辐射度光度色度第八章(光度量的测量)
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《辐射度、光度与色度及其测量》习题及思考题第一章辐射度量、光辐射度量基础1.通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段?2.简述发光强度、亮度、光出射度、照度等定义及其单位。
3.试述辐射度量与光度量的联系和区别。
4.人眼视觉的分为哪三种响应?明暗和色彩适应各指什么?5.何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度?6.试述人眼的分辨力的定义及其特点。
7.简述人眼对间断光的响应特性,举例利用此特性的应用。
8.人眼及人眼-脑的调制传递函数具有什么特点?9.描述彩色的明度、色调和饱和度是怎样定义的,如何用空间纺锤体进行表示?10.什么是颜色的恒常性、色对比、明度加法定理和色觉缺陷。
11.简述扬-赫姆霍尔兹的三色学说和赫林的对立颜色学说。
12.朗伯辐射体是怎样定义的?其有哪些主要特性?13.太阳的亮度L=1.9⨯109 cd/m2,光视效能K=100,试求太阳表面的温度。
14.已知太阳常数(大气层外的辐射照度)E=1.95 cal/min/cm2,求太阳的表面温度(已知太阳半径R s=6.955⨯105 km,日地平均距离L=1.495⨯109 km)。
15.某一具有良好散射透射特性的球形灯,它的直径是20cm,光通量为2000lm,该球形灯在其中心下方l=2m处A点的水平面上产生的照度E等于40lx,试用下述两种方法确定这球形灯的亮度。
(1)用球形灯的发光强度;(2) 用该灯在A点产生的照度和对A点所张的立体角。
16.假定一个功率(辐射通量)为60W的钨丝充气灯泡在各方向均匀发光,求其发光强度。
17.有一直径d=50mm的标准白板,在与板面法线成45︒角处测得发光强度为0.5cd,试分别计算该板的光出射度M v、亮度L和光通量Φv。
18.一束光通量为620lm,波长为460nm的蓝光射在一个白色屏幕上,问屏幕上在1分钟内接受多少能量?19.一个25W的小灯泡离另一个100W的小灯泡1m,今以陆米-布洛洪光度计置于两者之间,为使光度计内漫射“白板”T的两表明有相等的光照度,问该漫射板T应放在何处?20.氦氖激光器发射出波长632nm的激光束3mW,此光束的光通量为多少?若激光束的发散半角1mrad,放电毛细管的直径为1mm,并且人眼只能观看1cd/cm的亮度,问所戴保护眼镜的透射比应为多少?21.在离发光强度为55cd的某光源2.2m处有一屏幕,假定屏幕的法线通过该光源,试求屏幕上的光照度。
辐射度光度与色度及其测量绪论一基本问题:1 辐射度学:电磁辐射能的度量与测量:解决电磁辐射能量的定义和测量方法。
建立统一的标准。
是单纯的客观物理量的问题在光电转换、光化学效应、光生物技术、光的热加工,激光技术等领域都有广泛应用。
2光度学:光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。
解决:人眼对光刺激效果的特性(平均特性)刺激效果的量化,刺激量的定义和测量。
主要用于照明,环境工程、测量技术等领域3色度学:有色光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。
问题涉及:人眼颜色视觉特性、色光刺激与人眼感觉的量化定义、颜色的匹配与显示规律,颜色匹配技术、颜色的测量方法,颜色的分类与排列。
在涉及有颜色的领域都有应用(和视觉颜色判断有关问题)颜色本身的测量,温度测量、遥感,管理等等第一章辐射度与光度学基础问题:怎样描述一个辐射体的性质?§1-1 辐射度的基本物理量Q1、辐射能:e以辐射形式发射、传播或接收的能量。
单位为焦耳——J一般可描述辐射能的积累。
2、 辐射通量:e Φ(辐射功率 e P )以辐射形式发射、传播或接收的功率,(单位时间内的辐射能)。
单位为W (瓦)(焦耳每秒)W/sr 。
描述辐射源的时间特性。
dtdQ ee =Φ (1-1)3、 辐射强度:(I )在给定方向上的单位立体角内点辐射源发出的辐射通量(辐射功率)单位为W/sr (瓦每球面度)ΩΦ=d d I ee(1-2)点辐射源:辐射源尺寸比传输距离小的多。
例如在地球上可以把太阳视为点光源。
点光源发射球面波,不计辐射损失(反射、散射、吸收)其辐 射强度不变(为什么)对各向同性点光源有Ω=Φe e I (1-3)在空间所有方向上有e e I π4=Φ (1-4)多数光源的辐射强度并不是各向同性的。
如白炽灯。
这种情况有 ⎰⎰⎰=Ω=Φθθϕθφφθππd I d d Ie e e sin )()(020(1-5)4、 辐亮度(L )辐射源在垂直其传输方向上单位表面积上的辐射强度。
光度测量1.光度计量体系和光度基准,标准1.1 测量与计量测量是人类认识自然和利用自然的一种重要和必需的手段。
在人类社会的初期就开始了各种测量活动。
现代社会,测量更是渗透到生产,生活,贸易的各个方面和科学技术的诸多领域。
起初,测量十分原始,往往是凭经验自定测量单位。
随着生产的发展和交换的发生,人类活动范围和规模不断扩大,要求测量结果稳定和统一,并强制规定和实施。
于是有了计量的萌芽。
经过长期的历史发展,逐渐形成了独立的计量科学,成为现代科学技术的一项重要基础。
测量是为确定表征被测对象的某种属性的量的量值而进行的一组操作。
计量学则是研究测量,保证测量准确和统一的学科。
1.2 光度计量体系和光度基准与标准(1)在光度计量中,发光强度是基本量,它的单位坎德拉(cd)基本单位,也是国际单位制(SI)七个基本计量单位之一。
根据坎德拉的定义,首先复现坎德拉的量值,其余光度量单位的量值均由坎德拉导出,由此构成光度计量体系。
它与光度量的定义体系是不同的,应予注意。
(2)光度基准(光度原级标准)1)历史演变简况作为计量基准必须满足两个基本要求,一是稳定,二是可复现。
光度基准的发展历程正是不断追高稳定性和高复现性的过程。
1881年国际电工技术委员会批准烛光为国际标准。
蜡烛作为光度原级标准,其稳定性和复现性均不能满足实际工作的需要。
因此,相继出现了几种火焰标准光源代替蜡烛,效果仍不理想。
白炽电灯问世后,出现了新的希望。
但是白炽电灯虽然有较好的稳定性,却不具有可复现性。
1909年美、英、法等国决定用一组碳丝白炽电灯来保持由火焰灯复现的发光强度单位,定名为国际烛光,符号为“ic”,而德国和另一些欧洲国家仍然使用亥夫纳灯所复现的亥夫纳烛光,符号为“HK”,两者之间的关系为:1HK≈0.9ic (1-1)用白炽电灯保持国际烛光仅是权宜之计,并没有根本解决问题。
早在19世纪后半期,就有人根据物体的热辐射特性,提出用处于沸点或凝固点的纯金属发光作为光度原级标准。
第8章光度量的测量 (166)8.1发光强度的测量 (166)8.1.1 在光度导轨上测量发光强度 (166)8.1.2 用偏光光度计测量发光强度 (168)8.1.3 用客观光度法测量光强度 (169)8.1.4 光强度测量中应注意的问题 (170)8.2光通量的测量 (171)8.2.1 用分布光度计 (171)8.2.2 用积分球 (173)8.3照度的测量 (174)A. 照度计光辐射探测器的光谱响应应符合照度测量的要求 (175)B. 探测器的余弦校正 (176)C. 照度示值与所测照度有正确的比例关系 (177)D. 照度计要定期进行精确标定 (177)E. 照计计要有较多强的环境适应性 (177)8.4亮度的测量 (178)8.4.1 目视法测量亮度 (178)8.4.2 客观法测量亮度 (178)第8章 光度量的测量光度量是平均人眼接收辐射能引起视觉神经刺激程度的度量。
光度量的测量主要包括光通量、发光强度、照度和亮度的测量,这些光度量是在可见光范围内平均人眼受到光刺激程度的度量,是可见光范围内各波长光对人眼刺激的积分值。
在光度量的测量中,根据接收器不同(用人眼接收或物理探测器接收),可分为两种测量方法:以人眼作为接收器称为目视光度法;以物理探测器,如光敏元件、照相底片等,作为接收器的称为客观光度法。
目前在光度测量领域,目视光度法有被客观光度法取代的趋势。
由于光度测量原则上是使用平均人眼作为评价标准的,因此掌握光度量的目视光度测量方法仍是很重要的。
8.1 发光强度的测量发光强度的测量可用目视光度法测量,也可用客观光度法测量。
测量可在光度导轨上运用平方反比定律来进行。
8.1.1 在光度导轨上测量发光强度测量装置(如图8-1)在滑轨上装有三个可滑动的小车,两边小车上安装进行比较的光源,中间小车安装陆未-布洛洪光度计(见6.1)。
这种装置测量发光强度的简单方法是直接比较法。
在一端的小车上装上光强标准灯(s 灯),另一端的小车上装上待测灯(c 灯)。
发光材料亮度/色度/辐射度的测定一、实验目的要求1.了解亮度/色度/辐射度计的构造和组成;2.掌握光谱、亮度、色度的测试方法。
二、实验仪器本实验使用的仪器是美国photo research公司生产生的PR-680光谱/光度/ 色度/辐射度计。
(测试范围:可见光380 780nm)PR-680是一个平行快速扫描的分光辐射度计,它内部装有多色仪(衍射光栅),可以分离大部分的可见光谱,其采用的探测部件为热电冷却和256色的硅光电二极管阵列接收器。
每一个256色接收器测量一个细分的颜色(波长),全部的光谱是同时测量的。
光电二极管阵列电子扫描和全光谱扫描能用最少的时间进行。
使用热电冷却探测器,可以改变探测器的曝光时间(适应灵敏度),多次扫描数位积分,最优化被测光源的灵敏性和动态范围。
三、基本概念1.发射光谱发射光谱是指发光的能量按波长或频率的分布。
通常实验测量的是发光的相对能量。
发射光谱中,横坐标为波长(或频率),纵坐标为发光相对强度。
2.亮度光源在指定方向、单位投影面、单位立体角中发射的光通量,单位为cd/m2。
其实光源在某方向上的亮度,就是从该方向看光源,在此方向所看到光源单位投影面上的发光强度。
3.色度国际照明委员会(CIE)规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm,在颜色匹配实验中,当这三原色光的相对亮度比例为1.0000:4.5907:0.0601时就能匹配出等能白光,所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量,即(R):(G):(B)=1:1:1。
尽管这时三原色的亮度值并不等,但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待,所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光,即(R)+(G)+(B)=(W)。
4.色温某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。
光源色温不同,光色也不同:色温在3300K以下,光色偏红给以温暖的感觉;色温在3000--6000K为中间,人在此色调下无特别明显的视觉心理效果,有爽快的感觉;故称为“中性”色温;色温超过6000K,光色偏蓝,给人以清冷的感觉。
《辐射度、光度、色度及其测量》课程代码:课程名称:辐射度、光度、色度及其测量学分:2.5 学时:40先修课程:傅立叶变换与积分变换,线性代数,概率与统计,信号与系统一、目的与任务辐射度学、光度学及色度学(以下简称“三度学”)是现代光电信息转换、传输、存储、显示、测量与计量技术的基础。
本课程主要讲授“三度学”的基本概念、原理、物理量的相互转换关系、计算分析方法、测量仪器与测试计量方法等,培养学生利用相关知识、技术和仪器解决实际问题的能力,并结合军用和民用领域的应用需求,介绍三度学技术发展的前沿和应用实例,增强读者为振兴祖国经济,特别是提高国防科技水平的责任感和使命感。
因此,教材的编写力求简明扼要地说明有关的原理和分析计算方法,并通过实验更深切地学习和理解有关的测量方法、仪器使用和测试技巧。
二、教学内容及学时分配绪论(0.5学时)第1章光辐射度量基础(3.5学时)1.1辐射度量1.2光度量1.3人眼视觉特性1.4朗伯辐射体及其辐射特性1.5光辐射量的计算第二章热辐射定律及辐射源(4学时)2.1黑体辐射的基本定律2.2 黑体辐射的计算2.3 辐射源2.4 辐射体的色温第三章光辐射探测器(0.5学时)3.1光辐射探测器3.2 光辐射探测器的性能参数第四章辐射在大气中的传输(2.5学时)4.1辐射在空间的传输4.2 辐射在大气中的反射、吸收与散射4.3 辐射在传输介质界面的反射与透射第五章色度学的技术基础(9学时)5.1色度学基本概念5.2 颜色匹配5.3 CIE 1931 标准色度系统5.4 CIE 1964 补充标准色度系统5.5 CIE 色度计算方法5.6 均匀颜色空间5.7 同色异谱及其评价5.8 CIE光源显色指数计算方法5.9 其它表色系统第6章辐射测量的基本仪器(4学时)6.1 光度导轨6.2 积分球6.3 单色仪6.4 分光光度计和光谱辐射计6.5 傅立叶变换光谱仪第7章光辐射测量系统的性能及其测量(4学时)7.1响应度7.2光谱响应7.3视场响应7.4线性响应7.5偏振响应第8章光度量的测量(3学时)8.1 发光强度的测量8.2 光通量的测量8.3 照度的测量8.4 亮度的测量第9章辐射度量的测量(3学时)9.1 光谱辐射度量的测量9.2 总辐射度量的测量9.3 辐射温度的测量第10章色度的测量及其仪器(4学时)10.1 分光测色仪器10.2 CM-1000 配色系统设计实例10.3 色度计10.4 光源颜色特性的测量10.5 荧光材料的颜色测量10.6 白度测量第11章辐射度、光度与色度的应用(2学时)11.1 材料特性的测量11.2 探测器特性的测量11.3 光学系统中杂散光的分析和计算11.4 辐射测温仪11.5 卫星多光谱扫描系统11.6 建筑用低辐射玻璃三、考核与成绩评定考核:采用统一命题,统一阅卷,集体复查,严把质量关。