光色分析温.doc

色温 在讨论彩色摄影用光问题时，摄影家经常提到“色温”的概念。色温究竟是指什么? 我们知道，通常人眼所见到的光线，是由7种色光的光谱所组成。但其中有些光线偏蓝，有些则偏红，色温就是专门用来量度和计算光线的颜色成分的方法，是19世纪末由英国物理学家洛德开尔文所创立的，他制定出了一整套色温计算法，而其具体确定的标准是基于以一黑体辐射器所发出来的波长。 开尔文认为，假定某一纯黑物体，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如，当黑体受到的热力相当于500550摄氏度时，就会变成暗红色，达到1050一1150摄氏度时，就变成黄色因而，光源的颜色成分是与该黑体所受的热力温度相对应的。只不过色温是用开尔文(。K)色温单位来表示，而不是用摄氏温度单位。打铁过程中，黑色的铁在炉温中逐渐变成红色，这便是黑体理论的最好例子。当黑体受到的热力使它能够放出光谱中的全部可见光波时，它就变成白色，通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。色温计算法就是根据以上原理，用。K来表示受热钨丝所放射出光线的色温。根据这一原理，任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”。颜色实际上是一种心理物理上的作用，所有颜色印象的产生，是由于时断时续的光谱在眼睛上的反应，所以色温只是用来表示颜色的视觉印象。 色温在摄影中的应用： 彩色胶片的设计，一般是根据能够真实地记录出某一特定色温的光源照明来进行的，分为5500。1t日光型、3400。1t强灯光型和3200。K钨丝灯型多种。因而，摄影家必须懂得采用与光源色温相同的彩色胶卷，才会得到准确的颜色再现。如果光源的色温与胶卷的色温互相不平衡，就要靠滤光镜来提升或降低光源的色温，使与胶卷的色温相匹配，才会有准确的色彩再现。 通常，两种类型的滤光镜用于平衡色温。一种是带红色的81系列滤光镜，另一种是带微蓝色的82系列滤光镜。前者在光线太蓝时(也就是在色温太高时)使用：而后者是用来对付红光，以提高色温的。82系列滤光镜使用的机会不如81系列的多。事实上，很多摄影家的经验是，尽量增加色温，而不是降低色温。用一枚淡黄滤光镜拍摄最平常的日落现象，会产生极其壮观的效果。 美国一位摄影家的经验是，用微红滤光镜可在色温高达8000。K时降低色温，而用蓝滤光镜可使日光型胶卷适用于低达4400。1t的色温条件。平时，靠使用这些滤光镜几乎可以在白天的任何时候进行拍摄，并取得自然的色调。但是，在例外的情况下，当色温超出这一范围之外时，就需要用色彩转换滤光镜，如琥珀色的85B滤光镜，可使高达19000。1t的色温适合于日光型胶卷。相反，使用灯光型胶卷配以82系列的滤光镜，可使色温下降到2800。K。 倘若需要用日光型胶片在用钨丝灯照明的条件下拍摄时，还可以用80滤光镜。如果当时不用TTL曝光表测光的话，须增加2级光圈，以弥补光线的损失。而当用灯光型胶片在日光条件下拍摄时，就需用85B滤光镜，需要增加23级光圈。 然而，目前市场上通用的滤光镜代号十分混乱，不易识别，并不是所有的制造厂商都用标准的代号和设计。因此，在众多的滤光镜中，选出一个合适的滤光镜是不容易的。为了把滤光镜分类的混乱状况系统化，使选择滤光镜的工作简化，加拿大摄影家施瓦茨介绍了国际上流行的标定光源色温的新方法。光谱中长短波长光线比例为色温。白光是复合光，可以用红、绿、蓝(R、G、B)三基色LED混合成白光。1995年前后生产的一种集成LED白光灯(或称全色LED灯)由2个高亮度蓝光LED、15个绿光LED及5个红光LED组成。 一般的， 冷白光的色温为4500-10000K，主波长为5500Knm，典型光通量为150lm。 暖白光的色温为2850-3800K，主波长为3300Knm，典型光通量为135lm 蓝光的色温为20000K，主波长为470K，典型光通量为4.97lm 光线光谱与植物光合作用的关系 光谱范围对植物生理的影响： 280 315nm 对形态与生理过程的影响极小 315 400nnm 叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长 400 520nm（蓝） 叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大 520 610nm 色素的吸收率不高 610 720nm（红） 叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响 720 1000nm 吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽 1000nm 转换成为热量照明基本知识照明基本术语1光通量()1.1定义:光源在单位时间内所发出的光之能量,称为光通量,亦称为光束()1.2单位:流明(lm)一流明=一烛光(1cd)的光源在一立体弧度角内所发出的光通量。一烛光=每小时燃烧7.776克标准烛所发出的光.一流明也可以定义为:在空气中波长为555nm,与1/683W辐射通量相等的光通量。1.3关系式=4 I(1烛光=4 流明 = 12.56 流明)(1cd = 4 lm = 12.56 lm)2光度(I)2.1定义:光源在某一方向单位立体角内所发出的光通量,称为光度(I)。2.2单位:烛光(cd)一烛光=每小时燃烧7.776克标准烛所发出的光。2.3关系式 I=d/d 为立体弧度角 各种光源之光度与光束比较 光源 光度I(cd) 光束(lm) 太阳 3x10 7 4x108 月亮 6x10 5 8x106 40W白炽灯 40 500 40W白色日光灯 250 3100 40W水银灯 100 13003照度(E)3.1定义:被照体单位面积上所受的光通量3.2单位: 勒克斯(lux)=流明/平方米 幅透(phot)=流明/平方厘米 米烛光:距离一烛光的光源一米处的点被照体表面上的照度。3.3关系式 照度=光度/距离 E=I/r r为光源到被照物表面的距离3.4公式 E=d/dA dA为被照体单位面积 当被照体倾斜,与光束成夹角时: E=dcos/dA3.5照度的矢量特性照度具有矢量特性,遵循矢量法则。照度在垂直平面上的分矢量值,称为垂直面照度。照度在水平面上的分矢量,称为水平面照度。在某点上，垂直面照度和水平面照度的合成矢量值，称为法线照度。3.6非平面照度除平面照度外,还有两种与照明质量的主观印象有关的非平面照度,它们是平均球面照度和平均柱面照度。平均球面照度:指放置在某点上的一个无限小的球体表面上的平均照度,称为该点的平均球面照度,它的量值与方向无关,有时也称之为标量照度。假设一个点光源的光强值为I,某被照点与点光源的距离为d,则该点的平均球面照度: E=I/4d平均柱面照度:指放置在某点上的一个无限小的圆柱体表面上的平均照度,称为该点的平均柱面照度,圆柱体轴线与入射光线要垂直,因此,它的量值与方向有关。假设一个点光源的光强值为I,某被照点与点光源的距离为d,入射光线与被照面的夹角为&phi,则该点的平均柱面照度为: E=Isin /d 各种光源之照度比较 光源 照度(lx) 太阳光(直射) 约10万 阴天(薄云) 3-7万 雨天 1-3万 阴暗天 1-2万 月光(月圆) 约0.2 星光 约0.0003 灯光(办公室) 500-10004亮度4.1定义: (1) 亮度(B):光源每单位面积所发出的光通量。 (2) 亮度(M):被照物体每单位面积所反射出的光通量。4.2单位:郎伯(lambert) 1郎伯=1流明/cm4.3公式 B=/S M=d/dA4.4反射系数(e)被照物体亮度与照度之比为反射系数(e)。 e=亮度M/照度E 亮度M=ex照度E5辉度(L:Luminance)5.1定义: 光源体在某一方向上,每单位透影面积上所发出的光度。5.2单位: 尼都(nit)=烛光/平方米(1nt=1cd/m) 斯迪伯(stilb)=烛光/平方里米(1nt=1cd/cm)5.3公式 L=I/S 或L=dI/dS5.4关系式 亮度(lm/m)=x辉度(cd/m) M=F/S=4 I/S=L6对比度(CONTRACT) C=(L1-L2)/L1 其中L1为背景辉度,L2为视象物辉度光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd).1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量.勒克司（lux,法定符号lx）照度单位，为距离一个光强为lcd的光源，在1米处接受的照明强度，习称：烛光.米。亦即距离该光源1米处，1平方米面积接受1lm光通量时的照度。焦耳（joule,法定符号j）能或功的基本物理单位，等于1个牛顿(N)的力作用1米距离所作的功，或消耗的能。=1071焦耳尔格=1瓦特.秒牛顿（Newton,法定符号N）：力的单位，使1千克的质量每秒加速1米秒的力。1N=105dyne(达因)瓦（特）（watt,法定符号W）：功率的单位，单位时间（1秒）所作的功等于1焦耳时的功率1W=1J/S; 1j=1W.s国际单位制(SIE单位制)的光度单位光 度 量几 何 学名称符号单位英文名光强度I坎德拉Candela(cd)光照度E勒克斯Lux(lx)光亮度L尼特Nit光通量流明Lumen(lm)与心理学关系密切的单色光单位有:1.2.光通量 光通量(luminous flus)是由光源向各个方向射出的光光强度 光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd).1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量.功率,也即每一单位时间射出的光能量,以表示,单位为流明(lumen,简称lm).3.光照度光照度(illuminance)是从光源照射到单位面积上的光通量,以E表示,照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx).4.反射系数 人们观看物体时,总是要借助于反射光,所以要经常用到反射系数的概念.反射系数(reflectance factor)是某物体表面的流明数与入射到此表面的流明数之比,以R表示.5.光亮度 光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度,以L表示,即从一个表面反射出来的光通量.不同物体对光有不同的反射系数或吸收系数.光的强度可用照在平面上的光的总量来度量,这叫入射光(inci-dentlight)或照度(illuminance).若用从平面反射到眼球中的光量来度量光的强度,这种光称为反射光(reflection light)或亮度(brightness).例如,一般白纸大约吸收入射光量的20%,反射光量为80%;黑纸只反射入射光量的3%.所以,白纸和黑纸在亮度上差异很大.亮度和照度的关系如图6-2(a)所示,最常用的照度单位是呎烛光(footcandle).1呎烛光是在距离标准烛光一英尺远的一平方英尺平面上接受的光通量.如果按公制单位,则以米为标准,照度就用米烛光(metrecandle)来表示,即1米烛光是距离标准烛光一米远的一平方米面积上的照度.1米烛光等于0.0929呎烛光.从图6-2上,我们不难理解亮度和照度之间的关系,其关系为:L=RE 公式6-1式中L为亮度,R为反射系数,E为照度.因此,当我们知道一个物体表面的反射系数及其表面的照度时,便可推算出它的亮度.亮度也有几种度量单位.亮度的单位是用一种理想化了的标准状态来定义的(如图6-2b).以一支标准蜡烛当作光源,放在一个半径为1公尺的球体的中心位置.假设这个蜡烛会均匀发散它的全部光线,则落在球体内表面一平方公尺表面积上的所有光量为1个流明(lumen).实际应用中,亮度单位用流明太小了,所以通常取其十倍的单位毫朗伯(millilambert)来表示.比毫朗伯稍大的单位是呎朗伯(footlambert),1毫朗伯等于0.929呎朗伯.英国标准的呎朗伯是用光源的烛光数,从光源到表面积的英尺数和表面的反射率来规定的.在有些国家,普遍使用的是米制单位,是以毫朗伯为基础的1毫朗伯(mL)=0.929呎朗伯(ftL)=3.183烛光/平方米(c/m2)=10阿普熙提(apostilbs).光亮度的单位还有:坎德拉/平方米(即尼特,Nit=1cd/m2)等.多年来，感光材料的感光度计算方法是以使感光材料产生一定密度值所需曝光量为计算依据的，而曝光量又是以烛光.米.秒或勒克司*秒为计量单位的。曝光量的计算公式是；H（曝光量）=E（照度）t（时间）照度与光源的发光强度（光强I）成正比：E=I（光强）D-2（D为距离）光强的单位：（旧）烛光：又名国际烛光，国际标准照明协会（CIE）早期规定的，以特定的鲸鱼油蜡烛的单位发光强度为单位，这也是烛光一词命名的由来。显然，当时主要是以光源的亮度为依据的（亮度的定义是：单位面积发光体的光强）。（新）烛光，法定名称坎德拉candela.cd,CIE（1942）定义为一平方厘米绝对黑体在金属铂的凝固温度（2045K）时发光强度的六十分之一，这个规定既确定了其亮度，又确定了其色温。新烛光=0.981旧烛光1979年，CIE又对坎德拉规定了新的标准：定义频率为5401012Hz（即波长555nm）的单色光源每单位立体角（1个