基本概念

2.1.2 輻射強度

它被定義為從源發(fā)出的某角度內(nèi)的輻射密度。在特定方向上的輻射強度是整個源在那個方向上（呈錐體狀）所發(fā)出的所有輻射線的功率總和（例如每立體角的功率）。

輻射強度的國際單位是瓦特/球面度（Watt/sr）。

2.1.3 輻射照度

這是對照在某物體表面的輻射通量的測量（例如單位面積上的輻射通量）。

輻射照度的國際單位是瓦特/平方米（Watt/m2）。

2.1.4 輻射亮度

這是指輻射源的單位投影面積內(nèi)的輻射強度。

輻射亮度的國際單位是瓦特/平方米·球面度（Watt/m2·sr）

光譜輻射測定是對在電磁波譜中某段波長的光能測量。 它能測量整個光譜段或是特定帶寬的波長。

2.2.1 光譜輻射亮度
特定光源的輻射亮度是一個定值，它是整個光譜段范圍內(nèi)的所有能量總和。 對于特定波長的能量值可用光譜發(fā)射亮度來測量

。
光譜輻射亮度的國際單位是瓦特/平方米·球面度·納米（Watt/m2·sr ·nm）。

2.2.2 光譜輻射照度
這是對照在單位面積上的特定波長的輻射通量的測定。

光譜輻射照度的國際單位是瓦特/平方米·納米（Watt/m2·nm）。
2.3 光度測定

電磁能量能以光的形式被人眼看見，所以光度測定是對電磁能量在心理與物理特性上的測定。 “亮度”這個形容光線的詞匯

的使用，定義了光度測定應(yīng)根據(jù)人類的感知而進行。

當1942年，國際照明委員會（CIE）定義了人眼的平均敏感度后，光度測量就成了一門新興學科。 CIE測定了大量人類樣本的

亮適應(yīng)數(shù)據(jù)，然后匯編進CIE標準光度函數(shù)。

光度測定的值與輻射測定的值相對應(yīng)，對應(yīng)關(guān)系為CIE的標準光視效率函數(shù)。 我們可以把光視效率函數(shù)想像成接近人眼表現(xiàn)的

一塊濾鏡的轉(zhuǎn)換函數(shù)（見圖2.3b）。

光度測定包括四個概念，稱為光通量、光強、照度、亮度。

2.3.1 光通量

光源以電磁波的形式輻射能量。 我們用通量來形容光能，光通量是對光源發(fā)射或是表面接收光能流量的測定。 通過估算與標準眼睛相對應(yīng)的光度效率的輻射，從輻射通量得到光通量的數(shù)值（CIE標準光視效率函數(shù)，Vλ）。

單位是流明(lm).
lm = 683 x W (Watt) x V λ

2.3.2 光強

這個描述了光源在某方向上的強度， 定義為發(fā)射到單位立體角內(nèi)的光通量值。

單位是坎德拉（cd）。
1 cd＝1流明每球面度 （實際應(yīng)用時，一坎德拉大致等于一燭光。）

2.3.3 照度

這是對照在表面上的光通量的測定， 表述為流明每單位面積。

單位是勒克斯（Ix）
1 Ix＝1流明每平方米（Im/m2）
英制單位是尺燭光。
1 尺燭光＝1流明每平方英尺（Im/ft2）

2.3.4 亮度

也稱為光亮度。亮度是對發(fā)射自或反射自某一投影平面的通量的設(shè)定。 也可被想象為單位面積上的光強。

單位是坎德拉每平方米（cd/m2）,或者叫做尼特（nit）。
英制單位是尺朗伯（fl）。
1 fl＝3.426坎德拉每平方米

2.4.1 色彩
色彩是光的一種特性，決定光的光譜成份和人眼的交互作用。 因此，色彩是一種與心理緊密聯(lián)系的物理現(xiàn)象，對于色彩的感知是主觀的。

2.4.2 色彩感知
眼睛工作的時候象一架照相機，晶狀體在視網(wǎng)膜上形成景物的圖象。
在視網(wǎng)膜上有兩種感光細胞，分別為視桿和視錐細胞。 視錐細胞可分為三類，每類細胞感知特定的光譜段，其中最敏感的是紅、綠、藍波段。 這三類細胞的相互作用形成的刺激，被大腦解釋為色彩。 這種被普遍接受的視覺色彩理論稱作三原色理論。

2.4.3 色彩的混合
伊薩克·牛頓通過棱鏡將白光折射為光譜色彩帶，首次證實并解釋了白光的組成。 如果彩色光線增加了，意味著不同的光譜成分也增加了。 這種增加的色彩在大腦中的影響可以是可視光譜中的任何色彩，例如，黃色；也可以是非光譜色（光譜色的混合物），例如，紫色。 彩色光線的增加引起色彩的增加，這稱為加色法。 人們發(fā)現(xiàn)，眼睛對色彩的感覺，是三種視錐細胞共同作用的產(chǎn)物。

一般物體的色彩取決顏料。 顏料通過減去入射光的部分光譜來呈現(xiàn)出另一種色彩， 剩余的光線反射后進入眼睛，人就感覺到了物體的色彩。

混合顏料來制造色從的方法可以概括為減色法（見圖2.4.3b），每種顏料都在入射光譜內(nèi)吸收特定的光譜成份，反射剩余的光譜。 下面是一些例子（入射光線為白光）：

2.4.4 光源色彩的描述
過去，人們發(fā)明了很多方法來度量色彩，以使得色彩的交流變得簡單和準確。 這些方法嘗試著將色彩數(shù)字化，就如同表述長度和重量一樣。

光源色彩的描述和測量可以分為三種主要的色度測定方法。
三種方法：

三刺激值色度測定
色溫
光譜輻射測定
2.4.4.1 三刺激值色度測定

三刺激值色度測定是基于人眼對色彩感應(yīng)的三原色理論。這種理論認為人的眼睛只對三原色（紅、綠、藍）敏感，而其他所見到的色彩均為三原色混合而成。 這方面，重要的標準1931 CIE系統(tǒng)，它定義了符合配色函數(shù)x(λ), y(λ), 和 z(λ) 的標準觀察者（見圖2.4.4.1）。 XYZ三刺激值是利用這三個標準觀察者配色函數(shù)計算得來的。 XYZ三刺激值和相關(guān)聯(lián)的Yxy色空間構(gòu)成了當前的CIE色空間的基礎(chǔ)。
2.4.4.1 三刺激值色度測定
2.4.4.1.1 CIE 1931 Yxy色度圖

XYZ三刺激值對定義一種顏色是非常有用的，但結(jié)果卻不是很容易理解。 因此，1931年，CIE在兩維方向上定義了一個獨立于亮度的色空間，這就是Yxy色空間。Yxy色空間中，Y表示亮度，x和y是從三刺激值XYZ中計算出的色度值。計算公式如下：

 1931系統(tǒng)的缺點是圖表上相等的距離，不表示相同的色彩感知差別，因為人眼的感知是非線性的。
2.4.4.1 三刺激值色度測定
2.4.4.1.2 CIE 1976 UCS色度圖

均勻色度等級（Uniform Chromaticity Scale）的出現(xiàn)彌補了1931系統(tǒng)的缺點。 它嘗試提供一種在大致相同的亮度下，人的感知更統(tǒng)一、更均勻的色空間。 1976 CIE UCS色度圖使用u’和v’， 這兩個符號的使用，是為了與相類似但存在時間短暫的1960 CIE－USC系統(tǒng)的u、v符號相區(qū)別。 u’和v’的值也是從XYZ三刺激值計算得到的，計算公式如下：

2.4.4.1 三刺激值色度測定
2.4.4.1.3 亥姆霍茲坐標

在CIE系統(tǒng)中，另一種可選的坐標系統(tǒng)是特征波長和純度（也稱為亥姆霍茲坐標），它們與色調(diào)和飽和度密切相關(guān)。 色彩的特征波長（DW）也是光譜的波長，它的色度值落在樣品點（S）和白點（N）的連線上（測量光源時，白點是x＝0.333，y＝0.333）。 純度，也稱為激發(fā)初度，計算公式為白點（N）和樣品點（S）距離除以白點（N）和光譜點（DW）之間的距離。

純度＝(N-S)/(N-DW)

上述方法只適用于出現(xiàn)在光譜中的色彩， 對于非光譜色彩，即由光譜色混合而成的色彩，且落在N、R和B組成的三角形內(nèi)的色彩，要適用到補充主波長（CDW）， 這是因為被設(shè)想為特征波長的截點P沒有相對應(yīng)的波長， 為了確定補充主波長（CDW），要反向延長N到P的連線
。 非光譜色彩的純度計算公式為：

純度＝（N－S’）/（N-P）

特征波長和純度通常用于LED的色彩規(guī)格中。

2.4.4.1 三刺激值色度測定
2.4.4.1.3 亥姆霍茲坐標

在CIE系統(tǒng)中，另一種可選的坐標系統(tǒng)是特征波長和純度（也稱為亥姆霍茲坐標），它們與色調(diào)和飽和度密切相關(guān)。 色彩的特征波長（DW）也是光譜的波長，它的色度值落在樣品點（S）和白點（N）的連線上（測量光源時，白點是x＝0.333，y＝0.333）。 純度，也稱為激發(fā)初度，計算公式為白點（N）和樣品點（S）距離除以白點（N）和光譜點（DW）之間的距離。

純度＝(N-S)/(N-DW)

上述方法只適用于出現(xiàn)在光譜中的色彩， 對于非光譜色彩，即由光譜色混合而成的色彩，且落在N、R和B組成的三角形內(nèi)的色彩，要適用到補充主波長（CDW）， 這是因為被設(shè)想為特征波長的截點P沒有相對應(yīng)的波長， 為了確定補充主波長（CDW），要反向延長N到P的連線
。 非光譜色彩的純度計算公式為：

純度＝（N－S’）/（N-P）

特征波長和純度通常用于LED的色彩規(guī)格中。

2.4.4.2 色溫

色溫的概念是起源于物體被加熱至不同溫度時，它會表現(xiàn)出相對應(yīng)的不同顏色，這樣，顏色和溫度之間就有了一種聯(lián)系。 當溫度升高時，物體的輻射會改變，導致了顏色的變化。 某類特殊的遇熱發(fā)光物體，當被加熱時，它會以100％的效率輻射的效率輻射，

科學家將這類理想的完全輻射稱作黑體輻射，這種輻射體稱為黑體。 理想黑體輻射的顏色根據(jù)特定的溫度而已，色相的范圍可在CIE色度圖上顯示為一條曲線，這條線稱作黑體輻射軌跡（或叫普朗克軌跡）。 當溫度上升時，顏色會從深紅色轉(zhuǎn)為橙色、黃色、白色直至的略帶藍色的白色。 大多數(shù)的自然光源，例如太陽光、星光、和火的色彩溫度特性，都非常接近普朗克軌跡。

當一個完全輻射體處在特定溫度下時，某些光源的色彩與它的色彩相對應(yīng)， 對于某些特定的應(yīng)用，引入色溫的概念來對這樣一類光源進行區(qū)分是非常方便的（測量單位為開爾文）， 色溫曲線經(jīng)過1，500K至10，000K。 如果被測量的光源和一個黑體相類似，測量結(jié)果就會非常精確。 因此，這條軌跡在對白色分類時非常有用， 在燈及顯示設(shè)備制造領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛。

2.4.4.2 色溫
2.4.4.2.1 相關(guān)色溫

當光源的特性與完全輻射體的特性完全吻合時，色溫的概念是非常適用的。
當光源發(fā)出的光接近但不吻合于黑體輻射時，色溫的概念就需要被延伸出去，這時如果要來描述這樣一類光源發(fā)射的光， 就要用相關(guān)色溫（CCT）的概念。 黑體輻射的色溫與這樣一類光源發(fā)射光的色溫是相接近的， 相關(guān)色溫是由光源色彩所在點的等溫線計算所得的。 等溫線是一些直線，同一線上各點的顏色看起來是相似的，而△uv表示該顏色與黑體軌跡上同色溫點的色差， 比較大的色差大小△uv為±0.02。

CCT對于具有窄帶光譜輻射軌跡特性的光源是不適用的，因為它們與黑體輻射軌跡不接近（例如LED）。

2.4 色度測定
2.4.4.3 光譜輻射測定
許多光譜能量分布曲線不同的光源，能夠產(chǎn)生出相同的視覺效果，相同的色彩； 也就是說，光源的色彩并不能告訴人們，它的光譜能量分布是怎么樣的。 通常情況下，兩種不同的光源，即使有相同的xy值，或者是相同的色溫，它們的光譜能量分布也可能是不一樣的。 因此，了解光譜能量分布， 能使我們更精確、更容易地了解顏色、描述顏色。 （參見圖2.4.4.3 幾種常見CIE光源的光譜能量分布曲線）

因此，光譜輻射測定方法是目前精確，也是最完整的描述色彩的方法。 光譜能量分布曲線可以用來作簡單的目測分析，也可以和另一種光源的曲線數(shù)據(jù)作比較。 然而，更好的應(yīng)用是將光譜數(shù)據(jù)和CIE的配色函數(shù)曲線一起作積分，得到CIE三刺激值。 然后將三刺激值通過公式轉(zhuǎn)換，計算得出各種CIE色度坐標和亮度值，也就是我們通常所接觸到的色空間。
標準光源D65: 正常日光（包含紫外線波長區(qū)）相關(guān)色溫為6504K標準光源C: 正常日光（不包含紫外線波長區(qū)）相關(guān)色溫為6774K標準光源A： 相關(guān)色溫為2856K的白熾燈光