Radiometria, fotometria, színmérés

1. Radiometria, fotometria, színmérés

2. távolság hosszúság méter világosság vagy láthatóság fénysűrűség cd/m2 Jelenségek leírására használt három kategória Kategóriák mechanikai pld. fotometria • Jelenség • Mennyiség • Egység

3. Radiometria, fotometria, színmérés • A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. • A fotometria ezt a sugárzást az átlagos emberi megfigyelő látására jellemző színképi függvény alapján értékeli. • A színmérés a színészleléshez kíván objektíven mérhető mennyiségeket rendelni.

4. RADIOMETRIAElektromágneses sugárzás • optikai sugárzás: 100 nm – 1 mm hullámhosszú elektromágneses sugárzás • látható sugárzás: 380 nm – 780 nm • fény: a látható sugárzás által kiváltott észlelet

5. Elektromágneses színkép

6. Radiometriai segédmennyiségek d térszög: a sugárkúp által a gömbfelületből kimetszett terület és a gömbsugár négyzetének hányadosa: d=dA/r2

7. Színképfüggő mennyiségek hullámhossz függés: X() szűrő áteresztés színképi eloszlás: dX/dX Katódsugár-csöves monitorfényporainakszínképi eloszlás

8. Radiometriai mennyiségek

9. Radiometriai mennyiségek összefüggései

10. Besugárzás E  d /dA

11. Sugárerősség, pontszerű forrás I d /d

12. Sugársűrűség A sugárzó felület dA felületeleme által a felület normálisától (n)  szögre elhelyezkedő irányban, a d elemi térszögben kibocsátott d sugáráram L d2 /(d dA cos), spektrális sugársűrűség: L dL /d = d3 /(d dA cos d)

13. Távolságtörvény (inverse square law) • dId • d dA2/d2 • d /dA2E2 (I d)/dA2(I dA2)/(dA2d2) = E2I / d2

14. Általánosított távolságtörvény dE2 (L cos1 cos2 dA1) / d2

15. Lambert sugárzó Lambert radiator • sugársűrűsége szögfüggetlen:L() L(,)const.

16. Tükrös és diffúz reflexió

17. Lambert (reflektáló) felület • egyenletesen diffúzan reflektáló felület • nincs tükrös reflexiója • reflexiós együttható: = refl/ be • refl= becosd r • a reflektált sugársűrűség irányfüggetlen: Lrefl(d)= const.

18. Lambert reflektáló • megvilá-gítás: E • visszavert sugárzás, a sugár-sűrűség irány-független:

19. Lambert cosinus törvény

20. Lambert sugárzó fénysűrűsége független a ,  szögtől mivel a gömb felületén:dA2 = R sin R d és az elemi térszög: d = sin  d d a vetített térszög pedig: dp = sin  d d cos  A féltérbe kisugárzott össz-fényáram: M =  / dA

21. A féltérbe kisugárzott fényáram: Lambert sugárzó esetén:

22. Fotometria • az optikai sugárzást a látószerv színképi érzékenységének megfelelően értékeli • vizuális alapkísérlet: fényinger egyenlőség • határvonal eltünése • villogás minimum • azonos világosság:ez más összefüggést ad!

23. Villogásos fotometria • világosságészlelet egyenlőség meghatározása bizonytalan • két fényingert felváltva juttatva a szembe, frekvenciát növelve, előbb szűnik meg a színkülönbség észlelet, mint az intenzitás észlelet (10 – 20 Hz-es tartomány)

24. Villogásos fotométer elvi felépítése

25. Mit ír le a V (l) -láthatósági függvény? • heterochromatikus villogásos fotometria • eltünő-éles heterochromatikus fotometria • látásélesség • kritikus fúziós frekvencia • látszólagos mozgás minimalizálás • reakcióidő

26. Láthatósági (visibility) függvények • Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (Commission Internationale d‘Éclairage, CIE) 1924-ben szabványosította a V(l)-görbét (világosban, fotopos látás) : 3 cd/m2 fölött érvényes • 1954-ben a V’(l)-görbét (sötétben, szkotopos látás): 10-3 cd/m2 alatt érvényes • További láthatósági függvények: • V10(l): nagylátószögű, 10°-os látószögre • VM(l): módosított láthatósági függvény

27. Láthatósági függvények

28. A V (l) -láthatósági függvény • A kék színképtartományban korrekció: VM(l)- láthatósági függvény. • Új ajánlás, mely a vörös és infravörös színképtartományban is ad korrekciót. • Korrigált függvények csak tudományos célra, gyakorlati fotometria számára marad a V (l)- láthatósági függvény.

29. Világosban és sötétben való látás színképi érzékenysége

30. A fotometria kísérleti alapja • szimmetria: ha AB, akkor BA; • tranzitivitás: ha AB és BC, akkor AC; • arányosság: ha AB, akkor aAaB; • additivitás: ha AB, CD és (A+C)(B+D), akkor (A+D)(B+C)itt A, B stb. fényinger (stimulus): a sugársűrűség és a láthatósági függvény adott hullámhosszon vett értékének szorzata: pl. ALV(), általánosítva a sugárzás teljesítmény-eloszlását írhatjuk: SV().

31. A V (l) -láthatósági függvény használata

32. A fotometria alapjai • a fenti összefüggések alapján a monokromatikus komponenseket összegezhetjük: ez adja a fotometria és radiometria kapcsolatát

33. A fotometria alapjai • Nappali (fotopos) látás: V(), csapok közvetítik • sötétben (szkotopos) látás: V’(), pálcika-látás; szembíbor (rhodopsin), additivitás és proporcionalitás fennáll:

34. Fotometriai mennyiségek és egységek - 1 • k és k’ konstansok: ahol Km = 683 lm/W alapján definiálhatjuk a fényáram egységét a lument. De a fényerősség egysége, a kandela az alapegység. K’m = 1700 lm/W Fényáram jele:lm, egysége a lumen.

35. Fotopos, mezopos, szkotopos fotometria

36. Fotometriai mennyiségek és egységek - 2 • fényerősséga pontszerű fényforrásból adott irányban, infinitezimális térszögben kibocsátott fényáram és a térszög hányadosa: jele: cd, egysége: kandela, 1 cd = 1 lm/sr

37. A kandela definíciója • A kandela fényerősség SI egysége: azon 540.1012 Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsátó fényforrás fényerőssége adott irányban, amelynek sugárerőssége ebben az irányban 1/683 W/sr.”

38. A fényáram származtatása a fényerősségből

39. Fénysűrűség • a dA1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó dtérszögben sugárzott dFfényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa: egysége:cd/m2, jele: Lv

40. Megvilágítás • Az adott pontot tartalmazó felületelemre beeső fényáramnak és ennek a felületelemnek a hányadosa egysége: lux, jele:lx; 1 lx = 1 lm/m2

41. Kontraszt, kontrasztviszony • kontraszt:ahol • Lta jel (target) fénysűrűsége • Lba háttér (background) fénysűrűsége • kontrasztviszony:

42. Hatásfok, fényhasznosítás • sugárzási hatásfok, jel: a sugárzó sugárzott és felvett teljesítményének hányadosa • sugárforrás fényhasznosítása, egysége: lm/Wa kibocsátott fényáram és a sugárzó által felvett teljesítmény hányadosa

43. Fényforrások fényhasznosítása

44. Mezopos fotometria • CAD laboratóriumokban és irányító központokban előforduló számítástechnikusi feladat • útvilágítás • 3 cd/m2 és 10-3 cd/m2 közötti fénysűrűség tartomány • szem színképi érzékenysége V(l)-tól V’(l) felé tolódik el.

45. Szkotopos, mezopos és fotopos tartomány

46. Láthatósági függvények

47. Fényhasznosítás változása L, lámpa:cd/m2Na cd/m2Hg • Fotopos: 0,05 0,05 • Mezopos: 0,028 0,061 • Szkotopos: 0,01 0,07 Különbség világosság észlelet, reakció sebesség és részletfelismerés között!

48. Belsőtéri látási feladat Munkavégzéshez a szabványos fotometriai rendszer megfelelő leírást biztosít

49. Világosság – fénysűrűség összefüggés • Színes fény világosabbnak tűnik: Helmholz-Kohlrausch hatás • Equivalens fénysűrűség fogalma • L**=log(L)+C • C=0,256 - 0,184y - 2,527xy ++ 4,656x3y + 4,657xy4

50. Azonos fény-sűrűség esetén észlelt világosság