一、前 言

太陽光照亮了大自然的一切，也賦予了大自然界五彩繽紛的顏色，色覺是主客觀相結(jié)合的慨念，從種族進(jìn)化史來看，在漫長的進(jìn)化過程中，是對太陽光線物理特性的適應(yīng)形成了人的視覺器官?？梢姽庾V正位于太陽輻射光譜到達(dá)地球表面的中間部分，太陽輻射中波長小于 290毫微米部分被較低大氣層中的臭氧吸收，波長大于 1400 毫微米部分被較低大氣層中的水蒸汽和二氧化碳所吸收，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的工作進(jìn)一步證實(shí)了用高能量光波照射眼睛，視覺范圍可進(jìn)一步擴(kuò)展到 312.5nm的紫外線一段及 1150nm紅外線一段，這與太陽光到達(dá)地面的輻射光譜十分接近。

人眼的視覺色覺器官正是在適應(yīng)外界光源主要是日光光源而形成，人類對大自然各種景物的記憶色來自于日光，彩色電視、彩色電影、照明光源如重現(xiàn)日光下景物的顏色則給人類真實(shí)的色彩感受。

夜景照明設(shè)計在源于自然的基礎(chǔ)上應(yīng)高于自然，它涉及到建筑藝術(shù)、光學(xué)、色度學(xué)、生理學(xué)、美學(xué)、環(huán)境藝術(shù)等多科學(xué)領(lǐng)域，是一門集多學(xué)科為一體的綜合。據(jù)感知覺實(shí)驗(yàn)，人眼可以分辨出十萬種以上不同明度、色調(diào)、飽和度的物體，自然光的亮度由10 cd/m 到10 cd/m 以上，單用語言根本無法確切描繪這五彩繽紛的世界。光學(xué)與色度學(xué)的發(fā)展才使我們可以用數(shù)據(jù)與圖形對我們生活的自然界作出了定量的描繪并提供科學(xué)參數(shù)，也為交流、改進(jìn)現(xiàn)有的照明設(shè)計和創(chuàng)造新的照明設(shè)計打下必要的科學(xué)量化基礎(chǔ)。

在城市燈光夜景中，以照度作為照明指標(biāo)是不嚴(yán)格、不全面的，因?yàn)檎斩却笮〔⒉恢苯臃从橙搜鄣拿靼蹈?，人眼直接感受的是亮度，同時建筑物立面的不同材質(zhì)、大量自發(fā)光光源、內(nèi)透光照明方式的照明效果均無法用照度指標(biāo)衡量，而各表面的亮度則決定了整個空間光環(huán)境的質(zhì)量和效果。

計量學(xué)、測量學(xué)和光學(xué)儀器的發(fā)展可以使我們借助現(xiàn)代科技手段測量出自然界和已實(shí)施照明工程的亮度和色度參數(shù)。

充分利用現(xiàn)代光學(xué)、色度學(xué)、光學(xué)儀器的成就，積極開展對晝光、夜天空和夜景照明的測量與研究將推動夜景照明設(shè)計達(dá)到更高的境界。

二、國際上有關(guān)的工作

各國科學(xué)工作者一直致力于對本地區(qū)天空光的觀察與測量?？档姨兀℉.R.Condit）等在美國羅徹斯特測出日光光譜分布。巴德（W.Budde）等在加拿大渥太華（Ottawa）測出日光光譜分布，威澤斯基（G.Wyszecki）對加拿大渥太華的北方天空日光的視覺觀察。Wegner 在柏林測量了天空亮度，并經(jīng)再分析形成了 BRE 平衡天空。漢德遜（S.T.Hendrson）等在英國恩菲爾德（Enfield）測出日光光譜分布，英國科學(xué)工作者對英國南部北方天空日光做觀察。由 Nakamura和 Oki 在日本進(jìn)行了天空亮度測量，并對日本的天頂亮度的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了開發(fā)。

CIE2001 年召開的中期執(zhí)委會將顏色和光的測量及日光的測量與計算作為會議的兩個重要專題。但是，至今對夜晚天空光的色度測量基本還處于空白狀態(tài)。

大自然夜晚天空構(gòu)成了夜景照明，尤其是高大建筑物頂部照明的背景，測量和研究不同時相下夜晚天空亮度和色度將奠定夜景設(shè)計規(guī)范的技術(shù)基礎(chǔ)，是晚間照明設(shè)計的量化依據(jù)。天空的亮度和色度隨時間、季節(jié)、氣候而變化，為使夜景照明設(shè)計立足于充分科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，需要系統(tǒng)測量和研究不同時刻天空光特別是夜晚天空的亮度和色度。分析不同時刻夜晚天空
光的亮度、色度參數(shù)將有助于我們尋找夜晚天空光污染的原因。

三、測量儀器的選擇與測量程序

1.測量儀器的選擇

對遙遠(yuǎn)的天空光進(jìn)行非接觸的光、色測量可使用帶成像系統(tǒng)的彩色亮度計或光譜輻射儀，它的優(yōu)點(diǎn)是不必接觸被測表面，通過目視系統(tǒng)瞄準(zhǔn)測量對象，即可進(jìn)行測量，測量結(jié)果也可反映出光源照射下經(jīng)過各表面顏色相互反射后的實(shí)際效果，因此更具使用價值。

美國光學(xué)研究公司研制成功的光譜輻射儀有 1980B、PR-650。彩色亮度計有 1980A。1980B光譜輻射儀的光譜帶寬及取樣間隔均可準(zhǔn)確到 1nm，測量精度及準(zhǔn)確度均較優(yōu)良；但價格昂貴，操作也較為繁雜，宜作為標(biāo)準(zhǔn)傳遞的源泉之一。

自然夜天空亮度為2.110 cd/m ，24小時天空光亮度變化范圍由10 cd/m 到10 cd/m 以上。但 PR-650 亮度范圍由 3.4cd/m 到 86,000cd/m ，不能進(jìn)行夜晚天空亮度色度的測量。日本東光公司研制成功的彩色亮度計有 BM-5、BM-7。小型亮度計為 BM-3。其中 BM-3、BM-7 測量低亮度性能較差，在大視場條件下，不能測量低于 10 cd/m 的光，在小視場條件下，BM-7不能測量低于 4 個尼特的光，適宜近距離測量。不適宜對夜晚天空進(jìn)行亮度、色度測量，無法對夜晚天空光污染程度作出定量和定性的判斷、測量與研究。

BM-5 彩色亮度計測量范圍為 10 cd/m 到 1.99910 cd/m ，測量距離為 0.2m 到無限遠(yuǎn)，適用于測量白晝光和夜晚天空的亮度。根據(jù)規(guī)定：亮度計的測量面積應(yīng)小于光源面積，此時的測量結(jié)果才是正確的，BM-5 具有小的測量直徑，適用于遠(yuǎn)距離對高大建筑物頂部照明光源的測量。但 BM-5 與其它彩色亮度計一樣存在色度測量中的誤差。因?yàn)椴噬炼扔嫷臑V色系統(tǒng)PR(l)、PG(l)、PB(l)與光電倍增管 T(l)組合后的光譜響應(yīng)需分別模擬 CIE 光譜三刺激值X(l)、Y(l)、Z(l)，這種模擬是十分困難的，存在不可避免的誤差。各臺彩色亮度計之間存在很難避免的個體差異，如果仔細(xì)對比，各臺彩色亮度計之間確實(shí)存在色度測量中的相互誤差。

為了提高彩色亮度計色度測量的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用與待測色源色域相近，光譜分布相類似的標(biāo)準(zhǔn)光源、標(biāo)準(zhǔn)色源對彩色亮度計進(jìn)行校準(zhǔn)，我們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)用一種標(biāo)準(zhǔn)光源對彩色亮度計進(jìn)行校準(zhǔn)尚不能完全適用和伸延到各個色域，計算公式及對測色準(zhǔn)確度的改善見前文彩色電視色度測試中的量值統(tǒng)一。

白晝和夜晚天空光色度不同，因此需要分別使用與其一一對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源，標(biāo)準(zhǔn)色源對彩色亮度計進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣才可以使彩色亮度計光譜靈敏度與 CIE 光譜三刺激值的不一致所帶來的誤差減到最小限度，從而取得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

2.標(biāo)準(zhǔn)色源的研制與測量程序

（1）用 BM-5 彩色亮度計對天空光進(jìn)行連續(xù) 24 小時初測，大體確定不同時相下天空光的色域范圍。

（2）根據(jù)天空光不同時相下的色度值研制相對應(yīng)的光源，用鹵鎢燈加不同的濾色片組成四種不同色度值的白光源。

（3）用美國光學(xué)研究公司 1980B 光譜輻射儀對鹵鎢燈及四種白光源進(jìn)行標(biāo)定，測量光譜分布，計算出色度坐標(biāo)。數(shù)據(jù)見表一。