輻射度光度與色度及其測(cè)量緒論一基本問(wèn)題：1輻射度學(xué)：電磁輻射能的度量與測(cè)量：解決電磁輻射能量的定義和測(cè)量方法。建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。是單純的客觀物理量的問(wèn)題在光電轉(zhuǎn)換、光化學(xué)效應(yīng)、光生物技術(shù)、光的熱加工，激光技術(shù)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。2光度學(xué)：光輻射能引起的人眼視覺(jué)刺激效果的量度和測(cè)量。解決：人眼對(duì)光刺激效果的特性（平均特性）刺激效果的量化，刺激量的定義和測(cè)量。主要用于照明，環(huán)境工程、測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域3色度學(xué)：有色光輻射能引起的人眼視覺(jué)刺激效果的量度和測(cè)量。問(wèn)題涉及：人眼顏色視覺(jué)特性、色光刺激與人眼感覺(jué)的量化定義、顏色的匹配與顯示規(guī)律，顏色匹配技術(shù)、顏色的測(cè)量方法，顏色的分類與排列。在涉及有顏色的領(lǐng)域都有應(yīng)用（和視覺(jué)顏色判斷有關(guān)問(wèn)題）顏色本身的測(cè)量，溫度測(cè)量、遙感，管理等等第一章 輻射度與光度學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題：怎樣描述一個(gè)輻射體的性質(zhì)？§1-1輻射度的基本物理量1、輻射能：^e以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量。單位為焦耳一一J一般可描述輻射能的積累。2、輻射通量： 。（輻射功率。）以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率，（單位時(shí)間內(nèi)的輻射能）。單位為W（瓦）（焦耳每秒）W/sr。描述輻射源的時(shí)間特性。①*edt （1-1）3、輻射強(qiáng)度：（I）在給定方向上的單位立體角內(nèi)點(diǎn)輻射源發(fā)出的輻射通量（輻射功率）單位為W/sr（瓦每球面度）I=d①e

e ~d~^（1-2）國(guó)1T點(diǎn)軸射謁的輻射符度點(diǎn)輻射源：輻射源尺寸比傳輸距離小的多。例如在地球上可以把太陽(yáng)視為點(diǎn)光源。點(diǎn)光源發(fā)射球面波，不計(jì)輻射損失（反射、散射、吸收）其輻射強(qiáng)度不變（為什么）對(duì)各向同性點(diǎn)光源有① =對(duì)各向同性點(diǎn)光源有① =e在空間所有方向上有中=eE (1.3)4兀Ie (1-4)多數(shù)光源的輻射強(qiáng)度并不是各向同性的。如白熾燈。4、圉L-N獸絲白蛆為鎘扯萼建揚(yáng)空向分布這種情況有I4、圉L-N獸絲白蛆為鎘扯萼建揚(yáng)空向分布這種情況有I(^0)sin0J0e(1-5)輻亮度（L）輻射源在垂直其傳輸方向上單位表面積上的輻射強(qiáng)度。單位為WW/sr.m2（瓦每球面度平方米）(1-6)L_di_d2中edAcos0 dQdAcos0(1-6)實(shí)際上求一小面元上的平均輻射強(qiáng)度，如用來(lái)描述擴(kuò)展光源的輻亮度分布。是輻射傳播方向與面元法線的夾角。5、5、輻射出射度Me輻射源單位面積上發(fā)射的輻射通量。單位w/m2(1-7)d(1-7)一般指面輻射源，往半空間2n立體角發(fā)射的輻射通量6、輻照度ee接收面上單位面元被照射的輻射通量。單位w/m2E二ed中二 eds (1-8)7、光譜輻射量輻射量隨波長(zhǎng)的變化率。（輻射量的光譜密度）光譜輻射通量:(1-9)表示輻射源發(fā)出的光在波長(zhǎng)"處單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量。輻射源的總通量：中中（中中（人）血(1-10)相應(yīng)的有：光譜輻照度:(九)edE相應(yīng)的有：光譜輻照度:(九)edE*(1-11)光譜輻亮度dL(1-12)光譜輻射出射度:M（M（人）=dMed人(1-13)§1-2朗伯輻射體及其輻射特性朗伯輻射體：輻射體的輻亮度和方向無(wú)關(guān)，即輻射源各方向的輻亮度不變。絕對(duì)黑體和理想漫反射體式兩種典型的朗伯體根據(jù)輻亮度的定義：L_dI_ d2中edAcos0dHdAcos0 （1-14）對(duì)于面積為a的輻射體，它在某一方向的輻亮度為l0在a上是不變量，則在。方向的輻射強(qiáng)度Io_LoAcoso （115）

按朗伯體的定義輻亮度與方向無(wú)關(guān)，在A上：L9=L=常數(shù)LA定義:則有:I—定義:則有:I—Icos9此即朗伯定律：一個(gè)輻亮度在各方向都相等的輻射面，在某一方向的輻射強(qiáng)度等于平面法線方向的輻射強(qiáng)度乘以平面發(fā)現(xiàn)與指定方向夾角的余弦。朗伯體的輻射出射度:L_di_ d2中edScos9 dQdScos9d2①-LdScose朗伯體面元dS在半空間上的輻射通量:LdS兀由出射度的定義:中e（1-17）dS~（1-17）或：（1-18）

或：§2光度的基本物理量§2-1人眼的視覺(jué)特性:1、人眼的構(gòu)造人的眼睛與大腦結(jié)合具有：成像功能、黑白視覺(jué)、顏色視覺(jué)、立體視覺(jué)2、光譜光視效率（標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者）V（入）：人眼對(duì)各種波長(zhǎng)光的相對(duì)靈敏度。怎樣確定光譜光視效率？A圖1-19最簡(jiǎn)單的光度測(cè)量示意圖當(dāng)三梭鏡中間棱逢分界F消失時(shí)，入射光L】和入射光L,所產(chǎn)生的亮度感想等°氏為人眼的位置。（異色）逐級(jí)比較法:波長(zhǎng)入1、入之兩束光，輻射通量分別為氣和中2，在視場(chǎng)中亮度相等時(shí)有v（人）.中二V（入）.中有K（入）=V（入2）/V（人1）二氣/%（正比/反比關(guān)系）將v（入）在峰值波長(zhǎng)處歸化為1,入=55°0A0時(shí) v=i中V（人）= 5500^力即得到只表示相對(duì)值的光譜光視效率：V（入）=K（入）/KmK:最大光譜光效能。對(duì)于明視覺(jué)（＞3cd）對(duì)應(yīng)于555nm波長(zhǎng)，為683lm/w對(duì)于暗視覺(jué)0?001cd,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)507nm,K=1725lm/w說(shuō)明：明視覺(jué)、暗視覺(jué)，2度視場(chǎng)、10度視場(chǎng)（1）光通量:中=K（1）光通量:中=K\O（人）V（人）辦20,2—~十 \ v4045 50 55 60 65 70 75a（ioc>A）—§2-2光度學(xué)基本物理量表示光輻射通量對(duì)人眼引起的視覺(jué)強(qiáng)度光通量的單位為流明（lm）也是個(gè)客觀量，光源發(fā)出可見(jiàn)光的效率?！?（從空間上分析）（2）發(fā)光強(qiáng)度：在給定方向上的單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的光通量2—2發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉（cd）發(fā)光強(qiáng)度描述光源在某一方向發(fā)光的強(qiáng)弱程度，工考慮了光源發(fā)光的方向性。由此式可得光通量的另一積分式中=\IdQ對(duì)各項(xiàng)同性光源由上式可得2—4I為常數(shù)。（3）光照度投射到單位面積上的光通量TOC\o"1-5"\h\zE=d①v 2—5VdS 25單位勒克斯（lx）1lx=1lm/m2照度的距離反比方定律：I=d① =d①由V—dQV— ~dSR2

TOC\o"1-5"\h\z可得Ev=?=上 2—6若被照平面法線與光投射方向成。角則上式變?yōu)镮

E= cos9vR2 2—7（4）光亮度光源單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度（光源在指定方向單位面積上的發(fā)光能力，dI2—2—8~dS~單位為：坎德拉每平方米（cd/m2）如果平面法線與觀察方向成。角:上式為TOC\o"1-5"\h\z, dIL— vv~ds~~cos~~9I-d「七v由 vdQd2中_ _v2—9dQdS~~cos~~92—9注意:人眼睛感知的是光源的亮度大小，不是發(fā)光強(qiáng)度的強(qiáng)弱。是2—9式可以看作是亮度的較通用的定義式，有這個(gè)式子可以進(jìn)一步把亮度的概念引申。亮度不僅可以用來(lái)描述一個(gè)發(fā)光面，還可以用來(lái)描述光路中的任意一個(gè)截面，如一個(gè)透鏡的有效面積或一個(gè)光闌所截的面積。還可以用亮度來(lái)描述一束光，光束的亮度等于這個(gè)光束所包含的光通量除以這束光的橫截面積和這束光的立體角。例題《光度學(xué)》P67一個(gè)面積為s的均勻發(fā)光面在某一方向的亮度為L(zhǎng)0I=LScos9，它在這個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)為： v9 v9。為發(fā)光面法線與制定方向夾角。L=L=若亮度與方向無(wú)關(guān)：V9 V常數(shù)為法線方向的發(fā)光強(qiáng)度則。方向的方向的發(fā)光強(qiáng)度為I=Icos9此即朗伯定律這樣的發(fā)光面稱朗伯體、（均勻漫射體）。

余弦發(fā)射體沒(méi)有立體感，感到各處一樣亮，比如太陽(yáng)證明太陽(yáng)是一個(gè)朗伯體太陽(yáng)中心處:太陽(yáng)邊緣部分的同樣方向:太陽(yáng)中心處:太陽(yáng)邊緣部分的同樣方向:dI'=dIcos0TdiL=i dS~didicos0diT= = = =L2dS^dScos0dSi(2余弦反射體：如積雪、十分粗造的白紙等物體，

也遵循朗伯定律。比如：激光器。例題1、面光源的照度:1、面光源的照度:如'=LdQdScos。=LdS'C0S°'dScos。=LdSdSE&os。'E=jjSBcos。cos。's dSE=jjSBcos。cos。's dSr2*2、計(jì)算如圖所示的均勻余弦發(fā)射圓盤在軸上一點(diǎn)產(chǎn)生的垂直照度，設(shè)盤的半徑為