光度学与色度学基础

1、视听信息系统介绍，1。陈建生，清华大学电子工程系信息认知与智能系统研究所，清华大学信息技术学院语音与语言技术研究中心，王东，第二章，光度学与色度学基础，2。光度学):是一门测量人类视觉系统感知的可见光亮度的科学。测量电磁波辐射包括可见光的科学。色度学):是一门从物理上量化和描述人类颜色感知的科学。分光光度法是对电磁波谱进行定量研究的科学。3，第2章，光度学和色度学基础，第4章，测量空间中光表面的颜色感知和表示，图像信息系统，系统原理，2.13.1，计算机视觉现代方法，2.12.22.3，第2章，光度学和色度学基础，第5章，测量空间中的光特性和光表面。光是人眼可见的电磁辐射。对于波长的辐射，强度

2、用r()表示，单位是瓦特。光场：为了描述给定场景的光场，有必要指定场景中每个点上来自所有方向的光的辐射强度。可见光的波长为380780纳米，不同的波长会出现不同的颜色。随着波长的减小，它是红色、橙色、黄色、绿色、绿色、蓝色和紫色的单色光：单波长成分，例如，555nm的黄绿色光。复合光：两种或两种以上的波长成分。380780纳米的光波给人一种白光的综合感觉。如果白光中有更多的短波长光能，它将显示带有部分蓝色调的“冷”白光，而如果有更多的长波长光能，它将显示带有部分红色橙色调的“热”白光。光特性和测量，7。光谱颜色波长范围，光的特性和测量，8。光源辐射器：光谱连续的太阳辐射功率谱，光特性和测量，9

3、。光源辐射器：光谱连续的非辐射器：不是基于高温，具有不规则的光谱。波长(nm)，200，280，360，440，520，600，680，760，光谱辐射率，光特性和测量，10，黑体，基尔霍夫1862辐射理想物体，通过吸收所有外部电磁辐射辐射的电磁波的频率和能量完全取决于温度。普朗克辐射定律和从普朗克辐射定律导出的斯特凡-玻尔兹曼定律描述了随着黑体温度的升高，辐射功率谱向短波方向移动(维恩定律)，在700K以下完全变黑(开尔文勋爵)。700千以上，红色，橙色，黄色，白色，蓝色，光特性和测量，普朗克曲线，12，5780千，不同温度下的黑体辐射光谱，13，5780千黑体辐射光谱，光特性和测量，14，

4、色温色温光源温度(通常：色温)光谱功率分布曲线不一定相同(同色异谱，相关色温)，光特性和测量，15，光特性和测量，16，标准光源：国际照明委员会(CIE)a(2854k)b(4800k)c(6770k)d65(6500k)等能白光e，光特性和测量，17，辐射测量是辐射物理参数的客观测量，不限于可见光。光度测量是对可见光波段辐射量的主观测量，对人类产生“视觉敏锐度”。两个相应的参数使用相同的字母，但是用脚注来区分：E代表辐射，V代表亮度。光的特性和测量，18，单位置辐射测量和光度测量，19，20，人眼对不同波长的光有不同的亮度感觉。黄绿色(555纳米)最亮，其次是紫色、蓝色和红色。光谱光效率函数

5、定义为：让人眼对555nm波长光的亮度感与辐射亮度E0为l；对于波长为的光，要感受到相同亮度l所要求的辐亮度e()，根据光照条件，视觉过程可分为明视觉和暗视觉，并有相应的光谱光效率函数v()和v()。，e和E0的比值是光效率：V E0，光特性和测量，21，(CIE，1951)，光特性和测量，22，光度国际标准单位光强度IV:基本单位cd (Candela)，它被定义为当555nm处的光辐射强度为1/683瓦/球度时的光强度。亮度LV:导出单位cd/m2。亮度Ev:导出单位lx(Lux)，1lx=1毫米/平方米，780，光通量v:导出单位lm(流明)，1毫米=1厘米/平方米。让我们假设光源的光谱

6、是E，总光通量：v 683 e V d 380，光特性和测量，23，发光效率和发光效率=光通量/功率(lm/W)，发光效率=发光效率/683，光特性和测量，24，光特性和测量，25，输入功率100%，光复合48%，蓝光10%，黄光22%，光损耗16%，片上损耗22%，半导体内部阻抗30%，热损耗68，LED灯要求更少效率以每单位附加功率的发光流明(以流明计量)表示(以瓦特计量)。由于全球约四分之一的电力消耗用于照明目的，高能效的发光二极管灯有助于节约地球资源。2014年诺贝尔物理学奖，因为发明了高效的蓝色发光二极管白光光源，第二章光度学和色度学基础，29，空间光的特性和测量，表面光的颜色感知和

7、表示，空间光，空间光，30，表面光，亮度，什么是光(。如何衡量？光是如何与表面相互作用的？辐射测量，太空中的光，31，辐射率W/m2 sr测量？、空间中的光、空间中的光、球面坐标和立方角、笛卡尔球面坐标、=222=acos ()=atan2(，=cos()，=sin()。光通常从空间中的某个角度范围照射物体或从光源辐射，弧度=d/r，34，空间中的光，球面坐标和立体角，光通常从空间中的某个角度范围照射物体或从光源辐射，球面度d=da/R2空间中的光，球面坐标和立体角，立体角和球面坐标之间的关系，=2，=2，36，=4， 光源、缩短、空间中的光、37、光源、空间中的光、空间中的光、缩短区域中的光

8、、39和辐射能): 空间中某一区域的总辐射能可以想象为光子数，单位是“焦耳”，40，空间中的光。辐射通量):)单位时间内通过一个区域的辐射能量是“瓦特”，=，41，空间中的光，单位面积的辐射通量是“瓦特/平方米”，=，42空间中的光，辐射强度(:)通过一个没有表面区域的点的辐射通量很难用照度来描述，所以考虑立体角中的辐射通量，单位是“瓦特/球形度”，=，44，辐射是：辐射通量进入或离开一个表面每单位缩短面积，单比特“/(2)”，45，空间光，辐射的重点是用于短距离，这不同于辐射和照明。()=，=，=，入射方向上的半球面积，()=，2，46，亮度，光谱光效率函数辐射空间中的某一点位于指定方向Si

9、llion，1994，空间中的光，47，第2章，光度学和色度学基础，48，空间中光的特性和测量，表面上光的颜色感知和表示，表面上的颜色系统，49岁？当光入射到不发光的表面时会发生什么？一部分被吸收(转换成其他能量，如热能和动能)，一部分穿过这个表面(折射)，一部分被反射(各种反射模式)，表面上的光，50、表面上的光，51、52。怀利在显示物体时首先增加了照明效果，认为在物体表面的某一点上，布奈特提出了基于兰伯特漫反射定律的第一个光反射模型， 指出物体表面的方向是决定物体表面上一个点的光强度的主要因素。 古德提出用漫反射模型计算多边形顶点的亮度，然后用增量插值法计算亮度。在Comp上。1971年

10、)；)；Phong提出了图形中第一个有影响的光反射模型，并进一步考虑了高光和法线插值。尽管Phong模型只是一个经验模型，但它的真实性已经达到了一个可接受的水平。镜面反射、部分漫反射和理想漫反射如何定量描述光在各个方向的反射？ABC，表面光，53，双向反射分布函数；给定入射方向和回射方向，入射光沿反射方向反射的比率是多少。=，54，(1)，法线方向，表面上的光，=，55，表面上的光，BRDF属性：交换入射角和出射角不会改变BRDF的值，=，能量守恒：BRDF用于渲染，=，=，渲染方程，57，表面上的光，一些可视化的BRDF，58，粗糙表面上的漫反射，没有光泽，例如， 粉笔和其他微表面散射和反射入射光，并使其完全漫射：光在所有方向上均匀反射，表面上的光，59，理想漫射表面的辐射率与观察角度无关，而辐射率和入射光的角度是计算机视觉中最常用的模型， v单位矢量Lr=反射辐射率Li=入射辐射率，朗伯定律： Lr kd Li N L kd-漫反射系数(反照率)，表面光，理想漫反射表面的brdf=(1)，计算机视觉.2.3.3镜面反射。在理想的镜面附近，反射光在表面上形成一个高光区