光谱光效率函数就是辐射能转化为

1、1情境2：颜色的测量与评价知识点： 1. CIE色度系统和LAB均匀颜色空间和色差计 算 2. 测色仪器的工作原理、颜色测量原理 3. 颜色标定和评价 4. 光源的光度特性和颜色特性2.1 光度学基本知识 一、辐射量度学与光度学1辐射量度学 ? 对光辐射能量的计量称为辐射量度学。 2光度学 ? 对电磁辐射中的一部分可见光的能量计量称为光 度学。 ? 光度学是辐射量度学的一部分。 3辐射能 ? 光源所辐射的能量称为辐射能，单位是J （焦 耳）。一、辐射量度学与光度学4辐射能量 ? 光源在单位时间内通过某一面积发射、传递或接收的辐射能 量称为辐射通量，以e（）表示，单位为W。 ? 辐射通量e（）表示光源元面积在单位时间内传送出的客 观能量的多少。 5光通量 ? 光源在单位时间内在给出表面上流出可见光能的大小称为光 通量，以v（）表示，单位为流明（lm）。 ? 光通量与辐射通量之间的关系为： V() = KV()e() ? V（）为光谱光效率函数 ? K为辐射能光当量，K683 lm/W ? 1W555nm辐射通量的单色辐射等于683 lm的辐射通量 ? 1 lm 555nm单色光的光通量相

2、当于0.00146W辐射通量一、辐射量度学与光度学?光谱光效率函数就是辐射能转化为 人眼可见光的程度 ?光通量可以理解为光谱不同波长辐 射能对人眼产生光亮感觉作用的数 量特征的度量。在人眼可以感觉到 的光谱能量部分 ?人眼对各种波长的感受性作用，各 个波段所产生的光感觉程度也不同 ?555nm,1W,V=1,=683lm; 二、光度学有关物理量1. 立体角?光源的光通量辐射在 它周围的一定空间内。 所以，有关光能的讨 论和计算是在一个立 体空间。 ?立体角()指一个 任意形状的封闭锥 面所包含的空间。 ?单位为一个立体角和 球面度(sr)2rdsd=XYZ0二、光度学有关物理量2. 平面角与立体角关系 ?光学系统的孔径角(平面角) 已知，则对应的立体角：2sin42=?当很小时，则上式为： =2XYZ02二、光度学有关物理量3. 发光强度 (1)发光强度 ?在某一方向上单位立体角d内发出的光通量称 为点光源在该方向的发光强度，符号为I。 ?数学表达式为：I = ?dS是立体角的边界所围的面积，r是立体角顶点 至球面的距离。2rdSd dd=dSIr0 d二、光度学有关物理量? 如果点光

3、源为各向同性即发光强度各方向相同，则可以用 有限立体角代替小立体角d ，即=I(2)单位 ?发光强度的单位是坎德拉(cd) ?在101325 Pa压力下，处于铂凝固温度(2045K)的绝对黑体 1/60cm2表面垂直方向上的发光强度定作1坎德拉(cd)。 ?发光强度为1cd的点光源在单位立体角内发出的光通量为1lm。二、光度学有关物理量4面发光度 ?对于一定面积的发光体，它的几何尺寸与光源 到被照面距离相比。 ?小面积dS，在单位面积内所发出的光通量为面 发光度，符号为M。 ?面发光度的单位为勒克斯（lx）或lm/m2。?面发光度的数学表达式为 M =?如果发光表面各点均匀发光，则：SM= dd二、光度学有关物理量5. 光照度?在被照明表面单位面积所接受的光通量称为光 照度，符号为E，单位为勒克斯（lx）或lm/m2。?光照度的数学表达式为E =LEdSd二、光度学有关物理量?在均匀照明下则为?面发光度L与光照度E的区别是面发光度L的光 通量d是受照面dS上发出的光通量d 的反射 量。SE=二、光度学有关物理量6. 距离平方反比定律 ? 面积dS上的光照度E为：? 点光源直接照射一微面

4、积时，微面积 的光照度与点光源的发光强度I成正 比。 ? 与点光源到微面积的距离r平方成反 比。 ? 与微面积法线和照射光束方向的夹角 的余弦成正比。 ? 垂直照射时（= 0），光照度最 大；掠射时（= 90），光照度为零。2cos rIdSdE=3二、光度学有关物理量7. 光亮度? 光亮度表示发光表面不同位置和不同方向上的发光特性。 (1)光亮度 ? 发光面积dS的面光源在给定的角方向上立体角d内发出 的光通量称为光亮度，符号为L。 ? 数学表达式为：dsI dsddLcoscos=dSNdd二、光度学有关物理量? 光亮度的数值随发光表面的特性而异。它表示发光 面上单位投影面积在单位立体角内所发出的光通 量，在数值上等于单位面积在其法线方向上的发光 强度。 ? 光亮度的单位为坎德拉/平方米（cd/m2）尼特（nt） 或熙提（sb）。 ? 如果在法线方向的发光强度为1cd，则该光源在该方 向的单位面积内的亮度为坎德拉/平方米（cd/m2） 。 ? 若发光面积为cm2，则光亮度单位为坎每平方厘米 （cd/cm2），即sb（熙提），显然1sb = 104 nt。二、光度学有关物理量(2)

5、朗伯定律 ? 一个面积为S的均匀发光面，在某一方向的亮度为L， 它在这个方向的发光强度为I= LS cos。 ? 若面光源的亮度在各个方向上都相等，即亮度不依赖方 向角，L= L = 常数，即I0= LS. ? 则：I= I0cos ? 一个亮度在各方向都相等的发光面， 在某一方向的发光强度为I，等于 这个面垂直方向上的发光强度I0乘 以方向角的余弦。这就是发光强度 的余弦定律，也称朗伯定律。 ? 这样的发光面称朗伯发射面或朗伯 体，有时叫均匀漫射体或余弦发射 体、余弦发光面。I0I二、光度学有关物理量 8. 举例 （1）如图所示，求其中心点和边缘点的光照度。A. 中心点O的照度： r=1m,=0,则 EOI/r2100/1100(lx) B.边缘点A的照度：I=100cdh=1mR=2mOAB236.25212=+=r51cos=rhlxrIEA89.17236.28 540 551200cos2=二、光度学有关物理量1OD=2mm（2）氩离子激光器的辐射波长为486nm，辐射通量为1W， 求此激光束的光通量大小？若此激光束的发射角、放电毛细 管如图所示，求此激光束的发光强度和光亮度

6、？ 解：V486V480（V490V480）0.6 0.139+(0.208-0.139)0.60.1804 683Ve6830.18041123.21(lm) I / /2123.21/3.140.01752 123.21/9.6110-41.28105(cd) LI/SI/R21.28105/3.140.0012 4.0761010(cd/m2)2.2 光源的色温一、光源的光谱功率分布?一般光源发出的光是由许多不同波长的辐射组 成的复色光，且各个波长的辐射功率也不同。 ?光源的光谱辐射功率（能量）按波长的分布称 为光谱功率（能量）分布（spectral power distribution）。4一、光源的光谱功率分布? 光源的光谱功率分布可用曲线表示。 ? 以波长为横坐标而以光源辐射的各种波长光能量绝对值为 纵坐标所作的曲线，称为绝对功率分布曲线。 ? 如令光谱分布能量的最大值为“1”或其他数值，将光源辐 射光谱的其他各种波长的能量与之进行比较，作归一化处 理后，使辐射功率仅在规定的范围内变化，这样的光谱曲 线就称为相对光谱功率分布曲线,可记为S() 。 ? 每种光源都有自己的相对

7、光谱功率分布曲线。一、光源的光谱功率分布? 连续光谱 ? 线状光谱 ? 混合光谱 ? 光源的相对光谱辐射功率(能量)分布决定了光源的颜色 特性。 ? 1931年CIE建议E光源为假设的最理想光源，又称等能白 光或理想白光。 ? 等能白光的定义是以辐射能作纵坐标、光谱波长为横坐 标的相对光谱辐射功率(能量)分布曲线是一条平行横轴 的直线，即S(l)= C(常数)。(nm)300100.5400500600700S（ ）(nm)300100.5400500600700S（ ）l(nm)300100.5400500600700S（ ）l二、绝对黑体的辐射1. 绝对黑体?绝对黑体是指在辐射作用下既不反射也不透 射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。 ?在任何温度下，全部吸收任意波长的辐射能的 物体，称为绝对黑体，简称黑体(Black Body)。?吸收本领大的物体，发射本领也必然大；吸收 本领差的物体，发射本领也必然差。显然，绝 对黑体的吸收本领是所有物体中最大的。?物体加热到高温时便产生辐射。二、绝对黑体的辐射2模拟黑体? 用耐火材料人工制造黑 体。在一个封闭的空腔 上开一个小孔，从小孔

8、 射入空腔里面的光经内 部多次反射和吸收后很 难再射出来。 ? 均匀加热容器壁，并让 辐射能量通过壁上的小 孔向外发射，这个小孔 的辐射就相当于一个绝 对黑体的完全辐射。小孔火力 加热二、绝对黑体的辐射 3. 黑体的辐射特性 ?绝对黑体的光谱辐射完全依赖于该黑体 的温度。 ?随着温度的升高，颜色向短波方向变 化，即光色按红黄白蓝顺序变化。 ?绝对黑体的辐射能量与该黑体的绝对温 度的四次方成比例，即ET4。 ?T M=b(常数) ?绝对黑体不同温度的光色变化在CIE1931 色度图上形成了一个弧形轨迹(nm)2001501005004005006007001000K2000K3000K4000K5000K6000K10000K20000KS ( )三、光源的色温和相关色温1色温?将光源的相对光谱功率分布与某温度下 黑体辐射的相对光谱功率分布相比较， 如果与黑体某一温度的相对光谱功率分 布一致时，该光源的光色可由某一温度 值来表示，称为颜色温度，简称色温。 ?色温用绝对温度K表示。5三、光源的色温和相关色温2相对色温 ?当某一光源其色度坐标与任何温度下的黑体的色 度坐标均无法相同时，就用相

9、对色温来描述其色 彩。 ?当光源发射的光与黑体某一温度下辐射的光的颜 色最接近，即在均匀色度图中的色距离最小时， 则黑体的这个温度称为该光源发射的光的相对色 温。 ?色温表征了光源的光谱特性，与光源的温度无 关，而只与光源的光谱成分有关。色温低的光 源，蓝光成分少，红光成分多；色温高的光源， 则蓝光成分多，红光成分少。三、光源的色温和相关色温3. 光色的适应性 ? 照度水平与人眼对光色的适应性(舒适感)有一定的相互 关系。 ? 在很低照度下，人眼最适应的光色是接近火焰的低色 温光色。 ? 在偏低和中等照度下，是接近黎明或黄昏时色温的光 色。 ? 在较高照度下，是接近中午阳光或偏蓝的高色温的天 空色光。 ? 通常，日出前(后)色温20004500K，中午和阴天为 50007000K，夜晚为色温较低的连续光谱。三、光源的色温和相关色温4. 印刷与摄影对色温的要求 ? 在彩色摄影和摄像中，照明光源的色温应与照相胶卷、摄 像机的色温相匹配。光源色温高于感光片的标定色温时， 拍摄的画面影像偏蓝；当色温低于感光片的标定色温时， 拍摄的画面影像偏橙红色。 ? 日光型彩色感光片（标定色温为5500 K）适合在中午左右 的日光或电子闪光灯下（色温53006000）拍摄；灯光型彩 色感光片（标定色温为3200 K）适合在摄影碘钨灯下或其 他色温相近似的光源照明下拍摄。 ? 对于数字照相机，则应做好白平衡调节，以避免色温误差 引起的画面偏色。 ? 在印刷复制中，光源色温对复制效果影响较大。色温过高 或过低都会直接影响分色效果。 ? 色温在50006500 K的光源，其光谱能量分布较符合照相 分色的要求。印刷时用作看样的照明光源，色温以5000 K 或 6500 K为好，否则所呈现的色彩将会出现偏差。2.3 CIE标准照明体和标准光源?同一物体在不同光源或不同时相的日光照射 下，其表面颜色是不同的。因此，测量物体表 面的颜色，必须在一定的光源下进行。为了统 一颜色测量的标准，C

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