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1、电气照明技术,数理学院光源与照明专业 黄卫平,第二节 光与视觉,人眼与视觉,巩膜：眼睛的外壳，质地坚硬，白色不透明体，使眼球固 定在某个位置，前部为透明的角膜。 脉络膜：由血管组成的中间衬垫，向眼球提供养分，前部、 是虹膜，是一个彩色光阑，用于自动调节进入眼睛内的光量。 例如：当光线暗淡时就使瞳孔扩张。瞳孔是位于虹膜中心的小 孔。 视网膜：位于最里面的一层，是眼睛的视觉感受部分，相 当于胶卷，由神经组织组成，包括锥状和柱状神经。 锥状细胞：达几百万个，在中心凹区最集中，它在昼间看 物体，可辨别颜色。色盲就是锥状神经功能失调导致。,柱状细胞：数量也达到几百万个，呈扇形分布在黄斑到视网膜边缘的整个
2、区域内。它在夜间起作用，它们不能感知颜色，在照度低时，它对蓝色光敏感度比锥状神经大许多倍。因此在战争年代实行灯火管制时不用蓝色光而用红色光。 黄斑：大小约0.4毫米，位于视网膜中央，看物体最清楚。 水样体：在角膜和虹膜间的水状溶液，随时间推移会变色。 晶状体：具有自动调节功能的多层体。当观看6米以外的物体，眼睛处于正常休息状态，在看书或工作时人们观察距离一般为36厘米，长时间连续聚焦会产生疲劳感。 玻璃状液体：是一种胶状物质，分布于晶状体后面，用于协助晶状体使光线折射或弯曲，最终进入黄斑区，晚上进入黄斑附近区域。,视觉过程,当发光体或非发光体的反射光射入眼睛，经过角膜、 前房、晶状体、玻璃体后
3、依靠瞳孔和晶状体的调节控 制进入的光线，最后落在视网膜上，视细胞吸收了光， 其含有的视紫质分解，刺激神经末梢形成生物脉冲， 通过视神经把信息传导到大脑后部的视觉皮层，大脑 综合处理形成视知觉。 视细胞中视紫质要在维生素A的作用下不断被还原， 这种分解和还原的反应终止则视觉就终止。,视觉特性,暗视觉、明视觉、中介视觉 （1） 暗视觉：在视场亮度为10-610-2坎德拉/平方米下，只有柱状细胞工作，锥状细胞不工作，这种视觉叫暗视觉也叫柱状视觉。柱状细胞的最大视觉灵敏度在507nm处，因此暗视觉时绿光和蓝光特别明亮。柱状细胞对物体细节的分辨能量很差也没有色感，世界是蓝色灰色的。 （2）明视觉：视场亮
4、度超过10坎德拉/平方米时，锥状细胞起主要作用，这种视觉叫明视觉也叫锥状视觉。这时，锥状细胞的最大灵敏度在555nm处，波长较长的光谱会显得很明亮。锥状细胞能感受色觉，分辨物体的细节。 （3）中介视觉：视场亮度在10-210坎德拉/平方米时，两种细胞同时起作用，叫中介视觉。,视觉阈限：能引起光感觉的最低限度的光量。用亮度度量，也叫亮度阈限。 （1）与目标的大小有关。目标的大小用视角度量，视角小则亮度阈限高，视角大则亮度阈限低，当视角大于30度则阈限不再降低。 （2）与目标发出的光颜色有关。对波长长的光如红光黄光，亮度阈限就高，对波长短的光蓝光，亮度阈限就低，因为在暗视觉下光谱光效率向短波方向偏
5、移。 （3）与观察目标的时间有关。目标呈现时间长则阈限就低，反之就高。,视觉适应,视觉对视场亮度变化的适应过程，分为明适应和暗适应。 明适应：视觉系统适应高于几个cd/m2亮度的变化过程及终极状态。发生于由暗处到明处的时候，需要的时间较短（ 几十秒）。 暗适应：视觉系统适应低于百分之几个cd/m2亮度的变化过程及终极状态。发生于从暗处到明处的时候，所需时间较长（ 几十分钟）。,眩光,由于亮度分布或亮度范围不适宜，或者存在着极端的亮度对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部的能力的视觉现象。 不舒适眩光：产生不舒适感觉的眩光。 失能眩光：降低视觉功效和可见度的眩光。 影响因素：（1）周围环境。环境
6、较暗时，眼睛的适应亮度很低，即使是亮度较低的光，也会有明显的眩光；（2）光源表面或灯具反射面的亮度越高，眩光越明显；（3）光源的大小。光源的发光表面越大越容易引起眩光。,个人差别,上述视觉特性，人与人之间的感觉是不同的，这就是个人差别。主要是与年龄有关，老年人的视力与年轻人是不一样的，在照明设计中加以考虑。,视觉功效,人们完成视觉工作的功效。用来定量评价视觉器 官完成给定视觉作业的能力。评价指标如下： 对比敏感度、可见度 目标要被辨认，要与背景之间存在着颜色对比与亮 度对比。 （1）临界亮度差：人眼开始识别目标物与背景的最小亮度差。 （2）亮度对比： （3）临界亮度对比：,（4）对比敏感度 （
7、5）可见度 人眼确定物体存在或者形状的难易程度。,视觉灵敏度 视角：被识别的物体或细节对观察点所形成的张角，以弧分来度量。 眼睛能辨认的两个相邻物体的最小视角的倒数，也叫视力。 影响因素：（1）生理因素；（2）背景亮度及亮度对比,视觉感受速度 从物体出现到形成视觉所需要的时间的倒数，也称视觉速度。 影响因素：（1）背景亮度；（2）亮度对比；（3）视角,第三节 光与颜色,颜色的形成,光源色：发光体发出的光引起人们色觉的颜色。取 决于光的波长成分。单色光取决于波长，复合光取决 于光谱能量分布。 物体表面色：非发光体表面的颜色，也叫物体色或 表面色。是物体产生反射光引起的，取决于入射光源 的光谱能量
8、分布和物体表面的光谱反射比。,颜色的基本特性,两大分类：非彩色、彩色 三个基本特性：色调、明度、彩度 非彩色：包括黑色、白色、和各种深浅不同的灰色。,彩色,黑白系列以外的各种颜色。,颜色的三个基本特性,色调：又叫色相。可见光谱中不同波长的光在视觉上的表现。波长有无数种，光谱就有无数种，因此色调就有无数种。而相近波长的单色光眼睛很难区分，所以通常把各种光谱色归纳为有限种色调，来表示色刺激的主观属性。,彩度：颜色的深浅程度或丰富程度。彩色的纯洁度，也叫饱和度。 彩度可表现波长范围大小，范围越窄，则颜色越纯，彩度越高。,明度：颜色的明暗程度。 （1） 物体表面色的明度取决表面反射比，反射比 高则明亮
9、，低则发暗，中等则发灰。如表面是黑白 色，反射比在00.05呈黑色，在0.8以上呈白色，在 0.050.8之间呈灰色。 （2）光源色：它的明度反映的是光线的强弱，光线 越强明度越高，光线越弱明度越低。 只有彩色系列有完整的三个特性；黑白系列只有明度， 彩度为零，没有色调。,表色系统,常用表色系统有：孟塞尔表色系统、CIE表色系统。借助 于表色系统，人们能精确的标定颜色。 孟塞尔表色系统：用颜色立体图来表征物体表面的颜色。 （1）图中央轴：表示无彩色黑白系列中性色，其刻度表示 明度等级。0表示黑色，10表示白色，5表示灰色。 （2）含中央轴的垂直面:表示颜色的彩度、色调，从中央轴 向外可分若干等
10、分表示颜色的彩度等级，中央轴彩度为0， 外面彩度最高。（3）圆周：表示色调，分成10个主色调，一 共有40个不同的色调。,孟塞尔表色系统的彩色表示方式,HV/C：H表示色调，V表示明度，C表示彩度 例如：5YR8/4，表示色调是H=5YR是黄红色，明度 V=8表示颜色较亮，彩度C=4，说明颜色彩度不高， 该颜色是淡黄粉色。 黑白系列表示方式：NV：N表示中性色，V表示明 度。N5表示中灰色。 黑白系列没有色调，彩度为0，只需要标明度。,CIE表色系统,定义：以三原色学说为依据，以色刺激表示的系统。它表示光源色也可以表示物体表面色。是较完善和精确的系统，其中1931CIERGB系统比较直观，19
11、31CIEXYZ应用最广泛。 三原色学说：任一颜色可用三种原色（RGB）按一定比例混合，或者是各种颜色的光可分解成RGB三种波长的单色光，同时人眼的视网膜上的锥状细胞有RGB三种色素，但眼睛受单一或复合光刺激都产生一种视觉。,三原色的选取： （1）任意一种原色不能由其他两种原色混合而成。 （2）按不同比例混合时尽量能产生多种颜色。 CIE规定：三原色是700nm的红色、546.1nm的绿色、 435.8nm的蓝色,根据三原色原理，任意颜色的表达公式： 【C】= rR + gG + bB 公式中：r、g、b是红绿蓝三原色的量值，称为色 的三刺激值，满足r+g+b=1。 如果得不到相等的匹配时，可
12、将三原色之一加到 匹配颜色的一方，可以理解为将该原色滤去。 【C】= rR + gG - bB,光谱三刺激值：任一光谱色可用三原色混合而成： 则称 为波长的光谱色的三刺激值。,1931CIE-RGB系统色度图,1931CIE-XYZ系统色度图,光源的颜色,取决于光源的光谱能量分布 常用光源的光谱能量分布： （1）黑体：温度变化时，具有连续变化光谱。 （2）日光：由多种颜色的光按一定比例混合而成，与6500K的黑体光谱能量分布曲线接近，也就是太阳辐射具有连续的光谱。 （3）常用照明电光源：热辐射光源（连续光谱）， 气体放电光源（线光谱）,光源的色温,色温：当光源的颜色与某温度下的黑体的颜色相同时
13、，黑体的温度就是光源的颜色温度，即色温，符号为Tc，单位开尔文，记作K。 相关色温：气体放电光源与黑体辐射特性相差很大，当光源的颜色与某一温度下的颜色最接近时，黑体的温度就是光源的色温，即相关色温。,光源的色表,定义：与色温有关，是指光源的表面颜色。 分类：CIE根据色温或相关色温将光源的色表分成三种,显色性,定义：光源显现物体颜色的特性。即在该光源照射下物体表面显示的颜色与在标准光源照射下显示的颜色相符合的程度。,（1）标准光源：习惯地将北向天空光看着是标 准光源，但天空光受天气、季节、白昼的影响， CIE规定四种标准光源： A：色温约为2856K的充气钨丝灯泡； B：在A上加了特定的液体滤
14、光器（戴维斯吉伯 森滤光器B）得到4874的黑体放射光，代表直射阳 光； C：在A上加了上述得到6774K的黑体放射光，代表 平均昼光； D65：色温6504K的合成昼光。,（2）颜色样品 CIE规定了深红、深黄、深绿、深蓝、白种女性肤 色、中国女性肤色以及叶绿色作为颜色样品。 （3）色差：颜色差异引起色度图上的位置差异， 色差是用来定量描述这种差异。 照明技术中是指一种颜色样品在标准光源和被测 光源下的颜色差异。,（4）显色指数：符号R，最大值100，最小值0。 特殊显色指数：Ri=100-4.6Ei i：表示第几号色样 Ei：表示第几号色样在待测光源和在标准光源下的色差。,一般显色指数Ra
15、：在待测光源对CIE 规定的基本色样特殊显色指数的平均值。 一般采用Ra评价显色性指标 80100显色性好，5079显色性一般，小于50显色 性较差。 色表由色温表示，显色性由光源的光谱能量分布。,第四节 绿色照明,定义：节约能源、保护环境，提供人们的生产、工作、学习效率生活质量，并且保护身心健康的照明，是上世纪20世纪90年代提出。 宗旨：提供照明质量、，节约能源，保护环境，从而获得经济效益、社会效益、环境效益。 目的：节约能源、保护环境、提供照明质量。,美国绿色照明计划,最早1991年美国环保署提出并取得巨大收益，最后得到迅速推广。 计划减少一半照明用电量及减少5%的空气污染。由政府首先吸
16、收500家大型企业开始实施。 实施计划的方法：（1）将白炽灯换成紧凑型荧光灯；（2）将T12换成T8三基色荧光灯；（3）电感镇流器换成电子镇流器；（4）灯具采用新的镜面反射器；（5）采用控制器件对设施控制。,中国绿色照明工程,预期目标：节约电力、减少环境污染、建立节电照明器具的市场推广体系、提高节电照明器具的产品质量 成效： 完成用户照明节电意识和电器产品生产企业基础状况调查 制定4项高效照明电器产品国家标准 组织高效照明电器产品技术开发项目示范及应用推广 开展照明节电的科普宣传培训教育国际交流合作,绿色照明与照明节能的关系,绿色照明：综合考虑照明方式、照明控制、天然光利于以及管理维护因素，为人们创造高效、舒适、安全、经济、有效的工作生活环境。 照明节能：遵循的原则是保证足够的照明数量与质量前提下进行节能。 两者内容一样目的相同,
