建筑光学基础知识课件.ppt

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1、第3章 建筑光学基础知识,光是能量的一种形式，或说光是一种电磁辐射能。nm纳米1nm = 10-9 m,图1-3 电磁波波谱,780 nm,380 nm,第3章 建筑光学基础知识 光是能量,光的作用： 1.影响工作效率；,室内光环境,光的作用：室内光环境,2.影响心理舒适，身体健康；,室内装饰照明,2.影响心理舒适，身体健康；室内装饰照明,3.美化环境，表现建筑艺术；,重庆市朝天门夜景,3.美化环境，表现建筑艺术；重庆市朝天门夜景,4.节能，保护环境；,以上海用电量为例：年用电量为1400亿度电，其中照明用电量为392亿度电（28%）。 如果照明节能50%，则节约196亿度电，减少二氧化碳56

2、万吨。,照明用电量示意图,4.节能，保护环境； 以上海用电量为例：照明用电量,3.1 眼睛与视觉本节要点： 1.人眼的构造； 2.人眼的视觉特点； 3.光谱光视效率。,3.1 眼睛与视觉,3.1.1 人眼的构造,图3-1 人的右眼剖面图 照相机,类似于,3.1.1 人眼的构造图3-1 人的右眼剖面图,瞳孔起照相机中的光圈作用能控制进光量。水晶体起照相机的透镜作用，但它具有自动聚焦功能。视网膜类似于照相机中的胶卷能对光线产生反应。感光细胞分为锥体（状)感光细胞和杆体（状)感光细胞； 2002年发现了神经节感光细胞第三种感光细胞控 制昼夜节律、强度和瞳孔大小等。,锥体细胞和杆体细胞示意图,锥体细胞

3、,杆体细胞,瞳孔起照相机中的光圈作用能控制进光量。锥体细胞和杆体,锥体（状)感光细胞分布在眼中心部位，灵敏度差，但可感觉颜色（眼中有红、绿、蓝感光色素）。杆体（状)感光细胞分布在眼中心的四周，灵敏度高，无颜色感觉。人眼一种可见光的接收器，人类在进化过程中人眼已经适应了太阳光。,锥体（状)感光细胞分布在眼中心部位，灵敏度差，但可感觉颜,太阳、大气层、地球示意图,太阳、大气层、地球示意图,太阳光经过大气层射到地面； 地面上光辐射强度在500nm附近最 大，人眼最敏感的光的波长；明视觉明亮的环境下，如白天，555nm （黄绿光）；暗视觉暗环境下，如晚上不开灯， 507nm （绿色光）。,太阳光经过大

4、气层射到地面；,3.1.2 人眼的视觉特点,图3-4 人眼视野,视觉就是由进入人眼的辐射所产生的光感觉而获得的对外界的认识。（1）视看范围（视野），见图3-4。,3.1.2 人眼的视觉特点,处于放松姿态，坐着的人的视野示意图,处于放松姿态，坐着的人的视野示意图,（2）明、暗视觉 明视觉：在明亮的环境中，主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉 （高于几个cd/m2的亮度时的视觉）。 暗视觉：在暗环境中，主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉（低于百分之几cd/m2的亮度时的视觉）。 中间视觉：视网膜的锥体感光细胞和杆体感光细胞同时起作用，而且它们随着正常人眼的适应水平变化而发挥的作用大小不同（介于明视觉

5、和暗视觉之间的视觉）。 注：本书中仅介绍明视觉情况。,（2）明、暗视觉,图3-7 视亮度匹配实验原理,在明视觉条件下： 在国际上，把人眼对555nm感觉量定为1。 通过实验确定其他波长在视感觉相同时需要辐射通量多大才与555nm相同（图3-7）。,（3）光谱光视效率,图3-7 视亮度匹配实验原理在明视觉条件下：（3）光谱光视效,实验结果见图3-6。 光谱光视效率V（）曲线表示在特定光度条件下产生相同视觉感觉时，在视亮度匹配实验里，波长m和波长的单色光辐射通量的比: V(）=e m/ e ,实验结果见图3-6。图3-6 光谱光视效率曲线,思考题：从人眼的构造上看，人眼的功能在哪些方面与照相机类似

6、？,思考题：,3.1 眼睛与视觉复习：主要介绍了明视觉概念和光谱光视效率V()。,3.1 眼睛与视觉复习：,3.2 基本光度单位及应用本节要点： 1.光通量、发光强度、照度、亮度的符号、单位、定义和计算公式； 2.发光强度和照度关系； 3.照度和亮度关系。,3.2 基本光度单位及应用,设有2个灯均发出单色光，且辐射出波长为555nm和620nm，辐射通量均为1W，这时对人的感觉是否一样？结果显然是不一样的。,光源表面能辐射光和反射光的物体（太阳、各种灯)。,设有2个灯均发出单色光，且辐射出波长为55,对于明视觉:,为了比较任意两个灯发出的可见光多少时，由于光谱光视效率随波长分布不同，那么不能直

7、接用辐射通量（瓦）多少比较，只能化成相当于多少555nm标准光通量进行比较。,因为 V()=em/e ， 所以 em= eV(), 把em称为光通量，简写成 。,3.2.1 光通量 光通量在单位时间内人眼感觉光辐射能量的大小。,对于明视觉: 为了比较任意两个灯发出的可见光,在计算时,光通量常采用下式算得:式中: Km最大光谱光视效能，在明视觉时为683 lmW ； e, 波长为的辐射通量,瓦（W）。 光通量表示光源在单位时间内发出光能的多少，类似于单位时间内水龙头喷水量的大小。,图3-9 光通量类似于喷水量的大小,在计算时,光通量常采用下式算得: 图3-9 光通,【例3-1】 已知低压钠灯发出

8、波长为589nm的单色光， 设其辐射通量为10.3W，试计算其发出的光通量。【解】 从图3-6的明视觉（实线）光谱光视效率曲线中或从附录4的 （）中可查出，对应于波长589nm的 V（）0.769，则该单色光源发出的光通量为： 589=68310.30.7695410 lm,【例3-1】 已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光，,光通量单位：光瓦太大了，如40瓦白炽灯约发出0.5光瓦。故常用流明，lm。 在国际上：明视觉时，1光瓦= 683 lm；暗视觉时，1光瓦= 1700 lm 。例：40瓦荧光灯可发出约2000 lm(约2.93光瓦)，100瓦白炽灯可发出约1250 lm(约1.83光

9、瓦）。,光通量单位：光瓦太大了，如40瓦白炽灯约,3.2.2 发光强度,加了灯罩后，光通量的空间分布就不同了，灯罩下方可增大约2倍，为了描述这种现象，采用发光强度概念。,3.2.2 发光强度图3-10 灯罩影响光,光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元d内传输的光通量d除以该立体角之商，,发光强度的符号为I，单位为坎德拉，cd，1 cd表示光源在1球面度立体角内均匀发射出1lm的光通量，即：,光通量分布均匀时：,立体角示意图,即 1 坎德拉 = 1流明 / 1 球面度,光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角,立体角任意一个封闭圆锥面内所包含的空间。 立体角的计算公式：

10、,式中：立体角轴与被研究面法线之间的夹角。 本例中因为球半径R垂直于球表面，所以等于0，于是cos 等于1。因此，对于球表面和球心来说： = A / R2 立体角的单位：球面度，记为 sr。 1sr=面积等于R2的球表面对球心所张开的立体角。,立体角任意一个封闭圆锥面内所包含的空间。式中：立体,例：一光源在0.5sr立体角内均匀发射出100lm的光通量，求该方向上的发光强度I。解： I= / = 100lm / 0.5sr = 200cd= 200 坎德拉,例：一光源在0.5sr立体角内均匀发射出100lm的光通量，,3.2.3 照度 对于被照面而言，常用在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照

11、射的程度，这就是常用的照度，符号为E,它表示被照面上的光通量密度： ，均匀时,3.2.3 照度,照度的常用单位为勒克斯， 符号为lx，1 lx等于1流明的 光通量均匀分布在1平方米 的被照面上, 。 照度的英制单位为英尺烛光（fc），由于1平方米10.76平方英尺，所以1fc=l0.76 lx。,照度的常用单位为勒克斯，图3-13 照度单位,例：直径为100cm的圆面上均匀落下100lm的 光通量，求这圆面上的各点照度。解：E= /A= /R2=100/ (0.52) =127 lx例：灯正下方1米: 40W白炽灯 40W荧光灯 晴天中午 月夜 30lx 200lx 812万lx 0.2lx,

12、例：直径为100cm的圆面上均匀落下100lm的,发光强度光通量空间密度,照度光通量被照面密度,余弦定律,3.2.4 发光强度和照度的关系,发光强度 照度余弦定律3.2.4 发光强度,当光垂直入射时，即i=0时，某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，还与光源的距离R的平方成反比。这就是计算点光源产生照度的基本公式，称为距离平方反比定律：,当光垂直入射时，即i=0时，某表面的照度E与,【例3-3】 如图3-15所示，在桌子上方2m处挂一40W白炽灯，求灯下桌面上点1处照度E1，及点2处照度E2值（设辐射角在045内该白炽灯的发光强度均为30cd）。 【解】 因为I045=30cd，所

13、以,【例3-3】 如图3-15所示，在桌子上方2m处挂一40W白,图3-16 黑色物体和白色物体的视觉感觉,3.2.5 亮度 亮度在给定方向上发光面微元的发光强度和垂直于给定视线方向的微元的投影面积之比。 亮度的符号为L，其计算公式为：,3.2.5 亮度图3-17 亮度概念,当角方向上光束截面A的发光强度I均相等时，角方向的亮度为： 由于物体表面亮度在各个方向不一定相同，因此常在亮度符号的右下角注明角度，它表示与表面法线成角方向上的亮度。亮度的常用单位为坎德拉每平方米（cdm2），它等于1平方米表面上，沿法线方向（0）发出 1 坎德拉的发光强度，即：,当角方向上光束截面A的发光强度I均相等时，

14、角方,有时用另一较大单位熙提（符号为sb），它表示1cm2面积上发出1cd时的亮度单位。很明显 1sb(熙提）= 104cdm2； 1 asb(阿熙提）= 1/ cdm2； 常见的一些物体亮度值如下： 白炽灯灯丝 300 500 sb 荧光灯管表面 0.8 0.9 sb 太阳 200 000 sb 无云蓝天（视距太阳位置的角距离不同，其亮度 也不同） 0.2 2.0 sb,有时用另一较大单位熙提（符号为sb）,图3-18 表观亮度与物理亮度区别与联系,例：有一个乳白色玻璃球形光源，直径为6cm,其轴向光强为55cd,求轴向亮度。解：L0=I /（A cos）= 19452 cd /m2,注意：

15、1.亮度对光源本身的（照度是指被照面）； 2. 辐射角，是光源法线与视线夹角; i被照面法线与视线夹角; 3.单位：面积常取平方米。 在阴天时，天空暗，室内照度小，需开灯；晴天时，天空亮度大，室内照度大。由此看来，被照面上照度大小与光源本身亮度大小有关。,例：有一个乳白色玻璃球形光源，直径为6cm,其轴向光强,3.2.6 照度和亮度的关系 所谓照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度之间的关系。 如图3-20所示，设A1为各方向亮度都相同的发光面，A2为被照面；在A1上取一微元面积dA1。,图3-20 照度和亮度的关系,3.2.6 照度和亮度的关系 图3-20 照度和亮度,均匀,式（3

16、-9）,均匀式（3-9）,这就是常用的立体角投影定律，它表示某一亮度为L的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于这一发光表面的亮度L与该发光表面在被照点上形成的立体角的投影（cosi）的乘积。 这一定律表明：某一发光表面在被照面上形成的照度仅和发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体角投影有关。 注意：立体角投影定律适用于光源尺寸相对于它和被照点距离较大时，即面光源时。,这就是常用的立体角投影定律，它表示某一亮,【例3-4】 在侧墙和屋顶上各有一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置见图3-21，设通过窗洞看见的天空亮度均为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度（桌面与侧窗窗台等

17、高）。,【解】 窗洞可视为一发光表面，其亮度等于透过窗洞看见的天空亮度，在本例题中天空亮度均为lsb，即10 4cdm2。按公式（3-9） 计算：侧窗时,（sr）,（sr）,图3-21 立体角投影定律计算图,【例3-4】 在侧墙和屋顶上各有一个1m2的窗洞，它们与室内,天窗时,（sr），,思考题： 请说出光通量、发光强度、照度、亮度的定义、符号、单位及相互关系。,天窗时 （sr）， 思考题：,3.2 基本光度单位及应用复习：主要介绍的内容：一、光量 1.光通量 ,e, (瓦) ， 流明，lm 2.发光强度 （均匀） 坎德拉，cd 3.照度 （均匀） 勒克斯，lx 4.亮度 （均匀） 坎德拉/米

18、2，cd/m2,3.2 基本光度单位及应用复习：,二、两个定律1.余弦定律 2.立体角投影定律,二、两个定律,3.3 材料的光学性质本节要点： 1.规则反射和透射； 2.扩散反射和透射： 漫反射和漫透射； 混合反射和透射。,3.3 材料的光学性质,在光的传播过程中，遇到介质（如玻璃、空气、墙)时， 入射光通量（）中的一部分被反射（r），一部分被吸收（），一部分透过介质进入另一侧的空间（）。,图1-5 可见光的反射、吸收和透射,图1-5 可见光的反射、吸收和透射,一、从能量角度看根据能量守恒定律：r + = 因为不等于0，所以有： r / +/ + / = 1 r + + = 1式中：r光反射比

19、； 光吸收比； 光透射比。,一、从能量角度看,二、从光分布角度看： 如果光经过材料反射或透射后，光分布立体角未变，则称为规则反射和规则透射。 如果光经过材料反射或透射后，立体角变大，则称为扩散反射和扩散透射。 光经过介质的反射和透射后，它的分布变化取决于材料表面的光滑程度和材料内部分子结构。,二、从光分布角度看：,（1）规则反射和透射 1）规则反射 光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现规则反射现象，这时光分布的立体角没有改变，如镜子等。,镜子,（1）规则反射和透射镜子,规则反射（又称为镜面反射）就是在无漫射的情形下，按照几何光学的定律进行的反射。 它的特点：a.光线入射角等于反射角； b.

20、入射光线、反射光线以 及反射表面的法线处于同一平面，见图3-23。,图3-23 规则反射和透射 图3-24 避免受规则反射的办法,规则反射（又称为镜面反射）就是在无漫射,2）规则透射 光线射到透明材料上则产生规则透射。规则透射（又称为直接透射）就是在无漫射的情形下，按照几何光学的定律进行的透射。如透明玻璃，见图3-22（a）。,2）规则透射（a） 透明玻璃,3）光学性质,材料反射（或透射）后的光源亮度和发光强度，因材料的吸收和反射，而比光源原有亮度和发光强度有所降低，其值为 a. 亮度 b. 发光强度,（3-10）,（3-11）,或,或,3）光学性质 （3-10）（3-11）或,（2）扩散反射

21、和透射 除了规则反射和透射材料外，另一类为扩散的，这类材料使入射光程度不同地分散在更大的立体角范围内扩散反射和透射，如粉刷墙面和磨砂玻璃就属于这一类。,墙面,磨砂玻璃和压花玻璃,（2）扩散反射和透射 墙面磨砂玻璃,扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情况。 1）漫射材料 定义 漫射材料又称为均匀扩散材料。这类材料将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象。漫射材料可分为漫反射和漫透射两种材料： 漫反射就是在宏观上不存在规则反射时，由反射造成的漫射，如粉刷墙面等。 漫透射就是宏观上不存在规则透射时，由透射造成的漫射，如乳白玻璃等。,扩

22、散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射, 光学性质a. 亮度和照度关系漫射材料表面的亮度可用下列公式计算：对于漫反射材料对于漫透射材料,图3-27 漫反射和漫透射 光学性质,b. 朗伯余弦定律 漫射材料的最大发光强度在表面的法线方向，其他方向的发光强度和法线方向的值有如下关系： （3-16） 式中：i 表面法线和某一方向间的夹角，这一关系式称 为“朗伯余弦定律”。,2）混合反射与透射材料 定义 多数材料同时具有规则和漫射两种性质。 混合反射就是规则反射和漫反射兼有的反射（如油漆表面等）。,图3-29 油漆桌面材料的光效果,b. 朗伯余弦定律 漫射材料的,混合透射就是规则透射和漫透射兼有

23、的透射，如磨砂玻璃等，见图3-22（b）。,混合透射就是规则透射和漫透射兼有的透射，如磨砂, 光学性质 它们在规则反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。这种材料的亮度分布见图3-28。, 光学性质图3-28 混合反射和透射,思考题： 1.在什么情况下采用透明玻璃或磨砂玻璃作为侧窗玻璃较为适宜？ 2.说出在漫反射条件下的亮度与照度之间的关系式。,思考题：,3.3 材料的光学性质复习主要介绍的内容:一、 1个定律 朗伯余弦定律 二、材料的光学性质 1.规则反射和透射特点 和 2.漫反射和透射特点 和,3.3 材料的光学性质复习,3.4 可见度及其影响因素本节要点： 1.可见度

24、重要影响因素：亮度、视角、亮度对比、识别时间和眩光； 2.减轻直接眩光和反射眩光影响程度的方法。,3.4 可见度及其影响因素,可见度就是人眼辨认物体存在或形状的难易程度。在室内应用时，以标准观察条件下恰可感知的标准视标的对比或大小定义。在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标的距离定义，故常称为能见度。 可见度概念是用来定量表示人眼看物体的清楚程度（故以前又把它称为视度）。 一个物体之所以能够被看见，它要有一定的亮度、大小和亮度对比，并且识别时间和眩光也会影响这种看清楚程度。 影响可见度的重要因素有五个：,建筑光学基础知识课件,（1） 亮度 实验表明，人们能看见的最低亮度（称“最低亮度阈”），仅1

25、0-5asb。随着亮度的增大，我们看得愈清楚，即可见度增大。,图3-30 人们感到“满意”的照度值,从图3-30中可以看出：随着照度的增加，感到“满意”的人数比例也增加，最大百分比约在1500 3000 lx之间。照度超过此数值，对照明“满意”的人反而愈高愈少，这说明照度（亮度）要适量。,（1） 亮度 图3-30 人们感到“满意”的照度值,（2） 视角 视角就是识别对象对人眼所形成的张角，通常以弧度单位来度量。视角越大看得越清楚，反之则可见度下降。识别对象尺寸d和眼睛至物件的距离l形成视角，其关系如下： （分） （3-17） 在图3-31中需要指明开口方向时，识别对象尺寸就是开口尺寸。,图3-

26、31 视角的定义,（2） 视角 图3-31 视角的定义,（3） 亮度对比 亮度对比即观看对象和其背景之间的亮度差异，差异愈大，可见度愈高（图3-32）。常用C来表示亮度对比，它等于视野中目标和背景的亮度差与背景亮度之比： （3-18） 式中: Lt目标亮度； Lb背景亮度； L目标与背景的亮度差。,图3-32 亮度对比和可见度的关系,（3） 亮度对比图3-32 亮度对比和可见度的关系,对于均匀照明的无光泽的背景和目标，亮度对比可用光 反射比表示： （3-19）式中: rt目标光反射比； rb背景光反射比。 视觉功效实验表明：物体亮度（与照度成正比）、视角大小和亮度对比三个因素对可见度的影响是相

27、互有关的。图3-33所示为辨别几率为95%（即正确辨别视看对象的次数为总辨别次数的95%）时，三个因素之间的关系。,对于均匀照明的无光泽的背景和目标，亮度对比可用光,图3-33 视觉功效曲线,图3-33 视觉功效曲线,从图3-33中的曲线可看出：1）从同一根曲线来看，它表明观看对象在眼睛处形成的视角不变时，如对比下降，则需要增加照度才能保持相同可见度。也就是说，对比的不足，可用增加照度来弥补;反之，也可用增加对比来补偿照度的不足。2）比较不同的曲线（表示在不同视角时）后看出：目标愈小（视角愈小），需要的照度愈高。3）天然光（实线）比人工光（虚线）更有利于可见度的提高。但在视看大的目标时，这种差

28、别不明显。,从图3-33中的曲线可看出：,（4）识别时间 眼睛观看物体时，只有当该物体发出足够的光能，形成一定刺激，才能产生视觉感觉。在一定条件下，亮度时间=常数（邦森一罗斯科定律），也就是说，呈现时间越少，越需要更高的亮度才能引起视感觉。图3-34表明了它们的关系。它表明，物体愈亮，察觉它的时间就愈短。,图3-34 识别时间和背景亮度的关系,（4）识别时间图3-34 识别时间和背景亮度的关系,当人们从明亮环境走到黑暗处（或相反）时，就会产生一个原来看得清，突然变成看不清，经过一段时间才由看不清东西到逐渐又看得清的变化过程，这叫作“适应”。从暗到明的适应时间短，称“明适应”，即是视觉系统适应高

29、于几个坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态。从明到暗的适应时间较长，称“暗适应”，即是视觉系统适应低于百分之几坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态。适应过程见图3-35。,图3-35 眼睛的适应过程,当人们从明亮环境走到黑暗处（或相反）时，就会产生一个原来看得,（5） 避免眩光 眩光就是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象（图3-36）。 1）从眩光影响视觉功效角度看，可把眩光分为失能眩光和不舒适眩光。,（5） 避免眩光图3-36夜间汽车的前照灯形成的失能眩光,降低视觉对象的可见度，但并不一定产生不舒适感觉的眩光称

30、为失能眩光。 产生不舒适感觉，但并不一定降低视觉对象的可见度的眩光称为不舒适眩光。 2）从形成眩光过程来看，可把眩光分为直接眩光和反射眩光。 直接眩光是由视野中，特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光。 反射眩光是由视野中的反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光。,降低视觉对象的可见度，但并不一定产生不,直接眩光可用下述措施使其减轻或消除： 1）限制光源亮度； 2）增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比； 3）减小形成眩光的光源视看面积，即减小眩光源对观测者眼睛形成的立体角； 4）尽可能增大眩光源的仰角。,直接眩光可用下述措施使其减轻或消除：图3-37 橄榄形

31、灯具,反射眩光可用下述方法使其减少至最小程度： 1）尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱规则反射而形成的反射眩光； 2）应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的规则反射区域； 3）使用发光表面面积大、亮度低的光源； 4）使引起规则反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减少，从而减少反射眩光的影响。,反射眩光可用下述方法使其减少至最小程度：,思考题： 1.说出影响可见度的5个重要因素。 2.从眩光对视觉的影响程度出发，可分为哪两种眩光？如从眩光形成过程看，又可分成哪两种眩光？减轻眩光影响的措施有哪些?,思考题：,3.4 可见度及其影响因素复习 主要介绍了可见度的5个重要影响因素: 亮度、视

32、角、亮度对比、识别时间、眩光。,3.4 可见度及其影响因素复习,3.5 颜色本节要点 1.颜色形成、分类与属性、混合方法。 2.孟塞尔表色系统。 3.光源色温、相关色温和显色性。,人眼可以感觉:颜色、形象、亮度等。 人眼对颜色变化比对亮度变化更敏感。 颜色光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。3.5.1 颜色的基本特性 （1）颜色形成 正常人眼可以感觉出各种颜色：红色、橙色 颜色视觉是由于光能量分布不同引起。例：光辐射能量集中于可见光短波时，引起蓝色感觉； 光辐射能量集中于可见光长波时，引起红色感觉。,建筑光学基础知识课件,（2）颜色分类和属性 1）颜色分类 从色显现方式看可把颜色分成：光源色

33、和物体色。 光源色光源射出光的颜色。 物体色光被物体反射或透射后的颜色。 物体色中包含表面色漫反射、不透明物体表面的颜色。 表面色形成主要从入射光中减去一些波长的光后产生的。 例：一张红纸，用白光或红光照射，呈现红色；同样一张红纸，仅用绿光照射，变为黑色。 从视感觉角度心理学角度看可把颜色分成无彩色和有彩色： 无彩色从白到黑的一系列中性灰色； 有彩色除黑白系列以外各种颜色。,（2）颜色分类和属性,2）颜色属性（从心理学角度看）： 色调，H，如红、黄、蓝； 明度，V，一般是亮度越大， 或 、 越大，则明度越大； 彩度（饱和度），C，表示颜色纯洁性，如单色光最饱和，即彩度最大。3）白色与黑色举例

34、表面色： a. 当 0.80，一般认为是白色，如新下的白雪、氧化镁、硫酸钡 0.960.99； b. 当 0.04，一般认为是黑色，如黑丝绒等接近纯黑， 0.02。,2）颜色属性（从心理学角度看）：,光源色： a.当亮度很高时，感觉是白色的； b.无光时是黑色的； c.当亮度很低时，感觉是发暗或发黑。 （3）颜色混合 1) 颜色混合法： 加色法光源色的相加混合； 减色法染料、涂料的物体色减法混合。 2) 三原色： 由于红色（700nm）、绿色（546.1nm)和蓝色（435.8nm)可以获得最多的相加混合色加色法三原色。,光源色：,3) 补色 每一种颜色都有一种相应的补色。 补色某一颜色与其补

35、色以适当比例混合可得到白色或灰色，则通常把这两种颜色称为互补色。 红色（700nm）的补色青色、绿色（546.1nm)的补色品红色、蓝色（435.8nm)的补色黄色，称为减色法三原色。 4）颜色混合举例,图3-42 颜色的混合（a）相加混合（光源色）； （b）相减混合（物体色）,3) 补色 图3-42 颜色的,3.5.2 颜色定量表色系统使用规定的符号，按一系列规定和定义表示颜色的系统，亦称为色度系统。表色系统有两大类：一是用以光的等色实验结果为依据的，由进入人眼能引起有彩色或无彩色感觉的可见辐射表示的体系，即以色刺激表示的体系，国际照明委员会（CIE）1931标准色度系统就是这种体系的代表；

36、二是建立在对表面颜色直接评价基础上，用构成等感觉指标的颜色图册表示的体系，如孟塞尔表色系统等。,3.5.2 颜色定量,孟塞尔表色系统 孟塞尔于1905年创立了采用颜色图册的表色系统，它就是用孟塞尔颜色立体模型（图3-43）所规定的色调、明度和彩度来表示物体色的表色系统；当明度值为5时，孟塞尔颜色立体模型见图3-44。,图3-43 孟塞尔颜色立体模型,图3-44明度值为5时的孟塞尔颜色立体模型,孟塞尔表色系统图3-43 孟塞尔颜色立体模型图3-44明,在孟塞尔颜色立体模型中，每一部位均代表一个特定颜色，并给予一定的标号，称为孟塞尔标号。这是用表示色的三个独立的主观属性，即色调（符号H）、明度（符

37、号V）和彩度（符号C）按照视知觉上的等距指标排列起来进行颜色分类和标定的。它是目前国际上通用的物体色的表色系统。任何一种物体色都可以用孟塞尔表色系统来标定，即先写出色调H，然后写明度值V，再在斜线后面写出彩度C： HVC=色调 明度彩度无彩色用N符号表示，且在N后面给出明度值V，斜线后空白： NV=中性色 明度值,在孟塞尔颜色立体模型中，每一部位均代表一个特定颜色，并给予一,3.5.3 光源的色温和显色性 （1）光源的色温和相关色温 1）色温 在辐射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体称为黑体或称为完全辐射体。 当黑体连续加热时，它的相对光谱功率分布的最大值将向短波方向

38、移动，相应的光色将按顺序红黄白蓝的方向变化。在不同温度下，对应的光色变化在CIE1931色品图上形成弧形轨迹，叫作黑体轨迹或称为普朗克轨迹，见图3-45。,图3-45 不同温度的黑体轨迹,图3-45 不同温度的黑体轨迹,由于不同温度的黑体辐射对应着一定的光色，所以人们就用黑体加热到不同温度时所发出的不同光色来表示光源的颜色（图3-46）。通常把某一种光源的色品与某一温度下的黑体的色品完全相同时黑体的温度称为光源的色温，并用符号Tc表示，单位是绝对温度（K）。 白炽灯和卤钨灯的色品坐标正好在黑体轨迹上，所以用色温来描述此种光源的光色是很合适的。,（a）（b） (c) 图3-46 色温与颜色（a）

39、蜡烛色温为800900K，呈红色；（b）熔化的钢水色温3000K左右，呈黄白色； (c)切割金属用氧炔焰，色温5000K左右，呈白色,由于不同温度的黑体辐射对应着一定的光色，所以人们就用黑体加热,2）相关色温但是像气体放电灯的色品坐标一般在黑体轨迹附近，所以只能用相关色温来描述。通常把某一种光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近时的黑体温度称为相关色温，以符号Tcp表示。在图3-47中，绘出了确定相关色温用的等温线和黑体轨迹。,图3-47 确定相关色温用的等温线与黑体轨迹,2）相关色温图3-47 确定相关色温用的等温线与黑体轨迹,（2）光源的显色性物体色在不同照明条件下的颜色感觉有可能要发生

40、变化，这种变化可用光源的显色性来评价。光源的显色性就是照明光源对物体色表的影响（该影响是由于观察者有意识或无意识地将它与标准光源下的色表相比较而产生的），它表示了与参考标准光源相比较时，光源显现物体颜色的特性。光源的显色性可以采用简易装置进行评价，见图3-48。,图3-48 比较光源显色性的简易装置1标准光源；2被测光源,（2）光源的显色性图3-48 比较光源显色性的简易装置,光源的显色性采用显色指数来度量，并用一般显色指数（符号Ra）和特殊显色指数（符号Ri）表示：与CIE色试样的心理物理色的符合程度的度量称为特殊显色指数。光源对特定的八个一组的色试样的特殊显色指数的平均值则称为一般显色指数

41、。,光源的显色性采用显色指数来度量，并用一般显色指数（符号Ra）,特殊显色指数 （3-20） 式中的系数4.6是用来改变标度的，为的是使暖白色荧光灯的一般显色指数为50； Ei是色差，并由色差公式算得。一般显色指数 （3-21） 式中：Ra光源对CIE规定的1#8#具有中等彩度的8种 标准颜色样品的特殊显色指数Ri的平均值。显色指数的最大值定为100。一般认为光源的一般显色指数在10080范围内，显色性优良；在7950范围内，显色性一般；如小于50则显色性较差。,特殊显色指数,本章作业做下述4个习题： 3-1 波长为540nm的单色光源，其辐射功率为5W，试求：1）这单色光源发出的光通量；2）如它向四周均匀发射光通量，求其发光强度；3）离它2m处的照度。 3-2 一个直径为250mm的乳白玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1179 lm的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.60，求灯罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射）。 3-3 一房间平面尺寸为7m15m，净空高3.6 m。在顶棚正中布置一亮度为500cd/m2的均匀扩散光源，其尺寸为5m13m，求房间正中和四角处的地面照度（不考虑室内反射光）。 3-4 写出下列颜色的色调、明度、彩度： 1）2.5PB5.5/6；2）5.0G6.5/8；3）7.5R4.5/4； 4）N9.0/；5）N1.5/。,本章作业,