第一章光度学和色度学

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1、第1章光度学和色度学§1光度学基础§2人眼的视觉特性§3色度学基础§1光度学基础我们生活在一个多彩的世界里。白天，在阳光的照耀下，各种色彩争奇斗艳，并随着照射光的改变而变化无穷。但是，每当黄昏，大地上的景物，无论多么鲜艳，都将被夜幕缓缓吞没。在漆黑的夜晚，我们不但看不见物体的颜色，甚至连物体的外形也分辨不清。同样，在暗室里，我们什么色彩也感觉不到。这些事实告诉我们：没有光就没有色，光是人们感知色彩的必要条件，色来源于光。所以说：光是色的源泉，色是光的表现。一、光的特性图1-1电磁波的波谱光源人眼感觉到的颜色，除与物体本身的反射特

2、性有关外，还与光源的特性有关，故这里讨论几种电视中常用的基准光源。所谓基准光源是指具有特定光谱分布的光源。光分为单色光和复合光。原理上，单一波长（单一频率）电磁辐射发出的可见光称为谱色光或单色光。我们把不是仅含单一波长的光称为复合光，人们日常接触到的各种光源或反射入眼睛的光，均为复合光。描述光源色相常用"色温"，它源于绝对黑体加热在不同温度下有不同的发光颜色，通常称该温度（用绝对温度K）为该光色的色温。"相关色温"指光色最接近黑体某温度之光色的色温值。相同色温光源的相对功率谱不一定相同，即颜色具有同色异谱色。我们知道，温度在绝对零

3、度（－273°C）以上的物体都会有连续的电磁辐射。但是不同的物体的辐射能量是不同的。为了衡量物体的电磁辐射能量的大小，人们设定了一个标准——绝对黑体。绝对黑体是指在任何温度下，对于各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1的物体。自然界并不存在绝对黑体。绝对黑体是一个理想化的参考模型。在遥感热红外扫描仪系统中，装有高温黑体和低温黑体，作为探测地物热辐射的参考源。实用的绝对黑体是由人工方法制成的。一般说，物体的辐射能量与其表面温度有关，温度越高，辐射能量越大。换句话说，物体的辐射能随其温度变化，辐射能的光谱分布也随之变化绝对黑体能全部吸收

4、外来的电磁辐射而无反射和透射。黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。它被可见光照射时因为没有反射光线而呈现黑色，故名。这是一种现实中不存在的理想物体。通常近似地认为一个空腔表面的小孔是黑体。光源的辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。不同光源有不同的光谱功率分布，国际照明委员会（简称CIE）规定了一些光源。基准光源A（A白）、基准光源B（B白）、基准光源C（C白）、基准光源D65（D65白）、基准白色光源（E白）。E白是等能白光源，自然界中不存在，是用于彩色电视计算的一种假想光源。3.物体的颜色在中学的物理课中我们

5、可能做过棱镜的试验，白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛就像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理，即三基色原理。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三基色，这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。二、光的度量辐射功率相同波长不同的光对人眼产生的

6、亮度感觉是不相同的。1933年国际照明委员会（CIE）经过大量实验和统计，给出人眼对不同波长光亮度感觉的相对灵敏度，称为相同视敏度。表1－1给出了相对视敏度的最佳数据，下图是根据表1－1作出的曲线，称为相同视敏函数曲线。它的意义是：人眼对各种波长光的亮度感觉灵敏度是不相同的。实验表明：在同一亮度环境中，辐射功率相同的条件下，波长等于555nm的黄绿光对人的亮度觉最大，并令其亮度感觉灵敏度为1；人眼对其它波长光的亮度感觉灵敏度均于黄绿光（555nm），故其它波长光的相对视敏度V（l）都小于1。例如波长为660nm的线光的相对视敏度V

7、（660）－0.061，所以，这种红光的的辐射功率应比黄绿光（555nm）大16倍（即1/0.061＝16），才能给人相同的亮度感觉。当l<380nm和l>780nm时，V（l）＝0。这说明紫外线和红外线的射功率再大，也不能引亮度感觉，所以红外线和紫外线是不可见光。这也是自然选择的结果。假如人眼对红外线也能反映，那么这种近似光雾的热辐射将会成为人们观察外部世界的一种干扰。光通量指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等

8、时，其光通量并不相等。例如，当波长为555×10-7米的绿光与波长为650×10-7米的红光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。光通量的单位为“流明”。光通量通常用Φ来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。所以度量单