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，色覺是主客觀相結合的慨念，從種族進化史來看，在漫長的進化過程中，是對太陽光線物理特性的適應形成了人的視覺器官。可見光譜正位于太陽輻射光譜到達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，現在實驗室的工作進一步證實了用高能量光波照射眼睛，視覺范圍可進一步擴展到 312.5nm的紫外線一段及 1150nm紅外線一段，這與太陽光到達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、照明光源如重現日光下景物的顏色則給人類真實的色彩感受。

夜景照明設計在源于自然的基礎上應高于自然，它涉及到建筑藝術、光學、色度學、生理學、美學、環境藝術等多科學領域，是一門集多學科為一體的綜合。據感知覺實驗，人眼可以分辨出十萬種以上不同明度、色調、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。光學與色度學的發展才使我們可以用數據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參數，也為交流、改進現有的照明設計和創造新的照明設計打下必要的科學量化基礎。

在城市燈光夜景中，以照度作為照明指標是不嚴格、不全面的，因為照度大小并不直接反映人眼的明暗感，人眼直接感受的是亮度，同時建筑物立面的不同材質、大量自發光光源、內透光照明方式的照明效果均無法用照度指標衡量，而各表面的亮度則決定了整個空間光環境的質量和效果。

計量學、測量學和光學儀器的發展可以使我們借助現代科技手段測量出自然界和已實施照明工程的亮度和色度參數。

充分利用現代光學、色度學、光學儀器的成就，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計達到更高的境界。

二、國際上有關的工作

各國科學工作者一直致力于對本地區天空光的觀察與測量。康狄特（H.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 在日本進行了天空亮度測量，并對日本的天頂亮度的標準化進行了開發。

CIE2001 年召開的中期執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。

大自然夜晚天空構成了夜景照明，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計規范的技術基礎，是晚間照明設計的量化依據。天空的亮度和色度隨時間、季節、氣候而變化，為使夜景照明設計立足于充分科學實驗基礎上，需要系統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

對遙遠的天空光進行非接觸的光、色測量可使用帶成像系統的彩色亮度計或光譜輻射儀，它的優點是不必接觸被測表面，通過目視系統瞄準測量對象，即可進行測量，測量結果也可反映出光源照射下經過各表面顏色相互反射后的實際效果，因此更具使用價值。

美國光學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確到 1nm，測量精度及準確度均較優良；但價格昂貴，操作也較為繁雜，宜作為標準傳遞的源泉之一。

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，適用于測量白晝光和夜晚天空的亮度。根據規定：亮度計的測量面積應小于光源面積，此時的測量結果才是正確的，BM-5 具有小的測量直徑，適用于遠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。因為彩色亮度計的濾色系統PR(l)、PG(l)、PB(l)與光電倍增管 T(l)組合后的光譜響應需分別模擬 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，如果仔細對比，各臺彩色亮度計之間確實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確性，應使用與待測色源色域相近，光譜分布相類似的標準光源、標準色源對彩色亮度計進行校準，我們的實驗證實用一種標準光源對彩色亮度計進行校準尚不能完全適用和伸延到各個色域，計算公式及對測色準確度的改善見前文彩色電視色度測試中的量值統一。

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的標準光源，標準色源對彩色亮度計進行校準，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，從而取得準確的測量結果。

2.標準色源的研制與測量程序

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

（2）根據天空光不同時相下的色度值研制相對應的光源，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）用美國光學研究公司 1980B 光譜輻射儀對鹵鎢燈及四種白光源進行標定，測量光譜分布，計算出色度坐標。數據見表一。