辐亮度
辐亮度(Radiance)定义为辐射源在某一方向上,单位投影面积、单位立体角内发出的辐射通量,记为 \(L\)。
单位:\(\mathrm{W \cdot sr^{-1} \cdot m^{-2}}\)(瓦特每球面度每平方米)。
数学表达式:
$$L = \frac{dI}{dA \cos\theta} = \frac{d^2 \Phi}{dA \cos\theta \, d\Omega}$$
式中:$L$为辐亮度;$I$为辐射强度;$\Phi$为辐射通量;$A$为辐射源微元面积;$\theta$为观测方向与微元面法线的夹角;$\Omega$为观测方向的微分立体角。
辐亮度与成像的关系
面辐射源可以看作由许多微小面元组成,不同方向上的辐射可能不同。
辐亮度 $L$用于描述某一方向上的辐射强弱,其定义为单位面积在单位立体角内的辐射通量。在成像过程中,人眼或相机接收到的正是场景在各个方向上的辐亮度,因此图像可以看作是对辐亮度分布的采样。
热成像提供了一个直观示例,如图1所示。
(图1:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Opened_oven_seen_with_thermal_camera.jpg)
图中不同颜色对应目标在红外波段辐亮度的空间分布差异,较亮区域表示较高的辐亮度。
朗伯反射体的辐亮度与辐照度关系
对于反射率为 $\rho$ 的理想朗伯反射体:
- 入射辐照度与表面出射度的关系:
$$ M = \rho E $$
- 出射度与辐亮度的关系:
$$ M = \pi L $$
- 联立可得辐亮度与入射辐照度的关系:
$$ L = \frac{\rho E}{\pi} $$
物理意义:朗伯反射体的辐亮度 $L$ 与入射辐照度 $E$ 成正比,并与表面反射率 $\rho$ 成正比。该关系是计算机成像与照明设计中的基础模型,用于由光源的辐照度推导目标表面的辐亮度。

