光度学基础和色度学简介.ppt

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1、第九章光度学基础和色度学简介一个完整的成像系统由三部分组成：物体（辐射体）、能量的传播系统（介质，光学系统）和像的接收器件。因此，讨论成像系统的能量传输和转换必须对此三部分的物理性质进行研究。物体是一种电磁波辐射体，眼睛为接收器件的光学系统是对范围内的电磁波有所反应，一般将这部分辐射量称为光度量。但是，从广泛的意义上讲，应将对接收器件有所响应的辐射量称为光度量，只不过是将原来定义的光学量予以扩展而已，这并不影响讨论的结果。所以光度学是研究光度量的，而色度学则是根据人眼的光谱特性进行研究工作的一门科学。§9－1辐射量和光度量及其单位一、辐射量1.辐射能：辐射体辐射出的能量。单位：焦耳（）。2

2、.辐（射）通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。单位：焦耳／秒＝瓦（）。3.辐（射）出射度：辐射体单位面积上发出的辐（射）通量。单位：。4.辐（射）照度：单位面积上接收的辐（射）通量。单位：。5.辐（射）强度：点辐射源或小面元在某一方向上单位立体角内发出的辐（射）通量。单位：。6.辐（射）亮度：辐射体某一面元上单位面积在空间某方向单位立体角内辐射的辐（射）通量。单位：。光度量1.光能：能被接收器件响应的辐射能。单位：焦耳（）。2.光通量：能被接收器件响应的辐通量。单位：流明（）。（9－1）3.光出射度：光源单位发光面发出的光通量。单位：流明/()。4、光照度：单位受照面积接收的光通量。单位

3、：勒克司（）（9－2）5、发光强度：点光源或小面元在某一方向上单位立体角内发出的光通量。单位：坎德拉（）（9－3）6、光亮度：光源某一面元上单位面积在空间某一方向单位立体角内辐射的光通量。单位：熙提（9－4）光亮度的示意图如图9－1所示。设面元面积为，微小立体角为，面元法线为，空间某方向与夹角为，在此方向在立体角内辐射的光通量为，则光亮度（9－5）三.光度量和辐射量之间的关系1、光谱光效率函数物体（光源）做为电磁波的辐射体，其辐射通量是波长的函数，用表示。取决于光源的性质。光能的传输系统，如介质和光学系统，对不同波长的辐射能透射率不同，用表示。接收器件亦对不同波长的辐射发生不同响应，用表示

4、。将、和统称为光谱光效率函数。其中又称为光源的绝对光谱功率分布函数，称为光谱透射比，称为接收器件的光谱响应函数。对于目视仪器，即人眼为接收器件的系统，又称为视见函数。整个成像系统在波段范围内有效光通（9－6）式中是视见函数的最大值（规化为1）的单色光波的辐射通量和光通量的转换系数，又称绝对光谱光效率值。对于任意波长的相对光谱，光效率值则为（9－7）对于人眼的光谱响应函数（视见函数）人们研究得比较多，国际照明委员会（CIE）根据多组测试结果，分别于1924年和1951年正式推荐两种视见函数：明视觉视见函数和暗视觉视见函数。同时分别给出相应的绝对光谱光效率值和。可见光通过光学系统后的光通量为：

5、明视觉（9－8）暗视觉（9－9）式中——波长单色光的光谱光效率值。——波长单色光的光谱光效率值。——明视觉时的视见函数。——暗视觉时的视见函数。对于人眼，一般取明视觉的绝对光谱光效率值，用表示，即至于其它接收器件，有效光通量的计算公式相同，但式中、、不同。如锑铯光电管不能接收以上的红光，红外CCD器件不能接收可见光，硅光电池的光谱光效率函数也与人眼的光谱光效应函数不同。一些热敏元件的响应系数则所有波段均是相同的。故（9－6）式为通用的公式，根据不同的光源，光能传输系统、接收器件代入不同的参量。四、余弦辐射体由（9－6）式可以看出，一般的发光面在空间不同方向的光亮度是不同的。从应用的角度希望

6、成像系统的物面在空间各方向的光亮度相同。具有这种性质的发光体称为余弦辐射体。余弦辐射体的光强度分布为（9－10）式中——发光面法线方向的光强度；——与发光面法线成角方向的光强度。余弦体的光强度特性如图9－2所示。将（9－10）式代入（9－5）式，得常量（9－11）余弦辐射体向平面孔径角的立体角范围内的光通量由下式计算（9－12）当时，，则（9－13）这是余弦辐射体向立体角发出的总光通量。根据定义，余弦辐射体的光出射度为（9－14）应指出，物理光学中的光强和应用光学中的发光强度不是同一物理量。物理光学中的光强和应用光学中的照度和光出射度的量纲相同。§9－2光在介质中传播时光度量的变化规律表征

7、点光源光度特性的重要参数是发光强度。描述面光源光度特性的重要参数是光亮度。像面上光度特性的重要参数是照度。图9-2余弦辐射体发光强度的空间分布图9-3点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度一.点光源在距离处表面上形成的照度一点光源在距它处的面元上产生的照度为（9－15）设面元法线和方向夹角为，对所张立体角为，由图9－3知故(9－16)二、面光源在距离处表面上形成的照度在图9－4中，代表面光源的面元面积，为被照表面面元面