第二章 光度与辐射度基础

MP
E E
P A P EP A
2 L A cos M A E A
34
I
——红外技术及应用
注:
1. 光度量的定义和辐射度量的定义只一字之差， “辐射”——“光”。 2. 下角标有e、λ、p、ν，辐射量在与其它量同用时 标e。 3. 从表达式可直接说出定义及物理意义 4. 从表达式可直接说出单位 5. 出射度和照度的表达式相同、单位也相同，注意 一个是发射，一个是接收。
面积为大球面积减去小球面积
2R 2 (cos 1 cos 2 ) 2 (cos 1 cos 2 ) 2 R
10
——红外技术及应用
3、用球坐标表示立体角
11
——红外技术及应用
3、用球坐标表示立体角 • 微小面积
dS r 2 sin d d
• 则dS对应的立体角为 • 计算某一个立体角时，在一定范围内积分即可。
26
——红外技术及应用
光视效率:
K V Km
（物理意义： 以光视效能最大处的波长为基准来衡量其 波长处引起的视觉。） 在相同的辐射能量下，看到的亮度不同。 具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率： K ( ) V ( ) Km
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——红外技术及应用
★几点说明：
• • • • 1.对于相同的辐射能量，光视效率不同。 2.“光视效率的最大值在λ=555nm处”是实验证明。 3.绝大部分人眼符合此规律，略有小差异（尤其在可见 光波段两端）。 4.通过这个结论，可知辐射量与光度量的换算关系
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——红外技术及应用
2.辐射出射度：M
• 数学描述：若辐射源的微小面积△A向半球空间 的辐射功率为△Φ，则△Φ与△A之比的极限值定 义为辐射出射度. 单位：w/㎡ M lim

1.2 辐射度学和光度学
Radiometry and Photometry
辐射度学
• 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 • 辐射度学主要研究频率为 ×1011～ 3×1016Hz的 辐射度学主要研究频率为3× × 的 光辐射，对应于0.01~1000µm微米的波长。 微米的波长。 光辐射，对应于 微米的波长 • 波段范围包括红外、可见光、紫外线。 波段范围包括红外、可见光、
光度学
• 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光， 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光， 即可见光，波长范围为380～780nm纳米。 纳米。 即可见光，波长范围为 ～ 纳米 • 波长450nm对应于蓝色，540nm对应于绿色， 对应于蓝色， 对应于绿色， 波长 对应于蓝色 对应于绿色 659nm对应于红色。 对应于红色。 对应于红色 • 色度学不处理颜色的感知本身，而是研究各种波 色度学不处理颜色的感知本身， 长的感知强度。例如，绿光比红光和蓝光亮。 长的感知强度。例如，绿光比红光和蓝光亮。
入射辐射亮度
• 入射辐射亮度 入射辐射亮度(incoming radiance)定义为： 定义为： 定义为 d 2Φ Lsurf = dA(dω cos θ ) 它用来度量单位平方米单位球面度的瓦特数。其中 为入 它用来度量单位平方米单位球面度的瓦特数。其中θ为入 射光线与表面法向的夹角。 射光线与表面法向的夹角。
辐射能量
• 在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，用J(焦耳 在辐射度学中，辐射能量 是基本的能量单位 是基本的能量单位， 焦耳) 焦耳 来度量。 来度量。 • 每个光子有一定的辐射能量，其大小为Planck常数 每个光子有一定的辐射能量，其大小为 常数 (6.62620× (6.62620×10-34焦耳秒)乘以光速(2.998×108米/秒)，再除 焦耳秒)乘以光速 乘以光速(2.998× /秒 )， 以光子的波长。 以光子的波长。 • 等价于每焦耳的光子数目为 等价于每焦耳的光子数目为5.034×1015乘以光子的波长。 × 乘以光子的波长。 例如，在波长为550nm的波段处，每焦耳的光子数目大约 的波段处， 例如，在波长为 的波段处 为2.77×109个。 ×

照明设计 节能减排
光度与辐射度在光学仪器中的应用
光学测量
图像处理
在图像处理领域，光度和辐射度参数 可用于增强图像对比度和清晰度，提 高图像质量。
光度与辐射度在环境保护中的应用
环境监测
生态保护
光度与辐射度在医学领域的应用
医学影像
医学影像技术中，光度和辐射度参数对于提高影像质量和诊断准确率具有重要作 用。
在光谱分析中，辐射度是测量和分析 物质吸收、发射光谱的关键参数，有 助于了解物质的性质和组成。
光度测量技术
光度测量定义 光度测量仪器 光度测量应用
辐射度测量技术
辐射度测量定义
辐射度测量仪器
辐射度测量应用
光度与辐射度测量技术的发展趋势
高精度测量
智能化测量
多维测量
光度与辐射度在照明工程中的应用
光度量单位
01
02
瓦特（W）
坎德拉（cd）
03 流明（lm）
光度量与其他物理量的关系
01
光功率与光强度、光通量的关系
02
光强度与发光角度的关系
03
光通量与其他物理量的关系
辐射度量定义 01 02
辐射度量ห้องสมุดไป่ตู้位
除此之外，还有其他的单位如焦耳（J ）、瓦特小时（Wh）等，用于描述不 同形式的能量和功率。
辐射度量与其他物理量的关系
辐射度量与光度量有密切的联系， 光度量是描述光源发光强弱的物 理量。
辐射度量和光度量都是描述光和 电磁辐射的重要物理量，它们在
某些场合可以互相转换。
此外，辐射度量还与温度、颜色 等其他物理量有关，这些物理量 之间存在一定的关系和转换公式。
光度与辐射度的联系
两者都是描述光源辐射能力的物理量，光度用于描述人眼可见光的辐射，而辐射度 则用于描述整个电磁波段的辐射。

辐射颜色 绿 绿 黄 黄 黄 黄 黄 橙 橙 橙
λ /nm 530 540 555 560 570 580 590 600 620 640
V 0.8620 0.9540 1.0000 0.9950 0.9520 0.8700 0.7570 0.6310 0.3810 0.1750
辐射颜色 橙 红 红 红 红 红 红 红 红
由辐射表面定向发射的辐射强度与该面元在垂直于该方向的平面 上的正投影面积的比值
Le

dI e
dA cos

d 2Φe
ddA cos
单位：瓦特/球面度·米2（W/sr·m2） S

dS
d d
35
⑤辐射亮度
余弦辐射体或朗伯体
辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足 dI e dI e0 cos
39
②辐射通量
用e表示，又称为辐射功率，是辐射能的时间变化率
是单位时间内发射、传播或接收的辐射能
e

dQe dt
单位：瓦特 （W）或焦耳每秒（J/s）
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③辐射出射度
就是辐射体在单位面积内所辐射的通量，是反映物体辐射能力的物
理量——辐射出射度（Me）
Me

dΦe dA
单位：瓦特每平方米（W/m2）
辐射照度 Ee
Ee=de/dA
W/m2 (光)照度 Ev
Ev=dv/dA
lx
14
①朗伯定律 在θ方向上：
§3 两者关系
Ee

de dS
S
d
de
n
dS dS
在法线方向上：
Ee

d e dS
dS dS cos