1、,第二讲 光与颜色的基本概念,第二讲 光与颜色的基本概念,本章主要介绍了光与颜色的基本概念：,1、基本光度单位及其应用 2、材料的光学性质3、颜 色4、光源的色温和显色性,1、基本光度单位及其应用,光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，需要借助一些物理光度量来描述光源与光环境的特征。常用的光度量有：光通量、照度、发光强度和亮度,1、基本光度单位及其应用,1.1 光通量 1.2 发光强度 1.3 照度 1.4 发光强度和照度的关系 1.5 亮度 1.6 照度和亮度的关系,1.1 光通量,由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，于是，引入光通
2、量。光通量就是人眼对光能量中的有感觉的量。,光通量符号： ，单位：流明(lm)。,计算公式：,最大光谱光视效能，明视觉时为,。,建筑光学中，常用的光通量表示一个光源发出的光能多少，是光源的一个基本参数。100W普通白炽灯发出1250 lm的光通量，40W日光色荧光灯约发出2400 lm的光通量。,例题：在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来（ ）光最明亮。,A、700nm红光; B、510nm蓝绿光; C、580nm黄光;D、555nm黄绿光.,例题：下面关于光的阐述中，（ ）是不正确的 。,D,A、光是以电磁波形式传播；B、可见光的波长范围为380780 nm；C、红外线是人眼所能感觉到的
3、；D、紫外线不是人眼所能感觉到的.,C,例题： 已知某种灯仅辐射出波长为555纳米的单色光，设其辐射通量为1瓦，则该灯对应的光谱光视效率V为 ，相应的光通量为 流明。,1,683,例题：已知钠灯发光波长为589nm，其辐射通量为10.3w，求其发光通量。,解：=589nm，（）=0.769,例题：已知500W 贡灯发出的单色光辐射通量值，试计算其光通量。,例题：已知某种灯仅辐射出波长为555纳米的单色光，设其辐射通量为10瓦，则该灯对应的光谱光视效率V为 ，相应的光通量为 流明。,1,6830,1.2 发光强度,光源向四周辐射光能量，单位立体角内的光通量叫发光强度。,均匀照射,发光强度单位：坎
4、德拉（cd ），,立体角,与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作d=ds/r2；由此可得，闭合球面的立体角都是4。,和平面角的定义类似。平面角我们定义一段弧微分dl 与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作d= dl/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2。,立体角,一个锥面所围成的空间部分称为“立体角”。,立体角是以锥的顶点为心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为 “立体弧度（sr）”。,例题：发光强度就是给定光源在给定方向的立体角元内传输的 除以该 之商。,光通量,立体角元,例题：某一光源在1sr立体角内均匀辐射出100
5、lm的光通量，试问发光强度单位是 ，并求出该立体角方向上的发光强度大小为 。,cd,100cd,1.3 照度,对于被照面而言，单位面积上的光通量叫照度，用来衡量它被照射的程度。,均匀照射,符号：E ，单位：勒克斯（lx ），,阴天中午室外照度为800020 0001x；,晴天中午在阳光下的室外照度可高达80 000120 000lx。,解：直径D=100cm=1m 球的表面积为S=4R2=D2=m2 透过乳白色玻璃球形灯罩的光通量=100lm 这圆表面上各点照度为：,【例题】在一个直径为100厘米的乳白色玻璃球形灯罩内表面上均匀落下100流明的光通量，求灯罩内表面上各点照度。,1.4 发光强度
6、和照度的关系,以一个点光源为例，寻找发光强度和照度的关系； 右图a所示，表面 距点光源O分别为 ，具有相同的立体角，光通量相同，发光强度也就相同。而表面积之比 ，它们的照度随着面积增大而减少。,表面A1、A2、A3 距点光源O分别为r、2r、3r ，具有相同的立体角，光通量相同，发光强度也就相同。而表面积之比1：4：9 ，它们的照度随着面积增大而减少。,距离平方反比定律,右图所示,左图a所示，光线垂直入射,（i为入射角）,某表面的照度E与光源在这方向的发光强度,【例题】辐射波长为555nm的单色光源，其辐射功率为10瓦，试求： A、该单色光源辐射出的光通量； B、该单色光源辐射出的发光强度（它
7、向四周均匀地发射光通量） C、距离它4米处的照度。,解：,【例题】辐射波长为555nm的单色光源，其辐射功率为10W，求离光源2m处的照度。,解：,【例题】如图所示，在距离桌面2.1米处挂一只40w白炽灯，设在045内白炽灯的发光强度均为30cd，求灯下桌面上1、2两点处的照度。【解】：1、2两点处 的照度分别为：,1.5 亮度,一个发光(或反光)物体，在视网膜上成像，视觉感觉与视网膜上的物像的照度成正比，物像的照度愈大，觉得发光(或反光)物体愈亮。,发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度就叫着亮度。,可以证明：发光(或反光)物体的亮度和发光体在视线方向的投影面积 Acos成反
8、比，与发光体朝视线方向发光强度 成正比。,发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度就叫着亮度。,由给定点处的束元dA传输的， 并包含给定立体角d内传输的光通量；,给定点处的射束包含的截面积；,是射束方向与射束截面法线之间的夹角；,是垂直射束方向上的dA的投影。,当角方向上射束截面A的发光强度相同时，均为,角方向上的亮度为：,是A在垂直射束方向的投影,1.5 亮度,亮度反映了物体表面的物理特性；而人们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与所处环境的明暗程度有关。,于是，将亮度分为两种，前者称为“物理亮度(或称亮度)”，后者称为“表现亮度(或称明亮度)”。,亮度常
9、用单位为：坎德拉每平米（cd/m2），即1平米表面上，沿法线方向（=0）发出1cd的发光强度。 另一较大亮度单位是：熙提（sb） ，它表示1cm2面积上发出1cd的亮度。,【例题】一个直径为250mm的乳白色玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1260lm的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.60，求灯罩外表面亮度？,解： 直径D=250mm=0.25m 球的表面积为S=4R2=D2=0.196m2 透过乳白色玻璃球形灯罩的光通量=12600.6=756lm 发光强度=d/d=/(4) 灯罩外表面亮度 L=/dAcos=d/(ddAcos0)=/(4D2),【例题】一个直径为400毫米的乳白玻璃球形灯罩，
10、内装一个光通量为1179流明的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.7，求灯罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射影响）。,解法一： 内表面照度：,乳白灯罩外表面亮度：,均匀扩散透射材料表面的亮度公式：,【例题】一个直径为400毫米的乳白玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1179流明的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.7，求灯罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射影响）。,解法二：,1.6 照度和亮度的关系,照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。,照度,A1为各个方向亮度都相同的发光面，A2为被照面。dA1可视为点光源。它在A2上照度为：,【例题】设有一个乳白玻璃的球形灯，灯罩的直径为4厘米，其轴向发
11、光强度为100坎德拉，求该灯的轴向亮度？,解：,1.6 照度和亮度的关系,整个发光面在 o点形成的照度是,均匀亮度是有,这就是常用的立体角投影定律，它表示某一亮度为L 的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光表面的亮度L与该发光表面在被照点上形成的立体角的投影cosi 的乘积。,【例题】在房间侧墙和屋顶上各开一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。,【解】：,侧窗：,均匀亮度是有,天窗：,【例题】房间的平面尺寸为715m2，净空高3.6m，在顶棚正中布置一个亮度为1000cd/m2
12、的均匀扩散光源（发光顶棚），其尺寸为513 m2，求房间四角处的地面照度（不计室内反射光影响）。,【例题】一房间的平面尺寸为6.6m9.6m，净空高3.6m。在顶棚正中布置一亮度为500cd/m2的均匀扩散光源，其尺寸为4.6m7.6m，求房间四角处的地面照度（不考虑室内反射光影响）。,解：,最大光谱光视效能，明视觉时为,【例题】下列光度量单位中，哪个不是亮度单位( ) Acd BAsb Csb Dlm,D,【例题】照度的单位是： ( ) A流明 B坎得拉 C勒克斯 D坎得拉每平米,C,【例题】离光源3米处的发光强度是100cd，在同一方向，离光源6m处的发光强度是( )。 A25cd B50
13、cd C.100cd D200cd,C,【例题】一个点光源直接入射到被照面所形成的照度，与光源距被照面的距离的几次方成反比( ) A一次方 B二次方 C三次方 D四次方,B,任何光源发光强度只与光线照射方向有关，与距离无关,阿熙堤亮度单位，等于1/烛光每平方公尺 Asb = 1/ cd =0.3183 cd,2、材料的光学性质,2.1 材料的反射、吸收、透射系数2.2 定向反射和透射2.3 扩散反射和透射,2.1 材料的反射、吸收、透射系数,在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象。,光通量： 分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。,反光系数、吸收系数、透光系数,常用建筑材料的光
14、反射比和光透射比见P139表7-2 表7-3,2.1 材料的反射、吸收、透射系数,材料可分为两类： 一类属于定向的，即光线经过反射和透射后分布的立体角没有改变，如镜子和透明玻璃定向反射、定向透射（规则反射和透射）； 另一类为扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体角范围内扩散反射、扩散透射。,2.2 定向反射和透射,2.2. 定向反射（规则反射）2.2. 定向透射（规则透射）,2.2. 定向反射（规则反射）,光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现定向反射现象。定向反射现象符合反射定理，即： 光线入射角等于反射角； 入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面，,2.2. 定向透
15、射（规则透视）,光线射到透明材料上产生定向透射，定向透射经材料的两个表面时符合折射定理。 入射线、折射线与分界面的法线同处于一个平面，且分居于法线的两侧； 入射角正弦和折射角正弦的比值是一个常数。即 。,2.2. 定向(规则)透射,若两个表面不平，各处厚薄不匀或将一面压花，透过材料的光线互不平行，隔着它所见到的物体形象就发生变形。人们利用这种效果，使外界形象严重歪曲，这样就不致分散室内人们的注意力。 定向反射和定向透射的光强分别为：定向反射和定向透射的亮度分别为：,2.3 扩散反射和透射,半透明材料使入射光线发生扩散透射，表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射，使光线分散在更大的立体角范围
16、内。 又可按它的扩散特性分为均匀扩散材料和定向扩散材料两种。,2.3.1 均匀扩散材料 （漫射材料）,均匀扩散反射材料（漫反射材料）有氧化镁、石膏等。但大部分无光泽、粗糙的建筑材料，如粉刷、砖墙等都可以近似地看成这一类材料。均匀扩散透射材料（漫透射材料）有乳白玻璃和半透明塑料等，透过它看不见光源形象或外界景物，只能看见材料的本色和亮度上的变化，常将它用于灯罩、发光顶棚，以降低光源的亮度。用矢量表示的亮度和发光强度分布见图210；图中实线为亮度分布，虚线为发光强度分布。,漫反射,漫透射,漫射材料表面的亮度处处相同（实线表示）,漫散材料的最大发光强度在表面的法线方向（虚线表示）,均匀扩散材料（漫射
17、材料）表面的亮度公式：,漫反射材料,漫透射材料,（照度E单位为lx）,均匀扩散材料（漫射材料）表面的亮度公式计算：,反射材料,透射材料,定向反射和定向透射（规则反射和透射）的亮度公式为：,均匀扩散材料的最大发光强度在表面的法线方向，其他方向的发光强度和法线方向的发光强度有如下关系：, 朗伯余弦定理,2.3.2 定向扩散材料 -混合反射与透射材料,某些材料同时具有定向和扩散两种性质。它在定向反射(透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。 这种材料的亮度和发光强度分布见图2-11。图中实线表示亮度分布，虚线表示发光强度分布。 这种材料如：有光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面等。,混
18、合反射,混合透射,2.3.2 定向扩散材料,常见的办公桌表面深色的油漆表面（定向扩散反射特性），容易在桌面上看到明显的照明灯反射形象，特别刺眼（教材P185 图7-18）。 若用浅色均匀扩散材料代替原有的深色油漆表面（均匀扩散特性），使反射光通量均匀分布，亮度均匀，给工作创造了良好的视觉条件。,例题：1.在照度为10lx的房间里，增加1lx的照度刚能察觉出变化；在另一个照度水平为500lx的房间里，需要增加（ ）lx的照度才能刚刚察出有照度的变化。 A、2 B、5 C、10 D、50 .,D,2.下列（ ）是亮度的单位A、Ix； B、sb； C 、asb； D、Cd；E、Cd/m2； F 、I
19、m；,BCE,3.下列材料中（ ）是漫反射材料A、镜片 B、搪瓷 C、石膏. D、乳白玻璃,C,4. 关于漫反射材料特性叙述中，（ ）是不正确的 A、受光照射时，它的发光强度最大值在表面的法线方向B、受光照射时，从各个角度看，其亮度完全相同C、受光照射时，看不见光源形象D、受光照射时，它的发光强度在各方向上相同.,D,C,5.下列材料中，（ ）是漫透射材料 A、透明平板玻璃 B、茶色平板玻璃C、乳白玻璃 D、中空透明玻璃,6.将一个灯由桌面竖直向上移动，在移动过程中，不发生变化的量是（ ） A、灯的光通量.B、灯落在桌面上的光通量C、受光照射时，看不见光源形象D、桌子表面亮,A,7.均匀扩散材
20、料的最大发光强度与材料表面法线所形成的角度为( )。 A0 B30 C60 D90,A,8.下列哪种白色饰面材料的光反射比为最大( ) A大理石 B石膏 C调合漆 D马赛克,B,9. 3mm普通玻璃的透射比约为( )。 A0.6 B0.7 C0.82 D0.9,C,10下面的材料中，哪些是均匀扩散反射材料( ) A大白粉刷 B油漆表面 C玻璃镜 D粗糙金属表面,A,11下面的材料中，哪些是均匀扩散透射材料( ) A毛玻璃 B乳白玻璃 C压花玻璃 D平玻璃,B,3、颜 色,3.1 颜色的基本特性 3.1.1 颜色形成 3.1.2 颜色的分类和属性3.1.3 颜色混合 3.2 颜色定量 3.2.1 CIE1931标准色度系统3.2.2 孟塞尔表色系统 3.3 色差,未完待续,
