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1、关于辐射度学与光度学基础第一张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2.1 2.1 引言引言光是电磁波，是一种传播着的能量。光是电磁波，是一种传播着的能量。光是电磁波，是一种传播着的能量。光是电磁波，是一种传播着的能量。在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质相互作用时，需要对辐射量进行度量和定相互作用时，需要对辐射量进行度量和定相互作用时，需要对辐射量进行度量和定相互作用时，需要对辐射量进行度量和定量研究。量研究。量研究。量研究。辐射度
2、学就是一门研究电磁辐射能测量的科学辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学与技术，对整个电磁波谱范围都适用。与技术，对整个电磁波谱范围都适用。与技术，对整个电磁波谱范围都适用。与技术，对整个电磁波谱范围都适用。在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性质，有不同的测量方法与手段，我们现在限于讨论质，有不同的测量方法与手段，我们现在限于讨论质，有不同的测量方法与手段，我们现在限于讨论质，有不同的测量方
3、法与手段，我们现在限于讨论光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。第二张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月 人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技术术术术光度学。光度学。光度学。光度学。光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学光度学与辐射度学：对光能进行
4、定量研究的科学.光度学：只限于可见光范围，包含人眼特性。光度学：只限于可见光范围，包含人眼特性。光度学：只限于可见光范围，包含人眼特性。光度学：只限于可见光范围，包含人眼特性。辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大 小是客观的）小是客观的）小是客观的）小是客观的）.甚至适用于整个电磁波谱。甚至适用于整个电磁波谱。甚至适用于整个电磁波谱。甚至适用于整个电磁波谱。属于心理物理学方法属于心理物理学方法属于心理物理学方法属于心理物理学方法纯粹的物理学方法，辐
5、射量是纯粹的物理量纯粹的物理学方法，辐射量是纯粹的物理量纯粹的物理学方法，辐射量是纯粹的物理量纯粹的物理学方法，辐射量是纯粹的物理量第三张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月辐射度学是建立在几何光学的基础上的：辐射度学是建立在几何光学的基础上的：1 1，辐射按直线传播，辐射的波动性不会使辐射，辐射按直线传播，辐射的波动性不会使辐射 能的空间分布偏离几何光线所规定的光路；能的空间分布偏离几何光线所规定的光路；2 2，辐射能是不相干的，不考虑干涉效应。，辐射能是不相干的，不考虑干涉效应。红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论红外物理学就是从
6、光是一种能量出发，定量地讨论红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）.第四张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2.2 2.2 常用辐射量常用辐射量 任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间内。因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时内。因此，在进行有关光
7、辐射的讨论和计算时内。因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时内。因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时，也将是一也将是一也将是一也将是一个立体空间问题。个立体空间问题。个立体空间问题。个立体空间问题。在光辐射测量中，常用的几何量就是立体角。在光辐射测量中，常用的几何量就是立体角。定义定义:一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。符号：符号：单位：单位：Sr Sr （球面度）（球面度）第五张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月立体角的数值为部分球面面积立体角的数值为部分球面面积A与球半径平方之比：与球半径平方之比：AAAA是半径为是半径为是半径为是半径
8、为R R R R的球面的一的球面的一的球面的一的球面的一部分，部分，部分，部分，A A A A的边缘各点对球的边缘各点对球的边缘各点对球的边缘各点对球心心心心O O O O连线所包围的那部分连线所包围的那部分连线所包围的那部分连线所包围的那部分空间叫立体角空间叫立体角空间叫立体角空间叫立体角立体角立体角 对于一个给定顶点对于一个给定顶点O O 和一个随意方向的微小面积和一个随意方向的微小面积dS dS，它们对应的立体角为：，它们对应的立体角为：图2-1第六张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月一，辐射能 以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，以电磁波形式发射、传输或接收的能量称
9、为辐射能，以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，用用用用Q Q Q Q表示，单位为焦耳表示，单位为焦耳表示，单位为焦耳表示，单位为焦耳。一个光量子的辐射能为一个光量子的辐射能为辐射能密度：辐射场内单位体积中的辐射能。辐射能密度：辐射场内单位体积中的辐射能。第七张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月二，辐射功率辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。因此，对同一表面：因此，对同一表面：辐射功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，辐射功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，辐射功率
10、以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，辐射功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红外辐射计在离属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红外辐射计在离属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红外辐射计在离属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红外辐射计在离开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射功率（或称为辐射通量）定义的。功率（或称为辐射通量）定义的。功率（或称为辐射
11、通量）定义的。功率（或称为辐射通量）定义的。单位时间内发射，传输或接收到的辐射能。单位时间内发射，传输或接收到的辐射能。单位：单位：W W（瓦）（瓦）第八张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月三，辐射强度辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量。辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量。辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量。辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量。这是一个相对概念，辐射源与观测点之间距离这是一个相对概念，辐射源与观测点之间距离大于辐射源最大尺寸大于辐射源最大尺寸10倍时，可当做点源处理，否倍时，可当做点源处理，否则称为扩展源（有一定面积）则称为扩展源（有一定面积）.1，点辐射源与扩展源，
12、点辐射源与扩展源 如果观测中使用了光学系统，当源的像小于探测如果观测中使用了光学系统，当源的像小于探测器，就可以看成是点源。器，就可以看成是点源。第九张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月物理描述：物理描述：物理描述：物理描述：点辐射源在某一方向上的点辐射源在某一方向上的点辐射源在某一方向上的点辐射源在某一方向上的辐射强度，是指辐射源在包含辐射强度，是指辐射源在包含辐射强度，是指辐射源在包含辐射强度，是指辐射源在包含该方向的单位立体角内所发出该方向的单位立体角内所发出该方向的单位立体角内所发出该方向的单位立体角内所发出的辐射通量。的辐射通量。的辐射通量。的辐射通量。数学描述：数学描述：
13、数学描述：数学描述：点辐射源在小立体角点辐射源在小立体角点辐射源在小立体角点辐射源在小立体角内的辐射功率为内的辐射功率为内的辐射功率为内的辐射功率为P P，则则则则P P与与与与之比的极限值定义为辐射强度之比的极限值定义为辐射强度之比的极限值定义为辐射强度之比的极限值定义为辐射强度.单位：单位：W/Sr（瓦（瓦/球面度）球面度）2，辐射强度，辐射强度图2-2第十张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月点源是向全空间辐射能量的，点源的辐射功率：点源是向全空间辐射能量的，点源的辐射功率：对于各向同性的辐射源，辐射强度为常数：对于各向同性的辐射源，辐射强度为常数：第十一张，PPT共一百一十七页
14、，创作于2022年6月四，辐射出射度（辐出度）辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。物理描述：物理描述：物理描述：物理描述：扩展源单位面积向半扩展源单位面积向半扩展源单位面积向半扩展源单位面积向半球空间发射的功率（或辐球空间发射的功率（或辐球空间发射的功率（或辐球空间发射的功率（或辐射通量）。射通量）。射通量）。射通量）。数学描述：数学描述：数学描述：数学描述：若辐射源的若辐射源的若辐射源的若辐射源的x x处微小面积元处微小面积元处微小面积元处微小面积元A A向半球空间的辐
15、射功向半球空间的辐射功向半球空间的辐射功向半球空间的辐射功率为率为率为率为P P，则，则，则，则P P与与与与A A之比的极限值定义为之比的极限值定义为之比的极限值定义为之比的极限值定义为x x处的辐射出处的辐射出处的辐射出处的辐射出射度射度射度射度.单位：单位：w/（瓦（瓦/米米2）图2-3第十二张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月如果扩展源表面的发射不是均匀的：如果扩展源表面的发射不是均匀的：扩展源的辐射功率：扩展源的辐射功率：如果扩展源表面的发射是均匀的：如果扩展源表面的发射是均匀的：辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的辐射出射度描述
16、了扩展源辐射功率在源表面的辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的分布特性。分布特性。分布特性。分布特性。第十三张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月五，辐射亮度（辐亮度）辐射亮度辐射亮度辐射亮度辐射亮度L L：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的辐射功率分布特性辐射功率分布特性辐射功率分布特性辐射功率分布特性物理描述：物理描述：物理描述：物理描述：辐射源在给定方向上的辐射源在给定方向上的辐射源在给定方向上的辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单辐射亮度，是源
17、在该方向单辐射亮度，是源在该方向单辐射亮度，是源在该方向单位投影面积上、单位立体角位投影面积上、单位立体角位投影面积上、单位立体角位投影面积上、单位立体角内发出的辐射功率。内发出的辐射功率。内发出的辐射功率。内发出的辐射功率。数学描述：数学描述：数学描述：数学描述：面积元面积元面积元面积元A A向小立体角向小立体角向小立体角向小立体角内发射的辐射功率是二阶内发射的辐射功率是二阶内发射的辐射功率是二阶内发射的辐射功率是二阶小量小量小量小量(P)P)2 2P P；图2-4第十四张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月在在在在 方向看到的源面积是方向看到的源面积是方向看到的源面积是方向看到的源
18、面积是A A的投影面积的投影面积的投影面积的投影面积 A A AcosAcos在在在在 方向上观测到的源方向上观测到的源方向上观测到的源方向上观测到的源表面上该位置的辐亮度表面上该位置的辐亮度表面上该位置的辐亮度表面上该位置的辐亮度就定义为就定义为就定义为就定义为2 2P P与与与与A A 及及及及之比的极限值之比的极限值之比的极限值之比的极限值单位：单位：单位：单位：w/(w/(Sr)Sr)瓦瓦瓦瓦/（平方米（平方米（平方米（平方米 球面度）球面度）球面度）球面度）第十五张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月辐出度辐出度M和辐亮度和辐亮度L的关系的关系小面源（面积小面源（面积A）可以
19、近似看作点源，也可以用辐射强度描述：可以近似看作点源，也可以用辐射强度描述：第十六张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月 由于由于A很小，一般不考虑辐射亮度很小，一般不考虑辐射亮度L在在A中不同中不同位置上的变化，小面源的辐射强度等于该面源的辐射位置上的变化，小面源的辐射强度等于该面源的辐射亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：上述结论对扩展源上的小面积元同样适用。上述结论对扩展源上的小面积元同样适用。扩扩展展源源挡光板挡光板小面积元小面积元图2-5第十七张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月六，辐射照度单位：w/（瓦/米2）受照物体表面的单位
20、面积上接收到的辐射功率称受照物体表面的单位面积上接收到的辐射功率称辐射照度辐射照度.和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。辐射照度辐射照度辐射照度辐射照度E E，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。是特定方向的一个立体角中投射的
21、辐射功率。图2-6第十八张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2.3 2.3 光谱辐射量与光子辐射量光谱辐射量与光子辐射量 第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几何分布特性：表面密度分布和空间角分布。何分布特性：表面密度分布和空间角分布。何分布特性：表面密度分布和空间角分布。何分布特性：表面密度分布和空间角分布。任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光谱特性。那任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光谱特性。那任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光
22、谱特性。那任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光谱特性。那么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。一，光谱辐射量一，光谱辐射量 任一基本辐射量任一基本辐射量任一基本辐射量任一基本辐射量X X，它包含了波长范围，它包含了波长范围，它包含了波长范围，它包含了波长范围0 0的全的全的全的全部辐射量，因此也叫全辐射量。部辐射量，因此也叫全辐射量。部辐射量，因此也叫全辐射量。部辐射量，因此也叫全辐射量。对于基本辐射量对于基本辐射量对于基本辐射量对于基本辐射量X X在波长范围在波长范围
23、在波长范围在波长范围+内相应内相应内相应内相应的辐射量为的辐射量为的辐射量为的辐射量为 X X，第十九张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月定义光谱辐射量（也叫单色辐射量）：定义光谱辐射量（也叫单色辐射量）：（全）辐射量：（全）辐射量：光谱带辐射量：光谱带辐射量：图2-7第二十张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月单位：单位：W/m（瓦（瓦/微米）微米）辐射源在辐射源在辐射源在辐射源在+波长间隔内发出的辐射功率，称波长间隔内发出的辐射功率，称波长间隔内发出的辐射功率，称波长间隔内发出的辐射功率，称为在波长为在波长为在波长为在波长处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）处的光谱辐射功率
24、（或单色辐射功率）处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）光谱带辐射功率：光谱带辐射功率：全辐射功率：全辐射功率：1 1 1 1，光谱辐射功率（光谱辐射通量），光谱辐射功率（光谱辐射通量），光谱辐射功率（光谱辐射通量），光谱辐射功率（光谱辐射通量）第二十一张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2，光谱辐射强度，光谱辐射强度单位：单位：W/Srm（瓦（瓦/球面度球面度微米）微米）3 3，光谱辐射出射度，光谱辐射出射度，光谱辐射出射度，光谱辐射出射度单位：单位：W/mm（瓦（瓦/米米微米）微米）第二十二张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月4，光谱辐射亮
25、度，光谱辐射亮度 单位：单位：W/mSrm（瓦（瓦/米米球面度球面度微米）微米）5，光谱辐射照度，光谱辐射照度单位：单位：W/mm（瓦（瓦/米米微米）微米）第二十三张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月二，光子辐射量二，光子辐射量 在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重要的一类是光子探测器，它们对于入射辐射的响应是要的一类是光子探测器，它们对于入射辐射的响应是要的一类是光子探测器，它们对于入射辐射的响应是要的一类是光子探测器，它们对于入射辐射的响应是和入射的
26、光子数相关的。和入射的光子数相关的。和入射的光子数相关的。和入射的光子数相关的。光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收的光子数。的光子数。的光子数。的光子数。1，光子数，光子数是用频率表示的单色辐射能是用频率表示的单色辐射能.频率为频率为的光子数：的光子数：第二十四张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月光子数：光子数：2 2，光子通量，光子通量单位时间内传输的光子数。单位时间内传输的光子数。单位时间内传输的光子数。单位时间内传输的光子数。单位：单位：1/S
27、1/S（1/1/秒）秒）频率范围内的光子数为频率范围内的光子数为第二十五张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月3 3，光子辐射强度，光子辐射强度 光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。单位：单位：1/s1/s Sr Sr（1/1/秒秒 球面度）球面度）4 4，光
28、子辐射亮度，光子辐射亮度 辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位投辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位投辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位投辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位投影面积上、单位立体角内发射的光子通量。影面积上、单位立体角内发射的光子通量。影面积上、单位立体角内发射的光子通量。影面积上、单位立体角内发射的光子通量。单位：单位：1/1/s s Sr Sr（1/1/平方米平方米 秒秒 球面度）球面度）第二十六张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月5 5，光子辐射出射度光子辐射出射度 光源单位面积向半球空间（光源单位面积向半球空间（光源单
29、位面积向半球空间（光源单位面积向半球空间（2 2）内）内）内）内发射的光子通量。发射的光子通量。发射的光子通量。发射的光子通量。单位：单位：1/1/s s（1/1/平方米平方米 秒）秒）6 6，光子辐射照度光子辐射照度受照物体单位面积接收到的光子通量受照物体单位面积接收到的光子通量单位：单位：1/1/s s（1/1/平方米平方米 秒）秒）第二十七张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2.42.4，光度量，光度量 光度学考虑的是人的视觉对辐射的反应，光度量是光度学考虑的是人的视觉对辐射的反应，光度量是光度学考虑的是人的视觉对辐射的反应，光度量是光度学考虑的是人的视觉对辐射的反应，光度量是
30、辐射量对人眼视觉的刺激值。它辐射量对人眼视觉的刺激值。它辐射量对人眼视觉的刺激值。它辐射量对人眼视觉的刺激值。它是人对辐射的主观感受，是人对辐射的主观感受，是人对辐射的主观感受，是人对辐射的主观感受，不同的人视觉特性会有差异，因此需要一个不同的人视觉特性会有差异，因此需要一个不同的人视觉特性会有差异，因此需要一个不同的人视觉特性会有差异，因此需要一个“标准人眼标准人眼标准人眼标准人眼”。光度量是具有光度量是具有光度量是具有光度量是具有“标准人眼标准人眼标准人眼标准人眼”视觉响应特性的人眼对所视觉响应特性的人眼对所视觉响应特性的人眼对所视觉响应特性的人眼对所接收到的辐射量的度量（视觉刺激值）。接
31、收到的辐射量的度量（视觉刺激值）。接收到的辐射量的度量（视觉刺激值）。接收到的辐射量的度量（视觉刺激值）。人眼对不同波长的光的光能视觉响应（刺激值）是不同的。人眼对不同波长的光的光能视觉响应（刺激值）是不同的。人眼对不同波长的光的光能视觉响应（刺激值）是不同的。人眼对不同波长的光的光能视觉响应（刺激值）是不同的。光谱光视效能是评定该刺激值的参数。光谱光视效能是评定该刺激值的参数。光谱光视效能是评定该刺激值的参数。光谱光视效能是评定该刺激值的参数。第二十八张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月一，光视效能和一，光视效能和光谱光视效能光谱光视效能如果辐射通量如果辐射通量e 使人眼产生光通量
32、使人眼产生光通量的刺激值，的刺激值，1 1，光视效能，光视效能：（单位：单位：lm，流明），流明）即人眼对辐射产生光感觉的效率。即人眼对辐射产生光感觉的效率。即人眼对辐射产生光感觉的效率。即人眼对辐射产生光感觉的效率。人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量e e不变，光通量不变，光通量不变，光通量不变，光通量v v也随着波长不同而变化，也随着波长不同而变化，也随着波长不同而变化，也随着波长不同而变化，K K是是是是个比
33、例，但不是常数，是随波长变化的。个比例，但不是常数，是随波长变化的。个比例，但不是常数，是随波长变化的。个比例，但不是常数，是随波长变化的。2，光谱光视效能：，光谱光视效能：在波长在波长处的光谱光通量处的光谱光通量e 在波长在波长处的光谱辐射通量处的光谱辐射通量第二十九张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月对于标准人眼，对于标准人眼，的极大值位于的极大值位于 处。处。规定：当规定：当 时时3 3，光视效能和，光视效能和光谱光视效能的关系光谱光视效能的关系注意！注意！第三十张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月二，光视效率和二，光视效率和光谱光视效率光谱光视效率 把光视效能最大值
34、（把光视效能最大值（，）作为基准来衡量在其它波长处引起的视觉。）作为基准来衡量在其它波长处引起的视觉。1，光视效率光视效率 具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，也叫视觉函数也叫视觉函数也叫视觉函数也叫视觉函数2，光谱光视效率光谱光视效率第三十一张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月视视觉觉函函数数3 3，光视效率和，光视效率和光谱光视效率的关系光谱光视效率的关系注意！注意！图2-8第三十二张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月4，明视觉和暗视觉，明
35、视觉和暗视觉视网膜视网膜有两种感光细胞有两种感光细胞锥体细胞锥体细胞杆体细胞杆体细胞明视觉明视觉暗视觉暗视觉视视觉觉函函数数暗视觉极值位置：暗视觉极值位置：图2-9第三十三张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月5，光度量与辐射量之间的关系，光度量与辐射量之间的关系 某一光谱辐射量某一光谱辐射量 引起的视觉刺激值引起的视觉刺激值光谱光度量为光谱光度量为光度量：光度量：第三十四张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月三，光通量三，光通量明视觉明视觉暗视觉暗视觉对于线光谱：对于线光谱：单位时间内通过某一面积的光能量（功率）。单位时间内通过某一面积的光能量（功率）。单位：单位：Lm(流明
36、流明)第三十五张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月四，发光强度四，发光强度点光源在给定方向上单位立体角内发出的光通量。点光源在给定方向上单位立体角内发出的光通量。单位：单位：cd(坎德拉坎德拉)五、光出射度五、光出射度扩展源单位面积向扩展源单位面积向2空间发出的全部光通量。空间发出的全部光通量。单位：单位：Lm/m2(流明每平方米流明每平方米)第三十六张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月六，光亮度六，光亮度 光源在给定方向上的光亮度光源在给定方向上的光亮度光源在给定方向上的光亮度光源在给定方向上的光亮度L L，是在该方向上的单位，是在该方向上的单位，是在该方向上的单位，是在
37、该方向上的单位投影面积上向单位立体角内发出的光通量。投影面积上向单位立体角内发出的光通量。投影面积上向单位立体角内发出的光通量。投影面积上向单位立体角内发出的光通量。单位：单位：cd/m2（坎德拉（坎德拉/平方米）平方米）在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投影面积上的发光强度。影面积上的发光强度。影面积上的发光强度。影面积上的发光强度。第三十七张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月七，光照度七，光照度 被照物体表面上的单位面积接收到的光通量被照物体表面上的单位面积
38、接收到的光通量称为光照度称为光照度.单位：Lx（勒克斯）上述所有光度量都可以定义相应的光谱光度量：上述所有光度量都可以定义相应的光谱光度量：第三十八张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月辐射场的基本物理量总结辐射场的基本物理量总结照度照度 出射度出射度 亮度亮度 强度强度 通量通量 （功率）（功率）光度量光度量 光子辐射量光子辐射量 光谱辐射量光谱辐射量 辐射量辐射量 下角标下角标e e：单独使单独使用时不标。用时不标。e e ：光谱：光谱辐射量辐射量 P P 光子辐射光子辐射量；量；P P ：光谱光：光谱光子辐射量。子辐射量。V V：光度量；：光度量；V V：光谱光度量。：光谱光度量
39、。第三十九张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2.5 2.5 朗伯余弦定律朗伯余弦定律一、漫反射与理想漫反射体一、漫反射与理想漫反射体理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有 差别。差别。差别。差别。镜面反射与漫反射镜面反射与漫反射镜面反射与漫反射镜面反射与漫反射二、朗伯余弦定律二、朗伯余弦定律 理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内理想漫反射体单位表面积向空间
40、指定方向单位立体角内发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的余弦成正比。余弦成正比。余弦成正比。余弦成正比。第四十张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月 描述这种反射的空描述这种反射的空间分布的特性公式为：间分布的特性公式为：B B常数常数常数常数 辐（反）射法线与观察辐（反）射法线与观察辐（反）射法线与观察辐（反）射法线与观察方向夹角方向夹角方向夹角方向夹角AA辐（反）射源面积辐（反）射源面积辐（反）射源面积辐（反）射
41、源面积 辐（反）射立体角辐（反）射立体角辐（反）射立体角辐（反）射立体角朗伯面：凡遵守朗伯余弦定律的辐射表面。朗伯面：凡遵守朗伯余弦定律的辐射表面。朗伯源（漫辐射源）：遵从朗伯余弦定律的辐射源。朗伯源（漫辐射源）：遵从朗伯余弦定律的辐射源。图2-10第四十一张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月 朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关。朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关。朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关。朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关。朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想朗伯余
42、弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗伯余弦定律。伯余弦定律。伯余弦定律。伯余弦定律。大多数绝缘材料：当大多数绝缘材料：当 时，服从朗伯余弦定律；时，服从朗伯余弦定律；绝缘材料：当绝缘材料：当 时，基本适用朗伯余弦定律。时，基本适用朗伯余弦定律。三，朗伯辐射源的辐射亮度三，朗伯辐射源的辐射亮度朗伯辐射源：朗伯辐射源：第四十二张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月 朗伯辐射源的辐
43、射亮度与观测方向无关图解朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解观测方向观测方向观测方向观测方向图2-11图2-12第四十三张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月四，朗伯辐射源的特征四，朗伯辐射源的特征法向亮度法向亮度:方向亮度：方向亮度：对于面积对于面积 很小的小面朗伯源：很小的小面朗伯源：朗伯源朗伯源L是常数：是常数：朗伯源各方向亮度相等：朗伯源各方向亮度相等：（朗伯余弦定律的原始形式）（朗伯余弦定律的原始形式）图2-13第四十四张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月五，朗伯辐射源的五，朗伯辐射源的L
44、 L与与M M的关系的关系L L与与M M的普遍关系式：的普遍关系式：朗伯源各方向朗伯源各方向L=LL=L为常数为常数图2-14第四十五张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月六，朗伯小面源的六，朗伯小面源的I、L、M的相互关系的相互关系联系联系单位立体角内单位立体角内单位投影面积单位投影面积2半球空间半球空间 单位立体角内单位立体角内描述辐射描述辐射特点特点面源面源面源面源点源点源、小面源、小面源源特点源特点辐射亮度辐射亮度L辐射出射度辐射出射度 M辐射强度辐射强度I第四十六张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月【例】1小面源的辐射功率辐射亮度为辐射亮度为 的小面源的小面源 的
45、辐射功率的辐射功率另：另：第四十七张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月2.6 2.6 辐射度量中的基本规律辐射度量中的基本规律一、距离平方反比定律一、距离平方反比定律描述点辐射源（或小面源）产生的照度的规律。描述点辐射源（或小面源）产生的照度的规律。点辐射源的辐射强度为点辐射源的辐射强度为 I,求：点辐射源在点求：点辐射源在点x处产生的照度处产生的照度辐射强度：辐射强度：辐射照度：辐射照度：图2-15第四十八张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月如如 （垂直照射），则（垂直照射），则如如距离平方反比定律：距离平方反比定律：点辐射源在距离点辐射源在距离l处所产生的照度，与辐射源
46、的辐处所产生的照度，与辐射源的辐射强度射强度I成正比，与距离的平方成反比。成正比，与距离的平方成反比。照度的余弦法则照度的余弦法则第四十九张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月二，立体角投影定理二，立体角投影定理 点辐射源产生的照度由距离平方反比定律决定：点辐射源产生的照度由距离平方反比定律决定：而小面源也可以有辐射强度而小面源也可以有辐射强度.小面源的辐射强度等于该面小面源的辐射强度等于该面源的辐射亮度乘以小面源在该方源的辐射亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：向上的投影面积：图2-15第五十张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月立体角投影定理：小面源在立体角投影定理：小面源
47、在立体角投影定理：小面源在立体角投影定理：小面源在x x处所产生的辐射照度，处所产生的辐射照度，处所产生的辐射照度，处所产生的辐射照度，等于源的辐射亮度与源对等于源的辐射亮度与源对等于源的辐射亮度与源对等于源的辐射亮度与源对x x所张开的立体角以及被照所张开的立体角以及被照所张开的立体角以及被照所张开的立体角以及被照面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。图2-16第五十一张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月立体角投影定理图解立体角投影定理图解图2-17图2-18第
48、五十二张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月 在相同的辐照方向上，相同的立体角产生相同的在相同的辐照方向上，相同的立体角产生相同的辐射照度，和辐射照度，和 的形状无关的形状无关.图2-19第五十三张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月三，三，Sumpner定理定理SumpnerSumpnerSumpnerSumpner定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射在整个球形腔内壁上。地照射在整个球形腔内壁上。地照射在整个球形腔内壁上。地
49、照射在整个球形腔内壁上。腔内壁面积元腔内壁面积元 从另一面积元从另一面积元 接收的辐射接收的辐射功率与功率与 在球面上的位置无关。在球面上的位置无关。从从 接收的辐射功率接收的辐射功率:图2-20第五十四张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月和和 的位置无关的位置无关.对朗伯面对朗伯面腔壁面积腔壁面积在腔壁上产生的辐射照度在腔壁上产生的辐射照度:球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射在整个球形腔内壁上。在整个球形腔内壁上。在整个球形腔内壁上。
50、在整个球形腔内壁上。图2-21第五十五张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月四，互易定理四，互易定理和和 是两个均匀朗伯辐射面是两个均匀朗伯辐射面从从 接收到的辐射功率为接收到的辐射功率为图2-22图2-23第五十六张，PPT共一百一十七页，创作于2022年6月从从 接收到的辐射功率为接收到的辐射功率为对对 和和 对对 和和 互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比等于两辐射面的辐射亮度之比。等于两辐射面的辐射亮度之比。等于两辐射面的辐射亮度之比。等于