2. 基本辐射度量学基础：辐射通量、辐射强度、辐亮度、辐照度
做杂散光分析，说白了就是跟光“算账”。你得知道光从哪来、有多少、往哪去。这套“算账”的语言，就是辐射度量学。
我刚开始接触这行的时候，也觉得这些概念绕来绕去。什么通量、强度、亮度，感觉差不多。后来被一个项目狠狠教育了一回——因为搞混了辐亮度和辐照度，导致一个遮光罩设计短了5毫米，杂散光直接打到了探测器上。嗯，从那以后，我再也不敢小看这些基础概念了。
今天我们就把这四个“账本”上的关键指标捋清楚。你只要记住一个核心：它们描述的是光在不同“维度”上的分布。
2.1 辐射通量（Radiant Flux）—— 光的“总流量”
辐射通量，符号 Φ（Phi），单位是 瓦特（W）。说白了，就是光源每秒发出的总能量。
你可以把它想象成水管里的总水量。不管水管粗细，也不管水流方向，只看每秒流出来多少升水。辐射通量就是光的总功率。
核心公式：
Φ = dQ / dt
其中 Q 是辐射能（焦耳），t 是时间（秒）。
在杂散光分析里，我们通常不直接关心光源的辐射通量绝对值，而是关心它有多少“漏”到了不该去的地方。比如，一个10W的卤素灯，它的辐射通量是10W。但真正进入光学系统的可能只有0.1W，而最终成为杂散光的可能只有0.001W。我们做的，就是追踪这0.001W是从哪条路径溜进来的。
2.2 辐射强度（Radiant Intensity）—— 光的方向性
辐射强度，符号 I，单位是 瓦特每球面度（W/sr）。
它描述的是：在某个特定方向上，光源辐射通量的密集程度。
还是用水管打比方。辐射通量是总水量，辐射强度就是水枪喷出的水柱有多“集中”。同样功率的水泵，换个喷头，水柱的冲击力就完全不同。
我的经验： 辐射强度特别适合描述点光源。比如一颗LED，如果你只看它的总功率，看不出它到底有多“刺眼”。但如果你看它的辐射强度，就能知道它在哪个方向最亮。我在设计一个星敏感器时，就是靠查太阳的辐射强度数据，来估算太阳光进入遮光罩的初始能量。
定义式：
I = dΦ / dΩ
其中 dΩ 是立体角元（球面度）。
注意，辐射强度是针对点光源定义的。对于扩展光源，我们就要用下一个概念了。
2.3 辐亮度（Radiance）—— 光线的“本色”
辐亮度，符号 L，单位是 瓦特每平方米每球面度（W/(m²·sr)）。
这是辐射度量学里最重要的一个概念，没有之一。为什么？因为它是沿光线传播过程中守恒的量（不考虑吸收和散射）。
辐亮度描述的是：单位面积、单位立体角内，发出的辐射通量。
你可以把它理解为光线的“密度”。一条光线，从光源出发，经过透镜、反射镜，最后到达探测器，只要中间没有能量损失，它的辐亮度就不变。
避坑指南： 我曾经犯过一个错误，以为光线经过透镜聚焦后，能量密度提高了，辐亮度也应该提高。错！透镜只能改变光束的截面积和立体角，但它们的乘积（即辐亮度）在理想光学系统中是守恒的。这个性质叫“辐亮度守恒”或“光学扩展量守恒”。搞不懂这个，你后面做杂散光分析一定会算错账。
定义式：
L = d²Φ / (dA · cosθ · dΩ)
其中 dA 是光源面积元，θ 是光线方向与面元法线的夹角，dΩ 是立体角元。
在杂散光分析软件（如TracePro、LightTools）里，我们追踪的就是辐亮度。软件把光源离散成无数条光线，每条光线携带一定的辐亮度。然后追踪这些光线在系统中的传播路径。
2.4 辐照度（Irradiance）—— 接收面的“感受”
辐照度，符号 E，单位是 瓦特每平方米（W/m²）。
它描述的是：接收面上，单位面积接收到的辐射通量。
这是探测器真正“感受到”的东西。你最终在图像上看到的明暗，就是探测器像元上的辐照度分布。
定义式：
E = dΦ / dA
注意，辐照度只关心“有多少能量落到了这个面上”，不关心光从哪个方向来。而辐亮度关心的是“从哪个方向来的能量有多少”。
2.5 四个概念的对比与关系
这四个概念，其实是从不同维度描述光的分布。我画了一张图，帮你理清它们的关系。
这张图你看懂了吗？从辐射通量出发，除以立体角得到辐射强度，除以面积得到辐照度。而辐亮度，则是同时除以面积和立体角，是描述光线最精细的量。
2.6 杂散光分析中的实际应用
在杂散光分析中，我们最常用的两个量是辐亮度和辐照度。
| 概念 | 在杂散光分析中的角色 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 辐亮度 L | 光线追踪的基本单元 | 定义光源、计算散射、分析鬼像路径 |
| 辐照度 E | 最终评价指标 | 探测器上的杂散光分布、点源透过率（PST） |
| 辐射通量 Φ | 能量总量控制 | 估算系统总能量、热负荷分析 |
| 辐射强度 I | 光源方向性描述 | 太阳、LED等光源建模 |
我的习惯： 在做杂散光仿真时，我会先确认光源的辐亮度模型是否正确。然后设置探测器，让它输出辐照度分布图。最后，通过比较有/无杂散光抑制结构时的辐照度分布，来评价设计效果。记住，辐亮度是过程，辐照度是结果。
2.7 一个简单的计算示例
假设你有一个均匀发光的圆形光源，直径10mm，辐射通量1W，向半空间（2π球面度）均匀发光。我们来算几个关键指标。
第一步：计算辐射强度
因为是均匀发光，辐射强度在各个方向相同：
I = Φ / Ω = 1W / (2π sr) ≈ 0.159 W/sr
第二步：计算辐亮度
光源面积 A = π × (0.005m)² ≈ 7.85 × 10⁻⁵ m²
对于朗伯体（均匀漫射光源），辐亮度与方向无关：
L = I / (A · cosθ) = 0.159 / (7.85 × 10⁻⁵ × 1) ≈ 2026 W/(m²·sr)
第三步：计算1米远处的辐照度
在距离光源1米处，一个垂直于光线的探测器，其接收到的辐照度为：
E = I / r² = 0.159 / 1² = 0.159 W/m²
关键结论： 辐亮度 L 不随距离变化（无损耗时），但辐照度 E 随距离平方衰减。这就是为什么远处的星星看起来暗——不是因为它不亮，而是因为它的光在到达我们眼睛时，辐照度已经非常小了。
好了，这一章的内容就到这里。辐射度量学是杂散光分析的“语言”，把这四个概念搞清楚了，后面讲PST、BRDF、鬼像分析时，你才不会晕头转向。记住，辐亮度是追踪的对象，辐照度是评价的标准。