辐射度光度色度第八章(光度量的测量)
1.2辐射度量与光度量
d
单位：瓦特/球面度· 米2（W/sr· m2）
S
dS
d
35
⑤辐射亮度
余弦辐射体或朗伯体
辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足
dIe dIe 0 cos
余弦辐射体的辐射亮度
Le
dI e 0 Le 0 dA
余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角无关。 余弦辐射体的辐射出射度
光源面上将产生同样大小的光通量。
15
§3 两者关系
辐射度量 物理量名称 符号 辐射能 辐射通量 辐射出射度 辐射强度 Qe 定义或定义式 单位 J 物理量名称 符号 光量 光通量 光出射度 发光强度 Qv 光度量 定义或定义式 Qv=v dt 单位 lm· s lm lm/m2 cd
e
Me Ie
0.1070
0.0610 0.0170 0.0082 0.0041 0.0021 0.00105 0.00052 0.00012
25
①视见函数 V(λ)
1.0
400
505
555
750
λ /nm
人眼的视见函数曲线
24
②光通量 定义：光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值 意义：表征光源发出的客观辐射能通量所能引起人眼的主观视觉强度大小 单位： lm（流明） 表达式：设dVλ为波长λ处dλ间隔的辐射能通量，相应波长光通量dΦλ：
单位：lm/(m2· sr)（流明每平方米球面度），或lm/(cm2· sr) 即sb（熙提）
19
说 明:
① 光亮度反映扩展光源在与面法线成 θ角度方向单位投影面积上的发 光强度
② 发光强度和光亮度均针对可见光而言，并带有探测器的主观因素。在
三度学习题与思考题(理论部分)
《辐射度、光度与色度及其测量》习题及思考题第一章辐射度量、光辐射度量基础1.通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段？2.简述发光强度、亮度、光出射度、照度等定义及其单位。
3.试述辐射度量与光度量的联系和区别。
4.人眼视觉的分为哪三种响应？明暗和色彩适应各指什么？5.何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？6.试述人眼的分辨力的定义及其特点。
7.简述人眼对间断光的响应特性，举例利用此特性的应用。
8.人眼及人眼－脑的调制传递函数具有什么特点？9.描述彩色的明度、色调和饱和度是怎样定义的，如何用空间纺锤体进行表示？10.什么是颜色的恒常性、色对比、明度加法定理和色觉缺陷。
11.简述扬-赫姆霍尔兹的三色学说和赫林的对立颜色学说。
12.朗伯辐射体是怎样定义的？其有哪些主要特性？13.太阳的亮度L＝1.9⨯109 cd/m2，光视效能K＝100，试求太阳表面的温度。
14.已知太阳常数(大气层外的辐射照度)E=1.95 cal/min/cm2，求太阳的表面温度(已知太阳半径R s=6.955⨯105 km，日地平均距离L=1.495⨯109 km)。
15.某一具有良好散射透射特性的球形灯，它的直径是20cm，光通量为2000lm，该球形灯在其中心下方l=2m处A点的水平面上产生的照度E等于40lx，试用下述两种方法确定这球形灯的亮度。
(1)用球形灯的发光强度；(2) 用该灯在A点产生的照度和对A点所张的立体角。
16.假定一个功率(辐射通量)为60W的钨丝充气灯泡在各方向均匀发光，求其发光强度。
17.有一直径d=50mm的标准白板，在与板面法线成45︒角处测得发光强度为0.5cd，试分别计算该板的光出射度M v、亮度L和光通量Φv。
18.一束光通量为620lm，波长为460nm的蓝光射在一个白色屏幕上，问屏幕上在1分钟内接受多少能量？19.一个25W的小灯泡离另一个100W的小灯泡1m，今以陆米－布洛洪光度计置于两者之间，为使光度计内漫射“白板”T的两表明有相等的光照度，问该漫射板T应放在何处？20.氦氖激光器发射出波长632nm的激光束3mW，此光束的光通量为多少？若激光束的发散半角1mrad，放电毛细管的直径为1mm，并且人眼只能观看1cd/cm的亮度，问所戴保护眼镜的透射比应为多少？21.在离发光强度为55cd的某光源2.2m处有一屏幕，假定屏幕的法线通过该光源，试求屏幕上的光照度。
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。
辐射度量光度量基础
I
d d
(4)光亮度 (L，luminance) 面光源在给定方向上，单位正投影面积的L发光d 2强度/ d。dAcos dI / dAcos
(5)光出射度(M，Lminous exitance)
面光源单位元表面内向外所发射的光通量。 (6) 光照度(E，illuminance)
被照物体单位元表面里入射或获得的光通量。
M dQ dA
E dQ dA
第二十四页，共87页。
1.2 光度量
1、光视效能
为了描述光源的光度与辐射度的关系，通常引入光视效能 K ，其定义为目视引 起刺激的光通量 与光源发出的辐 射通量 之比，单位为（lme/W）。
常见光源的光视效能:
K e
光源类型 钨丝灯(真空) 钨丝灯(充气) 石英卤钨灯 气体放电管
符号上加下标“e”，而在光度量符号上加下标“v”。
第二十三页，共87页。
1.2 光度量
(1)光量(Q，quantity of light )
光源在指定时间内发出的光能。
(2)光通量(，luminous flux)
光源在单位时间内发出的光能。
dQ dt
(3)光强度(I，luminous Intensity)
如果观测中使用光学系统，当源的像小于探测器，就可以看成是点源。
均匀点辐射源（各向同性）辐射强度I不随方向变化，故整个球面的辐射通量
为：
I 4I
第八页，共87页。
1.1 辐射度量
(5) 辐射出射度(M，Radiant exitance) 辐射出射度表示扩展源单位面积向半球空间发射的功率(或辐射通量)，是描述
1.1 辐射度量
(3) 光子辐射强度
光度测量
光度测量1．光度计量体系和光度基准，标准1．1 测量与计量测量是人类认识自然和利用自然的一种重要和必需的手段。
在人类社会的初期就开始了各种测量活动。
现代社会，测量更是渗透到生产，生活，贸易的各个方面和科学技术的诸多领域。
起初，测量十分原始，往往是凭经验自定测量单位。
随着生产的发展和交换的发生，人类活动范围和规模不断扩大，要求测量结果稳定和统一，并强制规定和实施。
于是有了计量的萌芽。
经过长期的历史发展，逐渐形成了独立的计量科学，成为现代科学技术的一项重要基础。
测量是为确定表征被测对象的某种属性的量的量值而进行的一组操作。
计量学则是研究测量，保证测量准确和统一的学科。
1．2 光度计量体系和光度基准与标准（1）在光度计量中，发光强度是基本量，它的单位坎德拉（cd）基本单位，也是国际单位制（SI）七个基本计量单位之一。
根据坎德拉的定义，首先复现坎德拉的量值，其余光度量单位的量值均由坎德拉导出，由此构成光度计量体系。
它与光度量的定义体系是不同的，应予注意。
（2）光度基准（光度原级标准）1）历史演变简况作为计量基准必须满足两个基本要求，一是稳定，二是可复现。
光度基准的发展历程正是不断追高稳定性和高复现性的过程。
1881年国际电工技术委员会批准烛光为国际标准。
蜡烛作为光度原级标准，其稳定性和复现性均不能满足实际工作的需要。
因此，相继出现了几种火焰标准光源代替蜡烛，效果仍不理想。
白炽电灯问世后，出现了新的希望。
但是白炽电灯虽然有较好的稳定性，却不具有可复现性。
1909年美、英、法等国决定用一组碳丝白炽电灯来保持由火焰灯复现的发光强度单位，定名为国际烛光，符号为“ic”，而德国和另一些欧洲国家仍然使用亥夫纳灯所复现的亥夫纳烛光，符号为“HK”，两者之间的关系为：1HK≈0.9ic （1-1）用白炽电灯保持国际烛光仅是权宜之计，并没有根本解决问题。
早在19世纪后半期，就有人根据物体的热辐射特性，提出用处于沸点或凝固点的纯金属发光作为光度原级标准。
《辐射度、光度与色度及其测量》_第八章
第8章光度量的测量 (166)8.1发光强度的测量 (166)8.1.1 在光度导轨上测量发光强度 (166)8.1.2 用偏光光度计测量发光强度 (168)8.1.3 用客观光度法测量光强度 (169)8.1.4 光强度测量中应注意的问题 (170)8.2光通量的测量 (171)8.2.1 用分布光度计 (171)8.2.2 用积分球 (173)8.3照度的测量 (174)A. 照度计光辐射探测器的光谱响应应符合照度测量的要求 (175)B. 探测器的余弦校正 (176)C. 照度示值与所测照度有正确的比例关系 (177)D. 照度计要定期进行精确标定 (177)E. 照计计要有较多强的环境适应性 (177)8.4亮度的测量 (178)8.4.1 目视法测量亮度 (178)8.4.2 客观法测量亮度 (178)第8章 光度量的测量光度量是平均人眼接收辐射能引起视觉神经刺激程度的度量。
光度量的测量主要包括光通量、发光强度、照度和亮度的测量，这些光度量是在可见光范围内平均人眼受到光刺激程度的度量，是可见光范围内各波长光对人眼刺激的积分值。
在光度量的测量中，根据接收器不同(用人眼接收或物理探测器接收)，可分为两种测量方法：以人眼作为接收器称为目视光度法；以物理探测器，如光敏元件、照相底片等，作为接收器的称为客观光度法。
目前在光度测量领域，目视光度法有被客观光度法取代的趋势。
由于光度测量原则上是使用平均人眼作为评价标准的，因此掌握光度量的目视光度测量方法仍是很重要的。
8.1 发光强度的测量发光强度的测量可用目视光度法测量，也可用客观光度法测量。
测量可在光度导轨上运用平方反比定律来进行。
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度测量装置(如图8-1)在滑轨上装有三个可滑动的小车，两边小车上安装进行比较的光源，中间小车安装陆未-布洛洪光度计(见6.1)。
这种装置测量发光强度的简单方法是直接比较法。
在一端的小车上装上光强标准灯(s 灯)，另一端的小车上装上待测灯(c 灯)。
辐射度、光度与色度及其测量
d 2Φ dI = L= d ΩdA cos θ dA cos θ
图 1-2 钨丝白炽灯辐射强度 的空间分布
辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要的作用，是光源微面元在垂直传输方向辐强度特性的描述。 例如，描述螺旋灯丝白炽灯时，由于描述灯丝每一局部表面(灯丝、灯丝之间的空隙)的发射特性常常是没有 实用意义的，而把它作为一个整体，即一个点光源，描述在给定观测方向上的辐射强度；而在描述天空辐 射特性时，希望知道其各部分的辐射特性，则用辐亮度可描述天空各部分辐亮度分布的特性。 (6) 辐射出射度 (M) 定义为离开光源表面单位面元的辐射通量，即
图 1-1 立体角的概念
时，其对应的立体角为 4π球面度，而半球空间所张的立体角为 2π球面度。在θ ，ϕ 角度范围内的立体角
Ω=∫
θ
∫ sin θ d θ d ϕ
ϕ
(1-2)
求空间一任意表面 s 对空间某一点 o 所张的立体角，可由 o 点向空间表面 s 的外边缘作一系列射线, 由 射线所围成的空间角即为表面 s 对 o 点所张的立体角。因而不管空间表面的凸凹如何，只要对同一 o 点所 作射线束围成的空间角是相同的，那末它们就有相同的立体角。 1.1.2 辐射度量的名称、定义、符号及单位(GB3102.6-82) 很长时间以来， 国际上所采用的辐射度量和光度量的名称、 单位、 符号等很不统一。 国际照明委员会(CIE) 在 1970 年推荐采用的辐射度量和光度量单位基本上和国际单位制(SI)一致，并在后来为越来越多的国家(包 括我国)所采纳。 表 1-2 列出了基本的辐射度量的名称、符号、定义方程及单位、单位符号。
Ｑ,Ｗ
w Φ,Ρ
焦(耳)
w = dQ / dv Φ = dQ / dt
光度与色度测量原理-I
第二章辐射度学、光度学与色度学概述
2-1基本知识
在 光辐射测量中,与能量有关的量有二种,一是物理量, 即客观的,称为辐射度量.另一类是生理量,即主观的,称 为光度量.光度量是人的视觉系统主观感受到的那一部 分光辐射能量,它把紫外和红外辐射都排除在外.因此, 光度学有它自巳独特的基本单位.
3,1931CIE-XYZ系统 实际上,应用RGB系统己径可以对颜色进行计算了.应用 公式:(对于自发光物体)
光度与色度测试原理
电磁波图谱
白光通过棱镜的分光
人眼的中间视觉特性
人眼视网膜上有二种感光细胞:锥体细胞和杆体细胞. 锥体细胞:灵敏度低,在亮度为3cd/m2以上光亮条件下起作用,能分辨 颜色和物体的细节.称为明视觉V(λ ); 杆体细胞:在亮度为0.001cd/m2以下黑暗条件下起作用,它的感光灵敏 度高,仅能分辨明暗,不能分辨颜色和细节,称为暗视觉V’(λ ); 当环境亮度介于0.001cd/m2和3cd/m2之间称为中间视觉Vm(λ ),视网 膜上的锥体细胞和杆体细胞同时起作用. 锥体细胞的光谱灵敏度曲线
台湾工研院
杭州
全数字仪器家族
全数字照度计 全数字亮度计
全数字色度计
全数字点度计
全数字光度计光通亮Байду номын сангаас量
全数字彩色亮度计及软件
XYC-VI
全数字仪器家族
全数字光度计 半拄面照度计
LED发光强度测量
拄面照度计
全数字仪器家族
棉花色泽测量仪
纸张色度仪
色差计
全数字仪器家族
彩色亮度计 LED光色参数测量
低温绝对辐射计
照明工程中测量的光、色参数
• • • • • • • 1.照度; 2.亮度; 3.光源光通量; 4.光源色温; 5.光源显色指数; 6.灯具的配光曲线.效率等. 为此需要研究各不同的测量方法和仪器.
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目视、直接法 8.1.1 在光度导轨上测量发光强度 I
光度计漫射屏两面的反射比
标准灯的光强Is已知
在制做白色漫射屏时，使 其两平面反射比相同，则
(8-1)式变为
目视光度计
第8章
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度 目视、直接法
第8章
第8章
8.2.1 用分布光度计测量光通量
一般情况下的求法：采用测量照度的办法，
第8章
8.2.2 用积分球测量光通量
1.直接计算：在测得了球壁处出射窗口的照度E后，可得到光通量
2.用比较灯
第8章
8.3 照度E的测量
客观法测量照度
照度计基本结构(无镜头)
I E
Eα=(I /l2) cosα =E0 cosα
辐射度、光度与色度 及其测量
第8章 光度量的测量(4h)
廖宁放 颜色科学与工程国家专业实验室
第8章 光度量的测量
8.1 发光强度I的测量 8.2 光通量Ф的测量 8.3 照度E的测量
8.4 亮度L的测量
8.1 发光强度I的测量
1.目视(主观)光度法测量：以人眼作为接收器 2. 客观光度法测量 ：以物理探测器，如光敏元件、
(1)实际光源总有一定大小;(2)光源发光强度在空间非均匀分布， 故必须采用相应的方法进行测量。 最常用的是用分布光度计和积分球来测量光通量
在不同的空间位置上测得发光强度I (, )
第8章 8.2.1 用分布光度计测量光通量
第8章 8.2.1 用分布光度计测量光通量 几种特殊情况下的求法
1个位置的光强
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度
目视、比较法: 使用一只比较灯
第8章
8.1.2 用偏光光度计测量发光强度
第8章
8.1.3 用客观光度法测量光强度 光接收器是光辐射探测器
光电流
第8章
8.1.3 用客观光度法测量光强度
(比较法)
（1）光源距离不变，探测器的照度（即光电流）与光强 大小成正比，因此可以由光电流计算光强
近似为点光源 照度E
用照度确定发光面的亮度
第8章
8.4 亮度的测量
8.4.2 客观法测量亮度：用照度计进行亮度测量
在许多情况下，要把一固定光阑直接和光源接触是困难的( 如测量灯丝或熔炼中金属的亮度)。为此，可用一透镜将待 测光源成像，由测量光源像的照度确定光源的亮度
透镜通光面积为S， 是透镜的透射比
第8章
8.4 亮度的测量
8.4.2 客观法测量亮度：用亮度计进行亮度测量
L=RL×V
第8章
8.4 亮度的测量
8.4.2 客观法测量亮度：成像型亮度计
亮度计用一个光学系统把待测光源表面成像在放置光辐射探测器的平面上
固定
变焦
光阑P的设置非常重要，因为如果只用物镜框来限制通光孔面积，那么在 测量物距不同的发光表面时，物镜框到像平面的位置将随着物镜的调焦而 改变，结果对应不同的物距就有不同的亮度响应度，若对物距的变化不加 修正，就会引起亮度测量误差。（物方立体角固定，以最远定标）
8.3 照度的测量
客观法测量照度
照度计光辐射探测器的光谱响应应符合照度测量的要求（基本 方法） 如果不符合，则引入修正系数 P
第8章
8.3 照度的测量
探测器表面照度的余弦校正（对不同角度的光－－cos响应）
第8章
8.4 亮度的测量
8.4.1 目视法测量亮度
第8章
8.4 亮度的测量
8.4.2 客观法测量亮度
第8章
8.3 照度的测量
测量条件
A. 照度计光辐射探测器的光谱响应应符合照度测量的要求 (1)引入修正系数
(2) 用滤光片与光探测器的组合匹配人眼光谱光视效率V()
B. 探测器的余弦校正
C. 照度示值与所测照度有正确的比例关系
D. 照度计要定期进行精确标定
E. 照计计要有较多强的环境适应性
第8章
第8章
8.4 亮度的测量
用传感器表面照度间接标定亮度响应
V=RE ×E
探测器的照度响应度为R ，则输出信号V=RE E
第8章
8.4 亮度的测量
8.4.2 客观法测量亮度：亮度计的标定方法
① 用高精度照度计进4.2 客观法测量亮度：亮度计的标定方法
② 用光强度I0标准灯和理想漫射板进行标定。
这种方法要求探测器上的照度必须在探测器线性工作范围以内
Ic/Ec=Is/Es Ic=(Ec/Es)*Is
即：
Ic=(ic/is)*Is
第8章
8.1.3 用客观光度法测量光强度
(比较法)
(2) 探测器光电流不变（即照度相同），可以由 距离计算光强
这种方法对探测器没有线性工作要求
第8章
8.1.4 光强度测量中应注意的问题
(1)杂散光造成的误差 (2)导轨距离读数的精度 (3) 保证光源工作稳定 (4)光度平衡判别中人的主观误差
第8章
8.2 光通量的测量
光源的发光强度(cd--candela)是光度学的基本 参数，由其可导出光度学其它各基本量。
对各向同性的点光源， 光通量计算
=4I
第8章 8.2.1 用分布光度计测量光通量