GBT 20151-2006 光度學(xué) CIE物理光度系統(tǒng)

光度學(xué)CIE物理光度系統(tǒng)2006-03-06發(fā)布l N 12光度量 13光度單位 24光度標(biāo)準(zhǔn) 2附錄A(資料性附錄)相關(guān)術(shù)語的詞匯表 附錄B(資料性附錄)CIE物理光度學(xué)系統(tǒng)概況 參考文獻(xiàn) 表1用于明視覺的光譜光[視]效率函數(shù)限定值V(λ) 4表2用于暗視覺的光譜光[視]效率函數(shù)限定值V’(λ) 8Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC224)歸口。某一光源的視亮度不僅取決于由它發(fā)出輻射的量也與該光源的光譜組成以及其觀測(cè)者的視覺響應(yīng)函數(shù)有關(guān)。由于人的視覺響應(yīng)在不同的光的等級(jí)和不同觀測(cè)者之間都存在差異，因此精確的光度測(cè)量需要有代表性的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者的定義。CIE物理光度系統(tǒng)規(guī)定了用于光學(xué)輻射定量評(píng)定的程序，此定量的評(píng)定是根據(jù)兩個(gè)這樣的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者的光譜光(視)效率函數(shù)進(jìn)行的。其中，一個(gè)函數(shù)V(λ)代表明視覺，另一個(gè)函數(shù)V'(λ)代表暗視覺。這兩個(gè)函數(shù)與國(guó)際單位制光度測(cè)量基本單位坎德拉聯(lián)合使用，構(gòu)成了一個(gè)能精確確定所有類型發(fā)光光源的光度量數(shù)值的系統(tǒng)，而該系統(tǒng)與發(fā)射輻射的光譜組成無關(guān)。1光度學(xué)CIE物理光度系統(tǒng)1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了由CIE建立的物理光度學(xué)系統(tǒng)的特征，這些特征被認(rèn)可為光測(cè)量的基礎(chǔ)。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光度量、單位以及構(gòu)成物理光度學(xué)CIE系統(tǒng)并被國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)正式認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)作出了定義。其中包括：——光度量和單位的定義；——明視覺與暗視覺用CIE標(biāo)準(zhǔn)光譜光[視]效率函數(shù)的定義；——符合這些函數(shù)的CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者的定義；——明視覺與暗視覺用最大光[視]效能的定義。資料性附錄A提供了相關(guān)術(shù)語的詞匯表。2光度量2.1光通量在光輻射測(cè)量學(xué)中使用的基本物理量是輻射通量或輻射功率φ。,測(cè)量單位是瓦特。輻射通量由一輻射源發(fā)出，由一傳播介質(zhì)傳輸或在一表面上被接收。相應(yīng)的光度量是光通量(φ)。該物理量是根據(jù)輻射對(duì)CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者的作用對(duì)輻射進(jìn)行評(píng)估，由輻射通量推導(dǎo)得出。(ILV845-01-25)從φ。推導(dǎo)出φ。的過程在4.3中進(jìn)行了規(guī)定。2.2其他光度量與最重要的輻射度量相對(duì)應(yīng)的光度量在《國(guó)際照明詞匯》[]中定義如下：光量(也叫作光能)(Q、)在給定時(shí)間間隔△t內(nèi)，光通量φ,的時(shí)間積分：(指定方向上某一光源的)發(fā)光強(qiáng)度(I,)由該光源發(fā)出并在包含指定方向的立體角元dΩ內(nèi)傳播的光通量dφ。除以該立體角元dΩ之商：由下述公式所定義的量：公式中dφ,是由通過該指定點(diǎn)的光束元發(fā)射的，并在包含指定方向的立體角dΩ之內(nèi)傳播的光通量；(一表面上某一點(diǎn)的)[光]照度(E,)入射在包含該點(diǎn)的面元上的光通量dφ.除以該面元面積dA之商：(一表面上某一點(diǎn)的)[光]出射度(M,)離開包含該點(diǎn)的面元的光通量dφ.除以該面元面積dA之商：23光度單位3.1坎德拉光度測(cè)量的國(guó)際單位制基本單位是發(fā)光強(qiáng)度，單位坎德拉(cd)。該單位在1979年由國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)?]定義如下：坎德拉是發(fā)射出頻率為540×102Hz的單色輻射的光源在指定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，并且該光源在該方向上的輻射強(qiáng)度為(1/683)W·sr'。此坎德拉定義等同地適用于明視覺、暗視覺和中間視覺。3.2其他單位光度量的其他國(guó)際單位制單位可從坎德拉以及長(zhǎng)度(m)、立體角(sr)和時(shí)間(s)的國(guó)際單位制單位推導(dǎo)得出。國(guó)際單位制單位[光]亮度[光]照度[光]出射度M4.1明視覺和暗視覺的CIE標(biāo)準(zhǔn)光譜光[視]效率函數(shù)本標(biāo)準(zhǔn)定義了光度測(cè)量用的兩個(gè)光譜光[視]效率函數(shù)。函數(shù)V(λ)適用于明視覺，并用于在至少幾個(gè)坎德拉每平方米的[光]亮度等級(jí)下的測(cè)量。該函數(shù)由本標(biāo)準(zhǔn)的表1中給定的數(shù)值定義，波長(zhǎng)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣中測(cè)得[3]。為了數(shù)值計(jì)算，函數(shù)V(A)的峰值波長(zhǎng)應(yīng)被精確地確定為555nm。線性內(nèi)插法只被用于評(píng)估當(dāng)波長(zhǎng)介于表1所給出的波長(zhǎng)值之間時(shí)，函數(shù)V(λ)的數(shù)值。函數(shù)V'(λ)適用于暗視覺，并用于在小于幾百分之一坎德拉每平方米的[光]亮度等級(jí)下的測(cè)量。該函數(shù)由本標(biāo)準(zhǔn)的表2中給定數(shù)值定義，波長(zhǎng)λ也是在標(biāo)準(zhǔn)大氣中測(cè)得。為了數(shù)值計(jì)算，函數(shù)V′(λ)的峰值波長(zhǎng)應(yīng)被精確地確定為507nm,線性內(nèi)插法只用于評(píng)估當(dāng)波長(zhǎng)介于表2所給出的波長(zhǎng)值之間時(shí)，函數(shù)V'(λ)的數(shù)值。與頻率540×1012Hz相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣中波長(zhǎng)為555.016nm。并且V(λ)和V'(A)的對(duì)應(yīng)值是：V(555.016nm)=1-(0.016×0.0001433)=0.9999977 V'(555.016nm)=0.40200-(0.016×0.0156)=0.40175 (2)理想的觀測(cè)者具有與明視覺函數(shù)V(λ)或暗視覺函數(shù)V'(A)相一致，并符合光通量定義中所涉及的加法法則的相對(duì)光譜響應(yīng)度曲線，這種觀測(cè)者叫做CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者。ClE目前尚未對(duì)介于明視覺和暗視覺范圍之間的中間區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)光譜光(視)效率函數(shù)作出定義。4.2明視覺和暗視覺的最大光[視]效能本標(biāo)準(zhǔn)所定義的函數(shù)V(A)和V′(λ)補(bǔ)充了1979年坎德拉定義，并共同構(gòu)成了物理光度學(xué)的合理體·把作用于人類視覺系統(tǒng)的寬帶輻射的輻射能量與人類視覺系統(tǒng)的生理特征相聯(lián)系。·與明視覺和暗視覺的視覺經(jīng)驗(yàn)相一致；3GB/T20151-2006/CIES光通量φ除以相應(yīng)的輻射通量φ.之商：公式中K(λ)和K′(λ)的最大值用Km和K表示，所以Km=K(555nm)并且K=K'(507nm)。公式(4)Km=683[1m·W-1]/V(555.016nm)=683.0016lm·Wl (5)K=683[lm·W-+]/V′(555.016nm)=1700.05 (6)4.3關(guān)于光度量和輻射度量的基本公式用于實(shí)現(xiàn)2.1中給出的光通量的定義的方法是基于上述公式(3)～公式(6)。這些公式中K和K由上述公式(5)和(6)定義，V(λ)和V'(λ)由本標(biāo)準(zhǔn)的表1和表2定義。對(duì)于所有光度學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，K可以取作等于6831m·W-1,K’。等于1700lm·W-!,在實(shí)際中，公式(7)和公式(8)所要求的完全校準(zhǔn)過V(à)或V'(λ)的修正探測(cè)器來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，所規(guī)定的積分由探測(cè)器本身來實(shí)現(xiàn)。對(duì)測(cè)光用的光度計(jì)的評(píng)定在CIE69:1987《照度計(jì)和亮度計(jì)特性的表示方法》中加以論述。另一方面，也可進(jìn)行光譜輻射度測(cè)量并依據(jù)光譜輻射度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算獲得所要求的積V(λ)和V'(λ)的表列值通常就足夠了。但是如果需要中間值，則可通過對(duì)表列值實(shí)施線性內(nèi)插法來獲在本標(biāo)準(zhǔn)中給出了明視覺標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者V(λ)在360nm～830nm光譜范圍內(nèi)的值(表1)以及暗視覺標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者V(λ)在380nm～780nm光譜范圍內(nèi)的值(表2)。CIE未規(guī)定在此光譜范圍之外的標(biāo)準(zhǔn)觀如果每隔1nm進(jìn)行求和計(jì)算，并且將公式(7)中上、下限設(shè)為360nm和830nm,將公式(8)中的上述公式和測(cè)量方法適用于2.2所定義的任何一個(gè)光度量。例如，[光]亮度(明視覺)可按照下述公式中L是相應(yīng)的光譜輻[射]亮度密集度。4表1用于明視覺的光譜光[視]效率函數(shù)限定值V(2)5表1(續(xù))67表1(續(xù))8表2用于暗視覺的光譜光[視]效率函數(shù)限定值V'(λ)9表2(續(xù))表2(續(xù))表2(續(xù))表2(續(xù))(資料性附錄)相關(guān)術(shù)語的詞匯表以下所列本標(biāo)準(zhǔn)正文中未進(jìn)行定義的術(shù)語均與《國(guó)際照明詞匯》[]中的定義相一致。視亮度：與表面呈現(xiàn)發(fā)光多少有關(guān)的視覺屬性。(ILV845-02-28)錐狀細(xì)胞：視網(wǎng)膜中的光感受器，含有能引起明視覺過程的感光色素。(ILV845-02-02)。參見明(光輻射)探測(cè)器：能使入射光輻射產(chǎn)生可測(cè)量的物理效應(yīng)的裝置。光：1)(被知覺的)光：視覺系統(tǒng)特有的全部知覺和感覺的普遍和基本的屬性。(ILV845-02-17)中間視覺：介于明視覺和暗視覺之間的視覺。光度量：通過標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者的方法進(jìn)行評(píng)估的物理量。見：輻射度和光度量。光度學(xué)(光度測(cè)量):按給定的光譜光[視]效率函數(shù)V(λ)或V'(λ)評(píng)價(jià)輻射量所進(jìn)行的測(cè)量。明視覺：正常人眼在適應(yīng)于幾個(gè)坎德拉每平方米以上的[光]亮度等級(jí)時(shí)的視覺。物理光度學(xué)：使用物理探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量研究的光度學(xué)。(ILV845-05-13)輻射度和光度量：從能量角度對(duì)輻射進(jìn)行評(píng)估的純物理量稱為輻射度量。對(duì)于每一個(gè)輻射度量，都存在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的光度量，光度量通過標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者的方法對(duì)輻射進(jìn)行評(píng)估獲得。這兩種物理量用柱狀細(xì)胞：視網(wǎng)膜中的光感受器，含有能引起暗視覺過程的感光色素。(ILV845-02-03)。參見暗暗視覺：正常人眼適應(yīng)于百分之幾坎德拉每平方米以下的[光]亮度水平時(shí)的視覺。(I(輻射度量的)光譜密集度：在波長(zhǎng)λ處，包含λ的波長(zhǎng)區(qū)元da內(nèi)的輻射量、光度量或光子量dX(λ)(波長(zhǎng)為λ的單色輻射的)光譜光[視]效率在特定光度條件下，引起相等強(qiáng)度光感覺的波長(zhǎng)為λ。與λ的兩輻射通量之比，λ…選在最大比值等可見輻射：任何能夠直接引起視覺的光學(xué)輻射。目視光度測(cè)量：利用人眼對(duì)兩個(gè)光刺激進(jìn)行定量比較的光度測(cè)量。(ILV845-05-11)主要采用的比較方法是：對(duì)比兩個(gè)臨近表面的視亮度，調(diào)節(jié)至對(duì)比度相等，或調(diào)節(jié)至最小閃爍。波長(zhǎng)(λ):在周期波的傳播方向上相位相同的相鄰兩點(diǎn)之間的距離。P=101325Pa)的折射率介于1.00027和1.00029之間。(ILV845-01-14)為是基本的光度量。最早的標(biāo)準(zhǔn)是燭光，然后在國(guó)際單位制[SI]中，坎德拉被保留用作光度測(cè)量的基本單位。自國(guó)際單位制建立以來，坎德拉一直作為該系統(tǒng)的基本單位。即使坎德根據(jù)單色輻射(而不是在光度學(xué)中通常遇到的寬帶輻射)對(duì)坎德拉所做出的會(huì)的光度學(xué)與輻射度學(xué)咨詢委員會(huì)的成員在重新定義該單位期間對(duì)光度學(xué)與輻射度學(xué)之間存在的藝術(shù)狀態(tài)做出的一個(gè)明智分析的結(jié)果。常數(shù)683cd·sr·W'表示1979年對(duì)明視覺的最大光[視]效能K的最佳評(píng)估，Km需要被用來將明視覺的坎德拉保持在其原先的等級(jí)，并且現(xiàn)在就是用該經(jīng)過定義的常數(shù)來鏈接物理光度學(xué)和光學(xué)輻射度學(xué)。此定義即適用于明視覺也適用于暗視覺。在符合規(guī)定540×102Hz的固定基準(zhǔn)點(diǎn)上，光[視]效能函數(shù)V(à)W-1)。當(dāng)時(shí)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到新定義會(huì)使已有的暗視覺坎德拉增大約3%,但這種微小的變化被認(rèn)為是可接人眼的光譜響應(yīng)取決于光的波長(zhǎng)。來自可見光譜的不同部分的等量的輻刺激。早期對(duì)不同以觀測(cè)者的光譜光[視]效率的測(cè)量是在1918年由Coblentz和Emerson!l的工作開始的。很快人們認(rèn)識(shí)到眼睛的響應(yīng)因觀測(cè)者的不同而存在差異。由這些差異第一個(gè)這樣定義的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)V(a)適用于[光]亮度等級(jí)在至少幾個(gè)坎德拉每平方米以上的明視覺。進(jìn)一步的研究表明人眼的光譜響應(yīng)隨物體的[光]亮度的降低而發(fā)生變化。由于暗視覺主要起作用的成分(視網(wǎng)膜的柱狀細(xì)胞)對(duì)紅光不太敏感，所以暗視覺的響應(yīng)相對(duì)于適用于明視覺(錐狀細(xì)胞)的V(λ)曲線向藍(lán)色方向移動(dòng)了大約50nm。對(duì)于[光]亮度等級(jí)在小于幾百分之一坎德拉每平方米以下的暗視覺，CIE在1951年采用了一個(gè)補(bǔ)充的標(biāo)準(zhǔn)光譜光(視)效率函數(shù)V'(à)。雖然ClE物理光度學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證并被全世界認(rèn)可的系統(tǒng)，并且不可能在近期作出改動(dòng)。但是應(yīng)注意到該系統(tǒng)是基于一種協(xié)議，而該協(xié)議僅由在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間以前進(jìn)行 眾所周知，具有相同的[光]亮度或發(fā)光強(qiáng)度但顏色不同的光源通常不會(huì)被知覺為同樣的亮具有相等[光]亮度的光源視亮度的差別取決于光源的顏色。前正在評(píng)定被提出的中間視覺的幾種不同的光度測(cè)量方法。 另一種通常稱為Judd修正，并表示為Vw(λ)的V(λ)的形式已經(jīng)被提議。這個(gè)經(jīng)修正的函數(shù)打算用來補(bǔ)充而不是代替本標(biāo)準(zhǔn)所定義的函數(shù)V(λ)。這兩個(gè)函數(shù)僅在460nm以下有所不[1]CIE17.4-1987InternationalLightingVocabulary,ILV(jointBureauInternationaldePoidsetMesures,Paris,1979,p.100.