基礎物理概念
🌻 Tips: 立體角的規定爲當前球面表面積與球體半徑平方的比值，因此整個球面對應的立體角爲 \(\Omega=S_{Sphere}/R^2=4\pi R^2/R^2=4\pi\)，故此立體角公式爲：\(d\Omega=dS/r^2\)
一、輻射學
1. 輻射通量
輻射通量又稱輻射功率，指單位時間內通過某一截面的輻射能，是以輻射形式發射、傳播或接收的功率，單位爲 \(W\)（瓦），即 \(1W=J/s\)（焦耳每秒）。它也是輻射能隨時間的變化率 \(\Phi=dQ/dt\) 。測量輻射通量的方法一般是由直流電置換輻射通量的等價置換原理進行的。
2. 輻射照度
輻射照度又稱輻照度，是受照面單位面積上的輻射通量，單位：瓦每平方米（ \(W/m^2\) ）；輻射照度表徵了受輻射能照射的表面上，單位面積單位時間內接收的輻射能的多少，即受照面上的輻射通量密度。計算公式如下：
\(I\) 表示輻射照度，\(\Phi\) 表示光通量，\(S\) 表示面積。
3. 輻射強度
點輻射源在某方向上單位立體角內傳送的輻射通量，記作 \(I_e\) ，即 \(I_e=d\Phi_e/dΩ\) ，式中 \(d\Phi_e\) 是 \(d\Omega\) 立體角元內的輻射通量。 輻射強度的 \(I_e\) 單位爲 瓦/球面度 。多數輻射源的輻射強度正比於該方向與表面法線之間夾角的餘弦，這樣的輻射源稱爲餘弦輻射體或朗伯輻射體。
4. 輻射亮度
輻射亮度簡稱輻亮度，輻射亮度表示面輻射源上某點在一定方向上的輻射強弱的物理量。指面輻射源在單位時間內通過垂直面元法線方向 \(\vec n\) 上單位面積、單位立體角上輻射出的能量，即輻射源在單位投影面積上、單位立體角內的輻射通量。
輻射亮度的 \(SI\) 單位爲 瓦/(球面度x米^2) 。面輻射源的輻射亮度 \(L_e\) ：輻射源在某一方向的單位投影面積在單位立體角內的輻射通量，稱爲輻射亮度 (Radiance) \(L_e\)。\(L_e=dI_e/(dS \cdot cos\theta)\)； \(I_e\) 爲輻射強度，\(\theta\) 爲給定方向和輻射源面元法線間的夾角。單位是 \(W/(sr\cdot m^2)\)。
二、光度量學
1. 光通量概念
光通量 （luminous flux） 指人眼所能感覺到的輻射功率，單位爲 \(lm\) (流明)，它等於單位時間內某一波段的 輻射能量 和該波段的 相對視見率 的 乘積 。由於人眼對不同波長光的相對視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時，其光通量並不相等；光通量與輻射通量的關係如下：
式中 \(K_m\) 爲光譜光視效能的最大值，等於 \(683lm/W\) ; \(V(\lambda)\) 爲國際照明委員會 (CIE) 規定的標準光譜光視效率函數; \(\phi_{eλ}\) 爲輻射通量的光譜密集度。
\(1lm\) 等於由一個具有 \(1cd\) (坎德拉) 均勻的發光強度的點光源在 \(1sr\) (球面度)單位立體角內發射的光通量，即 \(1 lm=1 cd·sr\) 。一隻 \(40W\) 的普通白熾燈的標稱光通量爲 \(360lm\) ，\(40 W\) 日光色熒光燈的標稱光通量爲\(2100 lm\) ，而 \(400 W\) 標準型高壓鈉燈的光通量可達 \(48000 lm\) 。
2. 發光強度概念
發光強度 (Luminous intensity) 是基於人眼模型定義的，該物理量考慮了人眼的相對視見效率，在光度學中簡稱光強或光度。用於表示光源給定方向上單位立體角內光通量的物理量，國際單位爲坎德拉，符號：cd ，以前又稱燭光、支光。其物理表達式如下：
物理意義： 發光體在給定方向上的發光強度是該發光體在該方向的立體角元 \(d\Omega\) 內傳輸的光通量 \(d\Phi\) 除以該立體角元所得之商，即單位立體角的光通量。
📓 Example: 發光強度爲1燭光的點光源，在單位立體角（1球面度）內發出的光通量爲“1流明”?
考慮到1燭光時間上爲光強度單位，1燭光=\(1cd\)，據此計算光通量如下：
3. 光照強度(照度)概念
光照強度是指單位面積上所接受可見光的能量，簡稱照度，單位勒克斯 （Lux或lx） 。爲物理術語，用於指示光照的強弱和物體表面積被照明程度的量。其物理表達式如下：
\(1 lux=1 lm/m^2\) : 被光均勻照射的物體，在1平方米麪積上所得的光通量是1流明時，它的照度是1勒克斯；流明是光通量的單位。
4. 光亮度
光亮度 (luminance) 又稱發光率，是指一個表面的明亮程度，以 \(L\) 表示， 即光源在垂直其光傳輸方向的平面上的正投影單位表面積單位立體角內發出的光通量。
物理意義： \(ds'=ds·cosθ\) ，面元沿這個方向的發光強度爲 \(dI\) ，則光源在該方向上的光亮度爲 \(L=dI/(cosθ \cdot ds)\) ；若面元沿這個方向上立體角元 \(d\Omega\) 內發出的光通量爲 \(d\Phi\) ，因此 \(dI=d\Phi/d\Omega\) ，光亮度又可寫爲 \(L=d\Phi/(d\Omega \cdot ds \cdot cosθ)\)；在國際單位制中，光亮度的單位是 坎德拉/平方米 \((cd/m^2)\)，又稱尼特 nit 。
三、色度學
CIE 1931色度圖是用標稱值表示的CIE色度圖，x表示紅色分量，y表示綠色分量。E點代表白光，它的座標爲(0.33，0.33);環繞在顏色空間邊沿的顏色是光譜色，邊界代表光譜色的最大飽和度，邊界上的數字表示光譜色的波長，其輪廓包含所有的感知色調。所有單色光都位於舌形曲線上，這條曲線就是單色軌跡，曲線旁標註的數字是單色(或稱光譜色)光的波長值;自然界中各種實際顏色都位於這條閉合曲線內;RGB系統中選用的物理三基色在色度圖的舌形曲線上。