光度学基本知识-1
第一章 光度学基础
顶光/脚光
• 含义：被摄体顶部的光 • 含义：被摄体下方的光 线，高度超过60°以上。 线，光源低于视线。
• 特点：被摄体上亮下暗， • 特点：与顶光形成的照 即水平面亮度高于垂直 明效果相反，能造成人 面的亮度，反差较大， 物的阴险感，因此很少 可以产生浓重阴影。拍 用脚光作为人物拍摄的 摄人物时，头顶、额头、 照明光线。 鼻梁和颧骨发亮，而眼 窝、鼻下、嘴巴等会处 于阴影之中。
几种光计量单位的比较
• 从不同角度表达了物体的光学特性
–照度：指每单位面积所接收的光通量数，用 以描述被摄体受照表面被照的程度。单位为 勒克斯（lux）。光照度表示被照表面接受 的光通量密度，用来衡量被照面的照明情况；
–亮度：指物体发光或反光表面在人眼观察方 向的明亮程度，单位为坎德拉每平方米 （cd/m2）。光亮度则表示发光体单位表面 积上的发光强度，它表明了一个物体的明亮 程度。
顺侧光（前侧光）/正侧光
• 含义：与被摄物的正前 方成45°角左右，常用 于拍摄人和物。 • 特点：投影落在物体的 斜后方，被摄体的受照 面明多暗少，被摄体的 立体感、空间感和质感 得以很好的表现，也形 成了丰富的影调层次。 • 含义：与被摄物的正前 方成90°角。
• 特点：使被摄物体出现 阴阳面：一面受光，另 一面阴暗，反差十分强 烈；物体有明显的横线 投影，有利于表现物体 的立体感和质感，一般 不宜拍摄人像。
• 不发光物体在接受光线后表面呈现的明亮程度 也称为亮度。在电视拍摄时，主要指后者。 • 亮度有两类单位：
–单位面积上的发光强度来表示：尼特；1尼 特=1坎德拉/平方米
–单位面积上发出的光通量来表示：熙提；1 熙提=1流明/平方米 • 物体的亮度既与本身性质有关，也与光源的照 度有关。同一物体，照度越大，亮度越大；不
1辐射度与光度学基础知识
1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
Eb
c15 ec
2
( T )
1
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
1
d T 4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律
峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。 光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。
辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。
光度学基础
光度学基础光度学是研究光的流动和光能的传播的科学，也是物理学的一个分支。
它研究光的性质、光的产生、传播、相互作用以及光与物质之间的相互作用等方面的内容。
在光度学中，我们关注的是光的强度、光的波长、光的频率以及光的速度等基本特性。
光的强度是指光的能量在单位时间内通过单位面积的流量，也就是单位时间内光通过的功率。
在国际单位制中，光的强度的单位是瓦特/平方米(W/m²)。
光的强度是光度学中最基本的量度，它可以用来描述光源的亮度。
当光的强度增大时，我们感觉到的亮度也会增加。
光的波长是指光波在传播过程中一个完整波动所需的距离。
在光度学中，我们常用纳米米(nm)来表示光的波长。
不同波长的光会引起不同的视觉效果，例如红光的波长较长，而紫光的波长较短。
光的波长还与光的颜色有关，我们常见的七彩光谱就是由不同波长的光组成的。
光的频率是指单位时间内光波的震动次数。
光的频率与光的波长有关系，它们之间的关系可以用光速来计算。
光速是光在真空中传播的速度，它是一个常数，约为每秒30万公里。
光的频率和波长满足一个简单的关系，即频率乘以波长等于光速。
因此，当光的波长变长时，光的频率会相应变小。
光的速度是光度学中非常重要的一个特性。
光的速度是自然界中最快的速度，它在真空中的数值约为每秒30万公里。
光的速度在不同介质中会发生变化，通常情况下，光在介质中的传播速度会比在真空中的传播速度慢。
这是因为光在介质中会与介质中的原子或分子相互作用，导致传播速度减小。
除了以上几个基本特性外，光度学还研究光与物质之间的相互作用。
光与物质之间的相互作用可以分为吸收、反射、折射和散射等几种形式。
当光通过物质时，物质会吸收光的能量，这就是光的吸收现象。
当光遇到物体表面时，一部分光会被物体表面反射回来，这就是光的反射现象。
当光从一种介质传播到另一种介质时，光的传播方向会发生改变，这就是光的折射现象。
当光通过物质时，光与物质中的微粒相互作用，导致光的传播方向发生随机改变，这就是光的散射现象。
光度学,色度学基础知识
光度学基本知识
即得
I cosα I ' cosα ' + 2 R R '2 4 I = 60cd , cosα = ; I ' = 48cd 6 12 cosα ' = 122 + 62 − 42 E=
(
R = 6, R' = 122 + 62 − 42
(
)
)
最后得
60 × 4 48 × 12 E= + = 1.385lx 3 3 6 164
其中 :[C]——某一特定颜色 , 即被匹配的颜色 ; [R]、[G] 、[B]——红、绿、蓝三原色 ; r 、 g 、 b ——红、绿、蓝二原色的比例系数 , 以表示相对刺激量 ; ≡——表示匹配关系 , 即在视觉上颜色相同 , 而不是指能量或光谱成分相同
三原色系数相加等于 1, 即 r+g+b=1
饱和度= 单色光流明数/（单色光流明数+白光流明数）
明度 用它来标志颜色的明亮程度。用颜色的总流明数表示。 色调和饱和度合称色品，是颜色的色度学特征；亮度是颜色的光度学 特征。色调、饱和度和明度这三个感觉量一起决定了颜色的特征。
色度学基本知识
四、表色系统
表色系统可分为两大类。一类是以彩色的三个特性为依据 , 即按色 调、明度和饱和度来分类 ; 另一类是以三原色说为依据 , 即任一给定 的颜色可以用三种原色按一定比例混合而成。在此 , 简单介绍一下后 一类表色系统——三色分类系统。该系统是以进行光的等色实验结果 为依据、由三刺激表示的体系。用的最广泛的是 CIE 表色系统。 视觉器官对剌激具有特殊的综合能力 , 即无论受单一波长的单色光刺 激还是受一束包含各种波长的复合光剌激 , 眼睛都只产生一种颜色感 受。研究证明 , 光谱的全部颜色可用红、绿、蓝三种光谱波长的光按 不同比例混合而成。用不同比例的上述三种原色相加混合成一种颜 色 , 用颜色方程可表达为 [C]≡r[R]+g[G]+b[B]
视觉航标理论基础(光度学)
第二章 航标光学
对比度术语定义是指觉察到目标与不一致的 背景之间亮度差的能力，是基本的视觉要求。 对比度用下列方程表示：
C L0 LB LB
式中 L0—背景的亮（2）； —目标的亮度（2）
第二章 航标光学
第二章 航标光学
2.3 光的衰减 从理论，真空中传播的由直线光源（激光）
对航海者来说，视觉航标无论在白天或夜 间都受到气象和地理环境的综合影响，产生 各种观察因素。
第二章 航标光学
2.6.1气象能见度
气象能见度（V）定义为：日间，水平方 向，适当尺寸的黑色目标能被看见和识别的 最大距离；或者，夜间，当总照度达到正常 日间水平时，适当尺寸的黑色目标能被看见 的最大距离。它通常以千米或者海里表示。
或者灯光的海拔高度等因素的限制时，目标
或者光源能被看到的最大距离。表中的值可 用下式得出:
2.08 ( ho Hm)
第二章 航标光学
第二章 航标光学
2.7白天特性 2.7.1标志颜色 视觉标志几乎全部加上颜色，这有两个目 的。一是提高这一标志在白天的吸引力、能 见度，使航海者容易辨别位置，例如在岬角、 孤岛上面的白色大型灯塔等，即使从远方也 十分显眼。二是为传送航海信息而在视觉标
如果一闪光在某种条件下刚好被观测到，
而光强为的定光在相同距离、相同大气状况
下也刚好被观测到，那么，我们就说闪光具
第一章 光度学基本知识
二、的光通量与照度和光强的关系
第二章 航标光学
2.1阈值概念 在航标领域，依据某种信息识别出视觉航
标存在的最低界限，称为阈值。视觉航标中 常用的有照度阈值和对比度阈值。
第二章 航标光学
光度学的几个基本概念
光度学的几个基本概念（一）0、前言经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？本文将试图以不失严格性的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。
光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。
这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。
1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。
定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。
可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。
发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。
现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。
之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。
用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高。
因此，购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。
很多高I值的LED并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对LED 手电有用，但可观察角度也受限。
另外，同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。
光度学基本单位浅说
光度学基本单位浅说光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。
1平面角和立体角平面角的单位叫弧度，1弧度是半径为1米的圆上，1米长的圆弧对圆心所张的角。
α=L/r立体角的单位叫球面度（sr），1球面度是半径为1米的球面上，1平方米的球面对球心所张的立体角。
Ω=S/r2(a)(b)2光视效能定义：单位功率上的光通量。
符号η，单位名称：lm/w。
通量是人为量，是根据人眼对光的响应而来的。
人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。
对于人眼最敏感的555nm的黄绿光。
1977年国际计量委员会统一采用频率为540×1012Hz的单色辐射（相当于λ=555nm）的最大光谱光视效能η=683lm/W。
其它光视效能与其比值K（λ）3光度学基本量3.1 光通量φ（Flux），单位流明(lm)定义：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。
φ=P.η该量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。
3.2 光强度Ｉ（Intensity），单位坎德拉（cd）定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量。
Ι = dΦ/dΩ 1cd＝1lm/1sr发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚的能力。
是对光功率与会聚能力的一个共同的描述。
光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少能够被光照射到的面积，这样才能得到更大的强度。
3.3 光照度（E，Illuminance），单位勒克斯（lx）定义：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度。
E = dΦ/dS 1lx=1lm/m2光照度是对被照地点而言的，但又与被照射物体无关。
1流明的光，均匀射到1m2的物体上，照度就是1 lx。
照度的测量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux表。
照明光学基本知识-光度学
点光源在某一方向上所张的立体角元为
d I d
N
d sin dd
得出整个空间的立体角为
dΩ
V
θ
dSi
如果是各向均匀发光体，则总光通为
4
三．发光强度
对于余弦辐射体(朗伯光源)，
I I n cos
d I d I n cos sin dd
/2
2
0
I n cos sin d d I n
0
LED发光特性一般为近似余弦辐射体，所以可依LED光通量大致算出中心光强。
四．光照度
受照面单位面积接收的光通量，单位为勒克斯(lux)
E
d dS
照度与光强的平方反比定律：
d Id
对于各向发光均匀的点光源， d I cos EI dS R2 dS A dΩ I R O N θ dΦ
一．辐射与光谱
眼睛的灵敏度与波长的依赖关系， 称为光谱光视效率(或称视见函数)V(λ)。 因人眼有明视觉和暗视觉二重功能，光 谱光视效率也有两种。人眼对黄绿光最 为敏感；对红色和紫色光较差；而对红 外光和紫外光则无视觉反应。在引起强 度相等的视觉情况下，若所需的某一单 色光的辐射通量愈小，则说明人眼对该 单色光的视觉灵敏度愈高。 比如一块烧得很烫但没有发红的 铁，辐射能量很强，但因为它只发出红 外线，所以我们看它也是“黑”的。
四．光照度
四．光照度
五．光出射度
光源的光出射度是光源上每单位面积向半个空间(2π)内发出的光通量，单 位为lm/m2
d M dS
对于受照后成为面光源的表面，光出射度与光照度成正比
M E
(ρ称为漫反射率，值小于１)
《光度学基本知识》课件
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
光的反射定律：光在两种介质的交 界面发生反射，入射角等于反射角
光的全反射定律：当光从一种介质进 入另一种折射率较大的介质时，如果 入射角大于临界角，光将全部反射回 原介质
光的反射定律：光在两种介质的界面上，从一种介质进入另一种介质时，会发生反射现象。
反射定律的内容：入射角等于反射角，即入射光线与反射光线在同一平面内，入射光线与反射 光线的夹角相等。
光的折射定律可以用斯涅尔定律来描述，即光在两种不同介质中的传播速度与介质的折射率成正比。
光的折射定律在实际生活中有很多应用，例如光学仪器、光纤通信等。 光的折射定律还可以用来解释一些自然现象，例如彩虹、海市蜃楼等。
光的吸收定律是光度学的基本定律之一，描述了光与物质相互作用的过程。 光的吸收定律表明，当光通过物质时，一部分光会被物质吸收，另一部分光会穿过物质。 光的吸收程度与物质的性质、光的波长、光的强度等因素有关。 光的吸收定律在光学、光电子学、光化学等领域有着广泛的应用。
光度学的基本应用
照明设计原则：满足视觉需求，提高工作效率 照明设计方法：根据空间功能、环境特点选择合适的照明方式 照明设计要点：考虑光源、灯具、照度、色温等因素 照明设计应用：办公室、商场、住宅、学校等不同场所的照明设计
曝光控制：通过调整光圈、快门速度和ISO值来控制曝光量
构图技巧：运用三分法、对称法、引导线等构图技巧来增强照片的视觉效果
投影仪：利用光 学原理，将图像 投影到屏幕上， 实现大屏幕显示
光度计：用于测量光强的仪器 光度计原理：利用光电效应，将光强转换为电信号 光度计分类：照度计、亮度计、色度计等 光度计应用：照明设计、摄影、电影制作等领域
光度学的未来发展
光度学基本知识-1
发光强度
发光强度I表示在指定方 向上光源发光的强弱，它 可用点光源在单位立体角 (dΩ)中发出的光通量(dΦ) 数值来量度， I= dΦ/ dΩ 发光强度I的单位为坎德 拉 (cd)。
立体角
• 立体角（Ω）是指顶 点在球心的一个锥体 所包围的那部分空间 的大小 .Ω=A/r2 锥 面在圆球上截得的面 积A与球半径r的平方 之比.单位是球面度 (Sr) .
光度学名词图解
光度学的基本知识
光的本质
• 光是指由光源发出的辐射能中的一部分，即能 产生视觉的辐射能，所以又称为“可见光”.光 是一种电磁波.将各种电磁波按波长依次展布起 来，就成为电磁波谱
太阳电磁波谱
• 电磁波谱 中可见光 段曲线俗 称为光谱 分布曲线
光度学
光度学是研究人眼感知光强弱的学科
光视效率函数
• 人眼能看见的可见光部分只是电磁波的一小段 （波长380nm～780nm） • 各个波长的光给人眼带来的“明亮”的感觉并 不一致 .CIE(国际照明委员会) 总结出了光视效 率函数
辐射通量
单位时间内通过某 一截面的辐射能即 为辐射通量，又称 辐射功率（Φe）， 单位为瓦（W）.
光通量
• 光通量Φ是辐射通量以光 谱光视函数V（λ）为权 重因子的对应量。设波长 为λ的光的辐射通量为 Φe（λ）。则对应波长 的光通量Φ（λ）为： • 光通量(Φ)是每个波长光 通量的积分：
单位是流明（lm)
照度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 照度是指受照面被照 明的程度，用落在受 照物体单位面积上的 光通量数值来量度。 如果照射在物体面元 dA上的光通量为dΦ， 照度 E = dΦ/ dA 照度的单位为勒克斯 lx • 若光源光强为I与受 照面的距离为r, 则 E= I /r2 .
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
辐射通量
单位时间内通过某 一截面的辐射能即 为辐射通量，又称 辐射功率（Φe）， 单位为瓦（W）.
光通量
• 光通量Φ是辐射通量以光 谱光视函数V（λ）为权 重因子的对应量。设波长 为λ的光的辐射通量为 Φe（λ）。则对应波长 的光通量Φ（λ）为：
照度
• 照度是指受照面被照 明的程度，用落在受 照物体单位面积上的 光通量数值来量度。 如果照射在物体面元 dA上的光通量为dΦ， 照度 E = dΦ/ dA
照度的单位为勒克斯 lx • 若光源光强为I与受 照面的距离为r, 则 E= I /r2 .
亮度
• 亮度L是指单位表面上在 某一方向的光强密度， 它等于该方向上的发光 强度I和在该方向上的面 积A之比 L= dI / dA 单位为坎德拉每平方米 cd/m2 .
光度学的基本知识
光的本质
• 光是指由光源发出的辐射能中的一部分，即能 产生视觉的辐射能，所以又称为“可见光”.光 是一种电磁波.将各种电磁波按波长依次展布起 来，就成为电磁波谱
太阳电磁波谱
• 电磁波谱 中可见光 段曲线俗 称为光谱 分布曲线
光度学
光度学是研究人眼感知光强弱的学科
光视效率函数
• 人眼能看见的可见光部分只是电磁波的一小段 （波长380nm～780nm）
• 光通量(Φ)是每个波长光 通量的积分：
单位是流明பைடு நூலகம்lm)
发光强度
发光强度I表示在指定方 向上光源发光的强弱，它 可用点光源在单位立体角 (dΩ)中发出的光通量(dΦ) 数值来量度， I= dΦ/ dΩ 发光强度I的单位为坎德 拉 (cd)。
立体角
• 立体角（Ω）是指顶 点在球心的一个锥体 所包围的那部分空间 的大小 .Ω=A/r2 锥 面在圆球上截得的面 积A与球半径r的平方 之比.单位是球面度 (Sr) .
• 亮度又可以描述为发光 体在特定方向单位立体 角单位面积内的光通量
光度学名词图解