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1、1,光的性质和度量,光的特征 电磁波的一部分，光子的波动运动 可见光和良好视觉的共同作用 在带有多种光谱成分的光源中，如果某一部分占比例较大，就呈现出那个波长对应的颜色。,较短的波长为主,较长波长为主,2,什么是光？,光是以电磁波形式传播的辐射能。单一波长的光呈现一种颜色。不同波长的光在视觉上形成不同的颜色。在带有多种光谱成分的光源中，如果某一部分占比例较大，就呈现出那个波长对应的颜色。日光和灯光都是由不同波长的光混合而成的复合光，复合光中，不同波长光参数的量值关系形成了“光谱”。,3,光的电磁波理论光的电磁波理论认为光是能在空间传播的一种电磁波。,4,5,1.光通量,物理意义：说明光源发光能
2、力的基本量，能量单位。定义：辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W)。光源的辐射通量中被人眼感觉为光的能量(波长380780nm)称为光通量。单位:流明(lumen，lm)。人眼在观看同样功率的辐射时,在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光视效率V()来表示。,6,不同波长的相对光谱光视效率,光谱光视效能K()描述光能和辐射能之间关系的量，单位lm/W 明视觉：V()max 对应波长555nm(黄绿光)，光视效能是683 lm/W。暗视觉：V()max 510nm(蓝绿光)单色光的光谱光视效率波长为555nm的辐射通量与视亮度感觉相等的波长
3、为 的辐射通量的比值，V(),单色光的光谱光视效率,7,2.发光强度 I,发光强度：表示光源光通量的空间密度 定义：光源在某一方向的发光强度定义为光源在这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。单位：坎德拉(candela,cd),r,8,光通量 相同,发光强度I却不同,9,定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面被照射的程度。表达式：单位：勒克斯(lux,lx)，相当于1 lm的光通量均匀分布在1 m2的被照面上,3.照度 E,10,照度 E,性质：可叠加性。几个光源同时照射被照面时，实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和。,11,照度,12,4.亮度 L,定义：正在
4、发光(或反光)表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit,nt)、熙提(stilb,sb)1 nt=1 cd/m2，1 sb=1 cd/cm2=104 nt 主观亮度：考虑背景亮度的作用 视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！,13,亮度表达式,14,亮度和照度有何区别？照了不一定亮！,15,光源的发光强度I与被照面的照度E的关系,点光源的发光强度I与被照面照度E 的关系：线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。,16,光通量,发光强度I,照度E,亮度L,光源,光源,受照面,
5、光源、受照面,描述对象,量纲：,lm,1cd=lm/sr,1lx=lm/m2,1nt=lm/(srm2)=cd/m2,与视感密切的相关参数,评价光环境的主要参数,评估光源发光能力参数,反映灯具空间发光能力,使用场合,定义：,小结,概念图,发光量大小光源的基本参数,光量的空间分布(角密度)灯具的基本参数,意义,受照面的光线强弱(面密度)照明设计的基本参数(照明数量),视线方向的面积发光强度照明设计的参数之一(照明质量),17,光通量、发光强度、照度和亮度示意图,18,光的传播特性,光遇到介质会发生反射、透射和吸收。反射、透射光使人眼可以看见。,c,=+c,19,反光和透光材料,定向反射与透射材料
6、：入射角反射角，透射方向与入射方向一致 镜面玻璃 平板玻璃 均匀扩散反射、透射材料 粉刷涂料 乳白玻璃,20,反光和透光材料,定向扩散反射与透射材料与入射角相同的反射角方向上、与入射方向一致透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度 光滑的纸 油漆表面 磨砂玻璃,21,光问题与热问题的比较,共同点 热问题：相同条件下，投入能量越多，温度就越高 光问题：相同条件下，可见光区投入能量越多，亮度就越高 不同点 热量守恒：热源停止供热，已有的热量也不会消失；热被材料吸收了仍然存在。亮度不守恒：光源停止发光，光就没了；光被材料吸收了就不存在了，变成了热。,22,1.2 照度标准照度标准制订的依据主要考虑
7、视觉功效特性、视疲劳性、经济性。影响人的视力的因素主要有：生理因素、背景亮度、亮度对比及年龄。我国采用的照度标准为建筑照明设计标准(GB 500342004)，该标准具有以下特点：工业与民用照明标准合并，标准值唯一，不再分高、中、低等级。标准值的制定参考了国际标准而有较大提高。与90版、92版规范相同，照度值为工作面上的平均照度值，需要考虑维护系数。一般情况下，工作面的参考高度仍为0.75 m。照度值计算的允许偏差控制在-10%+10%。灯具数量在10只以下时，可允许超过此范围。增设了医院、学校、博物馆、展览馆的照度标准。,23,24,25,26,1。眼睛,人眼的视觉特征,瞳孔：光圈作用,感光
8、细胞：亮度高于3 nt(cd/m2)时（明视觉）主要由锥状细胞发挥作用辨色作用；在亮度低于0.01 nt时（暗视觉）主要由杆状细胞发挥作用，但不能分辨颜色感光作用,锥状细胞,杆状细胞,色盲锥体细胞功能性损坏,水晶体：透镜作用(有自动聚焦功能)视网膜：胶卷作用,原像,镜像,视觉功能的完成,27,2。亮度阈限,里科定律：亮度面积常数 目标越小要求越高邦森一罗斯科定律：亮度时间常数 呈现时间越短要求越高视觉阈亮度：下限：亮度阈限10-6 nt；上限：10 6 nt,视觉阈,28,3。韦勃定律,描述：刚能察觉的刺激变化 I 与刺激水平 I 的比值是常数：推论：人的视觉能力与其所处的环境亮度（背景亮度）
9、密切相关,客观物理量,主观心理量,29,4。视野,中心视野：11.5(偏离视野中心30)物体在中心凹成像(锥杆细胞集中处)，清晰度最高，可辨色辨细部单眼视野：水平：180；上60，下70,双眼视野：水平：120；垂直：与单眼相同,最高敏锐度,30,亮度对比对比敏感度,亮度对比对人眼看物体的清晰程度的影响,阈限对比，随条件变化,5。对比敏感度,31,6。视觉敏锐度和视觉速度,视力/视觉敏锐度：辨认目标或细节的敏锐程度,视角定义,视觉速度：物体出现到形成视知觉所需时间的倒数1/t。,1001000lx：E 1/t,运动物体的识别需有足够的照度,邦森-罗斯科定律：亮度时间=常数,识别时间和背景亮度间
10、的关系,背景亮度/asb,1000lx：E1/t上升不大,l=5m,d=1.46mm=1:视力正常,32,1.3 颜色的特性、眩光1.3.1 颜色的形成发光体发出的光所产生的颜色，称为光源色，它取决于光的波长成分。如果发光体发出的是单色光，那么它的光色将完全取决于单色光的波长；如果波长不同，则单色光的颜色也不同。当发光体发出的是复合光，那么它的光色将取决于它的光谱能量分布。,33,1.3.2 颜色的基本性质颜色可分为彩色和非彩色(非彩色是指黑色、白色和介于二者之间的深浅不同的灰色，称黑白系列或无色系列)。根据光的波长也可依次排成一个系列，称为彩色系列。颜色有3个基本属性：色调H、明度V、彩度C
11、。人们用色调来表明颜色的不同，通常把各种光谱色归纳成有限种色调。明度是指颜色的明暗程度。彩度是指颜色的深浅程度。,34,1.3.3 颜色的表示1)孟塞尔表色系统(1)色调H(2)明度V(3)彩度C2)CIE表色系统CIE表色系统是国际电工照明委员会采用的表色系统，其原理是任何一种颜色都可以由三原色(指红(R)、绿(G)、蓝(B)按不同比例混合而成。,35,颜色的基本概念,1。颜色的特性,颜色的形成：,不同波长组成的光在视觉上反映出不同的颜色,白色光是由各种波长光辐射均匀分布所致 物体颜色是由于照射到物体表面后，因表面对不同波长的吸收率不同所致，物体吸收率较差的波长（即反射率较高）所对应的颜色便
12、是物体呈现的颜色,36,色调H(色别、色的相貌)：各彩色彼此区分的视感觉的特性，它取决于光的波长。,颜色的三属性：,如：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,37,明度V(明暗程度)：相对明暗的视感觉的特性，它是物体反射比大小的度量，反射比大的物体明度则高。明度主要决定于物体反射率的高低。无彩色则仅此属性,黄色调的明度最高，紫色调的明度最低,38,彩度C(深浅程度，饱和度)：色彩的纯洁度（即色彩的饱和度，或鲜艳度），混合色成分越多，其彩度就越低。主要反映波长范围的大小。,39,2。颜色定量,孟塞尔表色系,红旗：5R5/10,彩度C：径向分布020分级(最大级按颜色有所不同)色调H：圆周分布10种5种主色
13、调5中间色明度V：轴向分布011个等级(0级:完全吸收=0)颜色的书写形式：HVC=色调 明度/彩度,40,孟赛尔表色系(镜像),41,3)光源的颜色光源的颜色取决于光源的光谱能量分布，即不同频率(波长)能量的组合。它主要包含色表和显色性2方面含义。(1)光源的色表 光源的色表系指光源的表观颜色，是人眼观看到光源所发出的光的颜色。在照明应用方面，光源的色表可用色温或相关色温来表示。(2)光源的显色性 光源所发出的光照射到物体上，对物体颜色显示的真实程度，称为光源的显色性。在电气照明技术中，光源的显色性一般以Ra来表示。,42,光源的颜色,光源的色温,定义：标准黑体加热升温时颜色由红浅红橙黄白蓝
14、白蓝变色时的温度作为光源的色温。,热辐射光源：最接近标准黑体非热辐射光源：可采用相关色温表示,43,光源的色表与显色性 取决于光谱能量分布,光源的色表即人眼观看光源所发出光的颜色（灯光的表观颜色）常用色温Tc（K）来描述光源的色表 光源的显色性即光源照射到物体所显示出来的颜色，同它标准光源（参照光源）颜色相比的符合程度在数量上用显色指数Ra（）来定量,44,光源的色表与色温,光源的色表类别与用途,常见光源的色温 蜡烛：2000 K白炽灯：3000 K荧光灯：5000 K,45,光源的显色性与显色指数,光源显色性（还原性，不失真性）的优劣用显色指标（心理物理的色符合程度）来评定若将标准光源的显色
15、指数（日光）定为100，其他光源的显色指数低压100,物体的颜色是物体对所照射的光源光谱（光谱能量分布）有选择地吸收、反射和透射的结果。反射（或透射）得最强的波长的光，即为该物体的色彩。光源的显色性是电光源发出的光照射在物体上，对物体呈现的颜色的真实程度,46,颜色对视觉的影响,颜色量不仅是一个物理量，还是一个心理量。直接看到的光源的颜色称为表观色，光投射到物体上，物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透射对人眼所产生的颜色感觉称物体色，物体色由物体表面的光谱反射率或透射率和光源的光谱组成共同决定。,47,颜色产生的心理效果,情绪感觉 积极色：暖色调高亮度 消极色：冷色调低照度 温度感觉：红热蓝冷
16、，主观温差效果可达34 大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重,48,1.3.4 眩光视觉内存在强烈亮度 对比或过高的亮度,引 起人眼产生不舒适的 感觉或视力下降，这 种现象称为眩光。根据眩光对视觉的影响程度，可分为失能眩光和不舒适眩光。失能眩光系指光线过强造成对人眼的伤害，且不易恢复，能造成视觉可见度下降，直接影响视觉功能，也称为减视眩光，严重时将造成失明。,图1.3 眩光与视线角度的关系,49,眩光,当视野内出现高亮度的光时,使眼睛不能完全发挥机能，这种现象成为眩光。在眩光下，瞳孔会缩小，以提高视野的适应亮度，也就降低了眼睛的视觉敏感度。失能（视力降低）眩光：如白天眼睛正视太
17、阳，太阳光直射工作面、夜间眼睛正视迎面而来的汽车灯光。不舒适眩光：一个很大的高亮度光源在接近视线的高度上，虽不会降低视力，但会引起视觉上的不舒适。如看阳光下的积雪等。,50,眩光产生的原因,不恰当的自然采光口，不合理的光亮度，不恰当的强光方向，都会在室内造成眩光现象 可能产生眩光的地方 玻璃办公桌面 局部照明的展板 不恰当的工作面照明 黄种人眼睛的黑色素较白种人的多，对眩光的忍受力比白种人强。白种人比黄种人的耐暗程度强。,51,产生眩光的主要因素 1）周围暗，此时眼睛能适应的亮度很低;2）光源的亮度高;3）光源靠近视线;4）光源的表观面积和数量。产生眩光的种类可分为 直射眩光、反射眩光，光幕眩光。眩光对视力影响的程度可分为失能眩光、不舒适眩光,52,53,光污染室外眩光,玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附件建筑的室内光环境。朝东的房间下午出现“西晒”？,
