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1、第二讲光与颜色的基本概念本章主要介绍了光与颜色的基本概念：本章主要介绍了光与颜色的基本概念：1、基本光度单位及其应用、基本光度单位及其应用2、材料的光学性质、材料的光学性质3、颜、颜色色4、光源的色温和显色性、光源的色温和显色性1、基本光度单位及其应用、基本光度单位及其应用光环境的设计和评价离不开光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，需要借助一些定量的分析和说明，需要借助一些物理物理光度量光度量来描述光源与光环境的来描述光源与光环境的特征。特征。常用的光度量有：常用的光度量有：光通量光通量、照度照度、发光强度发光强度和和亮度亮度1、基本光度单位及其应用、基本光度单位及其应用1.1光通量光通
2、量1.2发光强度发光强度1.3照度照度1.4发光强度和照度的关系发光强度和照度的关系1.5亮度亮度1.6照度和亮度的关系照度和亮度的关系1.1光通量光通量由于人眼对不同波长的电磁波具由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，不能直接用光源的有不同的灵敏度，不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，辐射功率或辐射通量来衡量光能量，于是，引入光通量。于是，引入光通量。光通量光通量就是人眼对光能量中的有就是人眼对光能量中的有感觉的量。感觉的量。光通量符号：光通量符号：，单位：流明，单位：流明(lm)。计算公式：计算公式：式中式中波长为波长为 的光谱辐射通量，w 光谱光视效率，由教材P131图
3、7-4中查得最大光谱光视效能，明视觉时为。建筑光学中，常用的光通量表示一个光源发出的光能多少，是光源的一个基本参数。100W普通白炽灯发出1250lm的光通量，40W日光色荧光灯约发出2400lm的光通量。例题：在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来（）光最明亮。A、700nm红光;B、510nm蓝绿光;C、580nm黄光;D、555nm黄绿光.例题：下面关于光的阐述中，（）是不正确的。DA、光是以电磁波形式传播；B、可见光的波长范围为380780nm；C、红外线是人眼所能感觉到的；D、紫外线不是人眼所能感觉到的.C例题：已知某种灯仅辐射出波长为555纳米的单色光，设其辐射通量为1瓦，则该灯
4、对应的光谱光视效率V为，相应的光通量为流明。1 1 683 683 例题：已知钠灯发光波长为589nm，其辐射通量为10.3w，求其发光通量。解：=589nm，（）=0.769例题：已知500W贡灯发出的单色光辐射通量值，试计算其光通量。例题：已知某种灯仅辐射出波长为555纳米的单色光，设其辐射通量为10瓦，则该灯对应的光谱光视效率V为，相应的光通量为流明。16830波长（m）单色辐射通量（W）光谱光视效率光通量（lm）3652.24064.00.00071.94368.40.0180103.354611.50.98417729.657812.80.88927773.76910.90.0076
5、4.7总计39.815613.21.2发光强度发光强度光源向四周辐射光能量，单位立体角内单位立体角内的光通量叫发光强度。的光通量叫发光强度。均匀照射均匀照射发光强度单位：坎德拉（cd），发光强度的符号，表示发光强度与方向有关；立体角立体角与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作d=ds/r2；由此可得，闭合球面的立体角都是4。和平面角的定义类似。平面角我们定义一段弧微分dl与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作d=dl/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2。立体角立体角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
6、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（sr）”。例题：发光强度就是给定光源在给定方向的立体角元内传输的除以该之商。光通量光通量立体角元立体角元例题：某一光源在1sr立体角内均匀辐射出100lm的光通量，试问发光强度单位是，并求出该立体角方向上的发光强度大小为。cd100cd1.3照度照度对于被照面而言，单位面积上的光通量叫单位面积上的光通量叫照度，照度，用来衡量它被照射的程度。均匀照射符号：E，单位：勒克斯（lx），阴天中午室外照度为8000200001x；晴天中午在阳光下的室外照度可高达80000120000lx。解：直径D=100cm=1m球的表面积为S=4R2=D2=m
7、2透过乳白色玻璃球形灯罩的光通量=100lm这圆表面上各点照度为：【例题】在一个直径为100厘米的乳白色玻璃球形灯罩内表面上均匀落下100流明的光通量，求灯罩内表面上各点照度。1.4发光强度和照度的关系发光强度和照度的关系以一个点光源为例，寻找发光强度和照度的关系；右图a所示，表面距点光源O分别为，具有相同的立体角，光通量相同，发光强度也就相同。而表面积之比，它们的照度随着面积增大而减少。表面A1、A2、A3距点光源O分别为r、2r、3r，具有相同的立体角，光通量相同，发光强度也就相同。而表面积之比1：4：9，它们的照度随着面积增大而减少。距离平方反比距离平方反比定律定律右图所示左图a所示，光
8、线垂直入射（i为入射角）某表面的照度某表面的照度E与光源在这方向的发光强度与光源在这方向的发光强度成正比，与入射角成正比，与入射角 余弦成正比，与距光源余弦成正比，与距光源的平方成的平方成反比。反比。的距离的距离【例题】辐射波长为555nm的单色光源，其辐射功率为10瓦，试求：A、该单色光源辐射出的光通量；B、该单色光源辐射出的发光强度（它向四周均匀地发射光通量）C、距离它4米处的照度。解：【例题】辐射波长为555nm的单色光源，其辐射功率为10W，求离光源2m处的照度。解：【例题】如图所示，在距离桌面2.1米处挂一只40w白炽灯，设在045内白炽灯的发光强度均为30cd，求灯下桌面上1、2两
9、点处的照度。【解】：1、2两点处的照度分别为：1.0m2.1mE1E21.5亮度亮度一个发光(或反光)物体，在视网膜上成像，视觉感觉与视网膜上的物像的照度成正比，物像的照度愈大，觉得发光(或反光)物体愈亮。发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度就叫着亮度。可以证明：发光(或反光)物体的亮度和发光体在视线方向的投影面积Acos成反比，与发光体朝视线方向发光强度成正比。发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度就叫着亮度。由给定点处的束元dA传输的，并包含给定立体角d内传输的光通量；给定点处的射束包含的截面积；是射束方向与射束截面法线之间的夹角；是垂直射束方向上的dA的
10、投影。当角方向上射束截面A的发光强度相同时，均为A角方向上的亮度为：是A在垂直射束方向的投影1.5亮度亮度亮度反映了物体表面的物理特性；而人们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与所处环境的明暗程度有关。于是，将亮度分为两种，前者称为“物理亮度(或称亮度)”，后者称为“表现亮度(或称明亮度)”。亮度常用单位为：坎德拉每平米（cd/m2），即1平米表面上，沿法线方向（=0）发出1cd的发光强度。另一较大亮度单位是：熙提（sb），它表示1cm2面积上发出1cd的亮度。【例题】一个直径为250mm的乳白色玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1260lm的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.6
11、0，求灯罩外表面亮度？解：直径D=250mm=0.25m球的表面积为S=4R2=D2=0.196m2透过乳白色玻璃球形灯罩的光通量=12600.6=756lm发光强度=d/d=/(4)灯罩外表面亮度L=/dAcos=d/(ddAcos0)=/(4D2)【例题】一个直径为400毫米的乳白玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1179流明的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.7，求灯罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射影响）。解法一：内表面照度：乳白灯罩外表面亮度：均匀扩散透射透射材料表面的亮度公式：【例题】一个直径为400毫米的乳白玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1179流明的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.7，求灯
12、罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射影响）。解法二：1.6照度和亮度的关系照度和亮度的关系照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。于是，亮度照度A1为各个方向亮度都相同的发光面，A2为被照面。dA1可视为点光源。它在A2上照度为：【例题】设有一个乳白玻璃的球形灯，灯罩的直径为4厘米，其轴向发光强度为100坎德拉，求该灯的轴向亮度？解：1.6照度和亮度的关系照度和亮度的关系整个发光面在o点形成的照度是均匀亮度是有这就是常用的立体角投影定律立体角投影定律，它表示某一亮度为L的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光表面的亮度L与该发光表面在被照点上形成的立体角的投影cosi
13、的乘积。【例题】在房间侧墙和屋顶上各开一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。【解】：侧窗：均匀亮度是有天窗：【例题】房间的平面尺寸为715m2，净空高3.6m，在顶棚正中布置一个亮度为1000cd/m2的均匀扩散光源（发光顶棚），其尺寸为513m2，求房间四角处的地面照度（不计室内反射光影响）。15m3.6m7m【例题】一房间的平面尺寸为6.6m9.6m，净空高3.6m。在顶棚正中布置一亮度为500cd/m2的均匀扩散光源，其尺寸为4.6m7.6m，求房间四角处的地面照度（不考虑室内反射光影
14、响）。9.6m3.6m6.6m解：式中式中波长为波长为 的光谱辐射通量，w 光谱光视效率，由教材P131图7-4中查得最大光谱光视效能，明视觉时为【例题】下列光度量单位中，哪个不是亮度单位()AcdBAsbCsbDlmD【例题】照度的单位是：()A流明B坎得拉C勒克斯D坎得拉每平米C【例题】离光源3米处的发光强度是100cd，在同一方向，离光源6m处的发光强度是()。A25cdB50cdC.100cdD200cdC【例题】一个点光源直接入射到被照面所形成的照度，与光源距被照面的距离的几次方成反比()A一次方B二次方C三次方D四次方B任何光源任何光源发光强度只与光线照射方向有关，与距离无关阿熙堤
15、亮度单位，等于1/烛光每平方公尺Asb=1/cd=0.3183cd2、材料的光学性质、材料的光学性质2.1材料的反射、吸收、材料的反射、吸收、透射系数透射系数2.2定向反射和透射定向反射和透射2.3扩散反射和透射扩散反射和透射2.1材料的反射、吸收、透射系数材料的反射、吸收、透射系数在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象。透射现象。光通量：光通量：分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。反光系数、吸收系数、透光系数反光系数、吸收系数、透光系数常用建筑材料的光反射比和光透射比见P139表表7-2表表
16、7-3材材 料料值值材材 料料值值石石 膏膏大白粉刷大白粉刷水泥砂浆抹面水泥砂浆抹面白水泥白水泥白色乳胶漆白色乳胶漆0.910.910.750.750.320.320.750.750.840.84混凝土地面混凝土地面沥沥青地面青地面铸铁铸铁，钢钢板地面板地面0.200.200.100.100.150.15瓷瓷 釉釉 面面 砖砖白白 色色黄黄绿绿色色粉粉 色色天天蓝蓝色色黑黑 色色0.800.800.620.620.650.650.880.880.080.08调调 和和 漆漆白色和米黄色白色和米黄色中黄色中黄色0.700.700.570.57红红 砖砖灰灰 砖砖0.330.330.280.28无
17、无 釉釉 陶陶 土土 地地砖砖土黄色土黄色朱朱 砂砂0.530.530.190.19塑塑 料料 墙墙 纸纸黄白色黄白色蓝蓝白色白色浅粉白色浅粉白色0.720.720.610.610.650.65材材 料料值值材材 料料值值胶合板胶合板广漆地板广漆地板菱苦土地面菱苦土地面0.580.580.100.100.150.15马马 赛赛克克 地地砖砖白白 色色浅浅蓝蓝色色浅咖啡色浅咖啡色绿绿 色色深咖啡色深咖啡色0.590.590.420.420.310.310.250.250.200.20材材 料料值值普通玻璃普通玻璃0.080.08大大理理石石白色白色乳色乳色间绿间绿色色红红色色黑色黑色0.600.
18、600.390.390.320.320.080.08材材 料料值值水水磨磨石石白色白色白色白色间间灰黑色灰黑色白色白色间绿间绿色色黑灰色黑灰色0.700.700 052520.660.660.100.10塑塑 料料贴贴面面 板板浅黄色木浅黄色木纹纹中黄色木中黄色木纹纹深棕色木深棕色木纹纹0.360.360.300.300.120.12材材 料料颜颜色色厚度厚度mmmm 值值材材 料料颜颜色色厚度厚度mmmm值值普通玻璃普通玻璃钢钢化玻璃化玻璃磨砂玻璃磨砂玻璃(花花纹纹深密深密)无无无无无无3656360.780.820.780.780.550.550.600.60聚苯乙聚苯乙烯烯板板聚聚氯氯乙
19、乙烯烯板板聚碳酸聚碳酸酯酯板板无无本本色色3230.780.780.600.600.740.74压压花玻璃花玻璃(花花纹纹深密深密)压压花玻璃花玻璃(花花纹纹浅稀浅稀)夹丝夹丝玻璃玻璃无无无无无无3360.570.570.710.710.760.76聚聚酯酯玻玻璃璃钢钢板板无无绿绿34层布34层布0.730.730.770.770.620.620.670.67材材 料料颜颜色色厚度厚度mmmm值值材材 料料颜颜色色厚度厚度mmmm值值压压花花夹丝夹丝玻璃玻璃(花花纹细纹细)无无60.660.66小波玻璃小波玻璃钢钢瓦瓦大波玻璃大波玻璃钢钢瓦瓦玻璃玻璃钢钢罩罩钢钢窗窗纱纱绿绿绿绿本本色色绿绿34
20、层布0.380.380.480.480.720.720.740.740.700.70夹层夹层安全玻璃安全玻璃无无3+30.780.78双双层层隔隔热热玻璃玻璃(空气空气层层厚厚5mm)5mm)无无3+5+30.640.64镀锌铁丝镀锌铁丝网网(孔孔20mmX20mm)20mmX20mm)茶色玻璃茶色玻璃中空玻璃中空玻璃安全玻璃安全玻璃茶色茶色无无无无363+33+30.890.890.080.500.8l0.8l0.840.84吸吸热热玻璃玻璃蓝蓝350.520.520.640.64乳白玻璃乳白玻璃乳乳白白30.60有机玻璃有机玻璃无无260.850.85乳白有机玻璃乳白有机玻璃乳乳白白30.
21、200.202.1材料的反射、吸收、透射系数材料的反射、吸收、透射系数材料可分为两类：一类属于定向的，即光线经过反射和透射后分布的立体角没有改变，如镜子和透明玻璃定向反射、定向透射（规则反射和定向反射、定向透射（规则反射和透射）透射）；另一类为扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体角范围内扩散扩散反射、扩散透射反射、扩散透射。2.2定向反射和透射定向反射和透射2.2.定向反射（规则反射）定向反射（规则反射）2.2.定向透射（规则透射）定向透射（规则透射）2.2.定向反射（规则反射）定向反射（规则反射）光线射到表面很光滑表面很光滑的不透明材料上，就出现定向反射现象。定向反射现象符合反
22、射定理，即：光线入射角等于反射角；光线入射角等于反射角；入射光线、反射光线以及反入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面，射表面的法线处于同一平面，2.2.定向透射（规则透视）光线射到透明材料上产生定向透射，定向透射经材料的两个表面时符合折射定理。入射线、折射线与分界面的法线同处于一个平面，且分居于法线的两侧；入射角正弦和折射角正弦的比值是一个常数。即。2.2.定向(规则)透射若两个表面不平，各处厚薄不匀或将一面压花，透过材料的光线互不平行，隔着它所见到的物体形象就发生变形。人们利用这种效果，使外界形象严重歪曲，这样就不致分散室内人们的注意力。定向反射和定向透射定向反射和定向透射的光强
23、分别为：定向反射和定向透射定向反射和定向透射的亮度分别为：2.3扩散反射和透射扩散反射和透射半透明材料半透明材料使入射光线发生扩散透射，表面粗糙表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射，使光线分散在更大的立体角范围内。又可按它的扩散特性分为均匀扩均匀扩散材料散材料和定向扩散材料定向扩散材料两种。2.3.1均匀扩散材料（漫射材料）均匀扩散均匀扩散反反射材料射材料（漫反射材料）有氧化镁、石膏等。但大部分无光泽、粗糙的建筑材料，如粉刷、砖墙等都可以近似地看成这一类材料。均匀扩散均匀扩散透透射材料射材料（漫透射材料）有乳白玻璃和半透明塑料等，透过它看不见光源形象或外界景物，只能看见材料的本色和亮度上
24、的变化，常将它用于灯罩、发光顶棚，以降低光源的亮度。用矢量表示的亮度和发光强度分布见图210；图中实线为亮度分布，虚线为发光强度分布。漫反射漫透射漫射材料表面的亮度亮度处处相同（实线表示）漫散材料的最大发光强度发光强度在表面的法线方向（虚线表示）均匀扩散材料（漫射材料）表面的亮度公式：漫反射材料漫透射材料如果用另一亮度单位阿熙提（asb），则：漫透射材料漫反射材料（照度E单位为lx）均匀扩散材料（漫射材料）表面的亮度公式计算：反射材料透射材料定向反射和定向透射（规则反射和透射）定向反射和定向透射（规则反射和透射）的亮度公式为：均匀扩散材料的最大发光强度在表面的法线方向，其他方向的发光强度和法线
25、方向的发光强度有如下关系：朗伯朗伯余弦定理2.3.2定向扩散材料-混合反射与透射材料某些材料同时具有定向和扩散两种性质。它在定向反射(透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。这种材料的亮度和发光强度分布见图2-11。图中实线表示亮度分布，虚线表示发光强度分布。这种材料如：有光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面等。混合反射混合透射2.3.2定向扩散材料常见的办公桌表面深色的油漆表面（定向扩散反射特性），容易在桌面上看到明显的照明灯反射形象，特别刺眼（教材P185图7-18）。若用浅色均匀扩散材料代替原有的深色油漆表面（均匀扩散特性），使反射光通量均匀分布，亮度均匀，给工作创造了良好
26、的视觉条件。例题：1.在照度为10lx的房间里，增加1lx的照度刚能察觉出变化；在另一个照度水平为500lx的房间里，需要增加（）lx的照度才能刚刚察出有照度的变化。A、2B、5C、10D、50.D2.下列（）是亮度的单位A、Ix；B、sb；C、asb；D、Cd；E、Cd/m2；F、Im；BCE3.下列材料中（）是漫反射材料A、镜片B、搪瓷C、石膏.D、乳白玻璃C4.关于漫反射材料特性叙述中，（）是不正确的A、受光照射时，它的发光强度最大值在表面的法线方向B、受光照射时，从各个角度看，其亮度完全相同C、受光照射时，看不见光源形象D、受光照射时，它的发光强度在各方向上相同.DC5.下列材料中，（
27、）是漫透射材料A、透明平板玻璃B、茶色平板玻璃C、乳白玻璃D、中空透明玻璃6.将一个灯由桌面竖直向上移动，在移动过程中，不发生变化的量是（）A、灯的光通量.B、灯落在桌面上的光通量C、受光照射时，看不见光源形象D、桌子表面亮A7.均匀扩散材料的最大发光强度与材料表面法线所形成的角度为()。A0B30C60D90A8.下列哪种白色饰面材料的光反射比为最大()A大理石B石膏C调合漆D马赛克B9.3mm普通玻璃的透射比约为()。A0.6 B0.7 C0.82 D0.9C10下面的材料中，哪些是均匀扩散反射材料()A大白粉刷B油漆表面C玻璃镜D粗糙金属表面A11下面的材料中，哪些是均匀扩散透射材料()A毛玻璃B乳白玻璃C压花玻璃D平玻璃B3、颜颜色色3.1颜色的基本特性颜色的基本特性3.1.1颜色形成颜色形成3.1.2颜色的分类和属性颜色的分类和属性3.1.3颜色混合颜色混合3.2颜色定量颜色定量3.2.1CIE1931标准色度系统标准色度系统3.2.2孟塞尔表色系统孟塞尔表色系统3.3色差色差