以眼睛的名义：解锁光度学的四大“明星”单位
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在日常生活中，我们或多或少都听到过流明（lm）、勒克斯（lux）、坎德拉（cd）、坎德拉每平方米（cd/m²）这些和“光”有关的单位。对于那些和“光”打交道的同学来说，更是耳熟能详。今天，就让我们以眼睛的名义，来一场光度学概念的趣味之旅，帮大家把这些概念梳理得明明白白、清清楚楚。
光度学（Photometry）和辐射度量学（Radiometry）是两个看似相似却又大不相同的领域。光度学是以人眼为基础的，它关注的是我们眼睛对光的感受；而辐射度量学则是基于实际能量的，它只关心光的能量大小，不考虑人眼的感受。打个比方，如果一个光源发出的光能量很高，但都集中在人眼不敏感的红外波段，那么从辐射度量学的角度来看，这个光源很强；但从光度学的角度来看，这个光源就比较弱了。
人眼对光谱中不同波长的光有不同的敏感度，这个敏感度就是光度学和辐射度量学之间转换的关键——光谱光视效能（Luminous Efficacy，V(λ)）。人眼在555 nm（黄绿光）处最灵敏，所以把这个波长的光视效能设为最大值，即V(555 nm)=1；其他波长的光视效能都是小于1的相对值。这个小小的光视效能，就是光度学和辐射度量学“分道扬镳”的关键所在。
流明（lm）在光度学里，就好比是功率的概念。它和辐射度量学里的瓦特（W）是可以对应理解的。在人眼最灵敏的555 nm处，流明和瓦特的换算关系是常数Km=683lm/W（国际标准值）。也就是说，真实的功率为1 W的555 nm的光，其光通量为683流明。要是换作其他波长的光，由于人眼的敏感度降低，同样功率为1W的光，其光通量就达不到683lm了。换句话说，同样1 W的光，我们会觉得其他颜色的光没有555nm的亮，光视效能越小，我们觉得这光就越弱。
若想评价非单色光（比如日光灯灯光）的“功率”，就不能只看一个波长，必须综合所有波长的贡献。因此，“辐射度量学的功率（瓦特）”和“光度学的光通量（流明）”之间的换算关系就显得尤为重要。
走进电影院，你会注意到两种截然不同的灯光体验： 传统白炽灯放映厅： 灯泡功率高达500W，但整个影厅的亮度却显得昏黄柔和。虽然白炽灯在红光波段（约620nm）的光效较高，但人眼对红光的敏感度较低（V(λ)≈0.4），导致实际感知的亮度远低于其功耗。 现代LED放映厅： LED光源总功率仅200W，但屏幕亮度却达到1000尼特（约7000 lm/m²）。这是因为LED的光谱集中在人眼最敏感的黄绿光（555nm附近），光效高达150 lm/W。尽管输入功率更低，但观众看到的画面却更明亮清晰。
勒克斯（lux）及其背后的照度（illuminance）概念，用于描述单位面积的物体或探测器接收到的光通量（单位：lm/m²）。在辐射度量学中，对应的单位是W/m²（辐射照度）。
需要强调的是，照度（lux）描述的是被照面的亮度，而非光源本身的属性。例如，不能说“某个光源有多少勒克斯”，但可以说“被照面上接收到了多少勒克斯”。照度和光源的发光强度（坎德拉）通过距离平方反比定律关联：1坎德拉的光源在1米处产生的照度为1勒克斯。因此，光源的发光强度和被照面的照度是密切相关的。
照度（）表示被照面单位面积接收到的光通量（，单位：lm），其公式为：
咖啡馆的300 lux：暖黄光（2700K）的照度通常较低（约200-400 lux），光线柔和且带有漫反射，让纸质书页显得温润，咖啡杯上的拉花在低照度下更显细腻纹理。这种环境让人放松，却不会干扰屏幕阅读。
坎德拉（cd）及其对应的发光强度（Luminous Intensity）概念，用于描述点光源在人眼中的亮度。它的定义是：单位立体角（球面度sr）内发出的光通量（lm/sr）。在辐射度量学中，对应的单位是W/sr（辐射强度）。
坎德拉是国际单位制（SI）的7个基本单位之一，体现了以人为本的设计理念。它仅关注光源本身的空间亮度分布（与时间无关），且不依赖被照物或光学系统。相比之下，流明（光通量）虽也涉及能量分布，但主要反映时间维度上的总能量输出。
发光强度（I）表示点光源在单位立体角（Ω，单位：球面度 sr）内发出的光通量（Φ，单位：流明 lm），其公式为：
I：发光强度（单位：坎德拉 cd）。 Φ：光源在特定方向上的光通量（单位：lm）。 Ω：观察方向的立体角（单位：sr）。
夜晚用手电筒照亮远处的物体时，我们会发现，当手电筒的“聚光罩”旋紧（调焦）时，光束会变得细长而明亮；旋松后光束扩散，亮度明显降低。这种亮度变化背后的物理原理正是发光强度（坎德拉）与立体角的相互作用。
对于面光源（如显示屏、灯罩），需引入发光亮度（Luminance）的概念，即单位面积单位立体角内发出的光通量（单位：cd/m²）。观察者与光源表面的角度会影响实际感知的亮度，因此发光亮度综合了面积和视角的影响。
在LED显示屏领域，常见的单位尼特（nit）等同于cd/m²。例如，某笔记本屏幕标注“300nit”，即表示其发光亮度为300 cd/m²。
发光亮度（）表示单位面积（，单位：平方米）内光源在单位立体角（，单位：球面度 sr）方向上发出的光通量（，单位：流明 lm），其公式为：
周六的地铁上，你打开手机刷短视频，屏幕自动调到600 nit的高亮度，刺眼的阳光透过车窗洒进来，但文字依然清晰可见；傍晚回家后，手机屏幕又悄悄降到200 nit，柔和的光线不刺眼，却足够照亮昏暗的房间。这种“智能亮度调节”的背后，正是发光亮度（尼特）在默默工作。
光效（Luminous Efficacy）的公式：
光效（η）定义为光源输出的光通量（Φ，单位lm）与输入功率（P，单位W）的比值。
雨后的夜晚，你走在街边，观察到路灯的光线均匀覆盖人行道，地面光斑呈对称扇形展开，而对面车道几乎没有眩光干扰。这种设计源于蝙蝠翼配光曲线的技术实现
下次推开窗，不妨留意一下晨曦的色温如何从2000K攀升至5500K，或者思考为何LED灯能以100 lm/W的效率“欺骗”人眼。科学或许抽象，但当它化作生活中的一缕光时，便成了最温柔的启蒙者。
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