第三章 标准光源第一节 光度学基础1 、辐射能量 (Qe(λ) )

以辐射形式发射、传输或接受的能量。 单位：焦耳 (J) λ：表示波长 辐射能量是波长的函数，随着波长的变化而

变化。

2 、辐射通量

辐射通量 ：又称为辐射功率，定义为：单位时间内 ( 通过某一面积 ) 流过的辐射能量，即

单位：瓦特（ W ）

光通量 ： 光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量 ( 即可见光的能量 ) 的多少，称为光通量。( 单位：流明 (lm))

光通量相当于是辐射通量的一部分。

dt

dQe )()(

eΦ

)(vΦ

)(eΦ

光通量与辐射通量间的关系：

K ：辐射能光当量，是一个转换系数 ( 光通量和辐射通量的单位不同 ) ， K=683 (lm / W) 。

V(λ)：是光谱光效率函数，就是辐射能转化为可见光的程度。

( 注意 :λ 是在变化的， V(λ)随着 λ变化 )

光通量可以理解为光谱不同波长的辐射能对人眼产生光亮感觉的数量大小。

)()()( ev ΦΦ KV

3 、发光强度

为了表示点光源在不同方向上的发光特性，定义：在某一方向上单位立体角 dω 内发出的光通量称为点光源在该方向上的发光强度 (Iθ) 。

d

dI

用弧度表示平面角度大小 ：平面角 = 弧长 / 半径（单位：弧度 rad ）

立体角为：球面面积 (S) 与半径平方 (r2) 的比值。 单位是：球面度 sr 一个锥面所围成的空间部分称为“立体角”。立体角是

以锥的顶点为心，半径为 1 的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。

发光强度的单位是坎德拉 (cd) 。

如果点光源为各向同性，即在各个方向上的发光强度相同，则：

发光强度为 1cd 的点光源，在单位立体角 (1个球面度 ) 内发出的光通量为 1 流明 (lm) 。

I

4 、光照度某一表面被光源所照明，在被照明表面单位面积所接受的光通量称为光照度，符号为 E ，单位为勒克斯（ lx ）或 lm/m^2, 光照度的数学表达式为：

dS

dE

5 、光亮度 发光面积为 ds 的面光源在给定的 θ 角方向上

立体角 dw 内发出的光通量称为光亮度。 面光源的每块面元 ds 沿某方向 θ 有一定的发

光强度，沿此方向上单位投影面积的发光强度。

面光源某面元在给定方向上的辐射强度，除以该面元在该方向上的投影面积。

一、光源的光谱功率分布曲线

光源中各个波长色光的辐射功率大小按波长的分布称为光源的光谱功率分布。

随着波长变化，是波长的函数。

第二节 光源的颜色特性

下午晚点的日光

荧光灯

白炽灯

连续光谱 线光谱 组合光谱

二、黑体的辐射特性

一定的光源光谱功率分布表现为一定的光色。 我们把光源的光与黑体的光相比较来描述它的

颜色。利用黑体的辐射特性来描述光源的光谱通量分布。

黑体：是假想出来的一种完全辐射体，能够全部吸引任何波长的辐射，当它被加热到高温时，将产生辐射，辐射出的光谱功率大小及分布取决于它的温度。

自然界中不存在完全理想的黑体，人们用耐火材料制造成开有小孔的空腔容器来近似的模拟它。

黑体的一些相关理论：

斯特藩 --- 玻耳兹曼定律

维恩位移定律

普朗克定律

黑体辐射出来的光的颜色变化随着温度的升高，按红 --- 黄 --- 白 --- 蓝的顺序变化。

当黑体受到的热力相当于 500—550 摄氏度时，就会变成暗红色，达到 1050－ 1150 摄氏度时，就变成黄色，温度继续升高会呈现蓝色。光源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度是相对应的 。

将黑体在不同高温状态下的色度坐标值，点在相应的色度空间里，会形成一条轨迹，称为“黑体轨迹”或者“普朗克轨迹”。 x 和 y表示其色度坐标值。

三、光源的颜色温度 光源与黑体在某温度 T 时所辐射的色光颜色

一致时，黑体此时的辐射温度值被称为该光源的颜色温度，简称色温。

绝对色温：坐标点要落在黑体轨迹上。

相关色温：坐标点落在黑体轨迹附近。

色温的应用：

摄影时胶片的不同

印刷分色时用的光源和胶片

印刷看样所用的照明光源

根据人的心理感受和不同场所合理选择光源

第三节 标准光源和标准照明体照明光源对物体的颜色影响很大 , 不同的光

源，有着各自的光谱能量分布及颜色，在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化。

为了统一对颜色的认识，首先必须要规定标准的照明条件，使得在这个标准的照明条件下，人们所看到的物体的颜色是“真实自然”的 ( 不同时间、不同地点的观察者能有一个同样的观察条件 ) 。

CIE 规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布，是规定的光源颜色标准。它并不是必须由一个光源直接提供，也并不一定用某一光源来实现。

光源是能发光的物理辐射体，用来实现标准照明体光谱功率分布。通常用具有一定光谱功率分布的灯或加上滤色片实现。 CIE 标准照明体 A 、 B 、 C由标准光源 A 、 B 、 C实现 。

标准照明体 A ：色温为 2856K 的绝对黑体的辐射光，代表了多数钨丝灯或碘钨灯的光。

标准照明体 B ：代表相关色温 4878K 中午直射的日光。

标准照明体 C ：代表相关色温 6774K 的平均日光

标准照明体 D ：又称为典型日光，包括代表四种色温的理想日光： D50(5004K) 、 D55(5503K) 、

D65(6504K) 、 D75(7604K) 。

由于标准光源 B 和 C都缺少紫外成分，照明体 D 有紫外波段，且比照明体 A 、 B 、 C更接近真实的日光，因此近年来更广泛地用 D50 与 D65 取代了标准照明体 A 、 B 与 C 。

现在多数数字影像的处理中广泛使用 D65 ，在我国印刷行业中则以 D50 为主。

标准光源 A ：色温为 2856K 的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。　　标准光源 B ：色温为 4874K ，由 A 光源加罩 B型 D-G液体滤光器组成。光色相当于中午日光。　　标准光源 C ：色温为 6774K ，由 A 光源加罩C型 D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光。

第四节 光源的显色性 光源的显色性：是指光源显示物体颜色的性

能，也就是将光源照射到物体上所产生的客观效果。

由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉，而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光作为标准（参照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（待测光源）与其比较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。

CIE规定用普朗克辐射体（色温低于 5000K ）或标准照明体 D （色温高于 5000K ）做参照光源。

我国国家标准“光源显色性评价方法 GB5702-85” 中规定用普朗克辐射体（色温低于 5000K ）和组合日光（色温高于 5000K ）做参照光源。

根据待测光源相关色温的高低选择其一，作为相应的参照标准 。

通过对光源的研究发现，一般连续光谱的光源具有较好的显色性。

由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如 450nm 的蓝光， 540nm的绿光， 610nm 的桔红光以适当比例混合所产生的白光，虽然为高度不连续光谱，但却具有良好的显色性。用这样的白光去照明各色物体，都能得到很好的显色效果。

在日光下观察一副画，然后拿到高压汞灯下观察，就会发现，某些颜色已变了色。如粉色变成了紫色，蓝色变成了蓝紫色。因此，在高压汞灯下，物体失去了“真实”颜色，如果在黄色光的低压钠灯底下来观察，则蓝色会变成黑色，颜色失真更厉害 。

光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。连续光谱的光源均有较好的显色性。

为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度，采用“显色性指数”作为定量评价指标。

显色性指数最高为 100 。显色性指数的高低，就表示物体在待测光源下“变色”和“失真”的程度。

光源的显色性指数 Ra 值：　　 Ra 值为 100～ 75 显色优良　　 75～ 50 显色一般　　 50 以下 显色性差

光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。

色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。

假若光源色处于人们所习惯的色温范围内，则显色性应是光源质量的更为重要的指标。这是因为显色性直接影响着人们所观察到的物体的颜色。

光源的色温和显示性之间没有必然的联系。色温相差很大的光源，可能都有较好的显色性。