人眼中的光 —— 光强，光通量，光照度，光亮度是什么

平时接触到一些对光描述的词汇总是一头雾水，本文对这些词汇术语进行了介绍，并从非专业的角度进行理解。

1. 客观存在

首先，光是一种电磁波，当一个物体发光时相当于向外辐射能量。其向外辐射的光能可以用焦耳(J)表示，辐射光能的功率可以用瓦特（W）来描述。

另外，光源往往以点光源的形式存在像烛光，灯泡，离我们很遥远的恒星， 它们朝着四面八方发光向外扩散。我们以发光点为圆心作半径为1的一个球，球的面积为，在球的表面取面积为1的一块圆片，这块圆片对应一个锥形空间称为1立体角(sr)，它可以帮我们描述光在不同方向上的强度。

2. 主观存在

人类对光的感知是通过眼睛来实现的，不同的光让人们感受到明与暗，红与蓝，冷与暖。这都是大脑对光的主观反应。不同的动物甚至不同的人对同一束光产生的响应可能大相径庭，而光强，流明，光照度，光亮度则是人类对光的明暗的一种主观标准化描述。客观存在是不以人的意志而转移的，而主观存在则是以当下我们人类眼睛和大脑的感受来定义的。

 1）光通量（lm 流明）：

是描述一个物体所发射出人眼所能感受到的光辐射功率，通常用来描述发光源的发光能力。

把光想象成粒子，一个物体源源不断的往外发射粒子，这些粒子碰到视网膜就会就会给人一个刺激信号(可见度)，让人们感受的光明。当一个的理想单色光源，只发射名为555nm的绿色光子，其每秒发射的总粒子的可见度(光通量)为1lm。 

为何要以555nm的绿光来表示，因为这是人眼最敏感的波段，要是发射紫外线就算100W人类也看不见，除了可能把眼睛烧糊。人类对不同波段光的响应程度称为视见函数，通过视见函数可以计算出其他波段的光产生1lm所需要的功率。通过lm来描述光源，避免了换算发光效率和光谱的麻烦，买相同流明的led等和白炽灯最终的亮度感受是差不多的，比传统用W来描述直观很多。

为何要以1/683W的功率来来表示1流明，应为这跟一根蜡烛所发出的光通量见度差不多，历史遗留问题。

2）光强(cd 坎德拉)：

  光强是用来描述发光源在某方向的发光强度(主观可见的感受)，，若点发光源是均匀向四周发光的则每个方向上的发光强度为发光源的光通量除以。1cd差不多相当于一根蜡烛对应的强度。

为什么要用立体角来表示，因为光源前进过程中总是不断扩散的，越远光照亮的面积越大，随之也会变的越暗，但是相同立体角内的光通量总数是不变的，因此立体角很适合用来描述与距离无关的光强度。

 3）光照度(lx 勒克斯)：

光照度比较好理解，就是单位面积上接受到的光通量。光源照到你的本子上，每平方米的区域接收到了多少的光粒子。

4）光亮度：

单位是，用来描述一些面光源在某方向上的发光强度，如屏幕，漫反射之类的。因为发光体有了面积，首先计算单位面积的光通量，然后再计算单位面积的发光源在某个方向上的发光强度。

3. 总结

简单理解：每个光子携带一个可见因子，不同波长的光子携带的可见因子大小是不同的。

• 光通量：发光源每秒钟发射的可见因子总数(总发射速度)。
• 光强度：发光源朝某个立体角方向发射可见因子的速度。
• 光照度：某个区域单位面积接收可见因子的速度。
• 光亮度：面光源单位面积超某方向发射可见因子的速度。

 光刺激是个冲击信号，转瞬即逝，所以需要源源不断的刺激，可以看到所有主观描述都带有一个速度的属性。

 光通量，光强度，光亮度都是描述光源的属性，光通量看的是光源的总体属性，光强，光亮度描述的是局部属性。

而光照度描述的是被照的结果。

附录：

 视见函数，黑线是白天的视见函数，绿线是黑夜的视见函数

• 光强：cd 坎德拉
• 光通量：lm 流明
• 光照度：lx 勒克斯
• 光亮度：cd/m^2

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