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光学知识

发布时间:2020-03-03 20:34:10 来源:范文大全 收藏本文 下载本文 手机版

光学知识:

1.色温

定义:光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。

色温度以绝对温度 K 来表示,是将一标准黑体(例如铂)加热,温度升高至某一程度时颜色开始由红、橙、黄、绿、蓝、靛(蓝紫)、紫,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,其光源的光色与黑体的光色相同时,我们将黑体当时的温度称之为该光源的色温度。以绝对温K(Kelvin,或称开氏温度)为单位(K=℃+273.15)。因此,黑体加热至呈红色时温度约527℃即800K,其温度影响光色变化。

光色愈偏蓝,色温愈高;偏红则色温愈低。一天当中光的光色亦随时间变化:日出后40分钟光色较黄,色温约3000K;正午阳光雪白,上升至4800-5800K,阴天正午时分则约6500K;日落前光色偏红, 色温又降至约2200K。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时,对该光源光色表现的评价值,并非一种精确的颜色对比,故具有相同色温值的两种光源,可能在光色外观上仍有些许差异。仅凭色温无法了解光源对物体的显色能力,或在该光源下物体颜色的再现程度如何。

黑体的温度越高,光谱中蓝色的成份则越多,而红色的成份则越少。例如,白炽灯的光色是暖白色,其色温表示为2700K,而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。 北方晴空 8000-8500k

阴天 6500-7500k

夏日正午阳光 5500k

金属卤化物灯4000-4600k

下午日光 4000k

冷色荧光灯 4000-5000k

高压汞灯 3450-3750k

暖色荧光灯 2500-3000k

卤素灯 3000k

钨丝灯 2700k

高压钠灯 1950-2250k

蜡烛光 2000k

一些常用光源的色温为:标准烛光为1930K(开尔文温度单位);钨丝灯为2760-2900K;荧光灯为3000K;闪光灯为3800K;中午阳光为5600K;电子闪光灯为6000K;蓝天为12000-18000K。

光源色温不同,光色也不同,色温在3300K以下有稳重的气氛,温暖的感觉;色温在3000--5000K为中间色温,有爽快的感觉;色温在5000K以上有冷的感觉,不同光源的不同光色组成最佳环境。

3000-5000K 中间(白色) 爽快

>5000K 清凉型(带蓝的白色) 冷

色温与亮度:高色温光源照射下,如亮度不高则给人们有一种阴冷的气氛;低色温光源照射下,亮度过高会给人们有一种闷热感觉。

光色的对比:在同一空间使用两种光色差很大的光源,其对比将会出现层次效果,光色对比大时,在获得亮度层次的同时,又可获得光色的层次。

亮度:指的是人在看到光源时,眼睛感觉到的光亮度。亮度高低决定于光源产生光的能力。亮度符号 L,单位nite( cd/m2),其中cd为光强的单位,1cd代表1烛光,即一根标准蜡烛的发光能力。单位面积上的烛光越多,则代表发光能力越强,亮度越高

照度:指的是光源照射到周围空间或地面上,单位被照射面积上的光通量。照度符号 E,单位LUX (lm/m2),其中lm是光通量的单位,1lm代表1cd的光源在一个单位立体角内的光通量。单位被照射面积上的光通量多,照度就高。

亮度与照度:

关联点是:影响光源照度和亮度高低的物理量是相同的,即光通量

不同点一:影响光源亮度的光通量,是光源表面辐射出来的总光通量的多少,光源的发光能力越强,辐射出的总光通量越多;

不同点二:影响光源照度的光通量,是光源被辐射到被照面(如墙壁、地面、作业平台)上的光通量的多少。

不同点三:两者位置不同,受外界影响因素也不同。同一只光源,光源表面辐射出来的光通量被辐射到被照面(如墙壁、地面、作业平台)的光通量,在数量关系上是不等的。

物理意义

亮度形容的是光源的发光能力

照度形容的是被照物体所受到的光通量的大小 即,同一个光源的亮度是固定的,但是对同一个物体在不同距离产生的照度是不一样的

光强度(luminous intensity)

是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd)。1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。

光通量φ流明Lumen(lm)

是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量

色彩:

色彩深度又叫色彩位数,即位图中要用多少个二进制位来表示每个点的颜色,是分辨率的一个重要指标。常用有1位(单色),2位(4色,CGA),4位(16色,VGA),8位(256色),16位(增强色),24位和32位(真彩色)等。色深16位以上的位图还可以根据其中分别表示RGB三原色或CMYK四原色(有的还包括Alpha通道)的位数进一步分类,如16位位图图片还可分为RGB565,RGB555X1(有1位不携带信息),RGB555A1,RGB444A4等等。

色彩空间:(YUV、YIQ、YCbCr)

YUV模型用于PAL和SECAM制式的电视系统;YIQ模型与YUV模型类似,用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转;YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间,主要用于数字电视系统中;

这三者与RGB转化公式:

RGB -> YUV:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B,U = -0.147R0.515G0.275G0.523G + 0.311B

RGB -> YCbCr:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, Cb = -0.169R0.419B - 0.103B 从公式中,我们关键要理解的一点是,UV/CbCr信号实际上就是蓝色差信号和红色差信号。 我们在数字电子多媒体领域所谈到的YUV格式,实际上准确的说,是以 YCbCr色彩空间模型为基础的具有多种存储格式的一类颜色模型的家族(包括YUV444 / YUV422 / YUV420 / YUV420P等等)。在Camera Sensor中,最常用的YUV模型是 YUV422格式,因为它采用4个字节描述两个像素,能和RGB565模型比较好的兼容。有利于Camera Sensor和Camera controller的软硬件接口设计。

人造光源:

1.D65 国际标准人工日光(Artificial Daylight)色温:6500K 功率:20W

2.TL84 欧洲、日本、中国商店光源色温:4000K 功率:18W

3.F 家庭酒店用灯、比色参考光源色温:2700K 功率:40W

4.UV 紫外灯光源(Ultra-Violet)波长:365nm 功率:20W

5.CWF 美国冷白商店光源(Cool White Fluorescent)色温:4150K 功率:20W

6.U30 美国暖白商店光源(Warm White Fluorescent)色温:3000K 功率:18W

7.TL83标准光源,欧洲厨窗灯、部份客户指定用商店光源色温:3000K,

算法:

1 .白平衡算法:

在相机拍摄过程中,很多初学者会发现荧光灯的光在人看起来是白色的,但用数码相机拍摄出来却有点偏绿。同样,如果是在白炽灯下,拍出图像的色彩就会明显偏红。人类的眼睛之所以把它们都看成白色的,是因为人眼进行了修正。如果能够使相机拍摄出的图像色彩和人眼所看到的色彩完全一样就好了。但是,由于 CCD/CMOS传感器本身没有这种功能,因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正,这种修正就叫做白平衡。

色温对于相机而言就是白平衡的问题。在各种不同的光线状况下,目标物的色彩会产生变化。在这方面,白色物体变化得最为明显:在室内钨丝灯光下,白色物体看起来会带有橘黄色色调,在这样的光照条件下拍摄出来的景物就会偏黄;但如果是在蔚蓝天空下,则会带有蓝色色调。在这样的光照条件下拍摄出来的景物会偏蓝。为了尽可能减少外来光线对目标颜色造成的影响,在不同的色温条件下都能还原出被摄目标本来的色彩,就需要相机进行色彩校正,以达成正确的色彩平衡,这就称为白平衡调整。

白平衡调整就是试图把白色制成纯白色。如果这个最亮的部分是黄色,它会加强蓝色来减少画面中的黄色色彩,以求得更为自然的色彩。相机只要在拍摄白色物体时正确还原物体的白色,就可以在同样的照明条件下正确还原物体的其他色彩。

2.ISO:

ISO感光度的高低代表了在相同EV曝光值时,选择更高的ISO感光度,在光圈不变的情况下能够使用更快的快门速度获得同样的曝光量。反之,在快门不变的情况下能够使用更小的光圈而保持获得正确的曝光量。因此,在光线比较暗淡的情况下进行拍摄,往往可以选择较高的ISO感光度。当然,对于单反相机而言还可以选择使用较大口径的镜头,提高光通量。而对于一般数码相机因为采用的是固定镜头,惟有通过提高ISO感光度来适应暗淡光线情况下的拍摄,特别是在无法使用辅助光线的情况下。

夜景拍摄常常使用较小的光圈和较长的曝光时间,假如选择较高的ISO感光度必将不可

避免的产生噪点和杂色。这时可以使用三脚架,有可能的再使用快门线,选择较低的ISO感光度就可以避免噪点和杂色的产生。

Lux

照度是反映光照强度的一种单位,其物理意义是照射到单位面积上的光通量,照度的单位是每平方米的流明(Lm)数,也叫做勒克斯(Lux): 1 lx=1 Lm/㎡上式中,Lm是光通量的单位

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