光度学与色度学的基本概念
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发布时间：2023-09-14 11:25:09
光度学是度量人类视觉系统感知可见光明亮度的科学，是只限于可见光的，包含人眼感知特性的。辐射度学是度量包括可见光在内的所有电磁波辐射的科学。
辐射度学可以认为是客观的物理科学, 是与人类无关的。而光度学却是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属于人类工程学范畴。
以对光强的度量来说, 物理辐射度学以光的辐射能量这个客观单位来度量, 而光度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。
光度学和辐射度学的定义、定义方程式是一一对应的。光度学有4个基本量，分别与辐射度学的4个基本量一一对应。
光通量或辐通量可以理解为单位时间内通过某一面积的光辐射能量；光通量的单位是流明，通常我们用流明来评估投影仪或照明光源发出的总能量强弱；
光强度和辐强度用来评估单位立体角内发出的能量强弱；通常我们用强度时，把光源理解为点光源；比如我们评估LED点光源，在不同角度看时，能量强弱。
照度可以理解为光照射到某个面时的能量强弱，单位时勒克斯；我们经常用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，来保障学生视力；
亮度单位通常不认为发光体是点光源，而是一个面光源；所以亮度可以理解为单位面积内的光强度；亮度是我们日常生活中最常用的一种评估量，比如我们评估显示屏、仪表显示都是用亮度；亮度的单位是cd/m2，也常叫做nit尼特。
而如何把光度学和辐射度学单位进行相互转换呢？就是通过CIE（国际照明委员会）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线。从图中可以看出人眼对555nm的绿光最敏感，而对可见光（380nm-780nm）以外的光没有感应。
正是通过这个函数曲线，我们可以把光度学和辐射度学紧紧联系在一起。可以说光度学是以辐射度学为基础，加入了人类的感知的一门学科。
色度学是光度学研究中的一个部分，是研究人对颜色的感知规律、颜色测量技术的科学。
人眼能看到颜色，是因为可见光进入了人眼，引起的视觉生理和心理的感受。所以，人眼看到颜色的基础是有光；这个光可以是物体自己发出的光，比如太阳的光、灯发出的光、显示屏发出的光；这光也可以是物体反射的光，比如苹果的红色、蓝色的衣服，这些物体自己不发光，但会反射光。前者自发光物体的颜色只和自己辐射的光谱有关，而后者不发光物体的颜色则不仅与自己的表面反射率有关，还与照明的光源有关。比如，白色的衣服在红光下，看上去也是红色的。
无论是自发光物体还是不发光物体，人眼看到的颜色都与其辐射或反射光谱有关。人眼能看到的光谱仅限于380-780nm，叫做可见光谱。可见光谱是辐射光谱中的一小段，如上图所示。光度学研究的就是可见光波段。
我们来看看常见的照明光源的光谱。上图中可以看到白炽灯光谱在黄色红色部分的能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多，显出偏蓝的颜色，所以后来出现了把红色部分增强的暖白的LED光源。
我们日常看到的颜色光都是各种可见光波长下的单色光的混合。
色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学，它是一门上个世纪发展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学。
在综合了一些颜色科学家的研究和实验基础上，国际照明委员会（CIE）规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统。这一系统是近代色度学的基本组成部分，是色度计算的基础。
CIE标准色度学系统是以颜色匹配实验为基础建立起来的，是一种混色系统，用组成每种颜色的三原色数量来定量表达颜色，不是用颜色的三个色貌特征明度、色调、饱和度（彩度）的大小为度量来表示颜色。
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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