基础光色度学术语定义

光度学术语定义

1.光通量

在光度学中，光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。辐射通量以光谱光视函数V(λ)(即视见函数，见可见光)为权重因子的对应量。设波长为λ的光的辐射通量为Φe(λ)。对应的光通量为:

Φv(λ)=KmV(λ)Φe(λ)

式中Km为比例系数，是波长为5550埃的光谱光视效能，也叫最大光谱光视效能，由Φe 和Φv的单位决定。光通量的SI单位为流明,Km=683流明/瓦。复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。

2.发光强度

点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作Iv，即Iv=dΦv/dΩ。发光强度的SI单位为坎德拉，是光度学中的基本单位,1979年第十六届国际大会通过的坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为540×1012赫兹的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为1/683瓦/球面度。

3.光亮度

光亮度表示单位面积上发光强度。辐射亮度的光度学对应量，其定义为:

lv=(div)/dscosθ

式中dS为面光源上的面积元,θ为面元法线与观察方向间的夹角,div是面元在观察方向的发光强度。光亮度的SI单位为坎德拉/米2。光亮度的其他常用单位有熙提和朗伯,

1熙提=104坎德拉/米2,

1朗伯=104/π坎德拉/米2。光亮度一般随观察方向而变，若一辐射体的光亮度是与方向无关的常量，则其发光强度与cosθ成正比，此规律称为朗伯定律，这种辐射体称为朗伯辐射体或余弦辐射体。黑体是理想的余弦辐射体。

4.光照度

英文名称:illuminance 单位受照面积上接收到的光通量，单位为lm/㎡，称勒克斯(lx)。发光强度为1lm的点光源在离光源的距离为r处的照度

为:Ev=(Iv/r2)cosi 式中i为光沿r方向射到受照面时的入射角(与表面法线夹角)。入射光垂直入射时, cosi=0,Ev=Iv/r2 ，此即光照度的平方反比律。

5.光射出度

从辐射源单位表面积发出的光通量。漫反射面受光照后，其光出射度与光照度成正比，比例系数小于1，称漫反射系数。光出射度(luminous exitance)光出射度是表征光源自身性质的一个物理量。光源的光通量除以光源的面积就得到光源的光出射度值。光出射度用lumen/㎡表示，但与照度测试和lux不同，光出射度中的面积是指光源的面积，而不是被照射的面积。平板发射会测试该值。

6.光谱分布

光度量()在给定波长处的光谱密集度是包含该波长的无穷小的波长间隔内的光度量与相应的波长间隔之商。

Xv、λ=dXv(λ)/dλ

Xv代表任一种光度量。光通量的光谱密度集度的单位为流明/纳米(lm/nm)，光照度的光谱密度集度的单位为勒克斯/纳米(lx/nm)，余下类推。

某光度量的光谱密集度与波长的函数关系叫做某光度量的光谱分布。

7.光谱光视效能

辐射的光视效能(K)：辐射具有的光通量与辐射的功率之商对于复合辐射:

K=Φv/Φe

单位为流明/瓦(lm/W)

对于波长为λ的单色辐射:

Kλ=Φv、λ/Φe、λ

Kλ的最大值叫做最大光谱视效能，用符号Km表示。根据国际协议，对明视觉、中间视觉和暗视觉，波长为555nm、功率为1W的单色辐射，均具有683的光通量，即

K555=683lm/W

光源的色度学术语

1.黑体

任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。

通常的光源如太阳，日光灯，白炽灯等发出的光统称为白光.但由于发光物质不一样，光谱成份相差也很大.如何区别各种光源因光谱成份不同而出现的差别呢?

为此物理学中用一个称为黑体的辐射源作为标准，这个黑体是一种理想的热辐射体，它的辐射程度只与它的温度有关.

所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体，但许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。

基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff)，在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关，只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律，在一定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可叫作完全辐射体。

2.色温

当用其它光源和黑体辐射作比较时，察看它的辐射与黑体何种温度时的辐射特性相当(即它们的光谱成份相同)，就以黑体此时的温度(绝对温度)称为某光源的色温.在实际使用中，这常是用光源中的蓝色光谱成份和红色光谱成份的比例来区别，光源色温的高低一般是蓝色成份高时色温较高；红色成份高时色温较低.

色温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。

相关色温：当光源的光谱只能与黑体某一温度下的光谱相近似，而不能精确等效时，则称这一温度为光源的相关色温。(由于光源的色品坐标并不恰好落在黑体轨迹上，所以只能用光源与黑体轨迹最接近的颜色来确定该光源的色温，这样确定的色温叫做相关色温。)

由于黑体这个温度与颜色有关，故名色温注意，光源的色温与光源本身的温度是两回事，通常两者是不相同的。例如白炽灯光源本身温度为2800K，但其色温是2845K。

维恩(Wien)位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，最大的发射本领向短波方向移动(见图2.1-1)，所以色温较高的光源，其发出的辐射能较多地分布在波长较短的绿光和蓝光之中；而色温较低的光源，其辐射能较多地分布在波长较长的红光中。因此，在标准白光中，色温较低者，偏红；色温较高时，偏蓝。

3.颜色的波谱

光色波长λ(nm) 代表波长

红(Red) 780~630 700

橙(Orange) 630~600 620

黄(Yellow) 600~570 580

绿(Green) 570~500 550

青(Cyan) 500~470 500

蓝(Blue) 470~420 470

紫(Violet) 420~380 420

4.标准照明体

指特定的光谱功率分布，这种标准的光谱功率分布不必由一个光源直接提供，也不一定能真正地实现

1) 标准照明体A 代表绝对温度大约为2856K完全辐射体(黑体)的光。

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2) 标准照明体B 代表相关色温大约为4874K的直射日光﹐它的光色相当于中午阳光。

3) 标准照明体C 代表相关色温大约为6774K的平均日光﹐它的光色近似阴天天空的日光。

4) 标准照明体D65 代表相关色温大约为6504K的日光。

5)其它D照明体代表标准照明体D65 以外的其它日光﹐如D55﹑D75。 D55

代表相关色温为5503K的典型日光﹐常用于摄影。 D75代表相关色温为7504K的典型日光﹐用于高色温光源下进行精细辨色的场合。

上述照明体﹐B和C不理想﹐因而用照明体D代表日光。在应用中﹐推荐A

和D65作为普遍应用的标准照明体。

5.标准光源

为了较为准确和规范地描述色调，CIE(国际照明委员会)制定了4种标准光源，以统一色调值。这4种标准光源的名称见下表，在这4种标准光源中，常用的Ｃ光源和Ｄ65光源，我国以Ｄ65为标准光源。

1) 标准光源A 色温2856K的充气钨丝灯。

2) 标准光源B A光源加一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器﹐以产生相关色温4874K的辐射。

3) 标准光源C A光源加另一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器﹐以产生相关色温6774K的辐射。

标准照明体D ﹐CIE尚未推荐出相应的标准光源。

我国以Ｄ65为标准光源。

6.光源的显色性

物体在光源照明下所呈现颜色的真实性。

光源的显色性用显色指数Ra表示。参照光源的显色指数Ra=100；当待测光源下与参照标准光源下的标准样品颜色相同时，则此光源的显色指数为100，显色性最好。反之，颜色差异越大，显色指数越低。

7.色度学中的几个概念

一、颜色刺激

能够引起颜色知觉的可见辐射的辐通量称做颜色刺激。颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用(λ)表示。

颜色刺激是纯物理量。

二、三原色

能够匹配所有颜色的三种颜色，称做三原色。

匹配实验表明，能够匹配所有颜色的三种颜色不是唯一的。人们通常选用红（R）、绿（G）、蓝（B）做为三原色，其原因可能是：用不同量的红、绿、蓝三种颜色直接混合，几乎可得到经常使用的所有颜色; 红、绿、蓝三种颜色恰与人的视网膜上红视锥、绿视锥和蓝视锥细胞所敏感的颜色相一致。

三、三刺激值

在颜色匹配中，以一定数量的三原色完成某种颜色的匹配。匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。颜色方程中的R、G、B 就是三刺激值。

三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位来度量。过去人们在不同的场合对三刺激值的单位有过不同的规定。例如，规定匹配某种指定的标准白光（W）的三刺激值相等，且均为1单位。在标准色度学系统中，三刺激值有统一的定标方法，下节中将具体加以介绍。

对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色。四、光谱三刺激值或颜色匹配函数

用红、绿、蓝三种颜色可以匹配所有颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。

匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺激值。对于不同波长的光谱色，其三刺激值显然为波长λ的函数，故也称之为颜色匹配函数，一般用、和表示。光谱色的颜色方程为

(5-47)

光谱色是很饱和的颜色，光谱三刺激值、和中有可能为负值。

等能光谱是指各波长辐射能量相等，只有在此条件下，所得到的光谱色三刺激值才是可比较和有意义的。

颜色匹配函数是重要的色度量，它是在颜色现像研究中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带。

五、色品坐标及色品图

在颜色研究和量度中，有时不是用三原色的数量、即三刺激值R、G、B来表示颜色，而是用三刺激值各自在三刺激值总量R+G+B中所占的比例来表示颜色。三刺激值各自在三刺激值总量中所占的比例，叫做颜色的色品。选用红（R）、绿（G）和蓝（B）为三原色时，用r、g、b表示色品坐标。根据定义，有

且r+g+b=1

用r为横坐标、g为纵坐标，由r和g所决定的平面上的点均和某种颜色相对应，这样一个能表示颜色的平面，称做色品图。色品图上表示颜色的各个点称做色品点。

图莱特（W·D·Wright）画出的色品图。

色品图上有三个特殊的色品点，其坐标分别为r=1、g=b=0; g=1、r=b=0;

b=1、r=g=0。它们是三原色红（R）、绿（G）和蓝（B）的色品点。此三点连线，构成一个三角形，三角形里面部分是三原色以不同比例混合能产生的所有颜色色品点的集合。这个三角形叫做麦克斯韦颜色三角形。

光谱色的色品坐标为

在色品图上，各光谱色色品点形成一条马蹄形曲线，称之为光谱色品轨迹。

8.CIE-XYZ系统

所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值和色度坐标r、g、b均变为

正值。

匹配物体反射色光所需要红、绿、蓝三原色的数量为物体色三刺激值，即X、Y、Z，也是物体色的色度值。物体色彩感觉形成了四大要素是光源、颜色物体、眼睛和大脑，物体色

三刺激值的计算涉及到光源能量分布、物体表面反射性能和人眼的颜色视觉

、、三方面的特征参数，即：

X=K

Y=K………………………………(5-12)

Z=K

式中K为调整因数，Y刺激值既表示绿原色的相对数量，又代表物体色的亮度因数。

上式表明当光源或者物体发生变化时，物体的颜色X、Y、Z随即也发生变

化，因此上式是一种最基本、最精确的颜色测量及描述方法，是现代设计软件进行色彩描述的基础。

对于照明光源而言，光源三刺激值（X0、Y0、Z0）的计算仅涉及到光源的相对光谱能量

分布和人眼的颜色视觉特征参数，因此光源的三刺激值可以表示为：

……………………(5-13)

颜色的色度坐标为：

x=X/（X+Y+Z） y=Y/（X+Y+Z）

如下图，每一种颜色都可以在色度图（下图为CIE－1931系统）中找到与之对应的坐标。坐标距离越远，颜色的差距越大。

颜色三要素中的色调、饱和度（另一要素为明度）能在色度图中得到很好的体现。最边缘翼形部分为颜色的色调。用一直线连接翼形上某点与等能白点

（0.33，0.33），在直线上，越靠近等能白点，饱和度越低。直线上的任一点可以由翼形上的颜色和白光混合而成。

亮度对人眼的视觉色调有影响。亮度越高，色调会向蓝色或者黄色偏移。

眼睛对不同波长的敏感程度，中波（550左右）最高，向两边逐渐降低。因此，黄绿光色差比红、蓝光更加明显。