辐射度光度基础精选课件.ppt

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1、1关于辐射度光度基关于辐射度光度基础础第一页，本课件共有44页辐射的基本概念辐射的基本概念What is radiation?Radiation is energy that travels in the form of waves or particles.2第二页，本课件共有44页紫外紫外可见可见 近红外近红外短波短波红外红外中波中波红外红外长波长波红外红外远红外远红外 (m)电磁波谱电磁波谱0.01nm1nm0.1 m10 m0.1cm10cm10m1km100km 射线射线光学谱段光学谱段紫外线紫外线x射线射线可见光可见光红外红外微波微波无线电波无线电波EHF SHF UHF VHF

2、HF MF LF VLF辐射度学辐射度学光度学色度学 多波段多波段 多光谱多光谱 超光谱 高光谱高光谱第三页，本课件共有44页一、辐射度量一、辐射度量一、辐射度量一、辐射度量(物理的物理的 Physical)Physical)立体角立体角立体角立体角 立立体体角角 是是描描述述辐辐射射能能向向空空间间发发射射、传传输输或或被被某某一一表表面面接接收收时时的的发发散散或或会会聚聚的的角角度度，定定义义为为：以以以以锥锥锥锥体体体体的的的的基基基基点点点点为为为为球球球球心心心心作作作作一一一一球球球球表表表表面面面面，锥锥锥锥体体体体在在在在球球球球表表表表面面面面上上上上所所所所截截截截取取取

3、取部部部部分分分分的的的的表表表表面积面积面积面积d d d dS S S S和球半径和球半径和球半径和球半径r r r r平方之比平方之比平方之比平方之比dsrdddo式中，式中，式中，式中，为天顶角；为天顶角；为天顶角；为天顶角；为方位角；为方位角；为方位角；为方位角；d d d d d d d d 分别为其增量。立体角单位是球面度分别为其增量。立体角单位是球面度分别为其增量。立体角单位是球面度分别为其增量。立体角单位是球面度(sr)(sr)(sr)(sr)。第四页，本课件共有44页(1)(1)(1)(1)辐辐辐辐射射射射能能能能(Q):(Q):(Q):(Q):简简简简称称称称辐辐辐辐能能

4、能能，描描描描述述述述以以以以辐辐辐辐射射射射的的的的形形形形式式式式发发发发射射射射、传传传传输输输输或或或或接接接接收收收收的的的的能能能能量量量量，单单单单位位位位焦焦焦焦耳耳耳耳（J J J J）。辐辐辐辐射射射射能能能能量量量量是是是是辐辐辐辐射射射射通通通通量量量量e e e e对对对对时时时时间间间间的的的的积积积积分。分。分。分。(2)(2)(2)(2)辐能密度（辐能密度（辐能密度（辐能密度（W,W,W,W,单位单位单位单位J/mJ/mJ/mJ/m-3-3-3-3）(3)(3)(3)(3)辐辐辐辐射射射射通通通通量量量量（,又又又又称称称称为为为为辐辐辐辐射射射射功功功功率率率

5、率P,P,P,P,单单单单位位位位WWWW）:以以以以辐辐辐辐射射射射形形形形式式式式发发发发射射射射、传传传传输输输输或或或或接接接接收收收收的的的的功功功功率率率率，用用用用以以以以描描描描述述述述辐辐辐辐能能能能的的的的时时时时间间间间特特特特性性性性。实实实实际际际际应应应应用用用用中中中中，对对对对于于于于连连连连续续续续辐辐辐辐射射射射体体体体或或或或接接接接收收收收体体体体，以以以以单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内的的的的辐辐辐辐射射射射能能能能、即即即即辐辐辐辐射射射射通通通通量量量量表表表表示示示示。是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。是单位时间内发射、传播或接收的

6、辐射能。是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。第五页，本课件共有44页(4)辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度(I(I，单单单单位位位位WsrWsr-1-1):):点点辐辐射射源源在在给给定定传传传传输输输输方方向向上上单单位位立立体体角内的辐射通量，单位为角内的辐射通量，单位为W/Sr(瓦每球面度瓦每球面度)。对于各向异性的辐射源有对于各向异性的辐射源有辐射强度描述了光源辐射的方向特性辐射强度描述了光源辐射的方向特性辐射强度描述了光源辐射的方向特性辐射强度描述了光源辐射的方向特性。点点点点光光光光源源源源 扩扩扩扩展展展展源源源源:即即即即光光光光源源源源

7、发发发发光光光光部部部部分分分分的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸比比比比起起起起其其其其实实实实际际际际辐辐辐辐射射射射传传传传输输输输距距距距离离离离小小小小得得得得多多多多时时时时，可可可可以以以以将将将将其其其其近近近近似似似似认认认认为为为为是是是是一一一一个个个个点点点点光光光光源源源源，在在在在辐辐辐辐射射射射传传传传输输输输计计计计算算算算，测测测测量量量量上上上上不不不不会会会会引引引引起起起起明明明明显显显显的的的的误误误误差差差差。点点点点光光光光源源源源向向向向空空空空间辐射球面波。间辐射球面波。间辐射球面波。间辐射球面波。对点光源的辐射强度描述对点光源的辐射强度描述dVddIV

8、钨丝白炽灯的辐射强度分布钨丝白炽灯的辐射强度分布钨丝白炽灯的辐射强度分布钨丝白炽灯的辐射强度分布第六页，本课件共有44页(5)辐辐辐辐亮亮亮亮度度度度 (L(L，单单单单位位位位WmWm-2-2srsr-1-1):):光光源源在在垂垂直直其其辐辐射射传传传传输输输输方方向向上上单单单单位位位位表表表表面积、单位立体角内发出的辐射通量面积、单位立体角内发出的辐射通量面积、单位立体角内发出的辐射通量面积、单位立体角内发出的辐射通量。光源微面元辐强度特性光源微面元辐强度特性辐辐亮亮度度在在光光辐辐射射的的传传输输和和测测量量中中具具有有重重要要的的作作用用。例例如如，描描述述螺螺旋旋灯灯丝丝白白炽炽

9、灯灯时时，由由于于描描述述灯灯丝丝每每一一局局部部表表面面(灯灯丝丝、灯灯丝丝之之间间的的空空隙隙)的的发发射射特特性性常常常常是是没没有有实实用用意意义义的的，而而把把它它作作为为一一个个整整体体，即即一一个个点点光光源源，描描述述在在给给定定观观测测方方向向上上的的辐辐射射强强度度；而而在在描描述述天天空空辐辐射射特特性性时时，希希望望知知道道其其各各部部分分的的辐辐射射特特性性，则则用用辐辐亮亮度度可可描描述述天天空空各各部分辐亮度分布的特性。部分辐亮度分布的特性。第七页，本课件共有44页(6)(6)辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射出射度 (M(M，单位，单位，单位，单位mm-2-2)

10、:):离开光源表面离开光源表面离开光源表面离开光源表面单位面元的辐射通量。单位面元的辐射通量。单位面元的辐射通量。单位面元的辐射通量。即即面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。d d为面光源表面上的小面元为面光源表面上的小面元为面光源表面上的小面元为面光源表面上的小面元dAdA在各方向上（多为半空间在各方向上（多为半空间在各方向上（多为半空间在各方向上（多为半空间 立体角）所发出的总的辐射通量。立体角）所发出的总的辐射通量。立体角）所发出的总的辐射通量。立体角）所发出的总的

11、辐射通量。(7)(7)辐照度辐照度辐照度辐照度 (E(E，单位，单位，单位，单位mm-2-2):):投射投射投射投射在单位面元上的辐射通量。即在单位面元上的辐射通量。即辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微面元发射和接收辐射通量的特性。两者的区别：前者描述的是面光源向面元发射和接收辐射通量的特性。两者的区别：前者描述的是面光源向面元发射和接收辐射通量的特性。两者的区别：前者描述的是面光源

12、向面元发射和接收辐射通量的特性。两者的区别：前者描述的是面光源向外发射的辐射特性，后者则是描述接收面所接收到的辐射特性。外发射的辐射特性，后者则是描述接收面所接收到的辐射特性。外发射的辐射特性，后者则是描述接收面所接收到的辐射特性。外发射的辐射特性，后者则是描述接收面所接收到的辐射特性。第八页，本课件共有44页(8)吸收比吸收比(率率)、反射比、透射比、反射比、透射比 由于辐射度量也是波长的函数，当描述光谱辐射量时，可由于辐射度量也是波长的函数，当描述光谱辐射量时，可由于辐射度量也是波长的函数，当描述光谱辐射量时，可由于辐射度量也是波长的函数，当描述光谱辐射量时，可在相应名称前加在相应名称前加

13、在相应名称前加在相应名称前加“光谱光谱光谱光谱”，并在相应的符号上加波长的符号，并在相应的符号上加波长的符号，并在相应的符号上加波长的符号，并在相应的符号上加波长的符号“”作为下标，例如光谱辐射通量记为作为下标，例如光谱辐射通量记为作为下标，例如光谱辐射通量记为作为下标，例如光谱辐射通量记为 或或或或 ()，等等。，等等。，等等。，等等。irsa第九页，本课件共有44页人眼的视网膜人眼的视网膜(Retina)(Retina)上布满了大量的感官细胞，即杆状细胞上布满了大量的感官细胞，即杆状细胞(rods)(rods)和锥状细胞和锥状细胞(cones)(cones)。杆状细胞杆状细胞杆状细胞杆状细

14、胞灵敏度高，它能感受微弱光刺激；灵敏度高，它能感受微弱光刺激；锥状细胞锥状细胞锥状细胞锥状细胞感光灵敏度低，感光灵敏度低，但能很好的区别颜色和辨别被视物的细节。但能很好的区别颜色和辨别被视物的细节。人所感受的外界信息人所感受的外界信息人所感受的外界信息人所感受的外界信息80%80%以上来自视觉。以上来自视觉。二、光度量二、光度量(生理的生理的 physiological)physiological)第十页，本课件共有44页1.1.1.1.辨别光亮和颜色的双重功能辨别光亮和颜色的双重功能辨别光亮和颜色的双重功能辨别光亮和颜色的双重功能（锥状细胞和杆状细胞）（锥状细胞和杆状细胞）（锥状细胞和杆状细

15、胞）（锥状细胞和杆状细胞）2.2.2.2.对明暗光的适应力对明暗光的适应力对明暗光的适应力对明暗光的适应力（瞳孔调节，（瞳孔调节，（瞳孔调节，（瞳孔调节，10-2010-2010-2010-20倍，黑色素、眼睑等，感光范围倍，黑色素、眼睑等，感光范围倍，黑色素、眼睑等，感光范围倍，黑色素、眼睑等，感光范围 2 2 2 2*10101010-17-17-17-17WWWW到到到到2 2 2 2*10101010-17-17-17-17WWWW）3.3.3.3.很高的分辨能力（很高的分辨能力（很高的分辨能力（很高的分辨能力（1 1 1 1分）分）分）分）4.4.4.4.很高的辨色能力很高的辨色能力

16、很高的辨色能力很高的辨色能力（480nm-600nm480nm-600nm480nm-600nm480nm-600nm，辨别不到，辨别不到，辨别不到，辨别不到1nm1nm1nm1nm的色差）的色差）的色差）的色差）5.5.5.5.视觉暂留时间（视觉暂留时间（视觉暂留时间（视觉暂留时间（0.1s0.1s0.1s0.1s）和动态响应时间（）和动态响应时间（）和动态响应时间（）和动态响应时间（0.05s0.05s0.05s0.05s）6.6.6.6.在粗略感知大视场内景物的同时把主要分辨力集中于视力集中的在粗略感知大视场内景物的同时把主要分辨力集中于视力集中的在粗略感知大视场内景物的同时把主要分辨力

17、集中于视力集中的在粗略感知大视场内景物的同时把主要分辨力集中于视力集中的小范围。小范围。小范围。小范围。人的视觉功能：人的视觉功能：第十一页，本课件共有44页视视觉觉神神经经对对不不同同波波长长光光的的感感光光灵灵敏敏度度是是不不一一样样的的，对对绿绿光光最最灵敏，而对红、蓝光最低。灵敏，而对红、蓝光最低。0.29R+0.6G+0.11B 明视觉明视觉暗视觉暗视觉 中介视觉中介视觉颜色适应310-5cd/m23cd/m23105cd/m2暗视觉暗视觉明视觉明视觉中介视觉中介视觉第十二页，本课件共有44页二、光度量二、光度量二、光度量二、光度量 (生理的生理的 physiological)phy

18、siological)描述光辐射能平均为描述光辐射能平均为描述光辐射能平均为描述光辐射能平均为人眼人眼人眼人眼接受后引起接受后引起接受后引起接受后引起视觉刺激视觉刺激视觉刺激视觉刺激大小的量。大小的量。大小的量。大小的量。与辐射量的区别与辐射量的区别与辐射量的区别与辐射量的区别在研究方法和概念上十分相似，在评价光电系统性能在研究方法和概念上十分相似，在评价光电系统性能在研究方法和概念上十分相似，在评价光电系统性能在研究方法和概念上十分相似，在评价光电系统性能时，辐射度量和光度量紧密相关。时，辐射度量和光度量紧密相关。时，辐射度量和光度量紧密相关。时，辐射度量和光度量紧密相关。人眼的视见函数人眼

19、的视见函数人眼的视见函数人眼的视见函数 光通量光通量光通量光通量 V V和辐射通量和辐射通量和辐射通量和辐射通量 e e可通过人可通过人可通过人可通过人眼视觉特性进行转换眼视觉特性进行转换眼视觉特性进行转换眼视觉特性进行转换 例题？例题？第十三页，本课件共有44页人眼的光视效能人眼的光视效能K（lm/W）视见函数，光视效率视见函数，光视效率V()是是CIECIE推推推推荐荐荐荐的的的的平平平平均均均均人人人人眼眼眼眼光光光光谱谱谱谱光光光光视视视视效效效效率率率率(或或称称视视见见函函数数)。对对于于明明视视觉觉，对对应应为为辐辐射射通通量量 e(555nm)与与某某波波长长 能能对对平平均均

20、人人眼眼产产生生相相同同光光视视刺刺激激的的辐辐射射通通量量 e()的的比比值值。Km是是最最大大光光谱谱光光视视效效能能(常常数数)，按按照照国国际际实实用用温温标标IPTS68的的理理论论计计算算，对对于于明明视视觉觉，Km=683 lm/W。对暗视觉，对暗视觉，K m=1725 lm/W。第十四页，本课件共有44页 光通量光通量光通量光通量：光源在单位时间内，向周围空间辐射出的、使人眼产生光源在单位时间内，向周围空间辐射出的、使人眼产生光源在单位时间内，向周围空间辐射出的、使人眼产生光源在单位时间内，向周围空间辐射出的、使人眼产生光感觉的能量，称为光通量，用符号光感觉的能量，称为光通量，

21、用符号光感觉的能量，称为光通量，用符号光感觉的能量，称为光通量，用符号vvvv表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为流明流明流明流明 (lm)(lm)(lm)(lm)。人们通常以电光源消耗人们通常以电光源消耗人们通常以电光源消耗人们通常以电光源消耗1W1W1W1W电功率所发出的流明数电功率所发出的流明数电功率所发出的流明数电功率所发出的流明数(lm(lm(lm(lmW)W)W)W)来表来表来表来表征电光源的特性，称为征电光源的特性，称为征电光源的特性，称为征电光源的特性，称为发光效率发光效率发光效率发光效率，简称光效。电光源的光效越，简称光效。电光源的光效越，简称光效。电光源的光效越

22、，简称光效。电光源的光效越高越好。高越好。高越好。高越好。人眼对可见光中波长为人眼对可见光中波长为人眼对可见光中波长为人眼对可见光中波长为555nm555nm555nm555nm的黄绿色光最灵敏，波长离的黄绿色光最灵敏，波长离的黄绿色光最灵敏，波长离的黄绿色光最灵敏，波长离555nm555nm555nm555nm越远越远越远越远(如波长较长的红光和波长较短的紫光如波长较长的红光和波长较短的紫光如波长较长的红光和波长较短的紫光如波长较长的红光和波长较短的紫光)灵敏度越灵敏度越灵敏度越灵敏度越低，所以光通量与光辐射的强弱及其波长都有关系。低，所以光通量与光辐射的强弱及其波长都有关系。低，所以光通量

23、与光辐射的强弱及其波长都有关系。低，所以光通量与光辐射的强弱及其波长都有关系。常见光源的光视效能常见光源的光视效能光源类型光源类型光源类型光源类型光视效能光视效能光视效能光视效能(lm/W)(lm/W)(lm/W)(lm/W)光源类型光源类型光源类型光源类型光视效能光视效能光视效能光视效能(lm/W)(lm/W)(lm/W)(lm/W)钨丝灯钨丝灯钨丝灯钨丝灯(真空真空真空真空)89.289.289.289.2日光灯日光灯日光灯日光灯2741274127412741钨丝灯钨丝灯钨丝灯钨丝灯(充气充气充气充气)9.2219.2219.2219.221高压水银灯高压水银灯高压水银灯高压水银灯344

24、5344534453445石英卤钨灯石英卤钨灯石英卤钨灯石英卤钨灯30303030超高压水银灯超高压水银灯超高压水银灯超高压水银灯4047.54047.54047.54047.5气体放电管气体放电管气体放电管气体放电管1630163016301630钠光灯钠光灯钠光灯钠光灯60606060第十五页，本课件共有44页(1)(1)光能光能光能光能(Q QV V，单位流明秒单位流明秒单位流明秒单位流明秒lms)lms)(2)(2)光能密度光能密度光能密度光能密度(w wv v,单位单位单位单位lms/lms/mm-3-3 )(3)(3)光通量光通量光通量光通量(v v,单位流明单位流明单位流明单位流

25、明lm)lm)(4)(4)发光强度发光强度发光强度发光强度(I(Iv v,单位单位单位单位坎德拉坎德拉坎德拉坎德拉,cd,lm,cd,lmsrsr-1-1)(5)(5)亮度亮度亮度亮度 (L(Lv v,单位单位单位单位cdcdmm-2-2):):(6)(6)光出射度光出射度光出射度光出射度(MMv v,lmm,lmm-2-2)(7)(7)照度照度照度照度(E Ev v,lmm,lmm-2-2)第十六页，本课件共有44页光通量的单位光通量的单位 发光强度发光强度发光强度发光强度的单位坎德拉的单位坎德拉(Candela,cd)cd是国际单位制的七个基本单位之一是国际单位制的七个基本单位之一定义：当

26、频率为定义：当频率为 5401012Hz (=555nm in air)的单色辐的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，则在该时，则在该方向上的发光强度为方向上的发光强度为1cd。第十七页，本课件共有44页流明与勒克斯流明与勒克斯 光通量光通量光通量光通量的单位是的单位是流明流明流明流明(lm)，它是发光强度为，它是发光强度为1cd的均匀的均匀点光源在单位立体角点光源在单位立体角(1sr)内的发出的光通量。内的发出的光通量。-投影仪投影仪-光照度光照度光照度光照度的单位是的单位是勒克斯勒克斯(lx)，它相当于，它相当于1lm的光通量均的光通量均匀

27、地照在匀地照在1m2面积上所产生的光照度。面积上所产生的光照度。第十八页，本课件共有44页 亮度亮度亮度亮度 ：某一物体某一物体(或发光体或发光体)的表面亮度是该物体单位面积的表面亮度是该物体单位面积向视线方向发出的发光强度。亮度用符号向视线方向发出的发光强度。亮度用符号LvLv表示，其单位为表示，其单位为坎德拉坎德拉/每平方米每平方米(cd/m(cd/m2 2)。由于物体在各个方向的亮度不一定相同，因此常在符号由于物体在各个方向的亮度不一定相同，因此常在符号L L的右下角注明角度，用以表示与物体表面法线成的右下角注明角度，用以表示与物体表面法线成角方向角方向的亮度。的亮度。物体的亮度越高，人

28、们就会感到它越亮。物体的亮度越高，人们就会感到它越亮。第十九页，本课件共有44页常用辐射度量和光度量之间的对应关系常用辐射度量和光度量之间的对应关系常用辐射度量和光度量之间的对应关系常用辐射度量和光度量之间的对应关系 第二十页，本课件共有44页光谱辐射量光谱辐射量光谱辐射量光谱辐射量-辐射量的光谱密度辐射量的光谱密度(1)光谱辐射通量光谱辐射通量光谱辐射通量光谱辐射通量e e (W/m；W/nm)辐射源发出的光在波长辐射源发出的光在波长 处的单位波长间隔内的辐射通量处的单位波长间隔内的辐射通量 e(e()de e/d(2)光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度 Ie()=dIe/d(

29、3)光谱辐光谱辐光谱辐光谱辐(射射射射)照度照度照度照度 Ee()=dEe/d(4)光谱辐射出射度光谱辐射出射度光谱辐射出射度光谱辐射出射度 Me()=dMe/d(5)光谱辐射亮度光谱辐射亮度光谱辐射亮度光谱辐射亮度 Le()=dLe/d(6)辐射源的总的辐射通量辐射源的总的辐射通量辐射源的总的辐射通量辐射源的总的辐射通量线状或带状谱光源线状或带状谱光源连续谱光源连续谱光源第二十一页，本课件共有44页朗伯余弦定律朗伯余弦定律 亮度守恒定律亮度守恒定律亮度守恒定律亮度守恒定律 距离平方反比定律距离平方反比定律距离平方反比定律距离平方反比定律消光与大气窗口消光与大气窗口三、辐射传输的基本定律三、辐

30、射传输的基本定律第二十二页，本课件共有44页朗伯余弦定律朗伯余弦定律朗伯余弦定律朗伯余弦定律 辐射的空间分布规律辐射的空间分布规律辐射的空间分布规律辐射的空间分布规律 黑体黑体黑体黑体在任意方向上的在任意方向上的在任意方向上的在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比的余弦成正比的余弦成正比的余弦成正比；朗伯余弦定律的另一种形式，叙述为朗伯余弦定律的另一种形式，叙述为朗伯余弦定律的另一种形式，叙述为朗伯余弦定律的另一种形式，叙述为“各个方向上辐射亮度各

31、个方向上辐射亮度各个方向上辐射亮度各个方向上辐射亮度相等相等相等相等的发射表面，其的发射表面，其的发射表面，其的发射表面，其辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度按余弦规律变化按余弦规律变化按余弦规律变化按余弦规律变化”。或者说：。或者说：。或者说：。或者说：任任任任意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间夹角的意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间夹角的意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间夹角的意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间夹角的余弦变化。余弦变化。余弦变化。余弦变化。辐射度学和光度学的研究对象主要是非相干光学辐射，并且认为辐射辐射度学和光度学的研究对象主要

32、是非相干光学辐射，并且认为辐射辐射度学和光度学的研究对象主要是非相干光学辐射，并且认为辐射辐射度学和光度学的研究对象主要是非相干光学辐射，并且认为辐射的传播服从几何光学定律。的传播服从几何光学定律。的传播服从几何光学定律。的传播服从几何光学定律。第二十三页，本课件共有44页朗伯朗伯朗伯朗伯余弦辐射体余弦辐射体发光强度的空间分布满足发光强度的空间分布满足发光强度的空间分布满足发光强度的空间分布满足的发光表面叫做余弦辐射体。的发光表面叫做余弦辐射体。的发光表面叫做余弦辐射体。的发光表面叫做余弦辐射体。I I I I0 0 0 0为发光面在法线方向的发光强度，为发光面在法线方向的发光强度，为发光面在

33、法线方向的发光强度，为发光面在法线方向的发光强度，I I I I 为和法线成任意角度为和法线成任意角度为和法线成任意角度为和法线成任意角度 方向的发光强度。发光强度向量方向的发光强度。发光强度向量方向的发光强度。发光强度向量方向的发光强度。发光强度向量I I I I 端点的轨迹是一个与发光面相端点的轨迹是一个与发光面相端点的轨迹是一个与发光面相端点的轨迹是一个与发光面相切的球面，球心在法线上，球的直径为切的球面，球心在法线上，球的直径为切的球面，球心在法线上，球的直径为切的球面，球心在法线上，球的直径为I I I I0 0 0 0。上图为用向量表示的余弦辐射体在通过法线的任意截面内的光强上图为

34、用向量表示的余弦辐射体在通过法线的任意截面内的光强上图为用向量表示的余弦辐射体在通过法线的任意截面内的光强上图为用向量表示的余弦辐射体在通过法线的任意截面内的光强度分布。度分布。度分布。度分布。第二十四页，本课件共有44页朗伯朗伯朗伯朗伯(J.H.Lambert)(J.H.Lambert)(J.H.Lambert)(J.H.Lambert)定律定律定律定律余弦定律余弦定律余弦定律余弦定律按照按照coscos 规律发射光通量的规律，规律发射光通量的规律，叫朗伯定律；叫朗伯定律；余弦辐射体可以是自发光面，也可余弦辐射体可以是自发光面，也可以是透射或反射体；以是透射或反射体；黑体，太阳和平面灯丝钨丝

35、等可视黑体，太阳和平面灯丝钨丝等可视为余弦辐射体；为余弦辐射体；一个均匀的球形余弦发射体，从一个均匀的球形余弦发射体，从远处的观察者看来，与同样半径远处的观察者看来，与同样半径同样亮度的圆盘无疑。同样亮度的圆盘无疑。dS*dS朗伯球体的亮度朗伯球体的亮度朗伯球体的亮度朗伯球体的亮度第二十五页，本课件共有44页 余弦辐射体在和法线成任意角余弦辐射体在和法线成任意角余弦辐射体在和法线成任意角余弦辐射体在和法线成任意角度度度度 方向的光亮度方向的光亮度方向的光亮度方向的光亮度L L L L ,可以表示为可以表示为可以表示为可以表示为LN可见，把半球上每个面元可见，把半球上每个面元可见，把半球上每个面

36、元可见，把半球上每个面元dSdSdSdS投影到圆盘上，得到面积为投影到圆盘上，得到面积为投影到圆盘上，得到面积为投影到圆盘上，得到面积为dS*=dScosdS*=dScosdS*=dScosdS*=dScos 的的的的面元，这两个面元在指向观察者的方向上的发光强度和投影面积都是一面元，这两个面元在指向观察者的方向上的发光强度和投影面积都是一面元，这两个面元在指向观察者的方向上的发光强度和投影面积都是一面元，这两个面元在指向观察者的方向上的发光强度和投影面积都是一样的，因而亮度也是一样的。样的，因而亮度也是一样的。样的，因而亮度也是一样的。样的，因而亮度也是一样的。余弦辐射体在各个方向上的余弦辐

37、射体在各个方向上的余弦辐射体在各个方向上的余弦辐射体在各个方向上的光亮度相同光亮度相同光亮度相同光亮度相同。第二十六页，本课件共有44页朗伯辐射体的辐射出射度与亮度的关系朗伯辐射体的辐射出射度与亮度的关系朗伯辐射体的辐射出射度与亮度的关系朗伯辐射体的辐射出射度与亮度的关系朗伯辐射源在任意方向上的辐射亮度均等于法线方向上的辐射亮度，朗伯辐射源在任意方向上的辐射亮度均等于法线方向上的辐射亮度，且等于且等于M/。第二十七页，本课件共有44页应用应用 朗伯光源及朗伯理想表面的漫反射作为一种理想的模型在辐朗伯光源及朗伯理想表面的漫反射作为一种理想的模型在辐朗伯光源及朗伯理想表面的漫反射作为一种理想的模型

38、在辐朗伯光源及朗伯理想表面的漫反射作为一种理想的模型在辐射度学和光度学的理论计算和实验测量中应用广泛；射度学和光度学的理论计算和实验测量中应用广泛；射度学和光度学的理论计算和实验测量中应用广泛；射度学和光度学的理论计算和实验测量中应用广泛；“光学遥感仪器的光谱辐亮度标定光学遥感仪器的光谱辐亮度标定光学遥感仪器的光谱辐亮度标定光学遥感仪器的光谱辐亮度标定”是现代光学和仪器科学是现代光学和仪器科学是现代光学和仪器科学是现代光学和仪器科学经常遇到的一个问题。光学遥感仪器的光谱辐亮度标定有经常遇到的一个问题。光学遥感仪器的光谱辐亮度标定有经常遇到的一个问题。光学遥感仪器的光谱辐亮度标定有经常遇到的一个

39、问题。光学遥感仪器的光谱辐亮度标定有多种方法，在紫外波段可采用漫反射板来标定光谱辐亮度多种方法，在紫外波段可采用漫反射板来标定光谱辐亮度多种方法，在紫外波段可采用漫反射板来标定光谱辐亮度多种方法，在紫外波段可采用漫反射板来标定光谱辐亮度,如上图如上图如上图如上图 所示。所示。所示。所示。朗伯定律是热辐射度学的基本定朗伯定律是热辐射度学的基本定朗伯定律是热辐射度学的基本定朗伯定律是热辐射度学的基本定理之一，它是现代光辐射研究与理之一，它是现代光辐射研究与理之一，它是现代光辐射研究与理之一，它是现代光辐射研究与应用的基础。应用的基础。应用的基础。应用的基础。第二十八页，本课件共有44页几种材料的方

40、向发射率几种材料的方向发射率几种材料的方向发射率几种材料的方向发射率 对不光滑物体，朗伯定律可在对不光滑物体，朗伯定律可在对不光滑物体，朗伯定律可在对不光滑物体，朗伯定律可在 =0=0=0=060606060的情况下使用。的情况下使用。的情况下使用。的情况下使用。对于金属材料对于金属材料对于金属材料对于金属材料,从从从从=0=0=0=0开始，在开始，在开始，在开始，在一定范围内的方向发射率是常数；一定范围内的方向发射率是常数；一定范围内的方向发射率是常数；一定范围内的方向发射率是常数；然后随然后随然后随然后随 增加而增加，在增加而增加，在增加而增加，在增加而增加，在=90=90=90=90的极

41、的极的极的极小角度范围内小角度范围内小角度范围内小角度范围内 又有减小。又有减小。又有减小。又有减小。对非金属材料而言，在上述范对非金属材料而言，在上述范对非金属材料而言，在上述范对非金属材料而言，在上述范围内，围内，围内，围内，变化不大；当变化不大；当变化不大；当变化不大；当60606060后，后，后，后，就明显的减小了。就明显的减小了。就明显的减小了。就明显的减小了。第二十九页，本课件共有44页定向发射体定向发射体实际中有相当一大类发射体，它们发出的光束集中实际中有相当一大类发射体，它们发出的光束集中在一定的立体角内，即亮度有一定的方向性，成像在一定的立体角内，即亮度有一定的方向性，成像光

42、学仪器发出的光束都有这样的特征。光学仪器发出的光束都有这样的特征。在亮度具有方向性方面最突出的例子是激光器。在亮度具有方向性方面最突出的例子是激光器。激光器发出的光束通常是截面很小，且高度平行。从而激光器发出的光束通常是截面很小，且高度平行。从而用不大的辐射功率就可获得很大的辐射亮度。用不大的辐射功率就可获得很大的辐射亮度。第三十页，本课件共有44页距离平方反比定律距离平方反比定律距离平方反比定律距离平方反比定律 cosdAOdA 当当当当均均均均匀匀匀匀点点点点光光光光源源源源向向向向空空空空间间间间发发发发射射射射球球球球面面面面波波波波，则则则则点点点点光光光光源源源源在在在在传传传传输

43、输输输方方方方向向向向上上上上某某某某点点点点的的的的照照照照度度度度与与与与该该该该点点点点到到到到点点点点光光光光源源源源距距距距离离离离的的的的平平平平方方方方成成成成反比。反比。反比。反比。第三十一页，本课件共有44页亮度守恒定律亮度守恒定律 当光束在同一种介质中传输时，沿其传输路径任取二个面元当光束在同一种介质中传输时，沿其传输路径任取二个面元当光束在同一种介质中传输时，沿其传输路径任取二个面元当光束在同一种介质中传输时，沿其传输路径任取二个面元dAdAdAdA1 1 1 1和和和和dAdAdAdA2 2 2 2，并使通过面元，并使通过面元，并使通过面元，并使通过面元dAdAdAdA

44、1 1 1 1的光束也都通过面元的光束也都通过面元的光束也都通过面元的光束也都通过面元dAdAdAdA2 2 2 2，它们之间的，它们之间的，它们之间的，它们之间的距离是距离是距离是距离是r r r r，面元法线与光传输方向夹角分别为，面元法线与光传输方向夹角分别为，面元法线与光传输方向夹角分别为，面元法线与光传输方向夹角分别为 1 1 1 1和和和和 2 2 2 2，则面元则面元则面元则面元dAdAdAdA1 1 1 1的辐射亮度的辐射亮度的辐射亮度的辐射亮度亮度守恒关系亮度守恒关系亮度守恒关系亮度守恒关系面元面元面元面元dAdAdAdA2 2 2 2的辐射亮度的辐射亮度的辐射亮度的辐射亮度

45、而而将将将将dddd1 1 1 1和和和和dddd2 2 2 2分别代入，可得分别代入，可得分别代入，可得分别代入，可得 L L L L1 1 1 1=L L L L2 2 2 2 2dA2d11d2 r，dA1第三十二页，本课件共有44页光在不同介质中传输的亮度守恒关系光在不同介质中传输的亮度守恒关系光在不同介质中传输的亮度守恒关系光在不同介质中传输的亮度守恒关系 若光从一种介质传输到另一种介质，即所取若光从一种介质传输到另一种介质，即所取若光从一种介质传输到另一种介质，即所取若光从一种介质传输到另一种介质，即所取二个面元分别处于不同介质中，并认为光在二个面元分别处于不同介质中，并认为光在二

46、个面元分别处于不同介质中，并认为光在二个面元分别处于不同介质中，并认为光在介质表面无反射和吸收损失，于是有介质表面无反射和吸收损失，于是有介质表面无反射和吸收损失，于是有介质表面无反射和吸收损失，于是有22n111n2dAL2L1 再考虑折射定律再考虑折射定律再考虑折射定律再考虑折射定律 则则则则n n于是有于是有于是有于是有第三十三页，本课件共有44页光在不同介质中传输的亮度守恒关系光在不同介质中传输的亮度守恒关系 若光传输过程中存在光学系统，若光传输过程中存在光学系统，若光传输过程中存在光学系统，若光传输过程中存在光学系统，因光学系统会使光束会聚或发散，因光学系统会使光束会聚或发散，因光学

47、系统会使光束会聚或发散，因光学系统会使光束会聚或发散，因而像面亮度与物面亮度存在下因而像面亮度与物面亮度存在下因而像面亮度与物面亮度存在下因而像面亮度与物面亮度存在下列关系列关系列关系列关系 一般情况下，成像系统的一般情况下，成像系统的一般情况下，成像系统的一般情况下，成像系统的n n1 1=n=n0 0，且，且，且，且 小于小于小于小于1 1，因而有，因而有，因而有，因而有L L2 2 L L1 1，所以，像的辐射亮度不可能大于物的辐射亮度，故所以，像的辐射亮度不可能大于物的辐射亮度，故所以，像的辐射亮度不可能大于物的辐射亮度，故所以，像的辐射亮度不可能大于物的辐射亮度，故光学系统无光学系统

48、无光学系统无光学系统无助于亮度的增加助于亮度的增加助于亮度的增加助于亮度的增加。dsds0 0dsds1 1u u0 0u u1 1L L0 0E Ef f l l D D D Dn n1 1n n0 0 l l第三十四页，本课件共有44页叠加原理叠加原理 若若若若干干干干辐辐辐辐射射射射（光光光光）源源源源在在在在一一一一面面面面元元元元上上上上建建建建立立立立的的的的照照照照度度度度等等等等于于于于各各各各辐辐辐辐射射射射（光光光光）源源源源单单单单独建立的照度之和独建立的照度之和独建立的照度之和独建立的照度之和。均匀漫射面及其特性均匀漫射面及其特性 均均均均匀匀匀匀漫漫漫漫射射射射面面面

49、面（包包包包括括括括漫漫漫漫反反反反射射射射、漫漫漫漫透透透透射射射射及及及及自自自自身身身身发发发发光光光光的的的的漫漫漫漫射射射射面面面面）在在在在任任任任何何何何方方方方向向向向都都都都具具具具有有有有相相相相等等等等的的的的亮亮亮亮度度度度，因因因因而而而而在在在在与与与与面面面面的的的的法法法法线线线线成成成成 角角角角的的的的方方方方向向向向上上上上的的的的辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度或或或或发发发发光光光光强强强强度度度度I I I I =I I I I0 0 0 0 coscoscoscos，I I I I0 0 0 0为为为为漫漫漫漫射射射射面面面面在在在在法法法法线线线

50、线方方方方向向向向的的的的辐辐辐辐射强度或发光强度。射强度或发光强度。射强度或发光强度。射强度或发光强度。第三十五页，本课件共有44页大气消光和大气窗口大气消光和大气窗口大气消光和大气窗口大气消光和大气窗口在在干干洁洁大大气气中中，大大气气消消光光取取决决于于空空气气密密度度和和辐辐射射通通过过的的大气层厚度。大气层厚度。大大气气中中有有气气溶溶胶胶粒粒子子及及云云雾雾粒粒子子群群时其消光作用增强；时其消光作用增强；在在 地地 面面 基基 本本 观观 测测 不不 到到 波波 长长 0.38)8)8)8时需要考虑多次散射。时需要考虑多次散射。时需要考虑多次散射。时需要考虑多次散射。大大大大气气气