光学与视觉基础知识
光学及图像处理基础知识
锐化半径：决定作边沿强调的像素点的宽度，若半径为1，从亮到暗的整个宽度是两个像素。
如果半径为2，则边沿两边各有两个像素点，从亮到暗的整个宽度是4个像素。
半径越大，细节差别也清晰，但同时产生光晕。
阀值：决定多大反差的相邻边界可以锐化处理，而低于此反差值则不锐化处理。
阀值的设置时避免因锐化处理而导致的斑点和麻点等问题的关键参数。
光晕：halation 在曝光拍摄过程中，强光投射到胶片上，透过胶片乳剂中在片基表面进行反射，从而致使图像发晕。
过冲（overshoot）：第一个峰值或谷值超过设定电压，对于上升沿是指最高电压，而对于下降沿是指最低电压。
下冲（undershoot）：第一个谷值或峰值。
过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早的失效。
锯齿（aliasing）：采样频率小于图像信号最高频率的2倍时，在采样频率的高次谐波附近会产生带波重叠的噪音。
色温在了解白平衡之前还要搞清另一个非常重要的概念――色温。
所谓色温，简而言之，就是定量地以开尔文温度（K）来表示色彩。
英国著名物理学家开尔文认为，假定某一黑体物质，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℃时，就会变成暗红色，达到1050－1150℃时，就变成黄色，温度继续升高会呈现蓝色。
光源的颜色成分与该黑体所受的热力温度是相对应的，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”，这个温度就用来表示某种色光的特性以区别其它，这就是色温。
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。
色温现象在日常生活中非常普遍，相信人们对它并不陌生。
钨丝灯所发出的光由于色温较低表现为黄色调，不同的路灯也会发出不同颜色的光，天然气的火焰是蓝色的，原因是色温较高。
正午阳光直射下的色温约为5600 K，阴天更接近室内色温3200K。
光学视觉技术专业考试题库及答案
光学视觉技术专业考试题库及答案第一部分：选择题（共10题，每题2分，共20分）1. 光学视觉技术是研究什么的学科？A. 光学材料的性质和应用B. 光的产生和传播C. 光与物质的相互作用D. 光学仪器的原理和应用答案：D2. 光学视觉技术在哪些领域有应用？A. 医学B. 通信C. 非破坏检测D. 所有以上都是答案：D3. 光学视觉技术中，什么是光学成像？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学仪器对图像进行分析答案：C4. 光学视觉技术中，什么是光学测量？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学仪器对目标物体进行尺寸、形状等参数的测量答案：D5. 光学视觉技术中，什么是光学识别？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学仪器对目标物体进行特征识别和分类答案：D6. 光学视觉技术中，什么是光学信息处理？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学技术对图像进行数字化、压缩、增强等处理答案：D7. 光学视觉技术中，什么是光学检测？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学仪器对目标物体进行缺陷检测、定位、识别等答案：D8. 光学视觉技术中，什么是光学导引？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学仪器进行光束的引导和控制答案：D9. 光学视觉技术中，什么是光学通信？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学技术进行信息的传输和交流答案：D10. 光学视觉技术中，什么是光学显示？A. 利用光学原理进行图像处理B. 利用光传感器进行图像采集C. 利用光学系统获取目标物体的图像D. 利用光学技术进行图像的显示和呈现答案：D第二部分：问答题（共5题，每题10分，共50分）1. 光学视觉技术的研究对象有哪些？答案：光学视觉技术的研究对象主要包括光学仪器、光学系统、光学材料、光学成像、光学测量、光学识别、光学信息处理、光学检测、光学导引、光学通信和光学显示等。
光学体系知识点梳理总结
光学体系知识点梳理总结一、光学基础知识1. 光的本质光是电磁波的一种，是一种由电场和磁场交替而成的波动现象。
光是由光源发出，经过介质传播，最终影响我们的视觉系统。
2. 光的特性（1）波动特性：光具有波动性，可以表现为干涉、衍射、偏振等现象。
（2）微粒特性：光也具有微粒性，可以用光子模型解释光电效应、康普顿效应等现象。
3. 光的传播（1）直线传播：在均匀介质中，光沿着直线传播，遵循光的直线传播定律。
（2）折射现象：当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，遵循折射定律。
（3）反射现象：当光线从介质表面反射时，遵循反射定律。
4. 光的颜色白光是由所有可见光波长组成的，当光通过色散介质时，不同波长的光会按不同程度发生偏折，从而产生色散现象。
5. 光学仪器（1）凸透镜：透镜是一种光学元件，可以将平行入射的光线聚焦或发散。
（2）凹透镜：凹透镜同样可以将平行入射的光线聚焦或发散，与凸透镜形成对称。
（3）棱镜：通过对光的折射和衍射，可以实现光的分光和复合。
二、光学成像1. 成像原理成像是光学系统中非常重要的一部分，成像原理是指当物体放在一定位置时，通过透镜、镜面等光学元件可以在另一位置产生与实物相似的像。
2. 透镜成像透镜成像是指通过透镜实现对物体的成像，分为凸透镜和凹透镜成像。
3. 成像公式成像公式是描述透镜成像的数学关系式，可以根据物距、像距、焦距等参数计算成像的位置和大小。
4. 像的性质像的性质包括实像与虚像、正像与负像、放大与缩小等，是成像过程中需要了解的重要内容。
5. 透镜组成像透镜组成像是指通过不同透镜的组合实现对物体的成像，常见的透镜组包括双凸透镜组、凹凸透镜组等。
6. 成像畸变（1）球差：由于透镜的非理想性，会出现球差现象，导致成像的模糊和色差。
（2）色差：不同波长的光经过透镜时折射角度不同，会导致色差现象，影响成像的清晰度。
三、光学仪器1. 望远镜望远镜是一种基于透镜或镜面的光学仪器，可以放大远处物体的像，包括折射望远镜和反射望远镜。
光学视觉技术专业问题与答案
光学视觉技术专业问题与答案问题1：什么是光学视觉技术？光学视觉技术是一种应用光学原理和技术的领域，通过使用光学设备和图像处理算法，从物体的视觉信息中提取有用的信息，并用于目标检测、图像识别、测量和导航等应用。
问题2：光学视觉技术有哪些应用？光学视觉技术在许多领域都有广泛的应用，包括机器人技术、自动驾驶、医学影像、安防监控、工业检测等。
在机器人技术中，光学视觉技术可以用于目标识别和定位；在自动驾驶领域，它可以用于交通标志识别和行人检测；在医学影像方面，它可以用于疾病诊断和手术辅助等。
问题3：光学视觉技术的原理是什么？光学视觉技术的原理基于光学成像和图像处理。
首先，通过光学设备（如摄像头）获取物体的图像信息，然后利用图像处理算法对图像进行分析和处理，提取出目标的特征信息，最后进行目标检测、识别和测量等操作。
问题4：光学视觉技术有哪些挑战？光学视觉技术面临一些挑战，如光照条件的变化、目标的复杂性、噪声和干扰等。
在应用中，光照条件的变化可能会导致图像质量下降，影响目标的检测和识别。
目标的复杂性也会增加算法的复杂度和计算量。
此外，噪声和干扰可能会对图像质量和算法的准确性产生负面影响。
问题5：光学视觉技术有哪些发展趋势？光学视觉技术在不断发展中，有几个主要的发展趋势。
首先，随着计算机性能的提升和图像处理算法的进步，光学视觉技术的应用范围将进一步扩大。
其次，深度研究和人工智能的发展将为光学视觉技术带来更高的性能和准确性。
另外，光学传感器的发展也将推动光学视觉技术的进步，使其在更广泛的应用中发挥作用。
以上是关于光学视觉技术的一些常见问题和简要回答。
如需了解更多详细信息，请参考相关学术文献和专业资料。
眼睛与光学知识大全
目录第一章透镜 (3)第一节眼睛 (3)第二节放大镜 (6)第三节门镜的原理 (7)第四节凸透镜的反射成像 (7)第二章光的波粒二象性 (7)第一节光色的互补与物体的颜色 (7)第二节光的增透膜 (7)第三节从玻璃涂膜到镜面建筑 (7)第四节海水为什么是蓝色的 (7)第五节瑰丽的极光 (7)第三章现代科技光学 (7)第一节绝妙的激光清洗 (7)第二节全息三维显示技术 (7)第四章基础电子线路 (7)第一节晶体二极管 (7)第二节晶体三极管 (7)第五章简单电子制作 (7)第一节微波自动节电开关 (7)第二节声光控节能开关的制作 (7)第三节移动电话手机场强仪 (7)第四节新颖感应台灯控制电路 (7)第六章纳米技术的发展 (7)第一节纳米技术 (7)第二节纳米技术风光无限 (7)第三节“超级纤维”碳纳米管发展记 (7)第四节纳米碳管储氢 (7)第七章狭义相对论 (7)第一节参考系和运动的相对性 (7)第二节光速和时间的相对性 (7)第三节黑洞之迷 (7)第一章透镜第一节眼睛一、眼睛的结构人的眼睛为一个直径为2cm的球体。
眼球的前部凸出的透明部分，称为角膜。
眼球里有一个含有纤维胶质的透明液体，称为晶状体。
晶状体与角膜之间充满无色透明液体——水样液，晶状体与视网膜之间充满无色透明胶状物质——玻璃体。
角膜、水样液、晶状体和玻璃体的共同作用相当于一个凸透镜。
从物体射进眼里的光经过这个凸透镜折射后，在视网膜上成一倒立的缩小的实象，刺激分布在视网膜上的感光细胞，视觉神经将这种刺激传给大脑视觉中枢，从而使我们产生视觉——看见了眼前的物体。
二、眼睛的调节正常的眼睛眺望远方时，远处物体的像成在视网膜上。
在观看近处物体时，物距缩短了，像仍然成在视网膜上。
这是因为晶状体本身是有弹性的，可以靠周围肌肉的运动改变它的表面的弯曲程度，在观看远方物体时，晶状体由于周围肌肉的作用，表面弯曲程度最小，这时眼睛的焦距最大。
在观看较近处物体时，也是由于周围肌肉的作用，晶状体表面弯曲程度变大，焦距缩短。
光学与视觉现象揭示光对视觉的重要性
光学与视觉现象揭示光对视觉的重要性光是一种电磁波，它在自然界中无处不在，并且对于我们的视觉感知起着至关重要的作用。
光学学科研究了光的传播、反射、折射、干涉、衍射和吸收等现象，从而揭示了光与视觉之间紧密的关系。
这些光学现象不仅令我们赞叹自然界的神奇，同时也使我们更加理解和欣赏光对视觉的重要性。
本文将通过探讨光学原理和视觉现象，阐述光对视觉的重要性。
光的传播是实现视觉的基础。
光线在真空中传播时呈直线传播，而在介质中传播时会发生折射现象。
光的直线传播使得我们能够远距离地看到景物，并且清晰地捕捉到物体的轮廓和色彩。
当光通过不同介质的界面时，它会发生折射，这就是为什么我们可以看到水中的鱼或者玻璃杯里的水一样。
这些光在传播过程中的折射给我们的视觉带来了更多的信息和视角，丰富了我们对外界环境的认知。
光的反射现象给我们提供了观察和分析物体的重要手段。
当光线遇到物体表面时，一部分光线会被物体表面反射，这形成了我们所见到的物体的亮度和明暗。
光的反射现象不仅使我们能够看到物体，还提供了物体的外形、纹理和表面的光泽度等信息。
通过观察光线在平面镜、曲面镜等光学器件上的反射现象，我们可以应用光学原理制造出各种光学仪器，例如望远镜、显微镜和相机等，进一步拓展了我们对视觉的认识和应用。
光的折射现象为我们认识和利用光的介质特性提供了基础。
当光从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的光速不同，光线会发生折射现象。
这种折射现象可以解释为光在介质中传播时速度的变化导致其传播方向的改变。
根据这个原理，我们可以制造出棱镜、光纤等光学器件，用于分光、导光和传输信息等领域。
光的折射现象为我们提供了一种利用光在不同介质中传播的特性来改变其路径和传输信息的方法，为我们的生活和科学研究带来了极大的便利。
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性质和波动光的干涉效应。
干涉是指两束或多束光线重叠时相互干涉的现象。
当两束相干光发生干涉时，会产生明暗交替的干涉条纹，这些条纹反映了光的相位差。
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红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
精选
轴向色像差涉及到成像的焦点距离，引起色 彩产生松散或光斑；
倍率色像差别则涉及到成像的大小，在画面 周围引起色彩错开，形成扩散的彩色条纹，如镶 边现象。
精选
消除色差的常用办法之一是采 用不同色散材料的光学元件来组 成镜头，用其中的一种光学元件 的正色散来抵消另一种光学元件 所产生的负色差。例如我们公司 望远镜的消色差镜，利用折射率 较低的PMMA做凸透镜，利用折 射率较高的PC做凹透镜，然后将 两者配合在一起使用。
精选
双胶合镜的消色
差作用对于焦距较 长 (如300mm以上) 的镜头效果会不理 想，因为镜头焦距 愈长，由色散而引 起的色差也就愈严 重。
对于长焦镜头， 更常用的办法是采 用特殊色散或超低 色散玻璃来制作光 学元件。
精选
球差、像散、慧差、场曲和畸变
精选
球差
精选
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平行光 束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的 各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴 上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊 圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
精选
双胶合镜中间波长焦距较短、长波和短 波光线焦距较长。
通过合理的选择镜片球面曲率、双胶合 镜的材料，可以使蓝光、红光焦距恰好相 等，这就基本消除了色差。
精选
只对两种有色光校正色差的，称为稳定 的消色差镜头；
若对三种有色光同时校正色差的称为复 消色差镜头；
而对四种有色光校正色差的则称为超消 色差镜头。
场曲和彗差都与视场大小有关，视场越大则越严 重，所以现代望远镜不是很追求广角设计。在视场 较小的天文望远镜中，场曲和彗差就要轻微得多。
光学基础知识及常见的光学现象解释
光学:物理学的一个部门。
光学的任务是研究光的本性，光的辐射、传播和接收的规律；光和其他物质的相互作用（如物质对光的吸收、散射、光的机械作用和光的热、电、化学、生理效应等）以及光学在科学技术等方面的应用。
17世纪末，牛顿倡立“光的微粒说”。
当时，他用微粒说解释观察到的许多光学现象，如光的直线性传播，反射与折射等，后经证明微粒说并不正确。
1678年惠更斯创建了“光的波动说”。
波动说历时一世纪以上，都不被人们所重视，完全是人们受了牛顿在学术上威望的影响所致。
当时的波动说，只知道光线会在遇到棱角之处发生弯曲，衍射作用的发现尚在其后。
1801年杨格就光的另一现象（干涉）作实验（详见词条：杨氏干涉实验）。
他让光源S的光照亮一个狭长的缝隙S1，这个狭缝就可以看成是一条细长的光源，从这个光源射出的光线再通过一双狭缝以后，就在双缝后面的屏幕上形成一连串明暗交替的光带，他解释说光线通过双缝以后，在每个缝上形成一新的光源。
由这两个新光源发出的光波在抵达屏幕时，若二光波波动的位相相同时，则互相叠加上到1000微米左右的电磁波称为“红外线”。
在0.39微米以下到0.04微米左右的称“紫外线”。
红外线和紫外线不能引起视觉，但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。
所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域，甚至X射线均被认为是光，而可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。
光源:物理学上指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线和X 光线等不可见光）的物体。
通常指能发出可见光的发光体。
凡物体自身能发光者，称做光源，又称发光体，如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是。
但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们，这样的反射物体不能称为光源。
在我们的日常生活中离不开可见光的光源，可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业，医学和国防现代化等方面。
光源主要可分为：热辐射光源，例如太阳、白炽灯、炭精灯等；气体放电光源，例如，水银灯、荧光灯等。
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2.1 辐射度学基本知识
2.1.4 辐射亮度
辐射亮度Le，表示的是面辐射源沿不同方向 的辐射能力的差异，也就是单位面积单位立体角内 的辐射通量。其计算公式如下：
Le ,
dI e dS cos
dS
d2Φe dΩ cos
（2-1）
其中，有一种特殊的辐射体，其辐射强度在空
间的分布上满足余弦关系，这种辐射体的辐射亮度 是均匀的，与方向角θ无关。太阳、漫反射面都可以 看作是余弦辐射体。
辐射强度Ie表示的是在给定方向上单位立体角 的辐射通量，辐射强度的单位是：瓦/球面度。辐射 强度反映了辐射源能量分布的各向异性的特点，也 就是说Ie随方向改变而改变。
图2-1辐射强度
光电图像处理
2.1 辐射度学基本知识
2.1.3 辐射出射度与辐射照度
辐射出度Me，指的是面辐射源的辐射能 力及单位面积的辐射通量。另外一个与之比 较相近的量辐射，辐射照度Ee，定义也基本 类似，它指的是，辐射接收面上单位面积接 受的辐射通量。它们的单位都是瓦/平方米， 计算公式也一致。但要注意它们两者之间的 区别。
（2-5）
光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
表2-1 光度量与辐射度量的对应关系
辐射度量
符号
单位名称
光度量
符号
辐［射］能
Qe
辐［射］通量
或
Φe
辐［射］功率
焦耳 (J) 瓦 (W)
光能
Qv
光通量
或
Φv
光功率
辐［射］照度
Ee
瓦/平方米 (W·m-2) [光]照度
Ev
光电图像处理
2.4 色度学基础知识
2.4.2 彩色的特性
2.3 光度学的概念与物理量
光度量体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射 计量单位，在光频区光度学的物理量可用辐射度 学的物理量相对应的表示，其定义是完全一一对 应。所不同的是光度单位体系的基本单位是发光 强度，单位是坎德拉（cd）。
它的定义是：一个光源发出频率为 540×1012Hz的单色辐射，若在给定方向上的辐 射强度为1/683W/sr，则光源在该方向上的发光强 度为1cd。
下面我们来看看辐射度量与光度量间的换算
关系，及1cd的光强对应多少的辐射强度。当光的 波长为555nm时，有：
Iv
1cd
1 lm sr
1 W/sr 683
（2-4）
也即是说在波长为555nm时，1W的辐射通量 能产生683lm的光通量。
对于任意波长的光而言，有：
v() 683V()e() 其中，V()为光视效率。
光电图像处理
2.1 辐射度学基本知识
2.1.1 辐射能与辐射通量
辐射通量Φe又称辐射功率，是单位时间 内的辐射能，简称功率，其单位为功率单位 瓦特。通常我们在计算光电探测器的光电转 换能力常用辐射功率，分析强光对光电探测 器破坏机理常用辐射能量。
光电图像处理
2.1 辐射度学基本知识
2.1.2 辐射强度
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2.2 人眼的生理构造及功能
人眼的形状像一个小球，通常称为眼球， 眼球内具有特殊的折光系统，类似于凸透镜， 使得进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。视网 膜上有感光细胞，这些感光细胞把接收到的光 信号传到神经中枢，产生色感。
光电图像处理
2.2 人眼的生理构造及功能
眼球的结构如下图2-2所示，主要由角膜、瞳孔、虹 膜、晶状体、睫状体、眼肌、玻璃体和视网膜等构 成。
光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.1 视见函数
光度学描述的是在可见光范围之内人眼的视 觉特性，人眼只能感知波长在0.38μm～0.78μm 之间的光辐射，且人眼对不同波长的感光灵敏度 不同。我们把人眼对不同波长的光的敏感程度绘 制在一个图上就可以得到人眼的光谱光视效率图 或称之为视见函数。
图2-2人眼截面示意图
光电图像处理
2.2 人眼的生理构造及功能
网膜中的感光细胞分为杆状细胞和锥状细胞。 杆状细胞能够感受弱光的刺激，但不能分辨颜色， 锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别彩色。白天， 人的视觉活动主要由锥状细胞来完成。
1：双极细胞 2：锥状细胞 3：杆状细胞 图2-3 视觉细胞
光电图像处理
光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
通过标准光度观察者的实验，在辐射波
长 555nm 处 ， Kλ 有 最 大 值 ， 其 数 值 为
Km=683lm/W。用Km归一化之后的光视效
率为：
V
K Km
1 Km
v e
（2-3）
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2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
辐［射］出度
Me
瓦/平方米 (W·m-2) [光]出度
Mv
辐［射］强度 辐［射］亮度
Ie
瓦/球面度 (W·sr-1) 发光强度
Iv
Le
瓦/平方米球面度 (W·m-2 sr-1)
[光]亮度
Lv
单位名称
流明秒 (lm·s)
流明 (lm)
勒克斯 (lx=lm·m-2) 流明/平方米
(lm·m-2) 坎德拉 (cd=lm·sr-1) 坎德拉/平方米 (cd·m-2)
图2-4光谱光视效率函数 光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
所谓光视效能，描述的是单色辐射通量可以
产生多少相应的单色光通量。定义为同一波长下的 光通量与辐射通量之比。单位是流明/瓦特(lm/w)。 其表达式为：
K
v e
（2-2）
其中，角标“v”和“e”Байду номын сангаас别表示光度学量和辐 射度学量。
光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
光度学常用的基本定律有平方反比定律、立 体角投影定律、朗伯余弦定律和组合定律。例如， 晚上学校篮球场用到的射灯就用到了组合定律。
图2-5组合定律
光电图像处理
2.4 色度学基础知识
2.4.1 色度学基本概念
1.颜色的含义 2.消色 3.光谱色和混合色 4.互补色
第二章 光学与视觉基础知识
第二章 光学与视觉基础知识
2.1 辐射度学的基本概念 2.2 人眼的生理构造及功能 2.3 光度学的概念及物理量 2.4 色度学基础知识 2.5 视觉的概念与功能特性
目录
光电图像处理
2.1 辐射度学的基本知识
2.1.1 辐射能与辐射通量
辐射能Qe以电磁波形式或粒子(光子)形 式传播的能量，它们可以用光学元件反射、 成像或色散，这种能量及其传播过程称为光 辐射能。其单位为能量单位焦耳。