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张新房的博客 - 新型智慧城市

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光照度(Lx)和光强度(支光)  

2007-11-26 20:56:05|  分类: 视频监控系统 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1967年法国第十三届国际计量大会规定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位,为统一工程技术中使用的光学度量单位有重要意义。

1. 烛光、国际烛光、坎德拉(candela)的定义

在每平方米101325牛顿的标准大气压下,面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”(即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体),在纯铂(Pt)凝固温度(约2042K获1769℃)时,沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。并且,烛光、国际烛光、坎德拉 三个概念是有区别的,不宜等同。从数量上看,60 坎德拉等于58.8国际烛光,亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。

2. 发光强度与光亮度

发光强度简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时,则光强为I=F/Ω,Ω为立体角,单位为球面度(sr),F为光通量,单位是流明,对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的,指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比,单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面,尽管各个方向的光强和光通量不同,但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面,所以从各个方向上观看图像,都有相同的亮度感。

发光强度(Luminous intensity, Candlepower):发光强度简称光度,系指从光源一个立体角(单位为sr)所放射出来的光通量,也就是光源或照明灯具所发出的光通量在空间选定方向上分布密度,单位为烛光(Candle or Candela, cd)。发光强度为1cd的光源可放射出12.57lm的光通量。 照度 照度(luminance):受照平面上接受光通量的密度,可用每一单位面积的光通量来测量。1lm的光通量均匀分布在1平方公尺(m2)的表面,即产生1勒克斯(Lux,  环保技术> 照度计)的照度;1lm的光通量落在1平方英尺(ft2)的表面,其照度值为1尺烛光(Footcandle, fc)。

辉度或亮度(luminance, Brightness):当人眼目视某物所看到的,可以两种方式表达:一用于较高发光值者如光源或灯具,直接以其发光强度来表示;另一则用于本身不发光只反射光线者如:室内表面或一般物体,以亮度表示。亮度即被照物每单位面积在某一方向上所发出或反射的发光强度,用以显示被照物的明暗差异,公制单位为烛光/平方公尺(Candela/m2, cd/m2)或尼特(nit),英制单位为英尺朗伯(Footlambert, fl)。

3. 光通量与流明

光源所发出的光能是向所有方向辐射的,对于在单位时间里通过某一面积的光能,称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同,眼睛对各色光的敏感度也有所不同,即使各色光的辐射能通量相等,在视觉上并不能产生相同的明亮程度,在各色光中,黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准,令它的光通量等于辐射能通量,则对其它色光来说,激起明亮感觉的本领比绿色光为小,光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明,是英文lumen的音译,简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下,从5.305*10³cm²面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系,发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角(1球面度)内发出的光通量为1六名。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。

光通量(Luminous flux):即一光源所放射出光能量的速率或光的流动速率(Flow arte),为说明光源发光的能力的基本量,单位为流明(Lumen)。例如一个100瓦(W)的灯泡可产生1,750lm,而一支40W冷白日光灯管则可产生3,150lm的光通量。根据定义,1lm为发光强度(l)1cd的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。

光通量:符号 Φ,单位 流明 Lm, 说明 发光体每秒种所发出的光量之总和,即光通量 光强:符号 I,单位 坎德拉 cd,说明 发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量 照度:符号 E,单位 勒克斯 Lm/m2,说明 发光体照射在被照物体单位面积上的光通量 亮度:符号 L,单位 尼脱 cd/m2,说明 发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量 光效:单位 每瓦流明 Lm/w,说明 电光源将电能转化为光的能力,以发出的光通量除以耗电量来表示。

4. 光照度与勒克斯

光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯,是英文lux的音译,也可写为lx。被光均匀照射的物体,在1平方米面积上得到的光通量是1流明时,它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源,常在光源上附加一个反射装置,使得某些方向能够得到比较多的光通量,以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。

流明是"光学亮度"的科学术语,是指一个物体的视觉亮度。 在外行人的术语中,它通常指的是"亮度"。 亮度是用每平方米的烛光亮度(Cd/m2)或nits来表示,即蜡烛一烛光在一公尺以外的所显现出的亮度。 在美国,英制单位Foot-lamberts(fL)也经常被使用。 要将fL转换为nits,就是把fL的数字乘以3.426(即1fL=3.426 nits)。

(1)光通量(φ) 光源在单位时间内,向周围空间辐射出使人眼产生感觉的能量,称为光通量。用符号φ表示,实用单位为流明 (lm),简称流。单位电功率所发出的流明数(lm/w),称为发光效率。

(2)发光强度(I) 光源在某一特定方向上单位立体角(球面度sr)内辐射的光通量,称为光源在该方向上的发光强度,简称光强,用符号I表示,单位为坎德拉(cd),简称坎。

坎得拉是国际单位制的基本单位(旧称“烛光”,俗称“支光”)。1(cd)=1(lm)/1(sr)。

1勒克斯相当于1平方米被照面上接收到的光通量为1流明时的照度。

自然光的照度在不同光线情况下为:

晴天阳光直射地面照度约为100000lx

晴天背阴处照度约为10000lx

晴天室内北窗附近照度约为2000lx

晴天室内中央照度约为200lx

晴天室内角落照度约为20lx

阴天室外50—500lx

阴天室内5—50lx

月光(满月)250lx

日光灯5000lx

电视机荧光屏100lx

阅读书刊时所需的照度50~60lx

在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx

晴朗月夜照度约为0.2lx

黑夜0.001lx

1)当光源照射在一个物体上时,我们可以测出哪是光源发射的(Lumvnance D亮度)或哪是物体反射的(Illuminance D照度)。

(2)照度取决于物体的反射特性。它非常类似于照片,它测量的仅仅是反射光。它通用的单位是勒克斯。

(3)然而,EL灯是一个光源:它应当用亮度单位来表示,也就是fL(英尺朗伯)或cd/m2,也称为“nits”。有些工程师更倾向于用fL,而国际标准组织常用nits。nits与fL转换的公式为:1 nits×0.2919=1 fL;和1 fL×3.426=1 nits[注;这些因数由pi(π)和m2/ft2(0.0929)导出。

(4)很明显,用勒克斯是一个不正确的单位,从勒克斯也不能转换成其它单位。 1 Lux = 1 lumen per square meter = 0.0929 footcandle 1 footcandle= 1lumen per square foot = 10.764 Lux 1 foot Lambert= 3.426 candelas per square meter ( nit) 1 nit ( candelas per square meter) = 0.2919 foot Lambert

反射率(Reflectance orreflection factor)

某表面的亮度取决于落于其上的光量与该表面所能反射光线的能力;其所能反射的光的多寡与分布形式则取决于该材料表面的性质,以反射光与入射光的比值来表示,称为该材料表面的反射比或反射率(%)。完美的黑色表面的反射比为0,亦即无论多少光落于其上皆无亮度产生而全被吸收;反之,完美白色表面的反射比为1(反射率100%,吸收率0%)。反射比的测量,首先,将照度计置于物体表面读出其表面照度值Ei(Incident light),再将照度值置于其上5-8cm(感光部分朝该表面且确定无阴影遮挡),即可测出其所反射的照度值Er(Reflected light),表面照度除反射照度所得之商即为该材料表面的反射比  

编辑整理:张新房 www.zhangxinfang.com

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