辐射度光度色度第七章(辐射测量系统的性能)

1、辐射度、光度与色度辐射度、光度与色度及其测量及其测量第第 7 7 章章 (2(2h+)h+)光辐射测量系统的性能光辐射测量系统的性能及其测量及其测量 （标定）内内 容容 提提 要要7.1 7.1 测量系统的测量系统的响应度响应度 7.2 7.2 测量系统的测量系统的光谱响应光谱响应7.3 7.3 测量系统的测量系统的视场响应视场响应 7.4 7.4 测量系统的测量系统的线性响应线性响应 概概 述述光辐射光辐射( (辐射通量辐射通量 、辐亮度、辐亮度L L、辐照度辐照度E)E)测量系测量系统性能的测量称作仪器的标定统性能的测量称作仪器的标定 概概 述述什么是理想的光辐射测量系统？什么是理想的光辐

2、射测量系统？ 在所测量的光谱范围在所测量的光谱范围 1 1, , 2 2 内，系统具有内，系统具有均匀的均匀的光谱响应光谱响应，在响应光谱范围以外的光谱响应等于零，在响应光谱范围以外的光谱响应等于零，即测量系统具有理想的光谱带宽响应。即测量系统具有理想的光谱带宽响应。 在所要求测量动态范围内，系统具有在所要求测量动态范围内，系统具有线性响应线性响应，即，即输出信号和待测辐射度量之间成正比关系。输出信号和待测辐射度量之间成正比关系。 光学系统没有光学系统没有渐晕和像差渐晕和像差。在测量视场内，各视场。在测量视场内，各视场角能接收等量的光辐射能，而在测量视场外，射入系角能接收等量的光辐射能，而在测

3、量视场外，射入系统的杂散光不能到达探测器表面，即系统具有理想的统的杂散光不能到达探测器表面，即系统具有理想的视场响应。视场响应。 测量系统的响应不受入射光测量系统的响应不受入射光偏振程度偏振程度的影响。的影响。7.1 7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度本节要点本节要点（1）什么是辐射通量响应度）什么是辐射通量响应度、辐亮度响应度、辐照度响应度、辐亮度响应度、辐照度响应度、写出定义式，说明各符号的意义。写出定义式，说明各符号的意义。（2）响应度标定的两个基本原则）响应度标定的两个基本原则：辐照度辐照度(或辐射通量或辐射通量)响应度标定响应度标定(小光源小光源法法)；辐亮度辐亮度响应度标定响

4、应度标定(面光源面光源法法) ；7.1 7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度辐射通量响应度：辐射通量响应度：R R = V/= V/ 辐亮度响应度：辐亮度响应度： R RL L = V/= V/L L辐照度响应度：辐照度响应度： R RE E = V/= V/E EV V 是测量系统输出电压是测量系统输出电压( (或或电流电流) )； 、L L、E E 分别是测量系统分别是测量系统入瞳入瞳( (pupil)pupil)处处的辐射通量、辐亮度和辐照度的辐射通量、辐亮度和辐照度 7.1 7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度响应度基本标定原则响应度基本标定原则(1)(1)如果光源如果光源不能

5、充满仪器视场不能充满仪器视场，可以，可以用用辐照度辐照度( (或辐射通量或辐射通量) )响应度标定响应度标定如果光源不能充满仪器视场，则由辐如果光源不能充满仪器视场，则由辐射计输出电压信号就不能正确地反映射计输出电压信号就不能正确地反映仪器的辐亮度响应仪器的辐亮度响应如果标定光源距仪器足够远，则在仪如果标定光源距仪器足够远，则在仪器入瞳处的辐照度是器入瞳处的辐照度是均匀的均匀的辐照度值可由标定光源的辐亮度、尺辐照度值可由标定光源的辐亮度、尺寸、仪器入瞳尺寸及光源到仪器的距寸、仪器入瞳尺寸及光源到仪器的距离确定，或者更通常用已知标定光源离确定，或者更通常用已知标定光源的辐强度和光源到仪器的距离来

6、求得的辐强度和光源到仪器的距离来求得 当标定光源尺寸变化时，进入仪器视当标定光源尺寸变化时，进入仪器视场的场的辐射通量辐射通量或仪器或仪器入瞳处的辐照度入瞳处的辐照度也按也按比例地变比例地变化，仪器输出电压信号化，仪器输出电压信号随之变化随之变化 注意物象共轭关系注意物象共轭关系R RE E = V/= V/E E 保持不变保持不变7.1 7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度响应度基本标定原则响应度基本标定原则(2)(2)如果光源充满仪器视场可以用如果光源充满仪器视场可以用辐亮辐亮度度响应度标定响应度标定光源尺寸的增加不会对仪器输出信号光源尺寸的增加不会对仪器输出信号有贡献有贡献( (不考

7、虑杂散光的影响不考虑杂散光的影响) )，仪器，仪器测量的是在其响应视场内光源的平均测量的是在其响应视场内光源的平均辐亮度。因此，用辐亮度响应能够正辐亮度。因此，用辐亮度响应能够正确地建立标定光源在仪器视场内平均确地建立标定光源在仪器视场内平均辐亮度和输出电压信号之间的关系辐亮度和输出电压信号之间的关系 而用辐照度响应则是没有意义的，因而用辐照度响应则是没有意义的，因为标定光源尺寸增大，虽然仪器入瞳为标定光源尺寸增大，虽然仪器入瞳处的辐照度值将增加，处的辐照度值将增加，但探测器上物但探测器上物像尺寸的增加并不能使探测器输出信像尺寸的增加并不能使探测器输出信号增加号增加 R RL L = V/=

8、V/L L 保持不变保持不变第第7章章7.1 7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度在光源可正好充满仪器视场的标定条件下的响应度关系响应度关系7.1.1 远距离小光源法 用辐照度用辐照度( (或辐射通量或辐射通量) )响应度标定响应度标定需要已知光源亮度、介质透过率需要已知光源亮度、介质透过率7.1.1 远距离小光源法采用准直系统采用准直系统为消除背景光对标定的影响，为消除背景光对标定的影响，可调制标定光源的光输出信号可调制标定光源的光输出信号 需要已知光源强度需要已知光源强度7.1.2 远距离面光源法远距离面光源法需要已知光源亮度、介质透过率需要已知光源亮度、介质透过率亮度守恒亮度守恒7.

9、1.3 近距离面光源法近距离面光源法同远距离面光源法类似。由于待标同远距离面光源法类似。由于待标定仪器距面光源较近，面光源可较定仪器距面光源较近，面光源可较小，且小，且 ( ( ) ) 1 1，故应用得较多。，故应用得较多。 7.1.4 近距离小光源法（琼斯法）近距离小光源法（琼斯法） 标定光源放在待标定仪器入瞳附近，而标定光源的标定光源放在待标定仪器入瞳附近，而标定光源的尺寸要比仪器入瞳口径小得多尺寸要比仪器入瞳口径小得多 7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 1.1.测量光辐射度量的仪器要求在所测量的谱段内有测量光辐射度量的仪器要求在所测量的谱段内有近似平坦近似平坦的光的光谱响应谱

10、响应. .2.测量系统的光谱响应是系统中光学和色散元件的光谱透射、反射测量系统的光谱响应是系统中光学和色散元件的光谱透射、反射、色散特性和探测器光谱响应的乘积，、色散特性和探测器光谱响应的乘积，很难很难使系统的光谱响应接使系统的光谱响应接近理想响应近理想响应 3.3.具有具有1/21/2峰值响应所对应波长所包容的范围定义为系统峰值响应所对应波长所包容的范围定义为系统响应谱段响应谱段4.4.工作谱段以外的响应称为工作谱段以外的响应称为光谱泄漏光谱泄漏 .7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 用等效理想矩形带宽用等效理想矩形带宽代替系统实际光谱响应称为带代替系统实际光谱响应称为带宽规一化法

11、宽规一化法 等效理想响应等效理想响应矩形带宽矩形带宽的确定的确定 7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 严重的视场外响应会给测量系统带来很大的误差严重的视场外响应会给测量系统带来很大的误差. . 实际测量系统对视场外进入的光能总会在不同程度上散实际测量系统对视场外进入的光能总会在不同程度上散射到探测器表面，使系统有一定的视场外响应。一个原因是射到探测器表面，使系统有一定的视场外响应。一个原因是测量系统本身没有明显的视场大小，另一个原因是系统不可测量系统本身没有明显的视场大小，另一个原因是系统不可能把杂散光完全阻挡掉。能把杂散光完全阻挡掉。 7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 7.3 测量系统的