4、光度学与辐射物质相互作用基础

光度学与辐射物质相互作用基础

1. 光度学基础概念

1.1 光度学概述

光度学主要研究辐射量与人类眼睛亮度感知之间的关系。历史上，肉眼是最早用于测量光的工具，视觉感知在照明系统设计以及计算光源和被照表面的表观亮度方面仍具有重要意义。与辐射度学研究所有波长的电磁辐射不同，光度学仅关注电磁光谱中的可见光部分，人类眼睛对380 - 780 nm的辐射敏感，这部分辐射被称为“光”。

1.2 人眼的光谱响应

光线通过眼睛的视网膜前光学系统后刺激视网膜，从而被人眼感知。视网膜有两种不同类型的受体：视杆细胞和视锥细胞。在高辐照度下，视锥细胞用于检测光线并产生颜色感觉（明视觉）；视杆细胞主要用于低光照水平下的夜间视觉（暗视觉）。这两种受体对不同波长的光具有不同的敏感度。

“标准”适应光的眼睛的响应由归一化的明视觉光谱发光效率函数V(λ)定义，它体现了眼睛响应随波长的变化以及每个波长在引起亮度感觉方面的有效性。相应地，暗视觉发光效率函数V ′(λ)定义了适应暗环境的人眼的光谱响应。这两条曲线分别于1924年和1951年被国际照明委员会（CIE）正式采纳为标准。

由于人眼对辐射的响应取决于多种生理参数，不同人的响应会有所差异，因此光谱发光效率函数仅对应于平均归一化的观察者。此外，在中等光照水平下，明视觉和暗视觉都会参与，这个范围被称为中间视觉。

1.3 光度学量的定义

为了将辐射量转换为相应的光度学量，需要光谱发光效率函数的绝对值而非相对函数。明视觉和暗视觉的相对光谱发光效率函数被归一化为其峰值，这些值构成了定量转换因子。目前（自1980年起），明视觉在555 nm处的转换因子为683 l