光度學(xué)與色度學(xué)的基本概念

來源：閱讀：863 發(fā)布時間：2023-09-14 11:25:09

光度學(xué)和輻射度學(xué)

光度學(xué)是度量人類視覺系統(tǒng)感知可見光明亮度的科學(xué)，是只限于可見光的，包含人眼感知特性的。輻射度學(xué)是度量包括可見光在內(nèi)的所有電磁波輻射的科學(xué)。

輻射度學(xué)可以認(rèn)為是客觀的物理科學(xué), 是與人類無關(guān)的。而光度學(xué)卻是一種主觀的科學(xué), 它以人類的平均感覺為基礎(chǔ), 因此它屬于人類工程學(xué)范疇。

以對光強(qiáng)的度量來說, 物理輻射度學(xué)以光的輻射能量這個客觀單位來度量, 而光度學(xué)卻以色光對人眼的刺激強(qiáng)度來度量。

光度學(xué)和輻射度學(xué)的聯(lián)系

光度學(xué)和輻射度學(xué)的定義、定義方程式是一一對應(yīng)的。光度學(xué)有4個基本量，分別與輻射度學(xué)的4個基本量一一對應(yīng)。

1. 光通量和輻通量

光通量或輻通量可以理解為單位時間內(nèi)通過某一面積的光輻射能量；光通量的單位是流明，通常我們用流明來評估投影儀或照明光源發(fā)出的總能量強(qiáng)弱；

2. 光強(qiáng)度和輻強(qiáng)度

光強(qiáng)度和輻強(qiáng)度用來評估單位立體角內(nèi)發(fā)出的能量強(qiáng)弱；通常我們用強(qiáng)度時，把光源理解為點(diǎn)光源；比如我們評估LED點(diǎn)光源，在不同角度看時，能量強(qiáng)弱。

3. 光照度和輻照度

照度可以理解為光照射到某個面時的能量強(qiáng)弱，單位時勒克斯；我們經(jīng)常用照度來評估光源照射到課桌表面的強(qiáng)弱來衡量教室內(nèi)的光照是否充足，來保障學(xué)生視力；

4. 光亮度和輻亮度

亮度單位通常不認(rèn)為發(fā)光體是點(diǎn)光源，而是一個面光源；所以亮度可以理解為單位面積內(nèi)的光強(qiáng)度；亮度是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫囊环N評估量，比如我們評估顯示屏、儀表顯示都是用亮度；亮度的單位是cd/m2，也常叫做nit尼特。

光度學(xué)與輻射度學(xué)的轉(zhuǎn)換

而如何把光度學(xué)和輻射度學(xué)單位進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換呢？就是通過CIE（國際照明委員會）定義的光譜視覺效率函數(shù)V(λ)。它是表征人眼對不同波段的光的感應(yīng)強(qiáng)弱的曲線。從圖中可以看出人眼對555nm的綠光最敏感，而對可見光（380nm-780nm）以外的光沒有感應(yīng)。

正是通過這個函數(shù)曲線，我們可以把光度學(xué)和輻射度學(xué)緊緊聯(lián)系在一起?？梢哉f光度學(xué)是以輻射度學(xué)為基礎(chǔ)，加入了人類的感知的一門學(xué)科。

色度學(xué)

色度學(xué)是光度學(xué)研究中的一個部分，是研究人對顏色的感知規(guī)律、顏色測量技術(shù)的科學(xué)。

人眼能看到顏色，是因?yàn)榭梢姽膺M(jìn)入了人眼，引起的視覺生理和心理的感受。所以，人眼看到顏色的基礎(chǔ)是有光；這個光可以是物體自己發(fā)出的光，比如太陽的光、燈發(fā)出的光、顯示屏發(fā)出的光；這光也可以是物體反射的光，比如蘋果的紅色、藍(lán)色的衣服，這些物體自己不發(fā)光，但會反射光。前者自發(fā)光物體的顏色只和自己輻射的光譜有關(guān)，而后者不發(fā)光物體的顏色則不僅與自己的表面反射率有關(guān)，還與照明的光源有關(guān)。比如，白色的衣服在紅光下，看上去也是紅色的。

無論是自發(fā)光物體還是不發(fā)光物體，人眼看到的顏色都與其輻射或反射光譜有關(guān)。人眼能看到的光譜僅限于380-780nm，叫做可見光譜?？梢姽庾V是輻射光譜中的一小段，如上圖所示。光度學(xué)研究的就是可見光波段。

我們來看看常見的照明光源的光譜。上圖中可以看到白熾燈光譜在黃色紅色部分的能量明顯比藍(lán)色和綠色強(qiáng)，所以顯出偏黃的感覺；LED冷白光譜由于藍(lán)色成分多，顯出偏藍(lán)的顏色，所以后來出現(xiàn)了把紅色部分增強(qiáng)的暖白的LED光源。

我們?nèi)粘？吹降念伾舛际歉鞣N可見光波長下的單色光的混合。

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)和顏色匹配實(shí)驗(yàn)

色度學(xué)是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術(shù)的科學(xué)，它是一門上個世紀(jì)發(fā)展起來的，以物理光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)。

在綜合了一些顏色科學(xué)家的研究和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，國際照明委員會（CIE）規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是近代色度學(xué)的基本組成部分，是色度計(jì)算的基礎(chǔ)。

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)是以顏色匹配實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立起來的，是一種混色系統(tǒng)，用組成每種顏色的三原色數(shù)量來定量表達(dá)顏色，不是用顏色的三個色貌特征明度、色調(diào)、飽和度（彩度）的大小為度量來表示顏色。