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阅读 7165 次 历史版本 0个 创建者:elaine婷 (2011/3/18 11:26:09)  最新编辑:elaine婷 (2011/3/18 11:26:09)
光线的度量
拼音:guāng xiàn de dù liàng
英文:luminous flux,luminous intensity ,lightness;brightness ,color temperature
同义词条:光通量,光强,亮度,照度
  

概述

    光从本源上都是来自自然界和人工的发光体。光源是指能发光的物理辐射体,从光的来源来看,光有两大类:自然光和人造光。自然光是指太阳所发出的光,人工光是人类通过科学技术制造出来的光。

  对于光的能量的能量可以用光通量来衡量,对于光的强度可以用光强来衡量,对于光谱特性可以用色温来表示,对于发光体和受光体,我们分别用亮度照度来衡量。

 

光通量

定义

  光通量(luminous flux)指人眼所能感觉到的辐射功率,它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同,所以不同波长光的辐射功率相等时,其光通量并不相等。 

光通量的单位

  光通量的单位为“流明”。光通量通常用Φ来表示,在理论上其功率可用瓦特来度量,但因视觉对此尚与光色有关。所以度量单位采用,依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。符号:lm   光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量。流明 (lm) 是国际单位体系 (SI) 和美国单位体系 (AS) 的光通量单位。如果您想将光作为穿越空间的粒子(光子),那么到达曲面的光束的光通量与 1 秒钟时间间隔内撞击曲面的粒子数成一定比例。 

人体应用 

  光源的辐射能通量;对人眼所引起视觉的物理量。即单位时间内某一波段内的辐射能量与该波段的相对视见率的乘积。人眼对不同波段的光,视见率不同;故不同波段的光辐射功率相等,而光通量不等。

  人眼对亮度的敏感程度与颜色有关,在整个可见光范围内并不是均匀的.可以用相对敏感函数曲线进行描述。
 
  人眼对于波长X=555nm的光线最为敏感,我们定义这时的相对视敏度Vs(555)=1.当X为其它值时,Vs(X)均小于1.如果对于某一波长X的单色光,其辐射功率为P(X),相对敏感函数为Vs(X),则可以定义光通量为Y(X)=P(X)*Vs(X)
  
  当P(X)以瓦为单位时,Y(X)的单位为光瓦.只有当X=555nm时,1瓦光辐射功率产生1 lm(流明)的光通量。 

光强

  光强是发光强度的简称。表示光源在单位面积内光通量的多少。

  发光强度是指光源在指定方向上的单位立体角内发出的光通量,也就是说光源向空间某一方向辐射的光通密度。符号用I表示,国际单位是candela(坎德拉)简写cd。光强代表了光源在不同方向上的辐射能力。通俗的说发光强度就是光源所发出的光的强弱程度。 

亮度

    亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。人眼从一个方向观察光源,在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比,定义为该光源单位的亮度,即单位投影面积上的发光强度。亮度用符号L表示,亮度的单位是坎德拉/平方米(cd/m2) 。

  光源的明亮程度与发光体表面积有关系,同样的光强的情况下,发光面积大,则暗,反之则亮。

  亮度与发光面的方向也有关系,同一发光面在不同的方向上其亮度值也是不同的,通常是按垂直于视线的方向进行计量的。

  如在电视机照明中,如果要降低被摄物的亮度,尤其是人物脸部,正常的做法是把灯的距离拉远一些,或者在灯前加上柔光纸,以减轻光线的强度。 

照度

   照度指光通量与被照物体表面面积的比值,表示物体表面受到光线照射后,在单位面积上所得到的光通量,照度用符号E表示,单位为lx(勒克斯)。

确定照度的原则

  应根据工作、生产的特点和作业对视觉的要求确定照度;对于公共建筑还要根据其用途考虑各种特殊要求,如商场除要求工作面适当的水平照度外,还要有足够的空间亮度,给顾客一种明亮感和兴奋感,不同商品销售区,要求不同照度,以渲染促销重点商品;又如宾馆等建筑,常常运用照明来营造一种气氛,所使用的照度以至色表,就有特殊要求;象体育竞赛场馆,更需要很高的垂直面照度或半柱面照度,以满足彩色电视转播的要求和观众观看的清晰和舒适感。
 

确定照度的依据

  (一) 识别对象的大小,即作业的精细程度;
 
  (二) 对比度,即识别对象的亮度和所在背景亮度之差异,两者亮度之差越小,则对比度越小,就越难看清楚,因此需要更高照度;
 
   (三) 其他因素:视觉的连续性(长时间观看),识别速度,识别目标处于静止或运动状态,视距大小,视看者的年龄等。

照度对工作、生产的影响

  (一) 工业生产场所的照度将对产品的质量、差错率、废品率、工伤事故率有一定影响;
 
   (二) 办公室、阅览、金融工作场地等的照度,对工作效率、阅读效率有很大关系;
 
   (三) 以上两类视觉场所的照度不足,连续工作时会引起视觉疲劳,长时期将导致人眼视力下降以及头晕等心理或生理不适;
                            
  (四) 商场照度,除看清商品细部和质地外,还有激发顾客购买欲望,促进销售的作用。
 
   下面所列的是几种不同工作情况下的标准照度值:工作性质或场所 照度(勒克司);夏季中午在太阳能直接照射下 100,000 ;  没有太阳的室外 10,000-1000 ;明朗夏天的室内 500-100;细小精致的工作(如修理钟表、雕刻制板、制图等) 100 ;使用危险性的小的带刃工具(削刀、钻、旋刀)的工作 100 ;在工作台上作细小精致的工作(如用缝纫机缝纫、书写等) 75 ;阅读、观看各种仪器所示的读数,纺织 50 ;走廊 10 ;楼梯 8 ;在满月底下 0.2 。 
 
  一般而言,居家空间到底适用何种光源,除依据室内的整体规划外,也应考虑用电之效率及各场所所需之应有照度。每一不同使用目的的场所,均有其合适的照度来配合。例如:起居间所需之照明照度为150-300Lux;一般书房照度为100Lux,但阅读时所需之照明照度则为600Lux,所以最好再使用台灯作为局部照明。  
 
  书房、办公室 500-1000 ;客厅(不阅读书报)150-300 ;浴厕、更衣室 200-500 ;餐桌 300-500 ;走廊、楼梯 35-75 ;电梯、走道 100-200 ;车库、仓储 30-75。
 
   一般情况:夏日阳光下为100000LUX;阴天室外为10000LUX;室内日光灯为100LUX;距60W台灯60cm桌面为300LUX;电视台演播室为1000LUX;黄昏室内为10LUX;夜间路灯为0.1LUX;烛光(20cm远处)10~15LUX。   
 
  晴天 30000~300000 ;阴天 3000 ;日出日落 300 ;月圆 0.3~0.03 ;星光 0.0002~0.00002 ;阴暗夜晚 0.003~0.0007 ;室内刚能辨别人脸的轮廓,照度为20LX,下棋打牌的照度为150LX,看小说约需250LX,即25瓦白炽灯离书30-50厘米,书写约需要500LX,即40瓦白炽灯离书30-50厘米,看电视约需30LX,用一支3瓦的小灯放在视线之外就行了。   保持合适的照度,对提高工作和学习效率都有很大的好处;在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习,对眼睛都是有害的。

色温

定义

  当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时,我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。 
  
  色温是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Ra表示。色温是按绝对黑体来定义的,光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时,此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中,红辐射相对说要多些,通常称为“暖光”;色温提高后,能量分布集中,蓝辐射的比例增加,通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为:标准烛光为1930K(开尔文温度单位);钨丝灯为2760-2900K;荧光灯为3000K;闪光灯为3800K;中午阳光为5400K;电子闪光灯为6000K;蓝天为12000-18000K。   在讨论彩色摄影用光问题时,摄影家经常提到“色温”的概念。色温究竟是指什么? 我们知道,通常人眼所见到的光线,是由7种色光的光谱所组成。但其中有些光线偏蓝,有些则偏红,色温就是专门用来量度和计算光线的颜色成分的方法,是19世纪末由英国物理学家洛德·开尔文所创立的,他制定出了一整套色温计算法,而其具体确定的标准是基于以一黑体辐射器所发出来的波长
   
  色温(ColorTemperature)是高档显示器一个性能指标。我们知道,光源发光时会产生一组光谱,用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度,这个温度就是该光源的色温。现在的15英寸以上数控显示器肯定带有色温调节功能,通过该功能(一般有9300K、6500K、5000K三个选择)可以使显示器的色彩能够满足高标准工作要求。高档产品中有些还支持色温线性调整功能。   
 
  光源的颜色常用色温这一概念来表示。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。在黑体辐射中,随着温度不同,光的颜色各不相同,黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。某个光源所发射的光的颜色,看起来与黑体在某一个温度下所发射的光颜色相同时,黑体的这个温度称为该光源的色温。“黑体”的温度越高,光谱中蓝色的成份则越多,而红色的成份则越少。例如,白炽灯的光色是暖白色,其色温表示为2700K,而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。   
 
  某些放电光源,它发射光的颜色与黑体在各种温度下所发射的光颜色都不完全相同。所以在这种情况下用“相关色温”的概念。光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时,黑体的温度就称为该光源的相关色温。
   
   光源色温不同,光色也不同,带来的感觉也不相同:

    <3300K 温暖(带红的白色) 稳重、温暖

    3000-5000K 中间(白色) 爽快

    >5000K 清凉型(带蓝的白色) 冷 

色温与亮度

  高色温光源照射下,如亮度不高则给人们有一种阴冷的气氛;低色温光源照射下,亮度过高会给人们有一种闷热感觉。光色的对比:在同一空间使用两种光色差很大的光源,其对比将会出现层次效果,光色对比大时,在获得亮度层次的同时,又可获得光色的层次。

原理

  开尔文认为,假定某一纯黑物体,能够将落在其上的所有热量吸收,而没有损失,同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话,它产生辐射最大强度的波长随温度变化而变化。例如,当黑体受到的热力相当于500—550℃时,就会变成暗红色(某红色波长的辐射强度最大),达到1050一1150℃时,就变成黄色……因而,光源的颜色成分是与该黑体所受的温度相对应的。色温通常用开尔文温度(K)来表示,而不是用摄氏温度单位。打铁过程中,黑色的铁在炉温中逐渐变成红色,这便是黑体理论的最好例子。通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。色温计算法就是根据以上原理,用K来对应表示物体在特定温度辐射时最大波长的颜色。
   
  根据这一原理,任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”。颜色实际上是一种心理物理上的作用,所有颜色印象的产生,是由于时断时续的光谱在眼睛上的反应,所以色温只是用来表示颜色的视觉印象。

作用

  在色温上的喜好是因人而定的,这跟我们日常看到景物景色有关,例如在接近赤道的人,日常看到的平均色温是在11000K(8000K(黄昏)~17000K(中午)),所以比较喜欢高色温(看起来比较真实),相反的,在纬度较高的地区(平均色温约6000K)的人就比较喜欢低色温的(5600K或6500K),也就是说如果您用一台高色温的电视去表现北极的风景,看起来就感觉偏青;相反的若您用低色温的电视去看亚热带的风情,您会感觉有点偏红。
 
  色温是人眼对发光体或白色反光体的感觉,这是物理学.身理学与心理学的综合复杂因素的一种感觉,也是因人而异的。色温在电视(发光体)或摄影(反光体)上是可以用人为的方式来改变的,例如在摄影上我们用3200K的白炽热灯(3200K),但我们在镜头上加上红色滤光镜滤通过一点红光线使照片看起来色温低一点;相同的道理,我们也可以在电视上减少一点红色(但减太多多少也会影响到正常红色的表现)让画面看起来色温高一点。

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