建筑光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

第3章建筑光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

光——是能量的一種形式，或說(shuō)光是一種電磁輻射能。nm——納米1nm=10-9m圖1-3電磁波波譜780nm380nm第一頁(yè)，共九十六頁(yè)。光的作用：1.影響工作效率；室內(nèi)光環(huán)境第二頁(yè)，共九十六頁(yè)。2.影響心理舒適，身體健康；室內(nèi)裝飾照明第三頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.美化環(huán)境，表現(xiàn)建筑藝術(shù)；重慶市朝天門夜景第四頁(yè)，共九十六頁(yè)。4.節(jié)能，保護(hù)環(huán)境；以上海用電量為例：年用電量為1400億度電，其中照明用電量為392億度電（28%）。如果照明節(jié)能50%，則節(jié)約196億度電，減少二氧化碳56萬(wàn)噸。照明用電量示意圖第五頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.1眼睛與視覺(jué)本節(jié)要點(diǎn)：1.人眼的構(gòu)造；2.人眼的視覺(jué)特點(diǎn)；3.光譜光視效率。第六頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.1.1人眼的構(gòu)造

圖3-1人的右眼剖面圖照相機(jī)類似于第七頁(yè)，共九十六頁(yè)。瞳孔——起照相機(jī)中的光圈作用——能控制進(jìn)光量。水晶體——起照相機(jī)的透鏡作用，但它具有自動(dòng)聚焦功能。視網(wǎng)膜——類似于照相機(jī)中的膠卷——能對(duì)光線產(chǎn)生反應(yīng)。感光細(xì)胞——分為錐體（狀)感光細(xì)胞和桿體（狀)感光細(xì)胞；2002年發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)節(jié)感光細(xì)胞——第三種感光細(xì)胞——控制晝夜節(jié)律、強(qiáng)度和瞳孔大小等。錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞示意圖錐體細(xì)胞————————桿體細(xì)胞第八頁(yè)，共九十六頁(yè)。錐體（狀)感光細(xì)胞——分布在眼中心部位，靈敏度差，但可感覺(jué)顏色（眼中有紅、綠、藍(lán)感光色素）。桿體（狀)感光細(xì)胞——分布在眼中心的四周，靈敏度高，無(wú)顏色感覺(jué)。人眼——一種可見(jiàn)光的接收器，人類在進(jìn)化過(guò)程中人眼已經(jīng)適應(yīng)了太陽(yáng)光。第九頁(yè)，共九十六頁(yè)。太陽(yáng)、大氣層、地球示意圖第十頁(yè)，共九十六頁(yè)。太陽(yáng)光——經(jīng)過(guò)大氣層——射到地面；地面上光輻射強(qiáng)度在500nm附近最大，人眼最敏感的光的波長(zhǎng)；明視覺(jué)——明亮的環(huán)境下，如白天，555nm

（黃綠光）；暗視覺(jué)——暗環(huán)境下，如晚上不開(kāi)燈，507nm（綠色光）。第十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.1.2人眼的視覺(jué)特點(diǎn)

圖3-4人眼視野視覺(jué)就是由進(jìn)入人眼的輻射所產(chǎn)生的光感覺(jué)而獲得的對(duì)外界的認(rèn)識(shí)。（1）視看范圍（視野），見(jiàn)圖3-4。第十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。處于放松姿態(tài)，坐著的人的視野示意圖

第十三頁(yè)，共九十六頁(yè)。（2）明、暗視覺(jué)

明視覺(jué)：在明亮的環(huán)境中，主要由視網(wǎng)膜的錐體細(xì)胞起作用的視覺(jué)（高于幾個(gè)cd/m2的亮度時(shí)的視覺(jué)）。

暗視覺(jué)：在暗環(huán)境中，主要由視網(wǎng)膜的桿體細(xì)胞起作用的視覺(jué)（低于百分之幾cd/m2的亮度時(shí)的視覺(jué)）。

中間視覺(jué)：視網(wǎng)膜的錐體感光細(xì)胞和桿體感光細(xì)胞同時(shí)起作用，而且它們隨著正常人眼的適應(yīng)水平變化而發(fā)揮的作用大小不同（介于明視覺(jué)和暗視覺(jué)之間的視覺(jué)）。注：本書中僅介紹明視覺(jué)情況。第十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。圖3-7視亮度匹配實(shí)驗(yàn)原理在明視覺(jué)條件下：在國(guó)際上，把人眼對(duì)555nm感覺(jué)量定為1。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其他波長(zhǎng)在視感覺(jué)相同時(shí)需要輻射通量多大才與555nm相同（圖3-7）。（3）光譜光視效率第十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3-6。光譜光視效率V（λ）曲線表示在特定光度條件下產(chǎn)生相同視覺(jué)感覺(jué)時(shí)，在視亮度匹配實(shí)驗(yàn)里，波長(zhǎng)λm和波長(zhǎng)λ的單色光輻射通量的比:

V(λ）=Φeλm/Φeλ圖3-6光譜光視效率曲線第十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。思考題：從人眼的構(gòu)造上看，人眼的功能在哪些方面與照相機(jī)類似？第十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.1眼睛與視覺(jué)復(fù)習(xí)：主要介紹了明視覺(jué)概念和光譜光視效率V(λ)。第十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.2基本光度單位及應(yīng)用本節(jié)要點(diǎn)：1.光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度、亮度的符號(hào)、單位、定義和計(jì)算公式；2.發(fā)光強(qiáng)度和照度關(guān)系；3.照度和亮度關(guān)系。第十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。

設(shè)有2個(gè)燈均發(fā)出單色光，且輻射出波長(zhǎng)為555nm和620nm，輻射通量均為1W，這時(shí)對(duì)人的感覺(jué)是否一樣？結(jié)果顯然是不一樣的。圖3-8人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光線的感覺(jué)光源——表面能輻射光和反射光的物體（太陽(yáng)、各種燈……)。第二十頁(yè)，共九十六頁(yè)。

對(duì)于明視覺(jué):為了比較任意兩個(gè)燈發(fā)出的可見(jiàn)光多少時(shí)，由于光譜光視效率隨波長(zhǎng)分布不同，那么不能直接用輻射通量（瓦）多少比較，只能化成相當(dāng)于多少555nm標(biāo)準(zhǔn)光通量進(jìn)行比較。因?yàn)閂(λ)=eλm/eλ，所以eλm=

eλ×V(λ),把eλm稱為光通量，簡(jiǎn)寫成λ。3.2.1光通量光通量——在單位時(shí)間內(nèi)人眼感覺(jué)光輻射能量的大小。第二十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。在計(jì)算時(shí),光通量常采用下式算得:式中:Km——最大光譜光視效能，在明視覺(jué)時(shí)為683lm／W；

e,λ——波長(zhǎng)為λ的輻射通量,瓦（W）。

光通量表示光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光能的多少，類似于單位時(shí)間內(nèi)水龍頭噴水量的大小。

圖3-9光通量類似于噴水量的大小第二十二頁(yè)，共九十六頁(yè)?！纠?-1】已知低壓鈉燈發(fā)出波長(zhǎng)為589nm的單色光，設(shè)其輻射通量為10.3W，試計(jì)算其發(fā)出的光通量?！窘狻繌膱D3-6的明視覺(jué)（實(shí)線）光譜光視效率曲線中或從附錄4的（λ）中可查出，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)589nm的V（λ）＝0.769，則該單色光源發(fā)出的光通量為：589=683×10.3×0.769≈5410lm第二十三頁(yè)，共九十六頁(yè)。光通量單位：光瓦太大了，如40瓦白熾燈約發(fā)出0.5光瓦。故常用流明，lm。在國(guó)際上：明視覺(jué)時(shí)，1光瓦=683lm；暗視覺(jué)時(shí)，1光瓦=1700lm。例：40瓦熒光燈可發(fā)出約2000lm(約2.93光瓦)，100瓦白熾燈可發(fā)出約1250lm(約1.83光瓦）。

第二十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。

3.2.2發(fā)光強(qiáng)度圖3-10燈罩影響光分布加了燈罩后，光通量的空間分布就不同了，燈罩下方可增大約2倍，為了描述這種現(xiàn)象，采用發(fā)光強(qiáng)度概念。第二十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度是該光源在該方向的立體角元dΩ內(nèi)傳輸?shù)墓馔縟Ф除以該立體角之商，

發(fā)光強(qiáng)度的符號(hào)為I，單位為坎德拉，cd，1cd表示光源在1球面度立體角內(nèi)均勻發(fā)射出1lm的光通量，即：光通量分布均勻時(shí)：立體角示意圖即1坎德拉=1流明/1球面度第二十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。立體角——任意一個(gè)封閉圓錐面內(nèi)所包含的空間。立體角的計(jì)算公式：式中：——立體角軸與被研究面法線之間的夾角。本例中因?yàn)榍虬霃絉垂直于球表面，所以等于0°，于是cos等于1。因此，對(duì)于球表面和球心來(lái)說(shuō)：

=A/R2立體角的單位：球面度，記為sr。1sr=面積等于R2的球表面對(duì)球心所張開(kāi)的立體角。

第二十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。例：一光源在0.5sr立體角內(nèi)均勻發(fā)射出100lm的光通量，求該方向上的發(fā)光強(qiáng)度I。解：I=/=100lm/0.5sr=200cd=200坎德拉第二十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。

3.2.3照度對(duì)于被照面而言，常用在其單位面積上的光通量多少來(lái)衡量它被照射的程度，這就是常用的照度，符號(hào)為E,它表示被照面上的光通量密度：

，均勻時(shí)圖3-12臺(tái)燈下的書位置不同，明暗不同第二十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。照度的常用單位為勒克斯，符號(hào)為lx，1lx等于1流明的光通量均勻分布在1平方米的被照面上,。

照度的英制單位為英尺燭光（fc），由于1平方米＝10.76平方英尺，所以1fc=l0.76lx。圖3-13照度單位第三十頁(yè)，共九十六頁(yè)。例：直徑為100cm的圓面上均勻落下100lm的光通量，求這圓面上的各點(diǎn)照度。解：E=/A=/R2=100/(×0.52)=127lx例：燈正下方1米:40W白熾燈40W熒光燈晴天中午月夜30lx200lx8~12萬(wàn)lx0.2lx第三十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。發(fā)光強(qiáng)度光通量空間密度照度光通量被照面密度余弦定律3.2.4發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系第三十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。

當(dāng)光垂直入射時(shí)，即i=0°時(shí)，某表面的照度E與點(diǎn)光源在這方向的發(fā)光強(qiáng)度Iα成正比，還與光源的距離R的平方成反比。這就是計(jì)算點(diǎn)光源產(chǎn)生照度的基本公式，稱為距離平方反比定律：

第三十三頁(yè)，共九十六頁(yè)?！纠?-3】如圖3-15所示，在桌子上方2m處掛一40W白熾燈，求燈下桌面上點(diǎn)1處照度E1，及點(diǎn)2處照度E2值（設(shè)輻射角α在0°～45°內(nèi)該白熾燈的發(fā)光強(qiáng)度均為30cd）。

【解】因?yàn)镮0～45=30cd，所以

圖3-15點(diǎn)光源在桌面上形成的照度第三十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。圖3-16黑色物體和白色物體的視覺(jué)感覺(jué)（a）黑色物體；（b）白色物體在圖3-16中，雖然兩張圖片上的照度相同，但明暗感覺(jué)不同，故采用一個(gè)新的量——亮度來(lái)評(píng)價(jià)這一現(xiàn)象。第三十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。

3.2.5亮度亮度——在給定方向上發(fā)光面微元的發(fā)光強(qiáng)度和垂直于給定視線方向的微元的投影面積之比。亮度的符號(hào)為L(zhǎng)，其計(jì)算公式為：

圖3-17亮度概念

第三十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。當(dāng)角α方向上光束截面A的發(fā)光強(qiáng)度Iα均相等時(shí)，角α方向的亮度為：

由于物體表面亮度在各個(gè)方向不一定相同，因此常在亮度符號(hào)的右下角注明角度，它表示與表面法線成α角方向上的亮度。亮度的常用單位為坎德拉每平方米（cd／m2），它等于1平方米表面上，沿法線方向（α＝0o）發(fā)出1坎德拉的發(fā)光強(qiáng)度，即：第三十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。有時(shí)用另一較大單位熙提（符號(hào)為sb），它表示1cm2面積上發(fā)出1cd時(shí)的亮度單位。很明顯1sb(熙提）=104cd／m2；1asb(阿熙提）=1/cd／m2；常見(jiàn)的一些物體亮度值如下：白熾燈燈絲300～500sb熒光燈管表面0.8～0.9sb太陽(yáng)200000sb無(wú)云藍(lán)天（視距太陽(yáng)位置的角距離不同，其亮度也不同）0.2～2.0sb第三十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。圖3-18表觀亮度與物理亮度區(qū)別與聯(lián)系

在圖3-18中，三角形1和三角形2物理亮度是相同的，但看上去三角形1比2亮。亮度反映了物體表面的物理特性；而我們主觀所感受到的物體明亮程度，除了與物體表面亮度有關(guān)外，還與我們所處環(huán)境的明暗程度有關(guān)。又例如：同一只路燈，晚上開(kāi)著的燈比白天亮；但是在一般情況下，路燈本身的亮度不變，即物理亮度(亮度)——反映了物體本身的表面物理特性——亮度不變；但觀看時(shí)與環(huán)境明暗有關(guān)的亮度——表觀亮度卻改變了。第三十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。

例：有一個(gè)乳白色玻璃球形光源，直徑為6cm,其軸向光強(qiáng)為55cd,求軸向亮度。解：L0=Iα/（Acosα）=

≈19452cd/m2注意：1.亮度對(duì)光源本身的（照度是指被照面）；2.—輻射角，是光源法線與視線夾角;

i—被照面法線與視線夾角;3.單位：面積常取平方米。

在陰天時(shí)，天空暗，室內(nèi)照度小，需開(kāi)燈；晴天時(shí)，天空亮度大，室內(nèi)照度大。由此看來(lái)，被照面上照度大小與光源本身亮度大小有關(guān)。

第四十頁(yè)，共九十六頁(yè)。

3.2.6照度和亮度的關(guān)系所謂照度和亮度的關(guān)系，指的是光源亮度和它所形成的照度之間的關(guān)系。如圖3-20所示，設(shè)A1為各方向亮度都相同的發(fā)光面，A2為被照面；在A1上取一微元面積dA1。

圖3-20照度和亮度的關(guān)系第四十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。均勻式（3-9）第四十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。這就是常用的立體角投影定律，它表示某一亮度為L(zhǎng)α的發(fā)光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于這一發(fā)光表面的亮度Lα與該發(fā)光表面在被照點(diǎn)上形成的立體角Ω的投影（Ωcosi）的乘積。這一定律表明：某一發(fā)光表面在被照面上形成的照度僅和發(fā)光表面的亮度及其在被照面上形成的立體角投影有關(guān)。注意：立體角投影定律適用于光源尺寸相對(duì)于它和被照點(diǎn)距離較大時(shí)，即面光源時(shí)。第四十三頁(yè)，共九十六頁(yè)?！纠?-4】在側(cè)墻和屋頂上各有一個(gè)1m2的窗洞，它們與室內(nèi)桌子的相對(duì)位置見(jiàn)圖3-21，設(shè)通過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空亮度均為1sb，試分別求出各個(gè)窗洞在桌面上形成的照度（桌面與側(cè)窗窗臺(tái)等高）。【解】窗洞可視為一發(fā)光表面，其亮度等于透過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空亮度，在本例題中天空亮度均為lsb，即104cd／m2。按公式（3-9）計(jì)算：側(cè)窗時(shí)（sr）

（sr）

圖3-21立體角投影定律計(jì)算圖第四十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。天窗時(shí)

（sr），

思考題：請(qǐng)說(shuō)出光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度、亮度的定義、符號(hào)、單位及相互關(guān)系。

第四十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.2基本光度單位及應(yīng)用復(fù)習(xí)：主要介紹的內(nèi)容：一、光量1.光通量,e,

λ(瓦)，流明，lm2.發(fā)光強(qiáng)度（均勻）坎德拉，cd

3.照度（均勻）勒克斯，lx4.亮度（均勻）坎德拉/米2，cd/m2第四十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。二、兩個(gè)定律1.余弦定律2.立體角投影定律第四十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.3材料的光學(xué)性質(zhì)本節(jié)要點(diǎn)：1.規(guī)則反射和透射；2.擴(kuò)散反射和透射：

①漫反射和漫透射；②混合反射和透射。第四十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。在光的傳播過(guò)程中，遇到介質(zhì)（如玻璃、空氣、墻…)時(shí)，入射光通量（Φ）中的一部分被反射（Φr），一部分被吸收（Φα），一部分透過(guò)介質(zhì)進(jìn)入另一側(cè)的空間（Φτ）。圖1-5可見(jiàn)光的反射、吸收和透射第四十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。一、從能量角度看根據(jù)能量守恒定律：Φr+Φα+Φτ=Φ因?yàn)棣挡坏扔?，所以有：Φr/Φ+Φα/Φ+Φτ/Φ=1

r+α+τ=1式中：r——光反射比；

α——光吸收比；

τ——光透射比。第五十頁(yè)，共九十六頁(yè)。二、從光分布角度看：如果光經(jīng)過(guò)材料反射或透射后，光分布立體角未變，則稱為規(guī)則反射和規(guī)則透射。如果光經(jīng)過(guò)材料反射或透射后，立體角變大，則稱為擴(kuò)散反射和擴(kuò)散透射。光經(jīng)過(guò)介質(zhì)的反射和透射后，它的分布變化取決于材料表面的光滑程度和材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)。

第五十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。（1）規(guī)則反射和透射1）規(guī)則反射光線射到表面很光滑的不透明材料上，就出現(xiàn)規(guī)則反射現(xiàn)象，這時(shí)光分布的立體角沒(méi)有改變，如鏡子等。鏡子第五十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。規(guī)則反射（又稱為鏡面反射）就是在無(wú)漫射的情形下，按照幾何光學(xué)的定律進(jìn)行的反射。它的特點(diǎn)：a.光線入射角等于反射角；b.入射光線、反射光線以及反射表面的法線處于同一平面，見(jiàn)圖3-23。圖3-23規(guī)則反射和透射圖3-24避免受規(guī)則反射的辦法第五十三頁(yè)，共九十六頁(yè)。 2）規(guī)則透射光線射到透明材料上則產(chǎn)生規(guī)則透射。規(guī)則透射（又稱為直接透射）就是在無(wú)漫射的情形下，按照幾何光學(xué)的定律進(jìn)行的透射。如透明玻璃，見(jiàn)圖3-22（a）。（a）透明玻璃

圖3-22不同窗玻璃的采光效果第五十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。3）光學(xué)性質(zhì)

材料反射（或透射）后的光源亮度和發(fā)光強(qiáng)度，因材料的吸收和反射，而比光源原有亮度和發(fā)光強(qiáng)度有所降低，其值為

a.亮度

b.發(fā)光強(qiáng)度

（3-10）（3-11）或或第五十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。（2）擴(kuò)散反射和透射除了規(guī)則反射和透射材料外，另一類為擴(kuò)散的，這類材料使入射光程度不同地分散在更大的立體角范圍內(nèi)擴(kuò)散反射和透射，如粉刷墻面和磨砂玻璃就屬于這一類。墻面磨砂玻璃和壓花玻璃第五十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。擴(kuò)散反射和透射又可分為：漫反射與漫透射、混合反射與透射兩種情況。1）漫射材料①定義漫射材料又稱為均勻擴(kuò)散材料。這類材料將入射光線均勻地向四面八方反射或透射，從各個(gè)角度看，其亮度完全相同，看不見(jiàn)光源形象。漫射材料可分為漫反射和漫透射兩種材料：

漫反射就是在宏觀上不存在規(guī)則反射時(shí)，由反射造成的漫射，如粉刷墻面等。

漫透射就是宏觀上不存在規(guī)則透射時(shí)，由透射造成的漫射，如乳白玻璃等。第五十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。圖3-27漫反射和漫透射②光學(xué)性質(zhì)a.亮度和照度關(guān)系漫射材料表面的亮度可用下列公式計(jì)算：對(duì)于漫反射材料對(duì)于漫透射材料第五十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。b.朗伯余弦定律

漫射材料的最大發(fā)光強(qiáng)度在表面的法線方向，其他方向的發(fā)光強(qiáng)度和法線方向的值有如下關(guān)系：

（3-16）

式中：i——表面法線和某一方向間的夾角，這一關(guān)系式稱

為“朗伯余弦定律”。2）混合反射與透射材料①定義

多數(shù)材料同時(shí)具有規(guī)則和漫射兩種性質(zhì)。混合反射就是規(guī)則反射和漫反射兼有的反射（如油漆表面等）。

圖3-29油漆桌面材料的光效果第五十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。

混合透射就是規(guī)則透射和漫透射兼有的透射，如磨砂玻璃等，見(jiàn)圖3-22（b）。（b）磨砂玻璃圖3-22不同窗玻璃的采光效果第六十頁(yè)，共九十六頁(yè)。②光學(xué)性質(zhì)它們?cè)谝?guī)則反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。這種材料的亮度分布見(jiàn)圖3-28。圖3-28混合反射和透射第六十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。思考題：1.在什么情況下采用透明玻璃或磨砂玻璃作為側(cè)窗玻璃較為適宜？2.說(shuō)出在漫反射條件下的亮度與照度之間的關(guān)系式。第六十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.3材料的光學(xué)性質(zhì)復(fù)習(xí)主要介紹的內(nèi)容:一、1個(gè)定律朗伯余弦定律二、材料的光學(xué)性質(zhì)1.規(guī)則反射和透射特點(diǎn)和2.漫反射和透射特點(diǎn)和

第六十三頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.4可見(jiàn)度及其影響因素本節(jié)要點(diǎn)：1.可見(jiàn)度重要影響因素：亮度、視角、亮度對(duì)比、識(shí)別時(shí)間和眩光；2.減輕直接眩光和反射眩光影響程度的方法。第六十四頁(yè)，共九十六頁(yè)?？梢?jiàn)度就是人眼辨認(rèn)物體存在或形狀的難易程度。在室內(nèi)應(yīng)用時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)觀察條件下恰可感知的標(biāo)準(zhǔn)視標(biāo)的對(duì)比或大小定義。在室外應(yīng)用時(shí)，以人眼恰可看到標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)的距離定義，故常稱為能見(jiàn)度?？梢?jiàn)度概念是用來(lái)定量表示人眼看物體的清楚程度（故以前又把它稱為視度）。一個(gè)物體之所以能夠被看見(jiàn)，它要有一定的亮度、大小和亮度對(duì)比，并且識(shí)別時(shí)間和眩光也會(huì)影響這種看清楚程度。影響可見(jiàn)度的重要因素有五個(gè)：第六十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。（1）亮度實(shí)驗(yàn)表明，人們能看見(jiàn)的最低亮度（稱“最低亮度閾”），僅10-5asb。隨著亮度的增大，我們看得愈清楚，即可見(jiàn)度增大。圖3-30人們感到“滿意”的照度值從圖3-30中可以看出：隨著照度的增加，感到“滿意”的人數(shù)比例也增加，最大百分比約在1500～3000lx之間。照度超過(guò)此數(shù)值，對(duì)照明“滿意”的人反而愈高愈少，這說(shuō)明照度（亮度）要適量。

第六十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。（2）視角視角就是識(shí)別對(duì)象對(duì)人眼所形成的張角，通常以弧度單位來(lái)度量。視角越大看得越清楚，反之則可見(jiàn)度下降。識(shí)別對(duì)象尺寸d和眼睛至物件的距離l形成視角，其關(guān)系如下：（分） （3-17）

在圖3-31中需要指明開(kāi)口方向時(shí)，識(shí)別對(duì)象尺寸就是開(kāi)口尺寸。圖3-31視角的定義第六十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。（3）亮度對(duì)比亮度對(duì)比即觀看對(duì)象和其背景之間的亮度差異，差異愈大，可見(jiàn)度愈高（圖3-32）。常用C來(lái)表示亮度對(duì)比，它等于視野中目標(biāo)和背景的亮度差與背景亮度之比：

（3-18）式中:Lt——目標(biāo)亮度；Lb——背景亮度；

L——目標(biāo)與背景的亮度差。圖3-32亮度對(duì)比和可見(jiàn)度的關(guān)系第六十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。對(duì)于均勻照明的無(wú)光澤的背景和目標(biāo)，亮度對(duì)比可用光反射比表示：

（3-19）式中:rt——目標(biāo)光反射比；

rb——背景光反射比。視覺(jué)功效實(shí)驗(yàn)表明：物體亮度（與照度成正比）、視角大小和亮度對(duì)比三個(gè)因素對(duì)可見(jiàn)度的影響是相互有關(guān)的。圖3-33所示為辨別幾率為95%（即正確辨別視看對(duì)象的次數(shù)為總辨別次數(shù)的95%）時(shí)，三個(gè)因素之間的關(guān)系。第六十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。圖3-33視覺(jué)功效曲線第七十頁(yè)，共九十六頁(yè)。從圖3-33中的曲線可看出：1）從同一根曲線來(lái)看，它表明觀看對(duì)象在眼睛處形成的視角不變時(shí)，如對(duì)比下降，則需要增加照度才能保持相同可見(jiàn)度。也就是說(shuō)，對(duì)比的不足，可用增加照度來(lái)彌補(bǔ);反之，也可用增加對(duì)比來(lái)補(bǔ)償照度的不足。2）比較不同的曲線（表示在不同視角時(shí)）后看出：目標(biāo)愈?。ㄒ暯怯。?，需要的照度愈高。3）天然光（實(shí)線）比人工光（虛線）更有利于可見(jiàn)度的提高。但在視看大的目標(biāo)時(shí)，這種差別不明顯。第七十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。（4）識(shí)別時(shí)間眼睛觀看物體時(shí)，只有當(dāng)該物體發(fā)出足夠的光能，形成一定刺激，才能產(chǎn)生視覺(jué)感覺(jué)。在一定條件下，亮度×?xí)r間=常數(shù)（邦森一羅斯科定律），也就是說(shuō)，呈現(xiàn)時(shí)間越少，越需要更高的亮度才能引起視感覺(jué)。圖3-34表明了它們的關(guān)系。它表明，物體愈亮，察覺(jué)它的時(shí)間就愈短。圖3-34識(shí)別時(shí)間和背景亮度的關(guān)系第七十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。當(dāng)人們從明亮環(huán)境走到黑暗處（或相反）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)原來(lái)看得清，突然變成看不清，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才由看不清東西到逐漸又看得清的變化過(guò)程，這叫作“適應(yīng)”。從暗到明的適應(yīng)時(shí)間短，稱“明適應(yīng)”，即是視覺(jué)系統(tǒng)適應(yīng)高于幾個(gè)坎德拉每平方米亮度的變化過(guò)程及終極狀態(tài)。從明到暗的適應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，稱“暗適應(yīng)”，即是視覺(jué)系統(tǒng)適應(yīng)低于百分之幾坎德拉每平方米亮度的變化過(guò)程及終極狀態(tài)。適應(yīng)過(guò)程見(jiàn)圖3-35。

圖3-35眼睛的適應(yīng)過(guò)程第七十三頁(yè)，共九十六頁(yè)。（5）避免眩光眩光就是在視野中由于亮度的分布或亮度范圍不適宜，或存在著極端的對(duì)比，以致引起不舒適感覺(jué)或降低觀察細(xì)部或目標(biāo)能力的視覺(jué)現(xiàn)象（圖3-36）。1）從眩光影響視覺(jué)功效角度看，可把眩光分為失能眩光和不舒適眩光。圖3-36 夜間汽車的前照燈形成的失能眩光第七十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。①降低視覺(jué)對(duì)象的可見(jiàn)度，但并不一定產(chǎn)生不舒適感覺(jué)的眩光稱為失能眩光。②產(chǎn)生不舒適感覺(jué)，但并不一定降低視覺(jué)對(duì)象的可見(jiàn)度的眩光稱為不舒適眩光。2）從形成眩光過(guò)程來(lái)看，可把眩光分為直接眩光和反射眩光。①直接眩光是由視野中，特別是在靠近視線方向存在的發(fā)光體所產(chǎn)生的眩光。②反射眩光是由視野中的反射所引起的眩光，特別是在靠近視線方向看見(jiàn)反射像所產(chǎn)生的眩光。第七十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。直接眩光可用下述措施使其減輕或消除：1）限制光源亮度；2）增加眩光源的背景亮度，減少二者之間的亮度對(duì)比；3）減小形成眩光的光源視看面積，即減小眩光源對(duì)觀測(cè)者眼睛形成的立體角；4）盡可能增大眩光源的仰角。

圖3-37橄欖形燈具示意圖3-38不同角度的眩光感覺(jué)第七十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。反射眩光可用下述方法使其減少至最小程度：1）盡量使視覺(jué)作業(yè)的表面為無(wú)光澤表面，以減弱規(guī)則反射而形成的反射眩光；2）應(yīng)使視覺(jué)作業(yè)避開(kāi)和遠(yuǎn)離照明光源同人眼形成的規(guī)則反射區(qū)域；3）使用發(fā)光表面面積大、亮度低的光源；4）使引起規(guī)則反射的光源形成的照度在總照度中所占比例減少，從而減少反射眩光的影響。第七十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。思考題：1.說(shuō)出影響可見(jiàn)度的5個(gè)重要因素。2.從眩光對(duì)視覺(jué)的影響程度出發(fā)，可分為哪兩種眩光？如從眩光形成過(guò)程看，又可分成哪兩種眩光？減輕眩光影響的措施有哪些?第七十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.4可見(jiàn)度及其影響因素復(fù)習(xí)主要介紹了可見(jiàn)度的5個(gè)重要影響因素:亮度、視角、亮度對(duì)比、識(shí)別時(shí)間、眩光。

第七十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.5顏色本節(jié)要點(diǎn)1.顏色形成、分類與屬性、混合方法。2.孟塞爾表色系統(tǒng)。

3.光源色溫、相關(guān)色溫和顯色性。

第八十頁(yè)，共九十六頁(yè)。人眼可以感覺(jué):顏色、形象、亮度等。人眼對(duì)顏色變化比對(duì)亮度變化更敏感。顏色——光作用于人眼引起除形象以外的視覺(jué)特性。3.5.1顏色的基本特性

（1）顏色形成正常人眼可以感覺(jué)出各種顏色：紅色、橙色……顏色視覺(jué)是由于光能量分布不同引起。例：光輻射能量集中于可見(jiàn)光短波時(shí)，引起藍(lán)色感覺(jué)；光輻射能量集中于可見(jiàn)光長(zhǎng)波時(shí)，引起紅色感覺(jué)。第八十一頁(yè)，共九十六頁(yè)。（2）顏色分類和屬性1）顏色分類①?gòu)纳@現(xiàn)方式看可把顏色分成：光源色和物體色。光源色——光源射出光的顏色。物體色——光被物體反射或透射后的顏色。物體色中包含表面色——漫反射、不透明物體表面的顏色。

表面色形成——主要從入射光中減去一些波長(zhǎng)的光后產(chǎn)生的。例：一張紅紙，用白光或紅光照射，呈現(xiàn)紅色；同樣一張紅紙，僅用綠光照射，變?yōu)楹谏?。②從視感覺(jué)角度——心理學(xué)角度看可把顏色分成無(wú)彩色和有彩色：

無(wú)彩色——從白到黑的一系列中性灰色；

有彩色——除黑白系列以外各種顏色。第八十二頁(yè)，共九十六頁(yè)。2）顏色屬性（從心理學(xué)角度看）：①色調(diào)，H，如紅、黃、藍(lán)……；②明度，V，一般是亮度越大，或、越大，則明度越大；③彩度（飽和度），C，表示顏色純潔性，如單色光最飽和，即彩度最大。3）白色與黑色舉例①表面色：a.當(dāng)＞0.80，一般認(rèn)為是白色，如新下的白雪、氧化鎂、硫酸鋇﹦0.96~0.99；b.當(dāng)＜0.04，一般認(rèn)為是黑色，如黑絲絨等接近純黑，﹦0.02。第八十三頁(yè)，共九十六頁(yè)。②光源色：a.當(dāng)亮度很高時(shí)，感覺(jué)是白色的；b.無(wú)光時(shí)是黑色的；c.當(dāng)亮度很低時(shí)，感覺(jué)是發(fā)暗或發(fā)黑。（3）顏色混合1)顏色混合法：

加色法——光源色的相加混合；

減色法——染料、涂料的物體色減法混合。2)三原色：由于紅色（700nm）、綠色（546.1nm)和藍(lán)色（435.8nm)可以獲得最多的相加混合色——加色法三原色。

第八十四頁(yè)，共九十六頁(yè)。3)補(bǔ)色每一種顏色都有一種相應(yīng)的補(bǔ)色。補(bǔ)色——某一顏色與其補(bǔ)色以適當(dāng)比例混合可得到白色或灰色，則通常把這兩種顏色稱為互補(bǔ)色。紅色（700nm）的補(bǔ)色——青色、綠色（546.1nm)的補(bǔ)色——品紅色、藍(lán)色（435.8nm)的補(bǔ)色——黃色，稱為減色法三原色。4）顏色混合舉例圖3-42顏色的混合（a）相加混合（光源色）；（b）相減混合（物體色）

第八十五頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.5.2顏色定量表色系統(tǒng)——使用規(guī)定的符號(hào)，按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)，亦稱為色度系統(tǒng)。表色系統(tǒng)有兩大類：一是用以光的等色實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的，由進(jìn)入人眼能引起有彩色或無(wú)彩色感覺(jué)的可見(jiàn)輻射表示的體系，即以色刺激表示的體系，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)就是這種體系的代表；二是建立在對(duì)表面顏色直接評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，用構(gòu)成等感覺(jué)指標(biāo)的顏色圖冊(cè)表示的體系，如孟塞爾表色系統(tǒng)等。

第八十六頁(yè)，共九十六頁(yè)。孟塞爾表色系統(tǒng)孟塞爾于1905年創(chuàng)立了采用顏色圖冊(cè)的表色系統(tǒng)，它就是用孟塞爾顏色立體模型（圖3-43）所規(guī)定的色調(diào)、明度和彩度來(lái)表示物體色的表色系統(tǒng)；當(dāng)明度值為5時(shí)，孟塞爾顏色立體模型見(jiàn)圖3-44。

圖3-43孟塞爾顏色立體模型圖3-44 明度值為5時(shí)的孟塞爾顏色立體模型第八十七頁(yè)，共九十六頁(yè)。在孟塞爾顏色立體模型中，每一部位均代表一個(gè)特定顏色，并給予一定的標(biāo)號(hào)，稱為孟塞爾標(biāo)號(hào)。這是用表示色的三個(gè)獨(dú)立的主觀屬性，即色調(diào)（符號(hào)H）、明度（符號(hào)V）和彩度（符號(hào)C）按照視知覺(jué)上的等距指標(biāo)排列起來(lái)進(jìn)行顏色分類和標(biāo)定的。它是目前國(guó)際上通用的物體色的表色系統(tǒng)。任何一種物體色都可以用孟塞爾表色系統(tǒng)來(lái)標(biāo)定，即先寫出色調(diào)H，然后寫明度值V，再在斜線后面寫出彩度C：

HV／C=色調(diào)明度／彩度無(wú)彩色用N符號(hào)表示，且在N后面給出明度值V，斜線后空白：

NV／=中性色明度值／第八十八頁(yè)，共九十六頁(yè)。3.5.3光源的色溫和顯色性（1）光源的色溫和相關(guān)色溫1）色溫在輻射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的輻射全部吸收的物體稱為黑體或稱為完全輻射體。當(dāng)黑體連續(xù)加熱時(shí)，它的相對(duì)光譜功率分布的最大值將向短波方向移動(dòng)，相應(yīng)的光色將按順序紅→黃→白→藍(lán)的方向變化。在不同溫度下，對(duì)應(yīng)的光色變化在CIE1931色品圖上形成弧形軌跡，叫作黑體軌跡或稱為普朗克軌跡，見(jiàn)圖3-45。圖3-45不同溫度的黑體軌跡第八十九頁(yè)，共九十六頁(yè)。由于不同溫度的黑體輻射對(duì)應(yīng)著一定的光色，所以人們就用黑體加熱到不同溫度時(shí)所發(fā)出的不同光色來(lái)表示光源的顏色（圖3-46）。通常把某一種光源的色品與某一溫度下的黑體的色品完全相同時(shí)黑體的溫度稱為光源的色溫，并用符號(hào)Tc表示，單位是絕對(duì)溫度（K）。白熾燈和鹵鎢燈的色品坐標(biāo)正好在黑體軌跡上，所以用色溫來(lái)描述此種光源的光色是很合適的。（a） （b）