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Elementos de Fotometria

Elementos de Fotometria. PTC2547 - Televisão Digital Guido Stolfi – 2013. Elementos de Fotometria. Emissão de Luz Corpo Negro Descarga em Gás Fluorescência Junções em Semicondutores Medição da Luz Propriedades Descritivas da Luz Funções de Luminosidade Grandezas Fotométricas

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Elementos de Fotometria

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Presentation Transcript

  1. Elementos de Fotometria PTC2547 - Televisão Digital Guido Stolfi – 2013

  2. Elementos de Fotometria • Emissão de Luz • Corpo Negro • Descarga em Gás • Fluorescência • Junções em Semicondutores • Medição da Luz • Propriedades Descritivas da Luz • Funções de Luminosidade • Grandezas Fotométricas • Exemplos de Situações Fotométricas • Fotometria de Sistemas Ópticos

  3. Radiação Eletromagnética Emitida por um Corpo Negro Aquecido Equação de Planck:

  4. Emissão de Fótons de um Corpo Negro Aquecido

  5. Luz Incandescente Emitância de Corpo Negro a 3000 K (A) e de 1 cm2 de Tungstênio a 3000 K (B e B')

  6. Emitância Espectral da Luz Solar Densidade Espectral de Potência da Energia Radiante Solar Incidente na Superfície da Terra (ao nível do mar)

  7. Emitância Visível da Luz Solar

  8. Colorimetria de um Corpo Negro Aquecido

  9. Iluminantes Padrão CIE A = Corpo Negro a 3200 oK (obsoleto) C = Luz do dia (obsoleto) D50 a D75 = Luz do dia 5000 ~ 7500 oK CIE = Commission Internationale d’Eclairage

  10. Variação das Características de Lâmpadas Incandescentes com a Tensão Aplicada

  11. Emitância Espectral para Lâmpadas a Gás (a)Lâmpada de Mercúrio; (b) Mercúrio com revestimento fosforescente; (c) Idem com revestimento aprimorado; (d) Lâmpada de Sódio/Tálio/Índio/Iodo; (e) Sódio de Alta Pressão

  12. Coordenadas de Cromaticidade para Lâmpadas de Gás Lâmpada de Sódio Alta Pressão x = 0.468 y = 0.459 Lâmpada de Sódio/Tálio/Índio/Iodo x = 0.317 y = 0.405

  13. Lâmpadas Fluorescentes Lâmpadas Fluorescentes: Branca Fria Normal (esq.) e com melhoria de reprodução de cores (dir).

  14. Emissão por Fluorescência • Conversão de energia incidente (elétrons, fótons ultravioleta) em luz visível • Cristais inorgânicos (ex.: CdS, Y2O2S, ZnS, ZnSiO4, Y2O3) • Dopados com ativadores (Ag, Cu, Al, Eu, Tb, Mn) • Conhecidos como “Fósforos”; P1, P2, P45...

  15. Características de “Fósforos”

  16. Primários Usadosem Cinescópios (NTSC)

  17. Coordenadas de Cromaticidade dos Primários (NTSC e P22)

  18. Emissão de Luz por Junções pn • Diodo LED (Light Emitting Diode) • Fótons são emitidos quando elétrons perdem energia ao cruzarem barreira de potencial

  19. Materiais para Diodos LED Material Barreira de Potencial (eV) Comprimento de Onda (nm) GaAs 1.43 910 GaAs0.6P0.4 1.91 650 Al0.35Ga0.65As 1.93 645 GaAs0.35P0.65 2.09 635 GaAs0.2P0.8 2.16 600 GaAs0.1P0.9 2.21 583 GaP:N 2.26 568 GaP 2.26 555 SiC 2.99 480

  20. Emitância Espectral de LED ‘s

  21. Colorimetria de LED’s RGB LED Nichia NSCM315C

  22. LED Branco

  23. LED de Alto Brilho Estrutura fotônica superficial para aumento de eficiência no acoplamento luminoso entre o LED e o ar (Luminus Devices, Inc.)

  24. Grandezas Fotométricas

  25. Propriedades Descritivas da Luz Físicas Psicofísicas Subjetivas Densidade Espectral Comprimento de Onda Dominante Tonalidade de Cor Seletividade Pureza de Excitação Saturação Radiância Luminância Brilho Coeficiente de Transmissão ou Reflexão Transmitância Refletância Luminosas Claro/Escuro Potência Radiante Fluxo Luminoso Intensidade de Luz

  26. Grandezas Subjetivas x Objetivas Brilho (Luminância) P()  Tonalidade (Comprimento de Onda Dominante) P()  Saturação (Pureza Espectral) P() 

  27. Funções de Luminosidade Função de Luminosidade Fotópica Função de Luminosidade Escotópica

  28. Funções de Luminosidade

  29. Grandezas Fotométricas Fluxo Luminoso:

  30. Grandezas Fotométricas F Intensidade Luminosa:

  31. Grandezas Fotométricas Iluminamento:

  32. Grandezas Fotométricas Luminância: NHK

  33. Grandezas Fotométricas Iluminamento Retinal:

  34. Grandezas Fotométricas Transmitância:

  35. Grandezas Fotométricas Refletância:

  36. Grandezas Fotométricas   Refletância do Difusor Padrão:

  37. Situações Fotométricas

  38. Exemplo: Projeção , I • Área da Tela: S = 15 m2 ; Refletância:  = 0,9 ; Distância: d = 20 m • Ângulo sólido do feixe de projeção:  = S / d2 = 0,038 esteroradianos • Iluminamento necessário para obter Luminância B = 40 nits na tela: • B=  E  1/  E = B  /  = 140 Lux = 140 Lumens / m2 • Fluxo luminoso fornecido pelo projetor: • F = E  S = 2100 Lumens • Intensidade Luminosa do projetor: • I = F /  = 56000 candelas S, B F d

  39. Rendimento Luminoso de Algumas Lâmpadas Tipo de Lâmpada Potência Vida Útil Lumens / Watt Incandescente Comum 100 W 750 h 17,5 Incandescente Alta Pot. 1.000 W 1.000 h 23,7 Incandescente Halógena 1.000 W 2.000 h 23,4 Fluorescente Comum 40 W 20.000 h 76,2 Fluorescente Compacta 13 W 10.000 h 69,2 Fluorescente HO 110 W 12.000 h 80,9 LED Branco Alto Brilho 2 W 100.000 h 100 Sódio Alta Pressão 400 W 24.000 h 118,8 Sódio Baixa Pressão 180 W 25.000 h 183,3

  40. Limites para o Rendimento Luminoso • Luz Monocromática: • 683 Lumens / W (  ~ 550 nm ) • Luz branca (emitância espectral uniforme): • ~220 Lumens / W

  41. Fidelidade de Reprodução Cromática 2 objetos com refletâncias espectrais diferentes Iluminação com lâmpada de vapores metálicos

  42. Níveis de Iluminamento Recomendados Ambiente ou Atividade Iluminamento (Lux) Iluminamento Máximo da Luz Solar até 100.000 Montagem / Inspeção Industrial Muito Detalhada 5.000 ~ 10.000 Mesa de Operação Cirúrgica 5.000 ~ 10.000 Leitura de Textos Manuscritos 500 ~ 2.000 Sala de Cirurgia 1.000 ~ 2.000 Sala de Aula 300 ~ 600 Leitura de Textos Impressos 200 ~ 1000 Montagem / Inspeção Industrial: Simples 200 ~ 500 Sala de Estar 100 ~ 200 Mínimo Absoluto para Segurança Visual 5 ~ 50

  43. Luminâncias de Alguns Objetos Superfície do Sol ao meio-dia 1,65 x 109 Objeto branco ideal exposto ao sol 31.800 Lâmpada fluorescente 6.000 ~ 14.000 Lua cheia 7.600 Céu nublado 3.000 ~ 7.000 Céu claro 2.000 ~ 6.000 Tela de TV 200 ~ 300 Tela de Cinema 40

  44. Luminância de Referência • Recomendação SMPTE para Monitores de Vídeo para Estúdios: • Luminância (branco 100%) = 103 nits • Cromaticidade: CIE D65 SMPTE : Society of Motion Picture and Television Engineers

  45. Contraste • Relação entre Luminâncias Máxima e Mínima de uma imagem (contraste simultâneo) • Relação entre Luminâncias em imagens não simultâneas (contraste seqüencial) • Percepção visual: 1000:1 máx; 100:1 aceitável • Situações típicas: • Cinema: 80:1 (simultâneo); 1000:1 (seqüencial) • Televisão (ambiente doméstico): 20:1

  46. Exemplo: Contraste em uma Tela de Projeção EM • Refletância da tela:  = 0,9 • Luminância da tela devida à projeção: BP = 40 Nits • Luminância residual devida ao iluminamento ambiente: BR =  E  1/ • Iluminamento ambiente máximo para contraste de 1000:1 : • BR / BP = 1000  BR = 0,04 Nits  EM = BR   /  = 0,14 Lux BP

  47. Fotometria de Sistemas Ópticos Ou

  48. Exposição de Filme Fotográfico E = Et (iluminamento  tempo de exposição)

  49. Filme Positivo Colorido

  50. Tarefa do Fotógrafo D Log E - Ajustar a Exposição E de modo que a distribuição das luminâncias na cena esteja compreendida na região linear do sensor PB B T, F, E ,t • Recursos: • Tempo de Exposição • Abertura da lente • Filtros Neutros • Iluminação

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