光度学教案527

《光度学》教案王晓玲仪器科学与光电工程学院2013年第1章辐射度量、光辐射度量基础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几种典型光辐射量的计算公式作业：光度量有哪些基本度量公式，这些度量的基本单位是什么第2章热辐射定律及辐射源2.1黑体辐射的基本定律重点是普朗克定律以及物理意义，在光度学中的意义基尔霍夫定律当辐射能入射到物体表面时，一部分能量被物体吸收，一部分能量从物体表面反射，一部分透射。1859年基尔霍夫指出：物体的辐射出射度M和吸收本领a的比值M/a与物体的性质无关，都等于同一温度下绝对黑体(a=1)的辐射出射度M0—基尔霍夫定律基尔霍夫定律不但对所有波长的全辐射，而且对波长为的任何单色辐射都是正确的，强调黑体在光度学中的重要意义，黑体的吸收比永远是理想的1，黑体的辐射率永远是1了解生活中哪些材料的辐射率接近于黑体斯蒂芬—玻尔兹曼定律在全波长内普朗克公式积分，得到黑体辐射出射度与温度之间的关系——斯蒂芬—玻尔兹曼定律物理意义:黑体在单位面积单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。维恩位移定律黑体光谱辐射是单峰函数，利用极值条件求得峰值波长m满足维恩位移定律物理意义:当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。2.2黑体辐射的计算重点举例介绍介绍黑体辐射的计算方法例：已知太阳峰值辐射波长m＝0.48m，日地平均距离L＝1.495108km，太阳半径Rs＝6.955105km，如将太阳和地球均近似看作黑体，求太阳和地球的表面温度。2.3辐射体的温度一般地，各种发射辐射能的物体表面在不同的温度下可能具有不同的光谱辐射特性，其发射的辐射能比黑体发射的辐射能小，且发射率是波长、温度的函数。在辐射度学和光度学及其应用中，常常需要类似于黑体那样，用温度描述光源、辐射体等的某些辐射特性。常用的有分布温度、色温(相关色温)、亮温和辐射温度。重点概念是色温难点是有光色温和相关色温以及普朗克轨迹的意义2.3.1分布温度2.3.2色温和相关色温色温是颜色温度的简称。当发射体和某温度的黑体有相同的颜色时,黑体温度称为发射体的色温。即色温是人眼主观色度感觉上把光源作为一定温度的黑体来描述。色温的概念不仅限于人眼色觉上的一致,可扩展到任意波长。根据色度学,色具有同色异谱的性质,即相同的颜色可由具有不同的光谱能量分布特性的光构成。因此,色温不能象分布温度那样近似说明光源的光谱能量分布特性,但对于具有不连续光谱的发射体或具有连续光谱但其光谱能量分布特性与黑体相差甚大的发射体,可用色温来描述。任意光源的色只能说与某一温度黑体的色相近，不可能完全相同。相关色温就是发射体和某温度的黑体有最相近的色时黑体的温度。色温度只能给出这个光源光色的大概情况，一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低则表示橙、红光的成分多些。2.3.3辐亮度温度实际发射体在某一波长(窄谱段范围内)的光谱辐亮度和黑体在某一温度同一波长下的光谱辐亮度相等时，黑体温度称为发射体的辐亮度温度。如果波长在可见光谱范围内用人眼(或具有人眼光谱光视效率响应的探测器)来判断其间亮度相等时，则称为亮度温度(简称亮温)。强调真实温度与辐亮度温度由于辐射体的发射率总小于1，故TTb，即辐射体的实际温度高于辐亮度温度。对具有确定工作波长的测温仪，可通过预先标定的温度修正表，对测得的辐亮度温度和辐射体的发射率进行查表，得到实际温度的修正值。辐射温度是在整个光辐射的谱段范围内的辐亮度与某温度黑体辐亮度相等时黑体的温度，即，解之得式中，(T)是材料的平均发射率。同样，因为(T)总小于1，故TTb。(T)越接近1，T和Tb在数值上越接近。2.4辐射源本部分内容重点介绍人工辐射源和标准照明体和标准光源2.4.1人工标准黑体辐射源2.4.2自然辐射源2.4.3人工辐射源2.4.4标准照明体和标准光源2.4.5色温变换及光谱能量分布特性的改变2.4.2自然辐射源(1)太阳：大气层外的太阳辐射的光谱分布大致与5900K绝对黑体的光谱分布相似。(2)地球：地球辐射主要处于波长8~14m大气窗口，该波段大气吸收很小，成为热成像系统的主要工作波段。地球水面辐射取决于温度和表面状态。无波浪时的水面，反射良好，辐射很小；只有当出现波浪时，海面才成为良好的辐射体。2.4.3人工辐射源4/()bTTT光辐射测量中所使用的光源种类繁多，除了黑体辐射源外，常用的有白炽灯、气体放电灯、发光二极管LED、激光等辐射源。它们除用作光源外，也作为辐射度量测量和量值传递的标准，用来测量或标定测量系统的性能参数。发射已知光谱的线谱光源，常常用作波长标定的标准源，因而，光源在光辐射测量中占有很重要的地位。2.4.4标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源是为使光辐射测量标准化而引入的的概念。在纺织、印刷、摄影、造纸、食品等许多光辐射测量的应用部门，需要进行定量的辐射测量且结果可相互比较。第5章色度学的技术基础5.1颜色匹配5.2CIE1931标准色度系统5.3CIE1964补充标准色度系统5.4CIE色度计算方法5.5均匀颜色空间5.6特色异谱程度的评价5.7CIE光源显色指数计算方法5.8其它表色系统颜色匹配可用格拉斯曼定律来阐述，还可用代数式和几何图形来表示。用代数式表示色匹配称为颜色匹配方程。()()()()CCRRGGBB在颜色匹配实验中，与待测色达到色匹配时所需要的三原色的数量，称为三刺激值（即颜色匹配方程式的R/G/B值)三原色的选定应使任何一种原色不能由其余两种原色相加混合得到。最常用的是红、绿、蓝三原色。三刺激值的单位(R)、(G)、(B)：不是用物理量为单位，而是选用色度学单位，亦称三T单位。三刺激值的单位确定方法：选一特定白光(W)作为标准,在颜色匹配实验装置上用选定的R/G/B三原色光相加混合与此白光(W)相匹配,达到匹配时,如测得所需要的三原色光的光通量值(R)为lR流明；(G)为lG流明；B为lB流明。则将比值lR︰lG︰lB定为三刺激值的相对亮度单位，即色度学单位。CIE1931标准色度系统建立后,经过多年实践证明,CIE1931标准色度观察者的数据代表了人眼2视场的色觉平均特性。但是，当观察视场增大到4以上时，某些研究者从实验中发现在波长380nm至460nm区间内数值偏低。这是由于大面积视场观察条件下，杆体细胞的参与以及中央窝黄色素的影响，颜色视觉会发生一定的变化。日常观察物体时视野经常超过4范围，因此，为了适应大视场颜色测量的需要，CIE在1964年规定了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”简称为“CIE1964补充标准色度系统”，也叫做10视场X10Y10Z10色度系统。色品坐标的计算实际工作中，首先必须用光谱辐射计测得光源的相对光谱功率分布(对自发光体)或用分光光度计算测得物体的光谱反射比或光谱透射比(对非自发光物体)，再根据CIE推荐的标准照明体数据和标准色度观察者的光谱三刺激值数据，编写计算程序，可十分方便地得到样品的色品坐标值。主波长颜色S1的主波长是指波长d的光谱色按一定比例与一种确定的参照光源相加混合，能匹配出颜色S1。并不是所有的颜色都有主波长，色品图中连接白点和光谱轨迹两端点所形成的三角形区域内各色品点都没有主波长。为此,引入补色波长概念,即一种颜色S2的补色波长是指c的波长光谱色与适当比例的颜色S2相加混合，能匹配出某一种确定的参照白光。第6章辐射测量的基本仪器本章的重点内容是积分球的工作原理，积分求得类型和使用注意事项101010101010101010101010101010XXxxXYZXYZYYyyXYZXYZZZzzXYZXYZ