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光源基本性能

光源基本性能

光通量
      光源在单位时间内发射的可以引起人眼感光刺激的那部分辐射通量称为光通量,单位为流明(lm) 。光通量为光度学单位。由于人眼对不同波长光的感光性能不同,不同波长的光源,即使辐射功率相同,其光通量也不一定相同。相机与人眼的感光范围和感光能力不同,在相同光通量下,相机与人眼感受的光的强弱也有差异。

光效率
      光源消耗单位电功率所产生的光通量称为发光效率,是用光源发出的光通量除以电功率表示,其计量单位为流明/瓦(lm/w)。例如,某光源能够将1W电功率转化为180lm的光通量,那么光效率为180lm/W。

发光强度
      光源在空间沿着某一方向上,单位立体角内发出的光通量大小,称为发光强度,单位为坎德拉(cd)。对发光强度为1cd的点光源,其在给定方向1球面度(sr)内发射的光通量为1流明(lm),这一光源在整个球空间的总光通量为4π lm(约为12.566lm)。

光照度
      被照面单位面积接受的光通量,称为光照度,单位为勒克斯(lx),1 lx=1 lm/m² 。

均匀性
      通常指光源发出的光线在某一受照面的一定范围内的照度值均匀,亮度一致,则称为光源在该受照面的照度均匀。光源在该受照面的均匀性受到光源本身的设计以及光源的工作距离和工作角度等影响。

平行性
      理想平行光源经过特殊透镜模组、光学玻璃,能够发出照射角度都一样的光线,为此随着光源工作距离改变,平行光源的发出的光斑几乎不会发生形状和大小的变化。光源平行性越好,光斑随距离改变时越不易发生形状和大小的变化。平行光源多于镜面材料的缺陷检测、激光雕刻识别等。

色温
      当光源所发出光的光谱分布与完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时,我们将绝对黑体的温度称为该光源的色温。色温用来表示颜色的视觉印象,通常情况下色温高的光源颜色偏蓝,色温低的光源颜色偏红。高色温光源照射下,如亮度不高则给人们有一种清冷的气氛;低色温光源照射下,亮度过高会给人们有一种温暖的感觉,因此光色偏蓝的称为冷色(大于5000K),光色偏红的称之为暖色(小于3300K),介于冷色和暖色之间称为中间色(3300-5000K)。

显色性
      显色性是光源的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实颜色的显现程度。光源的显色性是由显色指数(Ra)来表明,它表示物体在光下颜色比基准光(太阳光)照明时颜色的偏离,能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色显现能力较强,在其照射之下看到的颜色就比较接近自然原色,比较逼真;显色性低的光源对颜色的显现能力就比较差,在其照射下看到的物体颜色与自然原色差异也比较大。光源的色温与显色性并没有直接的关系。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100,各类光源的显色指数各不相同。一般工业上,光源显色指数为Ra=90-100,显色性优秀,应用于色彩精确比对的场所;Ra=80-89,显色性良好,应用于色彩需要正确判断的场所。OPT标准的LED灯色温在5000~7000K范围,显色指数70-90,高显指的色温在2700~5600K范围,显色指数大于95。

寿命
       LED灯珠设计寿命通常为50000小时以上,常规设计插件LED连续点亮寿命高达25000小时。与传统光源灯丝熔断停止发光不同,LED不会直接停止发光,而是光通量随时间流逝而下降,通常以光源的光通量下降到初始的70%作为寿命时长。热量是影响LED光源寿命的主要因素,通过优化LED光源电气设计和散热设计,采用频闪触发控制光源工作,降低LED工作结温,能够有效延长LED光源的寿命。

光的颜色
      光本质上是一种电磁波,在整个电磁辐射波谱中,可见光只占其中一小部分,波长在380nm~760nm之间的那部分可以为人眼所感知,称为可见光,不同的光谱对应不同的颜色。对不可见光,一般将波长10nm-400nm的光称为紫外光,将波长770nm-1mm的光称为红外光。电磁波谱如图所示:



可见光与近可见光波段波谱

常见LED颜色光谱
以上数据为OPT使用的部分灯珠光谱图


颜色合成与互补关系
      从紫色经由蓝、青、绿、黄、橙到红色的渐变颜色中,其中的的红、绿、蓝三色中的任意一种均不能由其他两种调配出来。而且它们经一定比例混合,可以组成包括白光在内的任意颜色,因此称此三种颜色为三基色。以此为基底可以建立一种颜色空间,即常说的RGB空间,一种颜色对应该空间中的一个点。除此之外,还有很多其他的颜色空间,例如HSI、CIE、CMY、CMYK(印刷)等。颜色的主要合成关系如下表所示、如果两种颜色含有完全相同的基色成分,则称这两种颜色为相同色;如果两种颜色的组合成分有差异但差异不大,则称这两种颜色为相近色;如果两种颜色没有任何共同成分、则称这两种颜色为对比色;如果两种颜色以适当比例混合生成白光、则称这两种颜色为互补色。

颜色的合成


      光照射到物体表面,反射光的颜色主要与物体表面的自然色一致;光穿过透明的物体之后,透射光的颜色主要与透明体颜色一致。如果入射的颜色和物体本身颜色一致或者比较接近,则反射率或者透射率会比较高,反之如果入射光与物体的自然色是对比色,则反射率或者透射率会比较低。










      为了方便应用,可以把可见光波段的颜色首尾相接组成一个圆环,也就是所谓的色环。色环中,距离比较近的颜色为相近色或者相邻色,关于圆环中心对称的为互补色,离得比较远的为对比色。在光照环境中,使用与物体本色相邻或相同的颜色照射,物体在图像中的亮度会相对比较高;反之,如果使用对比色光照,则会使物体在图像中显得比较暗。如下图所示,分别使用三种颜色光照射三基色图片的效果,左边从上到下依次是红、绿、蓝光照拍摄的彩色图片,右边是对应的黑白图片。从中可以发现,与照射光相同的颜色将融入到白色背景中去,而与之互补的颜色将变成黑的。因此,选择照射光的颜色可以过滤某些干扰背景,也可以加强对比效果。

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