光源基础（2）

光源基本参数

       光的度量

辐射能和光能

       以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，其计量单位为焦耳(J)。光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，其计量单位为流明秒(lm·s)。

辐射通量和光通量

       辐射通量或辐射功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率，或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐射能称为辐射通量，其计量单位为瓦(W)。辐射通量对时间的积分称为辐射能，而光通量对时间的积分称为光能。

辐射出射度和光出射度

       对有限大小面积的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量与该面元面积之比，定义为辐射出射度，计量单位是瓦特每平方米[W/m2]。对于可见光，面光源表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量与面元面积之比称为光出射度，其计量单位为勒(克 司X或[lm/m2]。

辐射强度和发光强度

       对点光源在给定方向的立体角元内发射的辐通量与该方向立体角元之比定义为点光源在该方向的辐射强度,福射强度的计量单位为瓦特每球面度[W/sr]。

       一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异。发光强度的单位是坎德拉(Candela),简称为坎[C]。1979年第十六届国际计量大会通过决议，将单位坎德拉重新定义为:在给定方向上能发射540X10Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为(1/683)W/S，其发光强度定义为一个坎德拉[Cd]。对发光强度为1Cd的点光源，向给定方向1球面度(s)内发射的光通量定义为1流明(lm)。发光强度为1Cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πIV=12.566m。

辐射亮度和亮度

       光源表面某一点处的面元在给定方向上的摇强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为辐射亮度，计量单位为瓦特每球面度平方米[W/(sr，m2]。对可见光，亮度定义为光源表面某一点处的面元在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直给定方向平面上的正投影面积，计量单位是坎德拉每平方米[cd/m2]。

辐射效率与发光效率

       光源所发射的总摇射通量与外界提供给光源的功率之比称为光源的辐(射)效率，光源发射的总光通量与提供的功率之比称为发光效率，辐效率无量纲，发光效率的计量单位是流明每瓦[lm/W]。

辐照度与照度

       辐照度是照射到物体表面某一点处面元的辐通量除以该面元的面积的商，计量单位是瓦特每平方米[W/m]。请注意，不要把辐照度与辐出度混淆起来。虽然两者单位相同，但意义不一样。辐照度是从物体表面接收辐射通量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的年度来定义的。

本身不辐射的反射体接收辐射后，吸收一部分，反射一部分。

辐照量和曝光量

       辐照量与曝光量是光电接收器接收摇射能量的重要度量参数，光电器件的输出信号常与所接收的入射辐射能量有关。照射到物体表面某面元的辐照度在时间t内的积分称为辐照量，计量单位是焦尔每平方米[J/m2]。

光的颜色

       光是一种电磁辐射,在整个电磁辐射波普中,光波只占其中一小部分,真空波长在380nm-780nm之间的那部分光波是人眼所能看见的,称为可见光。

补充图1（注意波长和频率）

补充图2 （注意能量方向）

色温

      当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时，我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。通常情况下色温高的光源颜色偏蓝，色温低的光源颜色偏红。

      高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴冷的气氛，低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉，因此光色偏蓝的称之为冷色(大于5000K)，光色偏红的称之为暖色(小于3300K)，介于冷色和暖色之间的称之为中间色(3300-5000K)，下表(P16:几种常见光源的显色指数和 色温)列举了部分光源的色温范围.

显色性

      显色性是指光源的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实颜色的显现程度。显色性高的光源对颜色的显现能力较强，在其照射之下所看到的颜色就比较接近自然原色，显色性低的光源对颜色的显现能力就比较差，在其照射下看到的物体颜色与自然原色差异也比较大。

      一般情况下，如果选择的光源发出的光所包含的颜色与自然光相同或者比较接近，则在其照射下人眼看到的颜色也就较为通真，因此显色性好的光源的光谱分布能覆盖大部分可见光的区域。光源的色温与显色性并没有直接的关系。   

颜色合成与互补关系

      光的颜色的本质是电磁波的震动频率，也就是光子的能量，可见光覆盖了真空波长从380-780nm的范围，严格来说，任何一个波长都对应一种颜色，对于人眼的感觉 来说是从紫色经由蓝、青、绿、黄、橙到红色的渐变过程，其中的红、绿、蓝三色中的任意一种均不能由其他两种调配出来，而且它们经一定比例混合，可以组成包括白光在内的任意颜色，因此称此三种颜色为三基色，以此为基底可以建立一种空间，即常说的RGB空间，一种颜色对应该空间中的一个点。除此之外，还有很多其他的颜色空间，例如HSL、CIE、CMY、CMYK(印刷)等。

      颜色的主要合成关系如下表所示,如果两种颜色含有完全相同 的基色成分,则称这两种颜色为相同色:如果两种颜色的组合成分有差异但差异不大,则称这两种颜色为相近色;如果两种颜色没有任何共同成分,则称这两种颜色为对比色;如果两种颜色相加恰好组成白光，则称这两种颜色为互补色。

       光照射到物体表面，反射光的颜色主要与物体表面的自然色一致;光穿透透明的物体之后，透射光的颜色主要与诱明体的颜色一致。如果入射光的颜色和物体本身的颜色一致或者比较接近，则反射率或者透射率会比较高，反之如果入射光与物体的自然色是对比色，则反射率或者透射率会比较低。

       为了方便应用，可以把可见光波段的颜色首尾相接组成一个圆环，也就是所谓的色环。色环中，距离比较近的颜色为相近色或者相邻色，关于圆环中心对称的为互补色，离的比较远的为对比色。

       在光照环境中，使用与物体本色相邻或相同的颜色照射，物体在图像中的亮度会相对比较高;反之，如果使用对比色光照，则会使物体在图像中显得比较暗。

       如下图所示，分别使用三种额色光照射三基色图片的效果，左边从上到下依次是红、绿、蓝光照拍摄的彩色图片，右边是对应的黑白图片，从中可以发现，与照射光相同的颜色将融入到白色背景中去，而与之互补的颜色将变成黑的，因此，选择照射光的颜色可以过滤某些干扰背景，也可以加强对比效果。 

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