Question

照度和均匀照度

Answer 1

《计算机视觉教程》笔记
编著：章毓晋（清华大学电子工程系）
出版社：人民邮电出版社
出版时间：2017.3

例2.2.5 照度和均匀照度
  实际中的景物都是有一定尺寸的，当使用不同的光源时，景物上不同位置的照度有可能不同。
  先考虑使用单个点光源的情况。如图2.2.7所示，景物被放在了坐标原点，光源在物体上高度h处，水平偏移为a，与物体实际距离是d，入射角为i （表面法线方向n与光源方向s间的夹角）。

  考虑到辐射随距离平方衰减，则景物上一点的照度为（k 为常数因子）：

  上式表明，单个点光源的照明将导致景物表面不同位置产生非均匀的照度区域。如果对称地安置两个点光源，就有可能在连线上获得比较均匀的照度。参见图2.2.8，其中图2.2.8（a）表示对称地安置两个点光源；图 2.2.8（b）中实曲线表示两个光源各自产生的强度曲线，虚线表示联合的强度值；图2.2.8（c）表示将两个光源稍微拉远一些而得到的强度曲线。这里图2.2.8（b）对应消除二阶项，只剩下四阶或更高阶项的情况。图 2.2.8（c）代表把两个光源间距离适当加大，仍在强度波动的允许范围中，但可用（比较均匀的）照度范围尽可能大的情况。

  如果将图2.2.8中的点光源换成条状光源（条与纸面垂直），则所获得的均匀照度的区域为细长矩形，如图2.2.9（a）所示。如果实际中需要长宽比为1的照度区域，而不是细长的照度区域，则可采用图 2.2.9（b）所示的由四个条状光源两两平行且互相正交的布置，所得到的均匀照度区域为正方形。图2.2.9（c）所示为用圆环形光源所得到的圆形均匀照度区域。

  在成像时，要考虑景物被照射后又辐射出的亮度。对不发光的景物，其亮度不仅取决于照射到景物表面的光通量（与景物表面法线方向以及入射光源强度和方向有关），还取决于景物表面入射光被反射后观察者接收到的光通量（与观察者相对景物的方位和距离以及景物表面的反射特性都有关）。