光电图像处理
2.1 辐射度学基本知识
2.1.4 辐射亮度
辐射亮度Le，表示的是面辐射源沿不同方向 的辐射能力的差异，也就是单位面积单位立体角内 的辐射通量。其计算公式如下：
Le ,
dI e dS cos
dS
d2Φe dΩ cos
（2-1）
其中，有一种特殊的辐射体，其辐射强度在空
间的分布上满足余弦关系，这种辐射体的辐射亮度 是均匀的，与方向角θ无关。太阳、漫反射面都可以 看作是余弦辐射体。
辐射强度Ie表示的是在给定方向上单位立体角 的辐射通量，辐射强度的单位是：瓦/球面度。辐射 强度反映了辐射源能量分布的各向异性的特点，也 就是说Ie随方向改变而改变。
图2-1辐射强度
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2.1 辐射度学基本知识
2.1.3 辐射出射度与辐射照度
辐射出度Me，指的是面辐射源的辐射能 力及单位面积的辐射通量。另外一个与之比 较相近的量辐射，辐射照度Ee，定义也基本 类似，它指的是，辐射接收面上单位面积接 受的辐射通量。它们的单位都是瓦/平方米， 计算公式也一致。但要注意它们两者之间的 区别。
（2-5）
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2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
表2-1 光度量与辐射度量的对应关系
辐射度量
符号
单位名称
光度量
符号
辐［射］能
Qe
辐［射］通量
或
Φe
辐［射］功率
焦耳 (J) 瓦 (W)
光能
Qv
光通量
或
Φv
光功率
辐［射］照度
Ee
瓦/平方米 (W·m-2) [光]照度
Ev
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2.4 色度学基础知识
2.4.2 彩色的特性
2.3 光度学的概念与物理量
光度量体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射 计量单位，在光频区光度学的物理量可用辐射度 学的物理量相对应的表示，其定义是完全一一对 应。所不同的是光度单位体系的基本单位是发光 强度，单位是坎德拉（cd）。
它的定义是：一个光源发出频率为 540×1012Hz的单色辐射，若在给定方向上的辐 射强度为1/683W/sr，则光源在该方向上的发光强 度为1cd。
下面我们来看看辐射度量与光度量间的换算
关系，及1cd的光强对应多少的辐射强度。当光的 波长为555nm时，有：
Iv
1cd
1 lm sr
1 W/sr 683
（2-4）
也即是说在波长为555nm时，1W的辐射通量 能产生683lm的光通量。
对于任意波长的光而言，有：
v() 683V()e() 其中，V()为光视效率。
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2.1 辐射度学基本知识
2.1.1 辐射能与辐射通量
辐射通量Φe又称辐射功率，是单位时间 内的辐射能，简称功率，其单位为功率单位 瓦特。通常我们在计算光电探测器的光电转 换能力常用辐射功率，分析强光对光电探测 器破坏机理常用辐射能量。
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2.1 辐射度学基本知识
2.1.2 辐射强度
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2.2 人眼的生理构造及功能
人眼的形状像一个小球，通常称为眼球， 眼球内具有特殊的折光系统，类似于凸透镜， 使得进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。视网 膜上有感光细胞，这些感光细胞把接收到的光 信号传到神经中枢，产生色感。
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2.2 人眼的生理构造及功能
眼球的结构如下图2-2所示，主要由角膜、瞳孔、虹 膜、晶状体、睫状体、眼肌、玻璃体和视网膜等构 成。
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2.3 光度学的概念与物理量
2.3.1 视见函数
光度学描述的是在可见光范围之内人眼的视 觉特性，人眼只能感知波长在0.38μm～0.78μm 之间的光辐射，且人眼对不同波长的感光灵敏度 不同。我们把人眼对不同波长的光的敏感程度绘 制在一个图上就可以得到人眼的光谱光视效率图 或称之为视见函数。
图2-2人眼截面示意图
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2.2 人眼的生理构造及功能
网膜中的感光细胞分为杆状细胞和锥状细胞。 杆状细胞能够感受弱光的刺激，但不能分辨颜色， 锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别彩色。白天， 人的视觉活动主要由锥状细胞来完成。
1：双极细胞 2：锥状细胞 3：杆状细胞 图2-3 视觉细胞
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2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
通过标准光度观察者的实验，在辐射波
长 555nm 处 ， Kλ 有 最 大 值 ， 其 数 值 为
Km=683lm/W。用Km归一化之后的光视效
率为：
V
K Km
1 Km
v e
（2-3）
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2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
辐［射］出度
Me
瓦/平方米 (W·m-2) [光]出度
Mv
辐［射］强度 辐［射］亮度
Ie
瓦/球面度 (W·sr-1) 发光强度
Iv
Le
瓦/平方米球面度 (W·m-2 sr-1)
[光]亮度
Lv
单位名称
流明秒 (lm·s)
流明 (lm)
勒克斯 (lx=lm·m-2) 流明/平方米
(lm·m-2) 坎德拉 (cd=lm·sr-1) 坎德拉/平方米 (cd·m-2)
图2-4光谱光视效率函数 光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
所谓光视效能，描述的是单色辐射通量可以
产生多少相应的单色光通量。定义为同一波长下的 光通量与辐射通量之比。单位是流明/瓦特(lm/w)。 其表达式为：
K
v e
（2-2）
其中，角标“v”和“e”Байду номын сангаас别表示光度学量和辐 射度学量。
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2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
光度学常用的基本定律有平方反比定律、立 体角投影定律、朗伯余弦定律和组合定律。例如， 晚上学校篮球场用到的射灯就用到了组合定律。
图2-5组合定律
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2.4 色度学基础知识
2.4.1 色度学基本概念
1.颜色的含义 2.消色 3.光谱色和混合色 4.互补色
第二章 光学与视觉基础知识
第二章 光学与视觉基础知识
2.1 辐射度学的基本概念 2.2 人眼的生理构造及功能 2.3 光度学的概念及物理量 2.4 色度学基础知识 2.5 视觉的概念与功能特性
目录
光电图像处理
2.1 辐射度学的基本知识
2.1.1 辐射能与辐射通量
辐射能Qe以电磁波形式或粒子(光子)形 式传播的能量，它们可以用光学元件反射、 成像或色散，这种能量及其传播过程称为光 辐射能。其单位为能量单位焦耳。