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空间中的光
光 源
投影缩减效应 (Foreshortening )
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空间中的光
光 源
投影缩减效应 (Foreshortening )
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空间中的光
投 影 缩 减 面 积 (forshortened area)
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空间中的光
辐射能������ (Radiant Energy): 空间某个区域当中全 部的光辐射能量 ,可以想象为光子数目的多少 , 单位是“ 焦耳”
������ ������ = ������ ������������
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空间中的光
光 源
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空间中的光
辐射强度 ������ (Radiant Intensity): 通过一个没有面 积的点的辐射通量难以用照度描述，因此考虑 一个立体角内的辐射通量，单位是“ 瓦特 / 球 面度”
������ ������= ������ ������ ������
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空间中的光
球 面 坐 标 与 立 体 角
光通常是从空间中某个特定角度范围照射到物 体或者从光源辐射出去的
球面度(steradian) dω= dA/r2
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空间中的光
立体角ω和球面坐标������,������的关系
球 面 坐 标 与 立 体 角
������������ = ������������������ ∗������������������������������������������ = ������2������������������������������������������������
8
光的特性与度量
光源
◦ 热辐射体：光谱连续
太阳辐射功率谱
9
光的特性与度量
光源
◦ 热辐射体：光谱连续
◦ 非热辐射体：不以高温为发光基础，光谱不规则。
Spectral Irradiance
200 280 360 440 520 600 680 760 Wavelength (nm)
10
光的特性与度量
如果白光中短波长的光能量较多则呈现 偏 蓝 色 调 的 “冷 ”白 光 ， 而长 波长的 光能量 较多则呈现偏红橙色调的“ 热
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光的特性与度量
光谱颜色波长的范围
颜色 红 橙 黄 黄绿 绿 青 蓝 紫 波长范围（nm） 620~780 590~620 560~590 530~560 500~530 470~500 430~470 380~430
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光的特性与度量
( CIE,1951)
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光的特性与度量
光度学国际标准单位
◦ 光 强 度 I V ： 基 本 单 位 cd (Candela), 定 义 为 555nm光辐射强度为每球面度 1/683瓦时的 光 强度。
◦ 光通量ΦV：导出单位lm(Lumen),1lm= 1cd·sr ； 假设光源波谱为Φe, 总的光通量：
44
空间中的光
LED lamps require less power to emit light than the older light souces. Efficiency is denoted in luminous flus (measured in lumen) per unit added power (meansured in watt). As about one fourth of world electricity consumption is used for lighting purposes, the highly energy-efficient LED lamps contribute to saving the Ea r t h’s resources.
������ = ������������������������������ sin(������) ������ = ������������������������(������)
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空间中的光
球 面 坐 标 与 立 体 角
光通常是从空间中某个特定角度范围照射到物 体或者从光源辐射出去的
弧度(radian) = dΦ/r
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空间中的光
辐射通量 ������ (Radiant Flux): 单位时间内通过某 片区域(area)的辐射能，单位是“ 瓦特”
������ ������ = ������ ������������
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空间中的光
辐射照度 ������ (Irradiance): 单位面积上的辐射通量， 单位是“ 瓦特/ 平米”
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光的特性与度量
普朗克 曲线
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光的特性与度量
5780 K
不同温度黑体辐射光谱
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光的特性与度量
5780K黑体辐射光 谱
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光的特性与度量
色温(color temperature)：光源的属性，数值 等于与光源同色度的黑体的温度。
◦ 色温 ≠ 光源温度 （通常：色温≤温度） ◦ 光谱功率分布曲线不一定相同(同色异谱、相关色温) 光源 火柴 蜡烛 白炽灯 (相关)色温 1700 K 1850 K 2700 – 3300 K 光源 演播室照明 月光 CRT屏幕 (相关)色温 3400 K 5600K 4100 K 9300 K
视听信息系统导论
陈健生
清华大学电子工程系
信息认知与智能系统研究所
王东
清华大学信息技术研究院
语音和语言技术研究中心
1
第二章 光度学与色度学基础
Photometry and Colorimetry
2
光度学(Photometry): 度量人类视觉系统 感知可见光亮度的科学。
辐射测量学(Radiometry): 度量包括可见光在内 的电磁波辐射的科学。
������������ = ������������ ������2 = ������������������������������������������������
න ������������ = ඵ
������������������������������������������������ = 4 ������
15
光的特性与度量
16
光的特性与度量
标准光源：国际照明委员会(CIE)规定作为照 明光源的标准。 ◦ A (2854 K) ◦ B (4800 K) ◦ C (6770 K) ◦ D65 (6500 K) ◦ 等能白光E
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光的特性与度量
辐射测量是不限于可见光的辐射物理 学参量的客观度量。 光度测量是以对人产生“视感度” 的 可 见光波段的辐射量主观度量。 两种相应的参量都用同样的字母，只 是用脚注加以区分：辐射用e，光度用v 。
需要指定场景中每个点上来自各个方向的光辐 射强度。
6
光的特性与度量
可见光波长380~780nm，不同波长呈现 不同的颜色，随着波长减小依次为：
红 橙 黄 黄绿 绿 青 蓝 紫
单色光：单一波长成分, 例555nm黄绿光 。
复合光：两种以上波长成分。 380~780nm 的光波给人以白光的综合感 觉。
光的特性与度量
辐射测量
辐射能 辐射通量
Radiant Energy Radiantnergy Luminous Flux
辐射强度 Radiant Intensity 光强度 Luminous Intensity
辐射照度
Irradiance Radiance
色度学(Colorimetry): 从物理上量化和 描述人类颜色知觉的科学。
光谱学(Spectrophotometry): 对电磁波谱进行 量化研究的科学。
3
《图像 信息系 统原理》
第二章 光度学与色度学基础
•
•
2.1 3.1
《 Computer Vision a modern approach》
I E L
v
辐射照度
辐射亮度
e
瓦/ 米 2(W / m2) 瓦 / 米2 · 球面度 ( W / m 2 · sr )
照度
v
坎德拉 ( cd ) 流明 / 球面度 ( lm / sr ) 勒克斯 ( lx ) 流明 / 米2 ( lm / m2 )
亮度
v
坎德拉 / 米 2 ( cd / m2 )
19
v 683 e V d
380 780
◦ 亮度LV：导出单位cd/m2。 ◦ 照度Ev：导出单位 lx(Lux), 1lx = 1lm/m2
23
光的特性与度量
光源的发光功效 (Luminous Efficacy)与发 光效率（Luminous Efficiency)
18
光的特性与度量
辐 射 测 量 与 光 度 测 量 单 位
辐射测量
名称 辐射能 符号
单位
光度测量
名称 光量 符号
单位
辐射通量
辐射强度
Qe Φe Ie E L
e
焦 耳 ( J)
瓦特 ( W ) 瓦 / 球面度 ( W / sr )
Q v 流明· 秒 (lm·s ) 流明( lm ) 光通量 Φv
光强度
2
第二章 光度学与色度学基础
•
•
光的特性与度量
空间中的光
•
• •
表面上的光
颜色感知与表示 表色系统
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空间中的光
空间中的光
亮度
表面上的光
30
空间中的光
辐 射 测 量
什么是光的(辐射)亮度?
如何去度量? 光和表面之间如何相互作用 ?
31
空间中的光
辐射亮度的测量
W / m2·sr ?