光谱技术 | 辐射度量与光度量

2023-12-02 13:12:28 北京爱蛙科技有限公司

在光辐射能的测量中，为了既符合物理学对电磁辐射度量的规定，又符合人的视觉特性，建立了两套参量和单位：辐射度量与光度量。

一、辐射度量和光度量

➀ 辐射度量

辐射度学（Radiology）是一门以整个电磁波段的电磁辐射能测量为研究对象的科学。所有的电磁辐射都是光，可见光是光谱中人眼可以看到的部分，波长从380nm的紫色到780nm的红色。

辐射能（Radiant Energy）：辐射出来的电磁能量，以Qe表示，单位是焦耳J；它是空间内某个区域当中全部的光辐射能量，是这个区域所有光子能量的和。

辐射通量（Radiant Flux）：或说辐射功率，是单位时间内通过某片区域的辐射能量，以Φe表示，单位：瓦特/W。

辐射强度（Radiant Intensity）：点辐射源向各方向发出辐射，在某一方向，在单位立体角dΩ内发出的辐射通量，用Ie表示，单位：瓦特/球面度（W/Sr）。

辐射亮度（Radiance）：是指面辐射源在某一给定方向上单位投影面积、单位立体角内的辐射通量，用Le表示，单位：瓦特/球面度/平方米（W/Sr/m²）。

辐射照度（Irradiance）：又称辐照度，是受照面单位面积上的辐射通量，用Ee表示，单位：瓦特/平方米（W/m²）。

辐射度量常用的量对比：

➁ 光度量

辐射度量学客观地评价辐射量；光度量是研究光度测量的一门科学，在辐射度量学基础上，考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科。

光度量有如下四个常用的度量及定义。

光通量 (Luminous Flux)：光源单位时间内发出的可见光量之总和，用Φv表示，单位：流明，Φv=dQv/dt。测量仪器：积分球、分布光度计；量值：光通量标准灯。

光强度（Luminous Intensity）：光源在单位立体角内发出的光通量,也就是光源所发出的光通量在空间选定方向上分布的密度。角度越大，发光强度越小。Iv=dΦv/dΩ，单位：坎德拉(cd)。

光照度(Illuminance) ：照度是表示照射到平面上的光的亮度指标，是指光源射向平面状物体的光通量中，每单位面积的光通量。用Ev表示，单位为勒克司(lux) 。用于比较照明灯具照射到平面上的明亮程度。Ev=dΦv/dＡ，1lx=1lm/㎡

光亮度（Luminance）：物体的明暗程度，定义是单位面积的放光强度。单位：nit(尼特)或cd/m²(坎德拉/平方米)。测试仪器：亮度计、分光光度计、色彩分析仪、面型亮度计。

光度量常用的量对比：

常见发光体的光度参数

40W普通白炽灯光通量: 360lm

高亮手电筒光强:10000 cd(lm/sr)

手机屏幕亮度:500 nit(lm/sr/m²,cd/m²)

居家室内光照度:100lux(lm/m²)

➂ 视见函数：辐射度量转换成光度量的桥梁

人的眼睛的特性：

明视觉：在明亮的环境下，锥体细胞起主要作用，它能分辨物体的颜色和细节称之为锥体视觉又称明视觉（Photopic Vision)；
暗视觉：杆体细胞只在黑暗的环境下工作，它更关注物体明暗程度，而不关颜色，我们称之为暗视觉（Scotopic Vision)；
中间视觉：介于这两视觉之间的视觉称之为中间视觉。

视见函数:人眼对不同波长的单色光产生相同的视觉效应，需要不同的辐射功率。在可见光谱中，人眼对光诺越靠近光诺中部(黄绿色)最敏感，两端越不敏感。在引起相同的视觉响应条件下，若光波长为λ的光所需要的光辐射功率为P(A)，而对光波长为555nm的光 (明视觉下，人眼对此波长的光最敏感阴)所需要的光辐射功率为P（555），则定义V(λ)=P(555)/P(λ)为波长λ的视见函数。