第24頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一三、顏色混合的兩種方式2、色料混合：色料是對光有強烈選擇吸收的物質(zhì)，在白光照明下

13、呈現(xiàn)一定的顏色。色料混合是從白光中去除某些色光，從而形成新的顏色，又稱之為減混色。繪畫是用顏料來表現(xiàn)光。顏料本身不能產(chǎn)生光，它只是一種在一定光照下的顯色物質(zhì)。無論是透明色彩的調(diào)和或是直接混和顏料，對于光而言，都是在做減法，其原理和加光混合法并非無緣，在道理上是相通的，只 不過在光亮的程度上是方向相反的。 第25頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一四、三原色1、紅、綠、蘭三種顏色以不同的量值（有的可能為負值）相混合，可以匹配任何顏色。紅、綠、蘭不是唯一的能匹配所有顏色的三種顏色。三種顏色，只要其中的每一種都不能用其它兩種混合產(chǎn)生出來，就可以用它們匹配所有顏色。2、能夠匹配所有顏

14、色的三種顏色，稱做三原色。人們通常選用紅（R）、綠（G）、蘭（B）做為三原色，其原因可能是：用不同量的紅、綠、蘭三種顏色直接混合，幾乎可得到經(jīng)常使用的所有顏色; 紅、綠、蘭三種顏色恰與人的視網(wǎng)膜上紅視錐、綠視錐和蘭視錐細胞所敏感的顏色相一致。第26頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一五、三刺激值在顏色匹配中，以一定數(shù)量的三原色完成某種顏色的匹配。匹配某種顏色所需的三原色的量稱做該顏色的三刺激值。顏色方程中的R、G、B 就是三刺激值。第27頁，共29頁，2022年，5月20日，4點3分，星期一六、顏色相加原理設兩顏色方程為(C1)=R1 (R)+G1 (G)+B1 (B) (C2)=R2 (R)+G2 (G)+B2 (B)兩種顏色混合形成的混合色（C）為(C)=(C1)+(C2)=R1(R)+G1(G)+B1(B)+R2(R)+G2(G)+B2(B)=(R1+R2)(R)+(G1+G2)(G)+(B1