屏幕亮度測量

輻射度學(xué)（radiology）是一門以整個(gè)電磁波段的電磁輻射能測量為研究對(duì)象的科學(xué)。輻射度量是用能力單位描述輻射能的客觀物理量。光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量。

輻射測量可以用于測量發(fā)光光源，也可以用于測量反射光。

1.輻射光譜原理

所有的電磁輻射都是光，可見光是光譜中人眼能看到的唯一部分。通常，人眼可以檢測到380~700nm的可見光波長。在人的一生中，我們的眼睛一直依賴于這一窄波段的電磁輻射來收集關(guān)于世界的信息。

• 輻射量

輻射度就是輻射強(qiáng)度描述的能量照射到物體表面上的能量，因?yàn)檩椛鋸?qiáng)度沒有變化, 會(huì)隨著照射的面積的變化而變化。

輻射通量是指單位時(shí)間內(nèi)釋放、反射、透射或接受的能量，有時(shí)也稱為“輻射功率”。

輻照度是是每(垂直/投影)單位面積入射到一個(gè)表面上一點(diǎn)的輻射通量，即入射到單位接收表面積上的輻射功率。

輻射亮度是指擴(kuò)散源在某方向上單位投影面積和單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率，可以認(rèn)為是一束光子沿著某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。

• 光度量

輻射度量是用能量單位描述輻射能的客觀物理量。光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量。

光照度是指光源照射到物體表面一個(gè)面元上的光通量除以該面元的面積，即單位面積上所接收的光通量大小。

光亮度又稱發(fā)光率，是指一個(gè)表面的明亮程度， 即從一個(gè)表面反射出來的光通量?；蛘哒f是指在某方向上單位投影面積的面光源沿該方向的發(fā)光強(qiáng)度。

光通量、光強(qiáng)、照度、亮度之間的關(guān)系示意圖

• 色度學(xué)

物理學(xué)里面，研究的是光的客觀屬性及其規(guī)律，色度學(xué)里面，研究的是人眼感知的主觀屬性及其規(guī)律，所以色度學(xué)是建立在人眼的基礎(chǔ)之上的。人類有三種錐細(xì)胞，紅色光刺激紅細(xì)胞，藍(lán)色光刺激藍(lán)細(xì)胞，綠色光刺激綠細(xì)胞，而黃色光既可以刺激綠細(xì)胞，也可以刺激紅細(xì)胞。

色光三原色

顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周圍環(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺系統(tǒng)有關(guān)系。一般來說可見光譜上的各種顏色隨光強(qiáng)度的增加而有所變化(向紅色或藍(lán)色變化)。

如果被測定的有色物質(zhì)的每個(gè)三刺激值被三個(gè)總和除，則每種原色在總刺激部分中所占的比例就極易得到，因?yàn)樗鼈兊目倲?shù)為1，0000。兩個(gè)系數(shù)就足可說明色性了。這種比例數(shù)值就叫色性坐標(biāo)，或色性系數(shù)，也叫三色系數(shù)。

CIE 1931光譜三刺激值曲線                              色度圖

2.輻射光譜測量方案

• 積分球光采集

光源在內(nèi)：

測試原理圖

為保證參考光譜的穩(wěn)定性，所使用的照明光源必須穩(wěn)定且在測量過程開始前就已經(jīng)穩(wěn)定輸出。同時(shí)在一次測量中，必須保證各接口的相對(duì)位置保持不變。

光源在內(nèi)：

測試原理圖

通?？捎糜跓艟叩容^大的發(fā)光物體，積分球在成理想條件下，能將待測光源輻射出來的光散射成積分球內(nèi)壁單位面積照度一致，且創(chuàng)造一個(gè)暗室環(huán)境，避免雜散光的影響。

• 余弦探頭光采集

利用余弦探頭進(jìn)行光信號(hào)采集，進(jìn)行待測光源輻照度測量。針對(duì)不同的光源可采用不同直徑的余弦探頭。

采集示意圖

• 鏡頭光采集

利用鏡頭進(jìn)行光信號(hào)采集，進(jìn)行待測光源的輻射亮度，光譜輻射亮度，發(fā)光強(qiáng)度，光亮度等與接收角度有關(guān)的輻射參數(shù)測量。

采集示意圖

3.實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>

測量手機(jī)屏幕在三種亮度下的亮度值

3.2實(shí)驗(yàn)儀器列表

3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

測量手機(jī)在三種亮度下的亮度值

測試樣品樣品：

反射率實(shí)驗(yàn)光路設(shè)計(jì)如下圖所示：

圖1 屏幕測量光路示意圖

按圖1示意圖搭建光路，在暗室的條件下，測量手機(jī)亮度值。實(shí)驗(yàn)過程中每隔5分鐘保存一次數(shù)據(jù)，保存原始數(shù)據(jù)并繪制亮度曲線，測試圖片如下圖所示

圖2  實(shí)驗(yàn)測量過程圖

圖3 實(shí)驗(yàn)測量過程圖

4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測量均在距離手機(jī)1cm，最高亮度、中等亮度和低亮度三種亮度下進(jìn)行測量，每隔5分鐘保存一次數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)曲線圖如下：

最高亮度下亮度測量結(jié)果：

每組數(shù)據(jù)的亮度值如下表：

中等亮度下亮度測量結(jié)果

每組數(shù)據(jù)的亮度值如下表：

低亮度下亮度測量結(jié)果

每組數(shù)據(jù)的亮度值如下表：