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光學知識科普小劇場|光度量與輻射度量的關係

由 一起學習沖沖衝 發表于 攝影2023-01-24
簡介在光輻射能的測量中,為了既符合物理學對電磁輻射度量的規定,又符合人的視覺特性,建立了兩套參量和單位:輻射度量與光度量

照明裡的lx代表什麼

在氛圍燈的生產以及顏色校準的過程中,光度學和色度學是比較基礎和重要的部分。從發展的角度來看,光度學是從光學基礎、輻射度量、光度量這麼一個過程進行轉變演化的。本次的光學知識小劇場,我們基於光學基礎來對輻射度量和光度量進行了解。

首先,我們來了解一下什麼是光?

光是特定頻率範圍內的電磁波輻射。光譜是光能量相對於光波長的分佈。光根據波長範圍能夠分為可見光和不可見光。

光具有波粒二象性;光的顏色和能量由光的頻率決定。

光學知識科普小劇場|光度量與輻射度量的關係

光學知識科普小劇場|光度量與輻射度量的關係

然後,當我們瞭解到一個光子的能量之後,我們轉入對一個光源的研究,從而引出輻射度量。當我們研究出一整片區域的光子的能量,就可以計算出單個光子的能量,再進行疊加運算,從而得到輻射能。

什麼是輻射能?

輻射能指以輻射形式發射、轉移,或接收的能量。空間內某個區域當中全部的光輻射能量,是這個區域所有光子能量的和。(單位:焦耳,J);

輻射通量是指單位時間內透過某片區域的輻射能。(單位是W);

輻射照度是指到達單位面積上的輻射通量。它可以衡量光源發射的能量密度的具體強度,但是又不存在點光源,點是無限小的,所以在理論中,他才是更為實用的;

輻射強度:點輻射源向各方向發出輻射,在某一方向,在單位立體角dΩ內發出的輻射通量;

輻射亮度 :元面積為dA的輻射面,在和表面法線N成q角方向,在元立體角dΩ內發出的輻射通量。

輻射度量是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量。輻射度學是研究電磁輻射能測量的一門科學。在光輻射能的測量中,為了既符合物理學對電磁輻射度量的規定,又符合人的視覺特性,建立了兩套參量和單位:輻射度量與光度量。

什麼是光度量?

光度學是研究光度測量的一門科學。光度量是指光輻射能被平均人眼接收所引起的視覺刺激大小的度量。也就是說:光度量是具有標準人眼視覺特性的人眼所接收到的輻射量的度量。光度量有如下四個常用的度量及定義。

光通量:光源單位時間內發出的可見光量之總和。單位:流明

發光強度:(點光源)光源在單位立體角內發出的光通量,也就是光源所發出的光通量在空間選定方向上分佈的密度。角度越大,發光強度越小。單位:坎德拉(cd)。

光照度 :照度是表示照射到平面上的光的亮度指標。單位為勒克司(lux) 。是指光源射向平面狀物體的光通量中,每單位面積的光通量。用於比較照明燈具照射到平面上的明亮程度。1lx=1lm/㎡

亮度:物體的明暗程度,定義是單位面積的放光強度。單位:尼特(nit)

光學知識科普小劇場|光度量與輻射度量的關係

二者之間有什麼樣的聯絡?又是如何透過輻射度量來引出光度量的?

我們先來了解一下光譜光效率函式,光譜光效率函式是一個以輻射量度量的可見光函式

為自變數(即輸入),人眼作為可見光探測器,最後輸出的是光學量表示的人眼光感受。

人的視覺對不同波長光有不同的靈敏度,光譜光效率函式即表示人對不同波長光響應的靈敏度函式。

光學知識科普小劇場|光度量與輻射度量的關係

由於視網膜含兩種不同的感覺細胞,在不同照明水平下,光譜光效率函式會發生變化。

當亮度大於3cd/㎡時,為明視覺,錐體細胞起主要作用,光譜光效率的峰值產生在550nm~560nm部位;

光亮度小於0。03cd/㎡時,為暗視覺,杆體細胞起主要作用,光譜光效率的峰值向短波方向移動,相當500~510nm的藍綠色部位。

當亮度在0。03~3cd/㎡時,錐體細胞和杆體細胞共同起作用,稱為中間視覺。

中間視覺的視覺函式並不能由明視覺函式和暗視覺函式的線性組合來模擬。

因為在中間視覺範圍內的杆體細胞和錐體細胞存在著相互作用。

光學知識科普小劇場|光度量與輻射度量的關係

最後,我們瞭解下來,輻射度量和光度量都是用來量化地描述輻射能的,兩者在研究方法和概念上基本相同,它們的基本物理量也是一一對應的。然而,輻射度量是輻射能本身的客觀度量,是純粹的物理量,適用於整個電磁波段,而光度量則還包括了生理學和心理學等方面的概念在內,具有一定的主觀性,且僅適用於可見光。