113辐射度学与光度学.ppt

光 电 信 号 处 理 辐射度学与光度学基础 -------- 光学波段 -------- 紫外 可见光 10 15 6 18 21 9 12 10 10 10 10 10 10 10 3 24 X射线 Γ射线 红外 电磁波谱 1-1-3 辐射度学与光度学 可见光波段 红外 紫外 照明 显示 与人的眼睛有关！ 光电探测：本质上说，定量地测量光辐射信号的强度。 无线电波 微波 辐射度学与光度学 在光辐射探测中，定量地描述辐射能强度的量有两类： 一类是物理的——辐射度学量， 电磁辐射量能量度来描述光辐射，客观物理量； 另一类是生理的——光度学量， 是描述光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的强度． 即光度量是具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到辐射量的度量。 因此，辐射度量和光度量两者在研究方法和概念上非常类似，它们的基本物理量也是一一对应的。 立体角的概念 在光辐射测量中，经常用到一个 涉及到空间的几何量——立体角。 任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间内。因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时，也将是一个立体空间问题。 与平面角度相似，把整个空间以某一点为中心划分成若干立体角。 定义: 一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。符号：Ω 或ω 单位：Sr （球面度） △A是半径为R的球面的一部分， R ΔA O 先以球面为例： △A 其边缘各点对球心O连线所包围的那部分空间，立体角。 单位立体角： 在以O为球心、R为半径的球上，若立体角Ω截出的球面部分的面积为R2，则此球面部分所对应的立体角称为单位立体角，或一球面度。 dS 立体角的数值： 部分球面面积△A与球半径R平方之比，即 : 一般情况： 对于一个给定顶点O 和一个随意方向的微小面积dS ，它们对应的立体角为 θ为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS中心的距离。 R dS dA o θ 特例： 整个球面所对应的立体角： 全球所对应的立体角 (全球所对应的立体角是整个空间，又称为4π空间.) 同理，半球所对应的立体角为2π空间。 一、辐射度学的基本物理量 1．辐射能Q ——能量的概念 辐射能是一种以电磁波的形式发射、传播或接收的能量，单位为J(焦耳)。 当辐射能被物质吸收时，可以转换成其它形式的能量，如热能、电能等。 2．辐射通量Φ——功率的的概念 辐射通量又称辐射功率P，是辐射能的时间变化率． 单位为W(瓦)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能， 3．辐射强度 I 点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射通量. 单位：W／sr (瓦每球面度) I = d Φ d ω 在所有方向上辐射强度I都相同的点辐射源（均匀辐射源）在有限立体角ω内发射的辐射通量为: Φ= I ω 在空间所有方向(ω＝4π)上发射的辐射通量为：Φ=4πI x y z 为总的辐射功率 4．辐射出射度M —— 辐出度 扩展辐射源单位面积所辐射的通量 即：M= 单位为W／㎡(瓦每平方米) dΦ是扩展源表面dS在各方向上， 通常为半空间即2π立体角所 发出的总的辐射通量， ds dΦ dS 辐照度E和辐出度M的比较： 相同：单位相同， 区别：辐照度E是描述辐射接收面（探测器）所接收的 辐射特性． 辐出度M则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 5．辐射照度E —— 辐照度 辐射照度为投射在单位面积上的辐射通量， 即： E＝ 单位：W／m2 (瓦每平方米) dA是投射辐射通量dΦ的元面积 dΦ d A 6．辐射亮度 L 辐射亮度定义为扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量： 扩展辐射源 7．光谱辐射量 辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成。 为了研究各种波长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义。 光谱辐射量是辐射量随波长的变化率。 光谱辐射量也叫辐射量的光谱密度