第一篇 光與顏色
1 光與光源
1．1可見光
光是一種電磁波。電磁波的波長(zhǎng)范圍寬廣，低至1 nm以下，高達(dá)10 km以上。其輻射類型包括宇宙射線、x射線、紫外線、可見光、紅外線、雷達(dá)、無線電和電視廣播、交流電等(如圖1
所示) r 。在整個(gè)電磁波譜中，只有很小的一段進(jìn)入人眼后能引起視覺感知，這部分光輻射稱為可見光輻射，簡(jiǎn)稱可見光。可見光譜的短波長(zhǎng)端為360—400 nm，長(zhǎng)波長(zhǎng)端為?60—830 nln。
一般認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)范圍在380—780 am。因此，廣義上的光指的是包括x射線、紫外光、可見光、紅外光等在內(nèi)的光輻射，而狹義上的光通常就是指可見光。
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不同波長(zhǎng)的可見光輻射引起人們不同的顏色感覺，單一波長(zhǎng)的光輻射表現(xiàn)為一種顏色，稱為單色光或光譜色。牛頓(Newton)通過對(duì)太陽光的色散試驗(yàn)表明，白色陽光可分解成由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等光譜色組成的譜帶；反之，這些單色光又可以合成原來的白光。因此，白光是各種單色光的集合。實(shí)際上，單色光的顏色是連續(xù)變化的，不存在嚴(yán)格的界限。同時(shí)，試驗(yàn)指出，可見光區(qū)除了572、503和478 nnl這三個(gè)光譜點(diǎn)不受光強(qiáng)變化的影響外，其它各波長(zhǎng)的單色光顏色感覺都會(huì)隨光強(qiáng)度的不同而變化。
人們?cè)谌粘Ｉ钪幸姷絾紊獾臋C(jī)會(huì)不多，一般接觸到的都是如自然界中的太陽自光等復(fù)色光。這是由不同波長(zhǎng)的單色光組合而成的混色光。復(fù)色光的不同波長(zhǎng)輻射的相對(duì)功率分布決定了人們對(duì)它的顏色感覺。所以，一定組分的復(fù)色光對(duì)應(yīng)一種確定的顏色。但是，一種顏色感覺并不只對(duì)應(yīng)一種光譜組合，即兩種組分完全不同的復(fù)色光，有可能引起完全相同的顏色感覺，這就是顏色科學(xué)中很重要的同色異譜問題。
1．2光源及其光譜分布
光是由光源發(fā)出的。凡能發(fā)射紫外線、可見光、紅外線等各種電磁輻射的物質(zhì)都可稱為光源，其中又有自然光源和人造光源之分。常見的自然光源有太陽光、晝空、夜空、月和星等；
人造光源的范圍很廣，包括熱輻射或溫度輻射光源、氣體放電光源、固體發(fā)光光源、激光器等各種類型，還有蠟燭、油燈、火焰、電弧等也屬于人造光源。
不管是自然光源還是人造光源，大多是由單色光組成的復(fù)色光。光源的輻射能按波長(zhǎng)分布的規(guī)律，隨光源的不同而變化。設(shè)以波長(zhǎng)A為中心的微小波長(zhǎng)寬度dA范圍內(nèi)的輻射量為
，則單位波長(zhǎng)間隔所對(duì)應(yīng)的輻射量稱為光譜密度 ，即 ：X =dX／dA (1)式(1)中的輻射量可以是輻射通量、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻射照度等。一般而言，波長(zhǎng)不同，其對(duì)應(yīng)的光譜密度也不同。
將光源的光譜密度與波長(zhǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系用函數(shù)來表示，稱此函數(shù)為該光源的光譜分布 (A)。
光源的光譜能量分布或光譜功率分布，常用直角坐標(biāo)系的光譜功率分布曲線來表示。此時(shí)，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)A，縱坐標(biāo)表示單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射功率。在色度學(xué)研究中，常常關(guān)心的各波長(zhǎng)輻射功率的相對(duì)比例，而非光源的絕對(duì)光譜功率分布。這時(shí)，可令光譜分布函數(shù)的最大值為1，將函數(shù)的其它值進(jìn)行歸化。經(jīng)過歸化后的光譜分布稱為相對(duì)光譜功率分布，其各波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)值仍保持和絕對(duì)光譜功率分布相一致。根據(jù)光譜功率分布的不同，光源的典型光譜大致可以分為線光譜、帶狀光譜、連續(xù)光譜和混合光譜等幾種情況。如果只在某幾個(gè)波長(zhǎng)處發(fā)射狹窄的譜線，如低壓汞燈和低壓鈉燈的光譜分布就是由若干條明顯分隔的細(xì)線組成的。這種光譜稱為線光譜。
帶狀光譜則由一些分開的譜帶構(gòu)成，每個(gè)譜帶又包含許多緊靠的細(xì)線，如碳弧和高壓汞燈的光譜就屬于這種分布。所有熱輻射光源的光譜都是連續(xù)光譜，其在整個(gè)光譜范圍內(nèi)，不同波長(zhǎng)的光發(fā)射出強(qiáng)度不等的連續(xù)光譜，這是光源中最常見的一種光譜分布，如日光和白熾鎢絲燈即屬此類。前三種光譜的組合稱為混合光譜，如日常生活中常用的熒光燈就屬于這種情況。
光源的光譜分布不僅決定了其本身的光色參數(shù)，還將影響在其照明下觀察物體時(shí)的顏色外貌。
1．3黑體輻射及其光譜分布
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