光度与色度
《光度学与色度学》课件
光源的颜色混合：不同颜色的光源混合后，会产生新的颜色
光源的匹配：根据色度学原理，选择合适的光源进行匹配，以达到理想的照明效果
光源的色度学特性：光源的颜色、亮度、色温等特性，对色度学研究具有重要意义
光源的颜色混合与匹配的应用：在照明设计、摄影、电影制作等领域，光源的颜色混合与匹 配具有广泛的应用。
物体对光的反射与 吸收
光通量：表示光源发光能力的物理量 发光强度：表示光源在单位立体角内发出的光通量 照度：表示单位面积上接收到的光通量 亮度：表示单位面积上发出的光通量 色温：表示光源的颜色特性，单位为K（开尔文） 显色指数：表示光源对物体颜色的还原能力，数值越高，颜色还原越真
实
光度学基本概 念：光度学是 研究光的强度、 亮度和色度的
机遇：随着科技的 发展，光度学与色 度学在多个领域都 有广泛的应用前景
机遇：随着人们对生 活质量的要求不断提 高，光度学与色度学 在照明、显示等领域 的需求将持续增长
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汇报人：
色度学基本概念
色相：颜色的基本属性，如红色、蓝色、绿色等 饱和度：颜色的纯度，即颜色的鲜艳程度 明度：颜色的亮度，即颜色的深浅程度
颜色混合：将两种或多种颜色 混合在一起，形成新的颜色
颜色匹配：将两种或多种颜色 混合在一起，形成新的颜色
颜色混合原理：根据光的叠加 原理，将不同颜色的光混合在
一起，形成新的颜色
科学
光度量之间的 关系：光度学 中，光度、亮 度和色度之间 存在一定的关
系
光度与亮度的 关系：光度是 光源发出的光 通量，亮度是 观察者接收到
的光通量
光度与色度的关 系：光度与色度 之间没有直接的 关系，但色度会 影响观察者对光
度的感知
辐射度光度与色度及其测量
辐射度光度与色度及其测量绪论一基本问题：1 辐射度学：电磁辐射能的度量与测量：解决电磁辐射能量的定义和测量方法。
建立统一的标准。
是单纯的客观物理量的问题在光电转换、光化学效应、光生物技术、光的热加工，激光技术等领域都有广泛应用。
2光度学：光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。
解决：人眼对光刺激效果的特性（平均特性）刺激效果的量化，刺激量的定义和测量。
主要用于照明，环境工程、测量技术等领域3色度学：有色光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。
问题涉及：人眼颜色视觉特性、色光刺激与人眼感觉的量化定义、颜色的匹配与显示规律，颜色匹配技术、颜色的测量方法，颜色的分类与排列。
在涉及有颜色的领域都有应用（和视觉颜色判断有关问题）颜色本身的测量，温度测量、遥感，管理等等第一章辐射度与光度学基础问题：怎样描述一个辐射体的性质？§1-1 辐射度的基本物理量Q1、辐射能：e以辐射形式发射、传播或接收的能量。
单位为焦耳——J一般可描述辐射能的积累。
2、 辐射通量：e Φ（辐射功率 e P ）以辐射形式发射、传播或接收的功率，（单位时间内的辐射能）。
单位为W （瓦）（焦耳每秒）W/sr 。
描述辐射源的时间特性。
dtdQ ee =Φ （1-1）3、 辐射强度：（I ）在给定方向上的单位立体角内点辐射源发出的辐射通量（辐射功率）单位为W/sr （瓦每球面度）ΩΦ=d d I ee（1-2）点辐射源：辐射源尺寸比传输距离小的多。
例如在地球上可以把太阳视为点光源。
点光源发射球面波，不计辐射损失（反射、散射、吸收）其辐 射强度不变（为什么）对各向同性点光源有Ω=Φe e I （1-3）在空间所有方向上有e e I π4=Φ （1-4）多数光源的辐射强度并不是各向同性的。
如白炽灯。
这种情况有 ⎰⎰⎰=Ω=Φθθϕθφφθππd I d d Ie e e sin )()(020(1-5)4、 辐亮度（L ）辐射源在垂直其传输方向上单位表面积上的辐射强度。
光度学、色度学
二、颜色的分类及属性
彩色：黑白系列以外的各種顏色 非彩色：白色﹑黑色和各種不同深淺的灰色
23
1、颜色的分类
1
原色
2
间色
3
复色
4
补色
24
“原色”并非是一种物理概念，反倒是一种生物 学的概念
是基于人的肉眼对于光线的生理作用
25
复色一定要有红、绿、蓝三原色的成份 才成为复色
各原色间的比例不等
41
42
2、FM-100色彩试验（85、8）及D-15色盘试验（15、 1）
43
3、色觉镜
44
11
亮度VS视野
12
5、光照度
单位受照面积内所接受的光通量 反映受照面的明亮程度 单位：勒克斯（lx）1勒克司相当于1流明/平方米
13
14
白天 VS 夜晚 的差别？
15
我们能否看清一个物体，或能否辨别物体上的细微部分， 都与物体表面的被照程度有关系。
保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处 ；在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习，对眼睛 都是有害的。
7
光通量 光通量的数量越大，即表示该发光体所发出的可
见光就越强。 某一种类的发光体的功率越大，它的流明数就越
高
8
4、发光强度
一定方向上的单位立体角内的光通量 单位：candela（坎德拉）简写cd 描述了光源到底有多“亮” LED
点光源
d
r
9
灯罩的作用？
10
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，实际上就是减少面 积，这样才能得到更大的强度。
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四、色觉检查
第8章：光度学与色度学基础
围绕球心的整个空间的立体角： Ω = 4πr 2 / r 2 = 4π
光学系统中通常用平面角U来表示孔径角，若孔径 角为U，则其对应的立体角的大小（近似）为
Ω = π sin2 U
(8-1)
Y
当U角很小时(u)，立体角为
ٛO X
U
ΩS Z
Ω ≈ πu2
(8-2)
Y
假定距O点 l 处有一微面 dS , dS 的法线 N 与 OZ 的夹角为 α , 那 ٛO 么微面dS对O点所张立体角为 X
辐射特性，单位为瓦每球面度平方米(W/(sr.m2))。
名称
定
义
辐射能 以辐射形式发射、传播或接收的能量。
辐射通量 以辐射形式发射、传播或接收的功率。
辐出射度
离开表面一点处面元的辐射通量除以该 面元面积。
辐射照度
照射到表面一点处面元上的辐射通量除 以该面元的面积。
在给定方向上的立体角元内，离开点辐 辐射强度 射源或辐射源面元的辐射功率除以该立
1×107 2×107 3×107
(1.5~10)×108 (1~20)×108
1×107
辐射度学与光度学物理量间的关系
名称
定
义
单位
辐射能 以辐射形式发射、传播或接收的能量。 焦耳(J)
光能 光通量对时间的积分。
流明·秒 (lm·s)
辐射通量 以辐射形式发射、传播或接收的功率。 光通量 发光强度为Iv的光源，在立体角元dΩ内
轴上像点的光照度(小视场)
忽略光在光学系统内的损失：
Φ
'
=
π
(
n ')2 n
L
⋅δ
S
'⋅
sin 2
《光度学和色度学》课件
显示技术
Hale Waihona Puke 光度学和色度学在显示技术中帮助实现更准确、 更逼真的颜色显示。
原色视频技术
光度学和色度学在原色视频技术中提供准确的 颜色还原和显色能力。
人类视觉研究
光度学和色度学在人类视觉研究中帮助我们更 好地了解人类对光和颜色的感知。
光度学和色度学在研究中的挑战
述颜色的方式，常用的有RGB、
CMYK和Lab等。
3
CIE色度图和CIE色度系数
CIE色度图是用来表示不同颜色的图
形，CIE色度系数是用来描述颜色的
显色指数和颜色一致性
4
数值。
显色指数是衡量光源显示物体真实颜 色能力的指标，颜色一致性是颜色在
不同光源下显示一致性的能力。
光度学和色度学的应用
照明工程
《光度学和色度学》PPT 课件
这是一份关于光度学和色度学的PPT课件，将介绍这两个领域的定义、概述、 应用和挑战等内容。让我们一起探索光与色的奥秘吧！
什么是光度学
定义和概要
光度学研究光的特性和量度，包括光通量、 光照度等。
辐射度和辐射通量
辐射度是单位面积上的辐射功率，辐射通量 是某个角度范围内通过的辐射能量。
1 测量技术和标准化
准确测量光和颜色需要先进的仪器和标准化的方法。
2 颜色缺陷和色盲
颜色缺陷和色盲对光和颜色的感知造成一定影响，需要进一步研究。
3 多色彩的处理和应用
现实世界中存在各种复杂的多色彩情景，如何处理和应用这些色彩成为一个挑战。
总结
光度学和色度学的 概念
光度学和色度学研究了光和 颜色的特性和量度。
光电测试技术-第3章 色度和光度测试技术(2／4)
2010-10-15
3
第3章 色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
为波长λ 为波长λ的光谱 1 色品坐标计算， k叫做归化系数 叫做归化系数 归化系数， 三刺激值 它是将照明物体 要计算颜色的色品坐标， 已知某颜色的刺激函数 (λ ) ，要计算颜色的色品坐标，必 或光源） （或光源）的Y值 须先求得颜色的三刺激值。计算公式为： 须先求得颜色的三刺激值。计算公式为： 归一化为100时得 归一化为100时得 出的
X = X1 + X 2 Y = Y1 + Y2 Z = Z + Z 1 2
2010-10-15 6
第3章 色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
2 颜色相加计算 计算步骤： 计算步骤：
X Y Z = = = X +Y + Z 由 x y z
可得 于是
X = X1 + X 2 Y = Y1 + Y2 Z = Z + Z 1 2
Pe = OM x x0 y y0 = = OL xλ x0 yλ y0
Yλ yλ 亮度纯度 Pc = = Pe Y y
它表明主波长 的光谱色在样 品颜色中所占 亮度比重
10
2010-1度和光度测试技术
哈尔滨工业大学
第3章 色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
2010-10-15
2
第3章 色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
CIE除了推荐标准色度系统外，还推荐了一系列的计算方法。 CIE除了推荐标准色度系统外，还推荐了一系列的计算方法。 除了推荐标准色度系统外 如： 色品坐标的计算 颜色相加计算 主波长和色纯度计算 色差计算 同色异谱程度的计算等
光度学与色度学复习内容
光度学与⾊度学复习内容名词解释：1.同⾊异谱⾊：对于特定标准观察者和特定照明体，具有不同光谱分布⽽有相同三刺激值的颜⾊。
2.颜⾊校正：是把阶调层次偏差的原稿和扫描分⾊引起颜⾊偏差的图像校正过来，使其能得到反映原稿的正确⾊调、层次和灰平衡。
3.⼤⾯积着⾊原理:假如传送细节的尺⼨⼩于1 mm，那么⼈眼看到的各个细节部分只是在亮度⽅⾯存在着差别，⽽在颜⾊⽅⾯没有差别，都表现为灰⾊。
所以，当重现彩⾊图像时，只有⼤⾯积部分需要以三原⾊显⽰，其⾊彩可以丰富图像内容。
⽽对各种颜⾊的细节部分，彩⾊图像可不必显⽰出⾊度的差别。
因为此时，⼈眼已不能辨认它们的⾊度区别了，只能感觉到它们之间的亮度的不同，可以⽤⿊⽩来显⽰，这称为⼤⾯积着⾊原理。
4.光度学就是根据⼈类视觉器官的⽣理特性和某些约定的规范来评价辐射所产⽣的视觉效应。
5.分布温度：光源的分布温度是在⼀定谱段范围内，光源光谱辐射度曲线和⿊体的光谱辐射度曲线成⽐例或近似成⽐例时的⿊体温度，因⽽分布温度可描述光源的光谱能量分布特性。
6.照明体同⾊异谱指数：对于特定参照照明体和观察者具有相同的三刺激值的两个同⾊异谱样品，⽤具有不同相对光谱功率分布的测试照明体所造成的两样品间的⾊差( E)作为照明体同⾊异谱指数Mi7.总光谱辐亮度因数：总光谱辐亮度因数是在多⾊光照明下，来⾃荧光物体表⾯的反射和发射的辐亮度与在相同照明观测条件下⾮荧光参考样品的反射辐亮度之⽐。
8.朗伯定律：di / dx = - K I 式中，K为薄膜的吸收系数，其值通常为正，采⽤负号表⽰强度减⼩。
对整个膜厚度进⾏积分得：I = Io e -Kx 或Ti = I / Io = e –Kx此式即为朗伯定律的表达式，其中Ti 称为膜内部的透射率。
9.格拉斯曼⾊彩混合定律10.减⾊原理填空：1.⾃然界把各种能量转化为光能的过程有两种：⼀是热辐射，⼆是发光。
2.在光学中，与能量有关的量有两类，分别是辐射度学量和光度学量.3.如果⼀个辐射源其表⾯辐射亮度L不随⽅向变化，则称为郎伯辐射体。
光度,辐射度,色度学名词解释及中英文对照
开尔文认为，假定某一纯黑物体，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失， 同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它便会因受到 热力的高低而变成不同的颜色。例如，当黑体受到的热力相当于 500—550 摄氏 度时，就会变成暗红色，达到 1050 一 1150 摄氏度时，就变成黄色……因而，光 源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度相对应的。只不过色温是用开尔文(K) 色温单位来表示，而不是用摄氏温度单位。打铁过程中，黑色的铁在炉温中逐渐 变成红色，这便是黑体理论的最好例子。当黑体受到的热力使它能够放出光谱中 的全部可见光波时，它就变成白色，通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑 体。色温计算法就是根据以上原理，用。K 来表示受热钨丝所放射出光线的色温。 根据这一原理，任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的 “温度”。
辐射照度（W/m2 ）和光照度（lux=lm/m2 勒克斯=流明/平方米）之间，可以通 过乘以光视函数来变换。 (瓦/平方米和流明或勒克斯之间的转换)
如：550nm 的光视函数为 0.9949501 则 1w 的辐射通量对应 683.0*0.9949501=679 lm （流明）
其中 683.0 为：在 555nm，人眼的最大可见光视效率处，1W 辐射通量对应光通量 为 683 流明。
倘若需要用日光型胶片在用钨丝灯照明的条件下拍摄时，还可以用 80 滤光镜。 如果当时不用 TTL 曝光表测光的话，须增加 2 级光圈，以弥补光线的损失。而当 用灯光型胶片在日光条件下拍摄时，就需用 85B 滤光镜，需要增加 2／3 级光圈。
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1. 辐射通量:以辐射形式发射、传输或接收的功率，用以描述辐能的时间特性；
辐射强度:在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量；
辐亮度: 光源在垂直其辐射传输方向上单位表面积单位立体角内发出的辐射通量；
辐射出射度: 离开光源表面单位面元的辐射通量；
辐照度：单位面元被照射的辐射通量；
2.辐射度量与光度量的区别：
3.阈值对比度：
把人眼视觉在一定背景亮度下可探测的最小衬度对比度称为阈值对比度，或称亮度差灵敏度。
人眼的绝对视觉阈:
在充分暗适应的状态下，全黑视场中人眼感觉到的最小光刺激值，称为人眼的绝对视觉阈。
分辨力:
人眼能区别两发光点的最小角距离称为极限分辨角 ，其倒数则为眼睛的分辨力。
色差灵敏度:
人眼能恰好分辨色度差异的能力叫做色差灵敏度。
4.颜色恒常性:：外界条件变化后，人们的色知觉仍然保持相对的不变。
色对比：在视场中，相邻区域不同颜色的相互影响叫做颜色对比，包括：明度对比、色调对比和饱和度对比。
色适应：当人眼对某一色光适应后，观察另一物体的颜色，不能立即获得客观的颜色印象，而带有原适应色光的补色成分，需经过一段时间适应后才会获得客观的颜色感觉。
明度加法定理：明度是人眼对外界光线明暗感觉程度的度量。
明度加法定理：对于混合光，不论光谱成分如何，它所产生的表观明度等于混合光各个光谱成分分别产生的表观明度之和。
5.朗伯辐射体：某些自身发射辐射的辐射源，其辐亮度与方向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变。
（绝对黑体和理想漫反射体是两种典型的朗伯体。
）
朗伯余弦定律：在理想情况下，朗伯体单位表面积向空间规定方向单位立体角内发射(或反射)的辐射通量和该方向与表面法线方向的夹角α的余弦成正比。
6.基尔霍夫定律：物体的辐射出射度M和吸收本领a的比值M/a与物体的性质无关，都等于同一温度下绝对黑体(a=1)的辐射出射度M0—基尔霍夫定律
7.普朗克辐射定律物理意义：黑体辐射的光谱分布；
斯蒂芬—玻尔兹曼定律：黑体在单位面积单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次
方成正比；
维恩位移定律：当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动；
最大辐射定律：黑体最大辐射出射度与T的五次方成正比。
8.分布温度：在一定谱段范围内光源光谱辐亮度曲线和黑体的光谱辐亮度曲线成比例或近似地
成比例时的黑体温度。
色温：当发射体和某温度的黑体有相同的颜色时, 黑体温度称为发射体的色温。
相关色温：就是发射体和某温度的黑体有最相近的色时黑体的温度。
辐亮度温度：实际发射体在某一波长(窄谱段范围内)的光谱辐亮度和黑体在某一温度同一波长下的光谱辐亮度相等时，黑体温度称为发射体的辐亮度温度。
辐射温度：是在整个光辐射的谱段范围内的辐亮度与某温度黑体辐亮度相等时黑体的温度。
10.人工黑体的分类及结构：
1）腔型黑体辐射源；2）面型差分黑体源
11.光电探测器和热探测器的区别：
热探测器：探测能力强，时间常数小，相应范围宽，只能工作在一定温度范围，受负载电路影响大。
光电探测器：利用光电效应，性能稳定，光谱响应范围宽；响应速度快；响应度高，温度系数小。
12.光电管：利用外光电效应。
在光照下，阴极表面激发出的电子在电场作用下打向阳极，在外电路形成光电流。
光电倍增管工作原理：
13.光电效应
热释电效应：
14.格拉斯曼定律：
1) 人的视觉只能分辨颜色的三种变化(如明度/色调/饱和度)
2) 在由两个成份组成的混合色中，如果一个成份连续地变化，混合色的外貌也连续变化。
若两个成份互为补色，以适当比例混合，便产生白色或灰色，若按其它比例混合，便产生近似比重大的颜色成份的非饱和色；
若任何两个非补色相混合，便产生中间色，中间色的色调及饱和度随这两种颜色的色调及相对数量不同而变化。
3) 颜色外貌相同的光, 不管它们的光谱组成是否一样, 在颜色混合中具有相同的效果。
即凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。
4) 混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度总和—亮度相加定律。
15CIE1964补充色度系统与CIE1931标准色度系统的区别：
16.什么是均匀颜色空间：
17.简述三刺激值单位的确定方法：
选一特定白光(W)作为标准, 在颜色匹配实验装置上用选定的R/ G/B三原色光相加混合与此白光(W)相匹配, 达到匹配时, 如测得所需要的三原色光的光通量值(R)为lR流明；(G)为lG 流明；B为lB流明。
则将比值lR︰lG︰lB定为三刺激值的相对亮度单位，即色度学单位。
18.主波长：颜色S1的主波长是指波长 d的光谱色按一定比例与一种确定的参照光源相加混合，能匹配出颜色S1。
补色波长：一种颜色S2的补色波长是指 c的波长光谱色与适当比例的颜色S2相加混合，能匹配出某一种确定的参照白光。
19光度导轨的功能：使两个或多个部件之间轴向的相对位置对准，并在其相对移动时保持对准关系。
21.使用单色仪问题：1）入射狭缝像的弯曲在棱镜单色仪中，由于入射狭缝有一定的长度，不
在狭缝中心的光斜向通过棱镜。
2)杂散光的影响;3) 波长的标定单色仪经过一段时间的使用，由于温度影响、机械结构松动、固有的结构间隙等，使得单色仪的波长刻度往往与实际出射光的波长不能准确地吻合，定期进行波长标定十分必要；4)温度对测量的影响。
温度使材料的折射率发生变化．故仪器工作所在环境温度的变化应控制在土10℃以内。
尤其是红外分光棱镜，色散小，光谱分辨率低，温度变化引起的波长标定误差就更大。
什么是光20.辐射测量系统的光谱泄露：在系统工作谱段[ ， ]内并不象理想响应那样具有明显的波长限，且在[ 1， 2]谱段内的响应也不均匀，在离工作谱段较远的波长区，甚至还可能出现次响应谱段，并可延伸到相当宽的波长范围，这种工作谱段以外的响应称为光谱泄漏。
21.光谱泄漏原因：①大多数光学材料具有较好的短波截止性能，但长波的截止性能较差，因而长波泄漏更容易出现；②用以分隔谱段的薄膜干涉滤光片、分光元件——光栅等利用干涉现象的元件存在干涉级；③单色仪中由于棱镜和光栅表面的自身缺陷及小角度散射、系统像差及衍射等，使透射谱线加宽；④光学元件吸收短波辐射而在较长波长处受激发射萤光，则当紫外测量仪器中探测器在可见谱段未能有效地截止而有响应时，就会产生光谱泄漏。
22.检查系统光谱泄露的方法：
由于短波截止滤光片的短波截止性能较好，可用来检查长波泄漏。
检查时将滤光片插入光路，如果系统仍有信号输出(不是暗电流)，则说明系统有长波泄漏，而信号的大小可确定长波泄漏的程度。
另一种检查长波泄漏的方法是用变温度的黑体作为光源，由于黑体温度变化时，辐射能的峰值也随之变化，这相当于引入一个变发射谱段的光源作为长波泄漏的检查手段。
23.光谱响应：测量系统的光谱响应是系统中光学和色散元件的光谱透射、反射、色散特性和探测器光谱响应的乘积。
24.测量系统的视场响应具备条件：
1)测量环境的影响，因此保持测量室内空气清洁是十分必要的;2）测量系统响应线性度的影响，因此改变积分球出射光孔到待测系统的距离是一种简单快速检查测量系统视场外响应的方法。