中文 English Symbol Unit Relation
光通量 Luminous flux Φv lm (lumen)
光强 Luminous intensity Iv cd (candela) lm / sr
照度(进入面) Illuminance Ev lx (lux) lm / m2
光出射度(离开面) Luminous exitance Mv lm / m2
亮度(离开面) Luminance Lv cd / m2 (nit)
球面度(立体弧度) steradian Ω sr A / r2
把光当成从灯泡里喷出来的水。
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光通量
光源每秒向所有方向发出的光的量。
灯泡包装上写的就是这个。
水流比喻:水龙头每秒流出的总水量(比如 10 升/秒)。
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光强
某一个方向上光的浓度。cd = lm / sr(球面度)。
同样 1000 lm,裸灯泡撒向四面八方,坎德拉低;射灯收束成一束,坎德拉高。手电筒标的是这个。
水流比喻:水压/喷射集中度。装上花洒,总水量不变,但四周水压低;换上高压喷嘴,正前方的水压极高,能滋很远。
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照度
一个面接收到的光。lx = lm / m²。
必须指明「在哪测」:桌面、角膜,随着距离平方衰减,数值完全不同。
水流比喻:地面的淋湿程度。地板上某一平方米的区域,每秒到底被淋了多少升水。
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光出射度
一个面向四面八方发出的光(总和)。lm / m²。
日常选购中几乎用不到。通常是照明工程中,设计师用来计算天花板或墙面作为“二次反射光源”时,能重新向房间释放出多少总光量。
水流比喻:反弹或蒸发的水量。这一平方米的天花板,向四面八方总共反弹或蒸发出了多少升水。
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亮度
一个面(不论是主动发光还是反射)向你眼睛发出的光的浓度。
这是你眼睛真正感知到的"亮"。显示器亮度用的就是这个单位。
水流比喻:水溅进你眼睛里的量。地上的水弹起来,溅到你脸上的水有多少。
人类的瞳孔非常小,只能接收到沿着特定直线路径射入眼球的那一小撮光。既然人类只能感知到特定方向射进眼睛的光,我们只需要关心亮度就够了。
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照度和光出射度(单位一样,不涉及立体角,只涉及面积)
照度是水滴落下来:天花板或桌面上,每一平方米被淋了多少升水(光线打在表面上)。
光出射度是水滴弹出去:这一平方米的天花板,向四面八方总共反弹或蒸发出了多少升水(光线离开表面)。
两者单位一样,区别仅仅在于,照度是“进”,光出射度是“出”。
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光出射度和亮度(光出射度涉及面积、亮度涉及立体角和面积)
光出射度是水滴向四面八方弹出去:这一平方米的天花板,在所有方向上总共反弹或蒸发出了多少升水(光线离开表面,不问去向)。
亮度是水花精确溅入你眼中的量:在弹出去的所有水中,沿着某一个特定角度、精准射进你瞳孔里的那一束水流有多密集(光线离开表面,且特定指向你的眼睛)。
两者都是描述光“出”,区别仅仅在于,光出射度是“无差别散播的总量”,亮度是“特定方向上的浓度”。
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照度和亮度(照度涉及面积,亮度涉及立体角和面积)
照度是光进入面。它本身看不见:一束光穿过漆黑的房间,只要没打在物体或灰尘上,你完全看不到它。
亮度是光离开面,进入你的眼睛。你肉眼能看见的一切发光或反光,永远都是亮度。
照度是这块地板被淋水的强度(进);亮度是地板上的水反弹起来,沿着特定角度精准溅进你眼中的水花浓度(出)。
两者由反射率联系:L = E × ρ / π。注意,此公式仅适用于粗糙墙面等“理想漫反射面”,不适用于光滑屏幕的镜面反射。
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光通量:纯工业级,体积庞大的实验室巨兽
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测量仪器:积分球(Integrating Sphere)
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形态与价格:极其昂贵,几万到几十万不等。它的外观就是一个巨大的空心金属球(小的像篮球,大的能装下一个人),内壁涂满了反射率极高且绝对均匀的纯白漫反射涂层(硫酸钡)。
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怎么测:把灯泡放进球体的正中心点亮。光在球体内壁经过无数次完美的漫反射,将球体内部照得极度均匀,然后球壁上的一个小孔里的传感器读取总能量。
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水流比喻:把你关在一个绝对密封的球形密室里打开花洒,收集所有溅在墙上的水,一滴都不漏掉,从而算出花洒的总出水量。我们买灯泡时包装上印的流明,都是厂家在实验室里用积分球测出来的。
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光强:通常靠“测量 + 计算”得出
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测量仪器:分布光度计(Goniophotometer)
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形态与价格:大型机械臂设备。
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怎么测:在实验室的暗室里,把灯泡固定在一个可以 360 度旋转的机械臂上,然后在几米外放一个照度计探头。灯泡转动不同的角度,记录下每个角度的照度,再根据距离的平方反比定律逆运算($I = E \times r^2$)算出各个方向的光强。
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水流比喻:拿着一个接水盆站在固定的远处,让另一个人拿着喷头向四面八方转圈喷水,你记录下每个角度喷到你盆里的水压。
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照度:最容易、最便宜、最普及的测量
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测量仪器:照度计(Lux Meter)
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形态与价格:几十到几百块钱,像个带个白色半球形“探头”的小遥控器。
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怎么测:把那个白色的探头(光电二极管)平放在你的桌面上、或者贴在你电脑屏幕背后的墙上。
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水流比喻:它就像一个标准口径的接水盆。你把它放在地上,它能准确量出这一平方米的面积里,每秒钟接到了多少滴水。
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光出射度:现实中几乎没有人直接测它
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测量仪器:没有专属仪器。
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怎么测:它是算出来的。用照度计测出打在墙上的照度(进),然后用材料学仪器测出墙面的反射率,两者相乘得出光出射度(出)。或者把这块墙面材料塞进积分球里去测。这也是为什么我们在日常生活中完全用不到这个参数的原因。
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亮度:显示器行业的标配,偏专业
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测量仪器:亮度计(Luminance Meter) / 屏幕校色仪(Colorimeter / Spectrometer)
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形态与价格:几千到上万块钱不等。常见的比如摄影和显示器校色用的“红蜘蛛”(Spyder)或者爱色丽(X-Rite)。工业级的长得像一把测速雷达枪。
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怎么测:它带有一个镜头,必须对准发光面(或反光面),而且有一个极小的测量接收角(比如 1° 或 2°)。如果是校色仪,甚至需要直接贴紧屏幕表面。
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水流比喻:它就像一根带有精密漏斗的吸管,必须瞄准地上的水花,只测量沿着这条吸管飞进来的水滴浓度。
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用亮度计或者屏幕校色仪实测
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查阅专业评测机构的“亮度映射表”
像 Rtings、TFTCentral 这种顶级的显示器评测网站,在评测某款显示器时,不仅会测峰值亮度,还会专门给出一张 OSD 亮度设置 vs 物理亮度 (nits) 的对照表。
TODO
视野中的“绝对王者”既然你只看屏幕,那么你视野里的一切物理限制,都要以屏幕的亮度为绝对基准来建立。
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屏幕亮度(你的视觉锚点)
通常,在室内办公环境下,显示器的亮度建议调节在 100 到 150 cd/m2 (nit) 之间。
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背景亮度(显示器背后的墙面)
这是护眼的最核心机密——控制亮度比(Luminance Ratio)。
人眼在视野范围内,如果中心亮度(屏幕)和周边亮度(墙面环境)差异过大,瞳孔和视网膜的明暗适应机制会在两个亮度间反复调节,长时间高频切换导致疲劳。
最佳黄金比例:屏幕亮度与视野背景亮度的比例应尽量控制在 3:1 到 1:1 之间。
也就是说,如果你屏幕是 150 nits,你显示器背后的墙面反弹进你眼睛的亮度,最好在 50 到 150 nits 之间。绝不能是一片死黑(0 nit),也不能比屏幕还亮。
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视野边缘亮度
超出显示器和正后方墙面的更外围视野(比如房间的天花板、左右两侧的墙壁),亮度比放宽至 10:1 以内即可。
虽然你不需要看桌面上的纸,但照度在这个场景下扮演着“破坏者”和“建设者”的双重角色。
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屏幕表面的照度要求:应尽量低,只要不在屏幕上形成可见反光即可。
任何打在屏幕上的照度(外部光线进入屏幕表面),都会破坏显示器本身的对比度,并产生镜面反射变成刺眼的眩光。这就是为什么我们之前讨论一定要通过“反射角”避开屏幕,或者把光源藏在屏幕后面。
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背景墙面的照度要求:根据反射率倒推。
L = E × ρ / π。假设你的白墙反射率 ρ 是 0.8,如果你需要墙面达到 50 nits 的亮度,那么打在墙上的照度必须达到约 196 lx。这就是为什么我们说“洗墙灯”或者“上照式落地灯”的光通量必须足够大,才能撑起背景墙的照度,进而转化为保护眼睛的背景亮度。
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桌面的照度:无伤大雅的副产品。
因为你不看桌面,所以桌面上如果有 100 lx 到 300 lx 的照度完全没问题,只要这个反射上来的亮度不超过你的屏幕亮度即可。
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高频光强突变(眩光 Glare)
视野内绝对不能出现裸露的灯珠或极高亮度的光斑。你的视野里应该只有“漫反射面”(屏幕本身也是发光面),绝对不能有“点光源”直接射向你的眼睛。