基于辐射光谱的相关色温与热力学温度相关性分析.docx

第26卷，第11期光谱学与光谱分析v01．26，№．11，ppl984—19872OO6年11月SpectroscopyandSpectralArmlysisNov锄ber，2006基于辐射光谱的相关色温与热力学温度相关性分析符泰然1，程晓舫2，钟茂华1，杨臧健21．中国安全生产科学研究院公共安全研究所，北京1000292．中国科学技术大学热科学和能源工程系，安徽合肥230027摘要(相关)色温是色度学中用以描述物体色度特性的物理量，与基于谱色测温法而得到的热力学温度之间是存在差异的。对于可见光波段内具有单调发射率的连续辐射光源，通过辐射光谱的分析，建立(相关)色温与热力学温度之间的数学关联是可行的，因而，它们之间的相关性温差与发射率模型变量的变化规律在文章中给予了详细的理论分析，并给出了相应的数值模拟结果。文章的理论与数值分析讨论将为色温计成为测温计做出更充足的理论准备。主题词热力学温度；谱色测温法；颜色；色温；相关色温中图分类号：0551．2；0432．3；0433．1文献标识码：A文章编号：1000—0593(2006)11—1984一04委员会)均匀颜色空间中的数学方程描述h5|，引言r780”U—l“(A)P(A)mJ380”r780”本课题组已有的工作建立了基于人眼辐射测温的数学原V—l口(A)P(A)呶(1)J380”理，把具有主观性的经验测温提升到具有客观性的定量测r鸺0T蚰温，即所谓的谱色测温法[1’2]，对于热力学温度、物性和颜色W—I380”叫(A)P(A)出J之间的关系用科学的语言已给予了详尽的描述。其中，(五Q)，弓(A)，面n))为CIE1960—UCS系统的光谱三色温与相关色温是色度学中基本的光谱颜色表征概念，刺激响应曲线，(U，V，W)为表征颜色信息的三刺激值。归对于黑体或灰体，色温在被用来描述光源色度的同时，也表一化(U，V，w)后得到颜色的色度坐标，征了光源的真实温度(热力学温度)；如果光源是实际物体，“=U／(U+V+W)，口一W(【，+V+W)(2)相关色温是否适合描述热力学温度呢?不适合是肯定的，因光源发射光的颜色(即光源色)与某一温度下的黑体发射为这是两个不相干的物理学概念，但它们之间是否存在某种光的颜色相同时，此时黑体的绝对温度值即为该光源的色符合规律的数学关联呢?为解决这一问题，本课题组结合谱温，色温用绝对温度单位K表示。不同热力学温度的黑体的色测温法和色度学的基本原理，以光谱颜色为研究的交叉颜色在色度坐标系中形成一条颜色轨迹，即Planck轨迹，其点，对谱色测温中具有特定颜色表征的热力学温度与色度学轨迹坐标用(询，‰)表示，中的(相关)色温进行了相关性分析研究[3]。然而，已有的研物一日j[五(A)]／Hj[五(A)+孑Q)+面(A)]究只是讨论了在线性发射率模型下物理量间的相关性。本文协一H。[云(A)]／H。[五(A)+；(A)+面(A)](3)将以此为基础，通过辐射光谱差异性的分析，讨论更一般的r】。定义函数风[胡一l‘口·∥L(A，T)m。测量情形下，即发射率模型偏离于线性时，热力学温度与J11(相关)色温的相关性温差的变化规律，为色温计成为测温计如果光源色度与黑体有差异，则用相关色温[4．胡来描述做更充足的理论准备。光源的颜色，根据相关色温(记为L)的定义，均匀色度图中的等相关色温线是垂直于P1anck轨迹的直线簇，等相关色温1色温与相关色温线方程为口=K(Tc)·“+D(L)(4)色度理论给出光辐射刺激引发的颜色在CIE(国际照明斜率K(L)一一d询／d铷，截距D(t)一伽一K(丁f)·蛳。收稿日期：2005一09一05。修订日期：2005—12—26基金项目：国家自然科学基金和安徽省教育厅重点科研计划(2001kj265zd)项目资助作者简介：符泰然，1978年生，中国安全生产科学研究院公共安全研究所博士，工程师万方数据第11期光谱学与光谱分析1985M一(岛·撕+佩·‰)／(岛+佩)2发射率模型及热力学温度的色度表征口一(岛·伽+佩·％)／(届+佩)(7)其中岛(D一圮[五(A)+云Q)+面(A)]，‰(D=光谱发射率定义了相同温度下实际物体光源与黑体的光％匝(^)]佩(T)，％(T)一心[云(A)]很(T)。谱辐射强度的差异，在可见光波段内，所有可能的光谱发射(7)式描述了热力学温度所表现的色度，即建立了色度率显然被限定在图1所示的矩形框内。文献[6，7]指出绝大坐标(“，D与光源的热力学温度T、发射率参数m和弯曲度多数实际物体的光谱发射率随波长具有单调性质。假设物体指数竹之间的对应关系。给定(挖，D，(7)式表征了辐射源的光源的发射率也具有同样性质，即待考察的物体光源限于具等温状态，即是色度坐标的等温线方程，整理化简后为如下有(5)式所描