一、前 言

太陽(yáng)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(zhǎng)的進(jìn)化過程中，是對(duì)太陽(yáng)光線物理特性的適應(yīng)形成了人的視覺器官。可見光譜正位于太陽(yáng)輻射光譜到達(dá)地球表面的中間部分，太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)小于 290毫微米部分被較低大氣層中的臭氧吸收，波長(zhǎng)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(yáng)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(duì)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(jì)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(wàn)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(yǔ)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(duì)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(jì)和創(chuàng)造新的照明設(shè)計(jì)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校搜壑苯痈惺艿氖橇炼龋瑫r(shí)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(gè)空間光環(huán)境的質(zhì)量和效果。

計(jì)量學(xué)、測(cè)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(cè)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(duì)晝光、夜天空和夜景照明的測(cè)量與研究將推動(dòng)夜景照明設(shè)計(jì)達(dá)到更高的境界。

二、國(guó)際上有關(guān)的工作

各國(guó)科學(xué)工作者一直致力于對(duì)本地區(qū)天空光的觀察與測(cè)量。康狄特（H.R.Condit）等在美國(guó)羅徹斯特測(cè)出日光光譜分布。巴德（W.Budde）等在加拿大渥太華（Ottawa）測(cè)出日光光譜分布，威澤斯基（G.Wyszecki）對(duì)加拿大渥太華的北方天空日光的視覺觀察。Wegner 在柏林測(cè)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(guó)恩菲爾德（Enfield）測(cè)出日光光譜分布，英國(guó)科學(xué)工作者對(duì)英國(guó)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(cè)量，并對(duì)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(huì)將顏色和光的測(cè)量及日光的測(cè)量與計(jì)算作為會(huì)議的兩個(gè)重要專題。但是，至今對(duì)夜晚天空光的色度測(cè)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(cè)量和研究不同時(shí)相下夜晚天空亮度和色度將奠定夜景設(shè)計(jì)規(guī)范的技術(shù)基礎(chǔ)，是晚間照明設(shè)計(jì)的量化依據(jù)。天空的亮度和色度隨時(shí)間、季節(jié)、氣候而變化，為使夜景照明設(shè)計(jì)立足于充分科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，需要系統(tǒng)測(cè)量和研究不同時(shí)刻天空光特別是夜晚天空的亮度和色度。分析不同時(shí)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(cè)量?jī)x器的選擇與測(cè)量程序

1.測(cè)量?jī)x器的選擇

對(duì)遙遠(yuǎn)的天空光進(jìn)行非接觸的光、色測(cè)量可使用帶成像系統(tǒng)的彩色亮度計(jì)或光譜輻射儀，它的優(yōu)點(diǎn)是不必接觸被測(cè)表面，通過目視系統(tǒng)瞄準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象，即可進(jìn)行測(cè)量，測(cè)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(jià)值。

美國(guó)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(jì)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(cè)量精度及準(zhǔn)確度均較優(yōu)良；但價(jià)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(shí)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(cè)量。日本東光公司研制成功的彩色亮度計(jì)有 BM-5、BM-7。小型亮度計(jì)為 BM-3。其中 BM-3、BM-7 測(cè)量低亮度性能較差，在大視場(chǎng)條件下，不能測(cè)量低于 10 cd/m 的光，在小視場(chǎng)條件下，BM-7不能測(cè)量低于 4 個(gè)尼特的光，適宜近距離測(cè)量。不適宜對(duì)夜晚天空進(jìn)行亮度、色度測(cè)量，無法對(duì)夜晚天空光污染程度作出定量和定性的判斷、測(cè)量與研究。

BM-5 彩色亮度計(jì)測(cè)量范圍為 10 cd/m 到 1.99910 cd/m ，測(cè)量距離為 0.2m 到無限遠(yuǎn)，適用于測(cè)量白晝光和夜晚天空的亮度。根據(jù)規(guī)定：亮度計(jì)的測(cè)量面積應(yīng)小于光源面積，此時(shí)的測(cè)量結(jié)果才是正確的，BM-5 具有小的測(cè)量直徑，適用于遠(yuǎn)距離對(duì)高大建筑物頂部照明光源的測(cè)量。但 BM-5 與其它彩色亮度計(jì)一樣存在色度測(cè)量中的誤差。因?yàn)椴噬炼扔?jì)的濾色系統(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(tái)彩色亮度計(jì)之間存在很難避免的個(gè)體差異，如果仔細(xì)對(duì)比，各臺(tái)彩色亮度計(jì)之間確實(shí)存在色度測(cè)量中的相互誤差。

為了提高彩色亮度計(jì)色度測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用與待測(cè)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(duì)彩色亮度計(jì)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(duì)彩色亮度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)尚不能完全適用和伸延到各個(gè)色域，計(jì)算公式及對(duì)測(cè)色準(zhǔn)確度的改善見前文彩色電視色度測(cè)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(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源，標(biāo)準(zhǔn)色源對(duì)彩色亮度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣才可以使彩色亮度計(jì)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(cè)量結(jié)果。

2.標(biāo)準(zhǔn)色源的研制與測(cè)量程序

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

（2）根據(jù)天空光不同時(shí)相下的色度值研制相對(duì)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(guó)光學(xué)研究公司 1980B 光譜輻射儀對(duì)鹵鎢燈及四種白光源進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)量光譜分布，計(jì)算出色度坐標(biāo)。數(shù)據(jù)見表一。