打光篇-Radiometric && Photometric概念

原創

2020-02-23 00:42

主要記錄一下場景打光用到的一些基礎概念，其實很多書裏都有很詳細的介紹，比很多網上的文章都系統和詳細，推薦去看，下面也很多就是我對書中的翻譯。

只是梳理，能區分開打光需要用到的概念就好。

目錄

1.Radiometric 基礎單位

2.轉換對應到photometric

一般用到的都是 Radiometric，也就是輻射度量學，Photometric 是考慮了人眼感知的範圍之後，對 Radiometric 乘一個 Photometric Curve，一乘，就換了個不同單位的評價體系。

1.Radiometric 基礎單位

主要用到的單位是

radiant energy: 輻射能，符號 Q，單位 joule

描述能量大小的基本單位，光每個photon都有一定大小的輻射能，跟波長大小有關，比如550nm波長具有的 joule 的計算

$Q= h * v = h * \frac{c}{v} = 6.6262.*10^{-34} * \frac{2.998*10^{-8}}{5.5*10^{-7}}=3.6*10^{-19} jougles$

h是普朗克常數，c是光速，v是波長，這樣 1 joule 就可以有如下這麼多550nm波長的光子

$\frac{1}{3.6*10^{-19}} = 2.77*10^{18} photons$

radiant flux：輻射通量，符號 P/ $\Phi$ ，也叫radiant power，單位 watt /W

描述單位時間能量大小的基本單位，所以公式就是輻射能除以時間 $P =\frac{\mathrm{d}Q }{\mathrm{d} t}$

radiant intensity:輻射強度，符號 I，單位 W/sr

描述單位立體角內的輻射通量，公式也就是輻射通量除以單位立體角 $I = \frac{\mathrm{d} P}{\mathrm{d} \omega}$

dω是什麼：一個微面元相對於另一個微面元上的（每一個）點所張成的夾角，因爲是
微面元，所以同一個微面元上每一個點的dω都是一樣的。

irradiance: 輻射照度，符號E，單位 $W/m^{2}$

描述單位面積內輻射通量，公式也就是輻射通量除以單位面積 $E = \frac{\mathrm{d} P}{\mathrm{d} A_{proj}}$

最後，radiance：輻射亮度，符號L，單位 $W/m^{2}sr$

描述單位面積單位角受到的輻射通量，常用於各個感應器的度量

由單位也可以看出公式 $L=\frac{\mathrm{d^{2} P} }{\mathrm{d} A_{proj}\mathrm{d}\omega } = \frac{\mathrm{d} I}{\mathrm{d}A_{proj} }= \frac{\mathrm{d} E_{proj}}{\mathrm{d}\omega }$

可以從多個維度理解輻射亮度，既可以是單個點上的照度，其實是所有立體角發射過來的集合，所以相除得到亮度，也可以是沿一個立體角方向的所有強度，得到的是一個平面點的集合，也可以相除得到亮度。

2.轉換對應到photometric

之後，photometric和radiometric 的單位之間都有互相對應

luminous energy: 光能，單位 talbot

luminous flux：光通量，單位 lumen(lm)流明

luminous intensity:光強度，單位 cd 坎德拉

illuminance: 光照度，單位 lux 勒克斯

最後，luminance：光亮度，單位 nit 尼特

中間的轉換公式都是類似的，都是乘以 photopic spectral luminous efficiency curve

比如 radiant flux 和 luminous flux之間的轉化

$\Phi _{v}=K_{m}\int_{\lambda=380}^{\lambda=780}\Phi _{E}(\lambda))V(\lambda))\delta \lambda}$

其中， $\lambda$ 是波長， $K_{m}$ 是 maximum spectral luminous efficacy ，值是 683 lm/W

$\Phi _{v}$ 是光通量，單位流明， $\Phi _{E}(\lambda)$ 是輻射通量，單位 $watt/nm^{2}$

$V(\lambda )$ 是 photopic spectral luminous efficiency curve

計算 $V(\lambda )= 1.1019*e^{-285.4*(\lambda-0.559)^{2}}$ 。

參考：

RTR,

https://en.wikipedia.org/wiki/Etendue

https://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function

http://depts.washington.edu/mictech/optics/me557/Radiometry.pdf

https://1drv.ms/b/s!Ah5P8w9PHjYxhUARmmCEfk9vraSW

https://blog.csdn.net/u010476094/article/details/44106203

https://www.electrical4u.com/radiance-and-luminance/

https://omlc.org/classroom/ece532/class1/radiance.html

https://www.thorlabs.de/catalogPages/506.pdf

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