光度學(xué)与色度學(xué)的基本概念
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发布时间：2023-09-14 11:25:09
光度學(xué)是度量人类视觉系统感知可(kě)见光明亮度的科(kē)學(xué)，是只限于可(kě)见光的，包含人眼感知特性的。辐射度學(xué)是度量包括可(kě)见光在内的所有(yǒu)電(diàn)磁波辐射的科(kē)學(xué)。
辐射度學(xué)可(kě)以认為(wèi)是客观的物(wù)理(lǐ)科(kē)學(xué), 是与人类无关的。而光度學(xué)却是一种主观的科(kē)學(xué), 它以人类的平均感觉為(wèi)基础, 因此它属于人类工程學(xué)范畴。
以对光强的度量来说, 物(wù)理(lǐ)辐射度學(xué)以光的辐射能(néng)量这个客观单位来度量, 而光度學(xué)却以色光对人眼的刺激强度来度量。
光度學(xué)和辐射度學(xué)的定义、定义方程式是一一对应的。光度學(xué)有(yǒu)4个基本量，分(fēn)别与辐射度學(xué)的4个基本量一一对应。
光通量或辐通量可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)单位时间内通过某一面积的光辐射能(néng)量；光通量的单位是流明，通常我们用(yòng)流明来评估投影仪或照明光源发出的总能(néng)量强弱；
光强度和辐强度用(yòng)来评估单位立體(tǐ)角内发出的能(néng)量强弱；通常我们用(yòng)强度时，把光源理(lǐ)解為(wèi)点光源；比如我们评估LED点光源，在不同角度看时，能(néng)量强弱。
照度可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)光照射到某个面时的能(néng)量强弱，单位时勒克斯；我们经常用(yòng)照度来评估光源照射到课桌表面的强弱来衡量教室内的光照是否充足，来保障學(xué)生视力；
亮度单位通常不认為(wèi)发光體(tǐ)是点光源，而是一个面光源；所以亮度可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)单位面积内的光强度；亮度是我们日常生活中最常用(yòng)的一种评估量，比如我们评估显示屏、仪表显示都是用(yòng)亮度；亮度的单位是cd/m2，也常叫做nit尼特。
而如何把光度學(xué)和辐射度學(xué)单位进行相互转换呢(ne)？就是通过CIE（國(guó)际照明委员会）定义的光谱视觉效率函数V(λ)。它是表征人眼对不同波段的光的感应强弱的曲線(xiàn)。从图中可(kě)以看出人眼对555nm的绿光最敏感，而对可(kě)见光（380nm-780nm）以外的光没有(yǒu)感应。
正是通过这个函数曲線(xiàn)，我们可(kě)以把光度學(xué)和辐射度學(xué)紧紧联系在一起。可(kě)以说光度學(xué)是以辐射度學(xué)為(wèi)基础，加入了人类的感知的一门學(xué)科(kē)。
色度學(xué)是光度學(xué)研究中的一个部分(fēn)，是研究人对颜色的感知规律、颜色测量技术的科(kē)學(xué)。
人眼能(néng)看到颜色，是因為(wèi)可(kě)见光进入了人眼，引起的视觉生理(lǐ)和心理(lǐ)的感受。所以，人眼看到颜色的基础是有(yǒu)光；这个光可(kě)以是物(wù)體(tǐ)自己发出的光，比如太阳的光、灯发出的光、显示屏发出的光；这光也可(kě)以是物(wù)體(tǐ)反射的光，比如苹果的红色、蓝色的衣服，这些物(wù)體(tǐ)自己不发光，但会反射光。前者自发光物(wù)體(tǐ)的颜色只和自己辐射的光谱有(yǒu)关，而后者不发光物(wù)體(tǐ)的颜色则不仅与自己的表面反射率有(yǒu)关，还与照明的光源有(yǒu)关。比如，白色的衣服在红光下，看上去也是红色的。
无论是自发光物(wù)體(tǐ)还是不发光物(wù)體(tǐ)，人眼看到的颜色都与其辐射或反射光谱有(yǒu)关。人眼能(néng)看到的光谱仅限于380-780nm，叫做可(kě)见光谱。可(kě)见光谱是辐射光谱中的一小(xiǎo)段，如上图所示。光度學(xué)研究的就是可(kě)见光波段。
我们来看看常见的照明光源的光谱。上图中可(kě)以看到白炽灯光谱在黄色红色部分(fēn)的能(néng)量明显比蓝色和绿色强，所以显出偏黄的感觉；LED冷白光谱由于蓝色成分(fēn)多(duō)，显出偏蓝的颜色，所以后来出现了把红色部分(fēn)增强的暖白的LED光源。
我们日常看到的颜色光都是各种可(kě)见光波長(cháng)下的单色光的混合。
色度學(xué)是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理(lǐ)论与技术的科(kē)學(xué)，它是一门上个世纪发展起来的，以物(wù)理(lǐ)光學(xué)、视觉生理(lǐ)、视觉心理(lǐ)、心理(lǐ)物(wù)理(lǐ)等學(xué)科(kē)為(wèi)基础的综合性科(kē)學(xué)。
在综合了一些颜色科(kē)學(xué)家的研究和实验基础上，國(guó)际照明委员会（CIE）规定了一套标准色度系统，称為(wèi)CIE标准色度系统。这一系统是近代色度學(xué)的基本组成部分(fēn)，是色度计算的基础。
CIE标准色度學(xué)系统是以颜色匹配实验為(wèi)基础建立起来的，是一种混色系统，用(yòng)组成每种颜色的三原色数量来定量表达颜色，不是用(yòng)颜色的三个色貌特征明度、色调、饱和度（彩度）的大小(xiǎo)為(wèi)度量来表示颜色。
上图就是CIE1931年颜色匹配实验的示意图，先给出任意一个待匹配的颜色，通过人眼的观察，来找出红、绿、蓝三原色的光的比例，从而计算出该颜色的三原色数量。
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