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1、红外技术第1页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二作业： 1. 各向同性的点辐射体，其辐射强度为4W/sr，求它在整个空间的辐射通量。 2. 一点辐射体载上半空间发出的辐射通量位62.8W，求该辐射体在上半空间的平均辐射强度。 3. 房间的面积为4.58m3.66m，由100cd电灯照明。电灯悬于天花板中央，离地2.44m，设灯在各个方向的发光强度均相同。求地面上不同位置的照度：1）灯的下方； 2）房间的一角。 4. 阳光垂直照射地面时，照度为104lx。若认为太阳是朗伯辐射体，并忽略大气衰减，已知地球轨道半径为1.5108km，太阳直径为1.4106km，求太阳的光亮度和辐

2、射亮度。（设Km=683 lm/W）。第二章 光度学与辐射度学基础第2页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二复习练习： 1.解释概念：红外辐射，点辐射源，扩展源，漫辐射，2.坎德拉是如何定义的？3.光源确定后，如何使受辐射面积上获得最大照度？根据什么定律？4.几个光源同时照在某一点时，该点处的照度如何表示？5.光亮度与辐射亮度是否相等？光照度与辐射照度呢？6.阳光垂直照射地面时，照度为104lx。若认为太阳是朗伯辐射体，并忽略大气衰减，已知地球轨道半径为1.5108km，太阳直径为1.4106km，求太阳的总光通量和光出射度。第二章 光度学与辐射度学基础第3页，共34页，20

3、22年，5月20日，9点46分，星期二2.1 引言光度学：包含人眼的光学特性，只限于可见光辐射度学：不涉及人眼的光学特性，规律适用于从紫外到 红外波段第二章 光度学与辐射度学基础辐射度学用辐射量，光度学用光度量辐射度学与光度学区别：前者是纯物理量，后者是通过对 人眼进行测试和统计得出注意：辐射量和光度量的名称基本一致电磁辐射的三个特性：传播的直线性，波动性和量子性研究过程的两个假设：辐射按直线传播；辐射能不相干第4页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二2.2 描述辐射场的基本物理量：立体角 辐射能 辐射通量 辐射强度 辐射出射度 辐射亮度 辐射照度 第二章 光度学与辐射度学基

4、础一.立体角 整个空间所对应的立体角计算公式 球冠所对应的立体角球台侧面积所对应的立体角 BADo 第5页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二二.辐射量 第二章 光度学与辐射度学基础辐射能Q 辐射通量 辐射强度I相关概念：点源，扩展源，面源 物理意义 定义 辐射出射度M nAA定义 物理意义 辐射亮度L AA2n第6页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础辐射照度E 定义 物理意义 AA归纳辐射通量的几种计算方法：已知辐射强度求辐射通量 已知辐射出射度求辐射通量 已知辐射亮度求辐射通量 已知辐射照度求辐射通量 第7页，共34页，20

5、22年，5月20日，9点46分，星期二2.3光谱辐射量 与 光子辐射量第二章 光度学与辐射度学基础光谱辐射通量光谱辐射强度光谱辐射出射度光谱辐射亮度光谱辐射照度光子辐射通量光子辐射强度光子辐射出射度光子辐 射亮度光子辐射照度第8页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础2.4 光度量一、联系辐射量与光学量之间的量光谱光视效率（视见函数） 光视效能光谱光视效能最大光谱光视效能 Km = 683 lm/w 光视效率V()V()0.80.60.40.26007005004001.0图2-8 人眼的光谱光视效率曲线光视效率与光谱光视效率的关系 暗适应 亮适应

6、明视觉 暗视觉 第9页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础二、光度量:光通量 发光强度 光出射度 光亮度 光照度光照度光通量发光强度光出射度光亮度“坎德拉” 定义： 频率为5401012Hz的单色辐射光源 在给定方向上其辐射强度为（1/683）W/sr时所产生的发光强度为1“坎德拉”。 由发光强度的单位导出光度学的其他单位光通量单位：1“流明”=1“坎德拉”1“球面度” 照度单位：1勒克斯 = 1“流明” /1平方米对线光谱第10页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础光照度单位换算表 。（P18表2-3

7、） 光照度单位英尺烛光（fed）勒克斯（lx）辐透（ph）毫辐透（mph）流明/单位面积1英尺烛光（fed）11.076101.08010-31.0761lm/ ft21勒克斯（lx）9.29010-2110-410-11lm/ m 21辐透（ph）9.29010210411031lm/ cm 21毫辐透（mph）9.29010-11010-31103 lm/ cm 2第11页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础常见物体的照度。（P18表2-4） 夜空在地面产生的照度310-4满月在天顶时产生的照度0.2辨认方向所需的照度1晴朗夏天室内的照度100

8、-500太阳直射的照度10 000第12页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础光度学和辐射度学基本物理量一览表。（P19表2-5） 辐射量光谱辐射量光子辐射量光度量通量强度亮度出射度照度第13页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础例1：如图，在桌面OB上方有一盏100W 的钨丝充气灯泡P，其发光效率为15lm/ W，光源在各方向均匀发光，灯泡可在垂直桌面方向上下移动，问灯泡离桌面多高时，B点（OB=1m）处的光照度最大？该光照度等于多大？1mroxPBn解：光源的光通量为： V =P=15100 = 1

9、500lm，由于灯泡在各方向均匀发光，看成点光源，则=4 第14页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础令OPx ，则 1mroxPBn所以 第15页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二2.5 朗伯余弦定律和漫辐射源的辐射特性 第二章 光度学与辐射度学基础一、漫辐射源漫辐射指辐射亮度与方向无关的辐射。 镜面反射（很光或镀得很好 反射镜 反射光线方向性很好 观察耀眼） 漫反射（反射体表面粗糙 反射光线无方向性 各方向观察感觉无差别） 朗伯余弦定律 理想漫反射源单位表面积向空间指定方向单位立体角内发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表

10、面法线夹角的余弦成正比 。或各个方向上辐射亮度相等的发射表面，其辐射强度按余弦规律变化 第16页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二二、漫辐射源（朗伯辐射源）的辐射特性：第二章 光度学与辐射度学基础朗伯辐射源各方向的辐射亮度相等朗伯辐射源的辐射亮度与辐射出射度关系 朗伯辐射源的辐射亮度与辐射强度关系 朗伯辐射源的辐射强度与辐射通量关系 朗伯辐射源的辐射亮度与辐射照度关系 I0I第17页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二2.6 辐射量的基本规律及计算 第二章 光度学与辐射度学基础一、距离平方反比定律点辐射源在某点产生的照度的规律 dAndId点辐射源产生的辐

11、射强度P例1：在一平面A上4米高处有一发光强度为100cd的各向同性的点光源C，求C在面A上的P点和o点产生的照度，OcP =60o604mIACPn据距离平方反比定律，对o点： 对P点： 例2：（P.21） 第18页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础例2：测量得白炽灯在1米处产生的照度为10lm/m2，求其在0.5米处产生的照度是多少？（见图2-13） 解：把白炽灯看成点光源，据距离平方反比定律，有第19页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础例3：满月能在地面产生0.2 lx的照度。而月亮到地球的距

12、离是3.78105km，计算月亮的发光强度。 解：据距离平方反比定律第20页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二二、立体角投影定律微小面辐射源在某点产生的照度的规律。 第二章 光度学与辐射度学基础nAss立体角投影定律nlA特例：当 0三、组合定律多个辐射源照射同一点，产生的照度的规律E1E2E3E=E1+E2+E3组合定律原理图四、塔尔伯特（Talbot）定律辐射通过红外系统的调制盘前后，某辐射量的变化关系 式中，t总总的时间；t辐射量通过调制盘开口的时间；X0辐射通过调制盘前的辐射量；X 辐射通过调制盘后的辐射量；第21页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星

13、期二调制盘的知识调制盘的功能和特点：用作斩光器，将连续辐射变成交变辐射；用作空间滤波器，把被测目标从背景中识别出来。用作对目标方位进行编码的编码器，提供目标方位信息。即具备调制、编码和空间滤波三种功能。高的调制效率；精确地对目标位置进行编码；最佳的空间滤波性能；并能与红外器件、电子部件的最佳工作频率相配合。 第二章 光度学与辐射度学基础第22页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二几种典型调制盘 第二章 光度学与辐射度学基础平移条带状调制盘X22X1r(X1，X2)1X2X1=0图2. 条带调制盘相位图3. 斩光盘旭日型调制盘即太阳光芒型调制盘 辐条均匀旋转调制盘即斩光盘 图4

14、 旭日型调制盘振幅调制 n/p图5 旭日型调制盘的调制波形第23页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二2.7 辐射的反射、吸收和透射 第二章 光度学与辐射度学基础一、反射率、吸收率和透射率 1 光谱反射率、吸收率和透射率 1（）（）（）全反射率与光谱反射率关系 全吸收率与光谱吸收率关系 全透射率与光谱透射率关系 辐射在介质上的反射、吸收和透射i第24页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二二、朗伯定律和朗伯比耳定律 第二章 光度学与辐射度学基础朗伯布格尔吸收定律（吸收定律）由于介质的吸收，辐射功率随传播距离增加作指数衰减，且当辐射在介质中的传播距离为1/时，辐

15、射功率衰减为原来的1/e。条件：只有吸收（不考虑散射） 由于被介质吸收的辐射功率的相对值与通过的路程成正比 影响吸收系数的因素：波长，因此 内透射率： 第25页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二散射定律 由于介质的散射，辐射功率随传播距离增加作指数衰减，且当辐射在介质中的传播距离为1/（）时，辐射功率衰减为原来的1/e 条件：只有散射 同时存在吸收和散射，且这两种衰减机理彼此无关，则总的内透射率为介质对辐射只有散射作用，辐射衰减的相对值与通过的路程dx成正比 第二章 光度学与辐射度学基础第26页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二朗伯定律同时存在吸收和散射

16、，透射的辐射功率 第二章 光度学与辐射度学基础介质的消光系数或衰减系数朗伯-比耳定律 在距离表面为x的介定律应用红外气体分析仪的工作原理图 质内透射的辐射功率将随介质内的吸收元和散射元的浓度的增加而以指数规律衰减 第27页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二2.8 辐射量的计算举例 第二章 光度学与辐射度学基础1. 圆盘的辐射强度和辐射通量 II0AL圆盘辐射强度2. 球面的辐射强度和辐射通量I0dI0球面辐射强度LdIR第28页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础3. 半球面的辐射强度和辐射通量4. 点源产生的辐射照度 LII0

17、R半球面辐射强度n点源IddAl点辐射源产生的辐射照度x第29页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础5. 小面源产生的辐射强度和辐射照度6. 线状辐射源产生的辐射照度 LsAsnnAs图2-24 小面源产生的辐射照度线状辐射源的辐射强度分 布 dyRL图2-25 线辐射源产生的辐射照度I0zddoxI或 线状辐射源产生的辐射通量第30页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二线状辐射源产生的辐射照度：第二章 光度学与辐射度学基础DBACxddxxrl图2-26 线源在平行平面上x点处的辐射照度22Rh1单位长度上的最大辐射强度 长度dx对x点的辐射强度 dx在x点的辐射照度 线状辐射源发出的辐射照度特例：x点位于AB对称点的垂线上 第31页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二线状辐射源产生的辐射照度的两种极端情况： 第二章 光度学与辐射度学基础hl 时hl时描述辐射源的基本参数： 辐射的光谱分布即物体发射的辐射能量在不同波段（和各光谱区域）中的数值。 辐射的空间分布即辐射强度在空间的分布情况 简单形状辐射源的辐射特性： （P32 表2-6）辐射源的总通量第32页，共34页，2022年，5月20日，9点46分，星期二第二章 光度学与辐射度学基础第33页，共