光度學(xué)的幾個(gè)基本概念

與“光"和"影像”打交道的同學(xué)，光度學(xué)的這幾個(gè)基本概念還是要了解和熟悉的。 光度學(xué)以人眼為基礎(chǔ) 在可見光波段內(nèi)，考慮到人眼的主觀因素后的相應(yīng)計(jì)量學(xué)科稱為光度學(xué)。光度學(xué)是1760年由朗伯建立的，定義了光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度、亮度等主要光學(xué)光度學(xué)參量，并用數(shù)學(xué)闡明了它們之間的關(guān)系和光度學(xué)幾個(gè)重要定律，如照度的疊加性定律、距離平方比定律、照度的余弦定律等，這些定律一直沿用至今，實(shí)踐已證明是正確的。光度學(xué)除了要定義一些物理量并確定相應(yīng)的測(cè)量單位外，還要研究測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量方法。

流明、勒克斯、坎德拉、坎德拉每平方米這4個(gè)單位屬于光度學(xué)（Photometry）的概念，與輻射度量學(xué)（Radiometry）概念可以一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行理解。其差別在于：

Photometry（光度學(xué)):基于的是“眼睛，人的感覺” Radiometry（輻射度量學(xué)):基于的是“實(shí)際物理能量”

光通量光度學(xué)中的“功率”

光通量的單位是“流明”，1流明lm是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)射的光通量，是光度學(xué)上類比于“功率”的概念，和輻射度量學(xué)上的瓦特（W）是可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)并進(jìn)行理解的。

在光度學(xué)中，光通量明確的被定義為能夠被人的視覺系統(tǒng)所感受到的那部分光輻射功率的大小的度量。

在人眼最靈敏的555nm處，流明(lm)和瓦特（W）的換算關(guān)系常數(shù)Km=683lm/W(明視覺）?；蛘哒f，真實(shí)的功率（Φe）為1W的555nm的光，其光通量（Φ）為683流明。

而對(duì)于其他波長(zhǎng)l，由于人眼不那么靈敏，同樣功率為1W的光，其光通量（Φ）是達(dá)不到683lm的；或者說同樣1W的光，我們會(huì)覺得其他顏色的光不及555nm的亮，ν（λ）越小，我們會(huì)覺得這光越弱。對(duì)于任意波長(zhǎng)λ，如果其功率是Φe(λ)，那么在光度學(xué)上的光通量（Φ(λ)）為：Φv（λ）=KmV（λ）Φe（λ）

光譜光視函數(shù)V（λ）（即視見函數(shù)，見可見光）如下圖：

復(fù)色光的光通量需對(duì)所有頻率的光通量求和，需要將所有波長(zhǎng)都考慮進(jìn)來，所以在“功率”這個(gè)概念中，輻射測(cè)量學(xué)中的“功率/瓦特”和光度學(xué)中的“光通量/流明”可以如下?lián)Q算：

照度物體/探測(cè)器受到了多少功率

勒克斯（lux）這個(gè)單位以及其對(duì)應(yīng)的概念照度（illuminance），用于描述單位面積的物體/探測(cè)器受到了多少“功率”（光通量）；通俗的說，其描述的是“被照”得厲不厲害。其在輻射測(cè)量學(xué)上對(duì)應(yīng)的單位是：W/m2。

照度這個(gè)概念（單位lux），以及對(duì)應(yīng)的輻射度量學(xué)概念輻射照度（單位W/m2）對(duì)于光探測(cè)器件的對(duì)比與評(píng)價(jià)非常重要。

發(fā)光強(qiáng)度人眼看來點(diǎn)光源的亮度究竟如何

坎德拉（cd）這個(gè)單位以及其對(duì)應(yīng)的概念發(fā)光強(qiáng)度（Luminous intensity），被用于描述在人眼看來，一個(gè)點(diǎn)光源究竟亮不亮，以點(diǎn)光源為原點(diǎn)的單位立體角（單位為球面度sr）內(nèi)總共有多大的“功率”。其在輻射測(cè)量學(xué)上對(duì)應(yīng)的單位是：W/sr（瓦特每球面度）。

坎德拉（cd）與極為常用的米、千克同樣貴為7個(gè)國際基本計(jì)量單位之一。

坎德拉及對(duì)應(yīng)的概念發(fā)光強(qiáng)度是對(duì)光源本身的描述，與被照物、光學(xué)系統(tǒng)都沒有關(guān)系。

發(fā)光亮度人眼看來面光源的亮度究竟如何

除了點(diǎn)光源，面光源也非常常見。所以另有一個(gè)發(fā)光亮度的概念來描述面光源的強(qiáng)度。而對(duì)于面光源，觀察者和這個(gè)面所呈的角度也很重要，所以在發(fā)光強(qiáng)度的基礎(chǔ)上除了需要考慮面積，還得考慮面與觀察者的角度問題。

特別的，在LED顯示屏領(lǐng)域有一個(gè)常見單位尼特（nit），一些筆記本電腦的顯示屏?xí)o出其發(fā)光亮度數(shù)值（如300nit），這個(gè)單位和cd/m2實(shí)際是一回事兒。

以上是關(guān)于光度學(xué)中四個(gè)重要單位的簡(jiǎn)單介紹啦，希望對(duì)大家的理解有所幫助。最后，就用一張表，對(duì)輻射度量學(xué)與光度學(xué)幾個(gè)基本概念進(jìn)行對(duì)比，讓同學(xué)們更加好理解。

審核編輯 ：李倩