基本概念

2.1.2 輻射強(qiáng)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(qiáng)度是整個(gè)源在那個(gè)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(qiáng)度的國(guó)際單位是瓦特/球面度（Watt/sr）。

2.1.3 輻射照度

這是對(duì)照在某物體表面的輻射通量的測(cè)量（例如單位面積上的輻射通量）。

輻射照度的國(guó)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(qiáng)度。

輻射亮度的國(guó)際單位是瓦特/平方米·球面度（Watt/m2·sr）

光譜輻射測(cè)定是對(duì)在電磁波譜中某段波長(zhǎng)的光能測(cè)量。 它能測(cè)量整個(gè)光譜段或是特定帶寬的波長(zhǎng)。

2.2.1 光譜輻射亮度
特定光源的輻射亮度是一個(gè)定值，它是整個(gè)光譜段范圍內(nèi)的所有能量總和。 對(duì)于特定波長(zhǎng)的能量值可用光譜發(fā)射亮度來(lái)測(cè)量

。
光譜輻射亮度的國(guó)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(duì)照在單位面積上的特定波長(zhǎng)的輻射通量的測(cè)定。

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

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

的使用，定義了光度測(cè)定應(yīng)根據(jù)人類的感知而進(jìn)行。

當(dāng)1942年，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）定義了人眼的平均敏感度后，光度測(cè)量就成了一門(mén)新興學(xué)科。 CIE測(cè)定了大量人類樣本的

亮適應(yīng)數(shù)據(jù)，然后匯編進(jìn)CIE標(biāo)準(zhǔn)光度函數(shù)。

光度測(cè)定的值與輻射測(cè)定的值相對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)關(guān)系為CIE的標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)圖2.3b）。

光度測(cè)定包括四個(gè)概念，稱為光通量、光強(qiáng)、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(lái)形容光能，光通量是對(duì)光源發(fā)射或是表面接收光能流量的測(cè)定。 通過(guò)估算與標(biāo)準(zhǔn)眼睛相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)

這個(gè)描述了光源在某方向上的強(qiáng)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(shí)際應(yīng)用時(shí)，一坎德拉大致等于一燭光。）

2.3.3 照度

這是對(duì)照在表面上的光通量的測(cè)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(duì)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(qiáng)。

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(duì)于色彩的感知是主觀的。

2.4.2 色彩感知
眼睛工作的時(shí)候象一架照相機(jī)，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(xì)胞，分別為視桿和視錐細(xì)胞。 視錐細(xì)胞可分為三類，每類細(xì)胞感知特定的光譜段，其中最敏感的是紅、綠、藍(lán)波段。 這三類細(xì)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(jué)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(guò)棱鏡將白光折射為光譜色彩帶，首次證實(shí)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(duì)色彩的感覺(jué)，是三種視錐細(xì)胞共同作用的產(chǎn)物。

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

混合顏料來(lái)制造色從的方法可以概括為減色法（見(jiàn)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(guò)去，人們發(fā)明了很多方法來(lái)度量色彩，以使得色彩的交流變得簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確。 這些方法嘗試著將色彩數(shù)字化，就如同表述長(zhǎng)度和重量一樣。

光源色彩的描述和測(cè)量可以分為三種主要的色度測(cè)定方法。
三種方法：

三刺激值色度測(cè)定
色溫
光譜輻射測(cè)定
2.4.4.1 三刺激值色度測(cè)定

三刺激值色度測(cè)定是基于人眼對(duì)色彩感應(yīng)的三原色理論。這種理論認(rèn)為人的眼睛只對(duì)三原色（紅、綠、藍(lán)）敏感，而其他所見(jiàn)到的色彩均為三原色混合而成。 這方面，重要的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)觀察者（見(jiàn)圖2.4.4.1）。 XYZ三刺激值是利用這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)觀察者配色函數(shù)計(jì)算得來(lái)的。 XYZ三刺激值和相關(guān)聯(lián)的Yxy色空間構(gòu)成了當(dāng)前的CIE色空間的基礎(chǔ)。
2.4.4.1 三刺激值色度測(cè)定
2.4.4.1.1 CIE 1931 Yxy色度圖

XYZ三刺激值對(duì)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(gè)獨(dú)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(jì)算出的色度值。計(jì)算公式如下：

 1931系統(tǒng)的缺點(diǎn)是圖表上相等的距離，不表示相同的色彩感知差別，因?yàn)槿搜鄣母兄欠蔷€性的。
2.4.4.1 三刺激值色度測(cè)定
2.4.4.1.2 CIE 1976 UCS色度圖

均勻色度等級(jí)（Uniform Chromaticity Scale）的出現(xiàn)彌補(bǔ)了1931系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 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(gè)符號(hào)的使用，是為了與相類似但存在時(shí)間短暫的1960 CIE－USC系統(tǒng)的u、v符號(hào)相區(qū)別。 u’和v’的值也是從XYZ三刺激值計(jì)算得到的，計(jì)算公式如下：

2.4.4.1 三刺激值色度測(cè)定
2.4.4.1.3 亥姆霍茲坐標(biāo)

在CIE系統(tǒng)中，另一種可選的坐標(biāo)系統(tǒng)是特征波長(zhǎng)和純度（也稱為亥姆霍茲坐標(biāo)），它們與色調(diào)和飽和度密切相關(guān)。 色彩的特征波長(zhǎng)（DW）也是光譜的波長(zhǎng)，它的色度值落在樣品點(diǎn)（S）和白點(diǎn)（N）的連線上（測(cè)量光源時(shí)，白點(diǎn)是x＝0.333，y＝0.333）。 純度，也稱為激發(fā)初度，計(jì)算公式為白點(diǎn)（N）和樣品點(diǎn)（S）距離除以白點(diǎn)（N）和光譜點(diǎn)（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(duì)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(bǔ)充主波長(zhǎng)（CDW）， 這是因?yàn)楸辉O(shè)想為特征波長(zhǎng)的截點(diǎn)P沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)， 為了確定補(bǔ)充主波長(zhǎng)（CDW），要反向延長(zhǎng)N到P的連線
。 非光譜色彩的純度計(jì)算公式為：

純度＝（N－S’）/（N-P）

特征波長(zhǎng)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(cè)定
2.4.4.1.3 亥姆霍茲坐標(biāo)

在CIE系統(tǒng)中，另一種可選的坐標(biāo)系統(tǒng)是特征波長(zhǎng)和純度（也稱為亥姆霍茲坐標(biāo)），它們與色調(diào)和飽和度密切相關(guān)。 色彩的特征波長(zhǎng)（DW）也是光譜的波長(zhǎng)，它的色度值落在樣品點(diǎn)（S）和白點(diǎn)（N）的連線上（測(cè)量光源時(shí)，白點(diǎn)是x＝0.333，y＝0.333）。 純度，也稱為激發(fā)初度，計(jì)算公式為白點(diǎn)（N）和樣品點(diǎn)（S）距離除以白點(diǎn)（N）和光譜點(diǎn)（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(duì)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(bǔ)充主波長(zhǎng)（CDW）， 這是因?yàn)楸辉O(shè)想為特征波長(zhǎng)的截點(diǎn)P沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)， 為了確定補(bǔ)充主波長(zhǎng)（CDW），要反向延長(zhǎng)N到P的連線
。 非光譜色彩的純度計(jì)算公式為：

純度＝（N－S’）/（N-P）

特征波長(zhǎng)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(shí)，它會(huì)表現(xiàn)出相對(duì)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(dāng)溫度升高時(shí)，物體的輻射會(huì)改變，導(dǎo)致了顏色的變化。 某類特殊的遇熱發(fā)光物體，當(dāng)被加熱時(shí)，它會(huì)以100％的效率輻射的效率輻射，

科學(xué)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(dāng)溫度上升時(shí)，顏色會(huì)從深紅色轉(zhuǎn)為橙色、黃色、白色直至的略帶藍(lán)色的白色。 大多數(shù)的自然光源，例如太陽(yáng)光、星光、和火的色彩溫度特性，都非常接近普朗克軌跡。

當(dāng)一個(gè)完全輻射體處在特定溫度下時(shí)，某些光源的色彩與它的色彩相對(duì)應(yīng)， 對(duì)于某些特定的應(yīng)用，引入色溫的概念來(lái)對(duì)這樣一類光源進(jìn)行區(qū)分是非常方便的（測(cè)量單位為開(kāi)爾文）， 色溫曲線經(jīng)過(guò)1，500K至10，000K。 如果被測(cè)量的光源和一個(gè)黑體相類似，測(cè)量結(jié)果就會(huì)非常精確。 因此，這條軌跡在對(duì)白色分類時(shí)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(dāng)光源的特性與完全輻射體的特性完全吻合時(shí)，色溫的概念是非常適用的。
當(dāng)光源發(fā)出的光接近但不吻合于黑體輻射時(shí)，色溫的概念就需要被延伸出去，這時(shí)如果要來(lái)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(diǎn)的等溫線計(jì)算所得的。 等溫線是一些直線，同一線上各點(diǎn)的顏色看起來(lái)是相似的，而△uv表示該顏色與黑體軌跡上同色溫點(diǎn)的色差， 比較大的色差大小△uv為±0.02。

CCT對(duì)于具有窄帶光譜輻射軌跡特性的光源是不適用的，因?yàn)樗鼈兣c黑體輻射軌跡不接近（例如LED）。

2.4 色度測(cè)定
2.4.4.3 光譜輻射測(cè)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(jué)效果，相同的色彩； 也就是說(shuō)，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(jiàn)圖2.4.4.3 幾種常見(jiàn)CIE光源的光譜能量分布曲線）

因此，光譜輻射測(cè)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(lái)作簡(jiǎn)單的目測(cè)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(guò)公式轉(zhuǎn)換，計(jì)算得出各種CIE色度坐標(biāo)和亮度值，也就是我們通常所接觸到的色空間。
標(biāo)準(zhǔn)光源D65: 正常日光（包含紫外線波長(zhǎng)區(qū)）相關(guān)色溫為6504K標(biāo)準(zhǔn)光源C: 正常日光（不包含紫外線波長(zhǎng)區(qū)）相關(guān)色溫為6774K標(biāo)準(zhǔn)光源A： 相關(guān)色溫為2856K的白熾燈光