光度學與色度學的基本概念
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發(fā)布時間：2023-09-14 11:25:09
光度學是度量人類視覺系統(tǒng)感知可見光明亮度的科學，是只限于可見光的，包含人眼感知特性的。輻射度學是度量包括可見光在內的所有電磁波輻射的科學。
輻射度學可以認為是客觀的物理科學, 是與人類無關的。而光度學卻是一種主觀的科學, 它以人類的平均感覺為基礎, 因此它屬于人類工程學范疇。
以對光強的度量來說, 物理輻射度學以光的輻射能量這個客觀單位來度量, 而光度學卻以色光對人眼的刺激強度來度量。
光度學和輻射度學的定義、定義方程式是一一對應的。光度學有4個基本量，分別與輻射度學的4個基本量一一對應。
光通量或輻通量可以理解為單位時間內通過某一面積的光輻射能量；光通量的單位是流明，通常我們用流明來評估投影儀或照明光源發(fā)出的總能量強弱；
光強度和輻強度用來評估單位立體角內發(fā)出的能量強弱；通常我們用強度時，把光源理解為點光源；比如我們評估LED點光源，在不同角度看時，能量強弱。
照度可以理解為光照射到某個面時的能量強弱，單位時勒克斯；我們經常用照度來評估光源照射到課桌表面的強弱來衡量教室內的光照是否充足，來保障學生視力；
亮度單位通常不認為發(fā)光體是點光源，而是一個面光源；所以亮度可以理解為單位面積內的光強度；亮度是我們日常生活中最常用的一種評估量，比如我們評估顯示屏、儀表顯示都是用亮度；亮度的單位是cd/m2，也常叫做nit尼特。
而如何把光度學和輻射度學單位進行相互轉換呢？就是通過CIE（國際照明委員會）定義的光譜視覺效率函數(shù)V(λ)。它是表征人眼對不同波段的光的感應強弱的曲線。從圖中可以看出人眼對555nm的綠光最敏感，而對可見光（380nm-780nm）以外的光沒有感應。
正是通過這個函數(shù)曲線，我們可以把光度學和輻射度學緊緊聯(lián)系在一起。可以說光度學是以輻射度學為基礎，加入了人類的感知的一門學科。
色度學是光度學研究中的一個部分，是研究人對顏色的感知規(guī)律、顏色測量技術的科學。
人眼能看到顏色，是因為可見光進入了人眼，引起的視覺生理和心理的感受。所以，人眼看到顏色的基礎是有光；這個光可以是物體自己發(fā)出的光，比如太陽的光、燈發(fā)出的光、顯示屏發(fā)出的光；這光也可以是物體反射的光，比如蘋果的紅色、藍色的衣服，這些物體自己不發(fā)光，但會反射光。前者自發(fā)光物體的顏色只和自己輻射的光譜有關，而后者不發(fā)光物體的顏色則不僅與自己的表面反射率有關，還與照明的光源有關。比如，白色的衣服在紅光下，看上去也是紅色的。
無論是自發(fā)光物體還是不發(fā)光物體，人眼看到的顏色都與其輻射或反射光譜有關。人眼能看到的光譜僅限于380-780nm，叫做可見光譜?？梢姽庾V是輻射光譜中的一小段，如上圖所示。光度學研究的就是可見光波段。
我們來看看常見的照明光源的光譜。上圖中可以看到白熾燈光譜在黃色紅色部分的能量明顯比藍色和綠色強，所以顯出偏黃的感覺；LED冷白光譜由于藍色成分多，顯出偏藍的顏色，所以后來出現(xiàn)了把紅色部分增強的暖白的LED光源。
我們日?？吹降念伾舛际歉鞣N可見光波長下的單色光的混合。
色度學是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術的科學，它是一門上個世紀發(fā)展起來的，以物理光學、視覺生理、視覺心理、心理物理等學科為基礎的綜合性科學。
在綜合了一些顏色科學家的研究和實驗基礎上，國際照明委員會（CIE）規(guī)定了一套標準色度系統(tǒng)，稱為CIE標準色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是近代色度學的基本組成部分，是色度計算的基礎。
CIE標準色度學系統(tǒng)是以顏色匹配實驗為基礎建立起來的，是一種混色系統(tǒng)，用組成每種顏色的三原色數(shù)量來定量表達顏色，不是用顏色的三個色貌特征明度、色調、飽和度（彩度）的大小為度量來表示顏色。
上圖就是CIE1931年顏色匹配實驗的示意圖，先給出任意一個待匹配的顏色，通過人眼的觀察，來找出紅、綠、藍三原色的光的比例，從而計算出該顏色的三原色數(shù)量。
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