光和色彩：光的几个基本概念

文 | eLicht

编辑手记

光的测量，尤其是光谱的测量，在LED时代变得特别重要。不管是厂家研发人员、还是技术和销售人员，或是设计师、业主，测量和了解灯具的光谱构成，已经是一件必须做的事情。

1 辐射测定

辐射测定是测量电磁辐射的科学，此测量所涵盖的光谱是基于物理常数层面上的。我们所关心的辐射特性是辐射功率和它在空间及角度的分布。

图：光辐射对人眼的渗透。

首先要弄清楚辐射通量、辐射强度、辐射亮度、辐射照度四个基本概念。

1.1 辐射通量

这是源发射或者表面接收的发射功率。也可被定义为通过某特定区域或某立体角辐射能量的速率。

辐射通量的国际单位是瓦特（Watt）。

1.2 辐射强度

它被定义为从源发出的某角度内的辐射密度。在特定方向上的辐射强度是整个源在那个方向上（呈锥体状）所发出的所有辐射线的功率总和（例如每立体角的功率）。

辐射强度的国际单位是瓦特/球面度（Watt/sr）。

1.3 辐射照度

这是对照在某物体表面的辐射通量的测量（例如单位面积上的辐射通量）。

辐射照度的国际单位是瓦特/平方米（Watt/m2）。

1.4 辐射亮度

这是指辐射源的单位投影面积内的辐射强度。

辐射亮度的国际单位是瓦特/平方米·球面度（Watt/m2·sr）。

2 光谱辐射测定

光谱辐射测定是对在电磁波谱中某段波长的光能测量。 它能测量整个光谱段或是特定带宽的波长。

2.1 光谱辐射亮度

特定光源的辐射亮度是一个定值，它是整个光谱段范围内的所有能量总和。 对于特定波长的能量值可用光谱发射亮度来测量。

光谱辐射亮度的国际单位是瓦特/平方米·球面度·纳米（Watt/m2·sr ·nm）。

2.2 光谱辐射照度

这是对照在单位面积上的特定波长的辐射通量的测定。

光谱辐射照度的国际单位是瓦特/平方米·纳米（Watt/m2·nm）。

3 光度测定

电磁能量能以光的形式被人眼看见，所以光度测定是对电磁能量在心理与物理特性上的测定。 “亮度”这个形容光线的词汇的使用，定义了光度测定应根据人类的感知而进行。

当1942年，国际照明委员会（CIE）定义了人眼的平均敏感度后，光度测量就成了一门新兴学科。 CIE测定了大量人类样本的亮适应数据，然后汇编进CIE标准光度函数（明视觉曲线－正常状态下的色彩感觉；暗视觉曲线－低照度情况下的非彩色感知。－见下图）

图：人眼对不同波长的相对敏感度。

光度测定的值与辐射测定的值相对应，对应关系为CIE的标准光视效率函数。 我们可以把光视效率函数想像成接近人眼表现的一块滤镜的转换函数（见下图）。

图：辐射测定与光度测定的关系。

光度测定包括四个概念，称为光通量、光强、照度、亮度。

3.1 光通量

光源以电磁波的形式辐射能量。 我们用通量来形容光能，光通量是对光源发射或是表面接收光能流量的测定。 通过估算与标准眼睛相对应的光度效率的辐射，从辐射通量得到光通量的数值（CIE标准光视效率函数，Vλ）。

单位是流明(lm)

lm = 683 x W (Watt) x V λ

3.2 光强

这个描述了光源在某方向上的强度， 定义为发射到单位立体角内的光通量值。

单位是坎德拉（cd）

1 cd＝1流明每球面度 （实际应用时，一坎德拉大致等于一烛光。）

3.3 照度

这是对照在表面上的光通量的测定， 表述为流明每单位面积。

单位是勒克斯（Ix）

1 Ix＝1流明每平方米（Im/m2）
英制单位是尺烛光
1 尺烛光＝1流明每平方英尺（Im/ft2）

3.4 亮度

亮度也称为光亮度。亮度是对发射自或反射自某一投影平面的通量的设定。 也可被想象为单位面积上的光强。

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

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