三度学第一章资料.ppt

辐射度、光度与色度及其测量（三度学） 主讲：廖宁放 liaonf@bit.edu.cn, 光电学院颜色科学与工程国家专业实验室 2014年9月 绪 论 一、课程的意义 （基础性、应用性） 二、三度学内涵 三、教学安排(目录) Visible Light 第1章 辐射度量、光度量基础 　　　 预备知识－辐射度量 预备知识－光度量 眼 睛 * * 教学安排 总共40学时：授课、习题、实验、复习总结 2周后考试 教学方法 概念定义→计算、应用 （习题） 三度学内涵 当外界物理辐射以能量（或功率）为单位来评价时，定义为辐射度量。这是纯物理量，属于辐射度学研究的范围。某些物理辐射作用在观察者的视觉器官便产生光的感觉。当辐射量与人眼的视觉特性（CIE标准光度观察者）相联系而被评价时，定义为光度量，属于光度学的研究范围。当辐射量与人眼的颜色视觉特性（CIE标准色度观察者）相联系而被评价时，定义为色度量，属于色度学的研究范围。 三度学内涵 阐述电磁辐射的光学谱段内辐射度量、光度量及色度量的定义、计算、测量等 ；对于色度还主要讨论在可见光波段内的计算和测量。 紫外 可见 近红外 短波红外 中波红外 长波红外 远红外 ? (?m) 电磁频谱 0.01nm 1nm 0.1?m 10?m 0.1cm 10cm 10m 1km 100km ?射线 光学谱段 紫外线 x射线 可见光 红外 微波 无线电波 EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF 波数σ或? v (new) ，1/λ，在波传播的方向上单位长度内的波周数目称为波数，常用单位为cm-1 辐射度量是用能量单位描述辐射能的客观物理量。 光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量。 重要 定义 或 概念 辐亮度与亮度； 辐照度与照度； 辐射强度与光强度； 光视效能(K)； 明视觉、暗视觉; 中间视觉； 绝对视觉阈；阈值对比度(亮度差灵敏度)； 视觉锐度(分辩力) 　　立体角Ω是描述辐射能向空间发射、传输或被某一表面接收时的发散或会聚的角度(如图1-1所示)，定义为：以锥体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部分的表面积 dS 和球半径 r 平方之比： 式中，?(0,π)为天顶角；? (0,2π)为方位角；d? d?分别为其增量。立体角的单位是球面度(sr)。 在? ，? 角度范围内的立体角： ds r d? d? d? o 图1-1　立体角的概念 一个光源向整个空间发出辐射能或者一个物体从整个空间接收辐射能时，其对应的立体角为4?球面度，而半球空间所张的立体角为2?球面度。 说明：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，那么它们就有相同的立体角。 二、辐射度的各个物理量 (1) 辐射能(Q ) 　简称辐能，描述以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位焦耳(J)。当描述辐射能量在一段时间内积累时，用辐能来表示，例如：地球吸收太阳的辐射能，又向宇宙空间发射辐射能，使地球在宇宙中具有一定的平均温度，则用辐能来描述地球辐射能量的吸收辐射平衡情况。 　为进一步描述辐射能随时间、空间、方向等的分布特性，分别用以下辐射度量来表示。 (2) 辐能密度(w ) 定义为单位体积元内的辐射能，即 单位：Ｊm-3 (3) 辐射通量(　, P ) 　　定义为以辐射的形式发射、传输或接收的功率，用以描述辐能的时间特性。 (4) 辐射强度( I ) 　　定义为在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量，即 辐射强度描述了光源辐射的方向特性，对点光源的辐射强度描述具有更重要的意义。 点光源向空间辐射球面波。如果在传输介质内没有损失(反射、散射、吸收)，那么在给定方向上某一立体角内，不论辐射能传输距离有多远，其辐射通量是不变的。（理想情况下） 　　实际应用中，对于连续辐射体或接收体，以单位时间内的辐射能，即辐射通量表示。因此，辐射通量是一个十分重要的辐射度量。例如，许多光源的发射特性,许多辐射接收器的响应值不取决于辐射能的时间积累值，而取决于辐射通量的大小。 单位：W 单位：Wsr-1 (5) 辐亮度 (L) 　　定义为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，即 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