Спектральное распределение мощности

Сравнение распределения спектральной мощности света по стандарту CIE со ссылкой на фотопическую реакцию зрительной системы человека

В радиометрии , фотометрии и науке о цвете измерение спектрального распределения мощности ( SPD ) описывает мощность на единицу площади на единицу длины волны освещения ( светимость излучения ) . В более общем смысле термин « распределение спектральной мощности» может относиться к концентрации, как функции длины волны, любой радиометрической или фотометрической величины (например, лучистой энергии , лучистого потока , интенсивности излучения , сияния , освещенности , световой способности излучения , излучательности , яркости , светового потока ). , сила света , освещенность , светосила ). ^{[1] [2] [3] [4]}

Знание SPD имеет решающее значение для приложений оптических сенсорных систем. Оптические свойства , такие как пропускание , отражательная способность и поглощение , а также реакция датчика обычно зависят от длины волны падающего света. ^[3]

Физика

Математически для распределения спектральной мощности мощности излучения или освещенности можно записать:

${\displaystyle M(\lambda )={\frac {\partial ^{2}\Phi }{\partial A\,\partial \lambda }}\approx {\frac {\Phi }{A\,\Delta \lambda }}}$

где M ( λ ) — спектральная освещенность (или световая мощность) света ( единицы СИ : Вт /м ² = кг · м ^-1 · с ^-3 ); Φ – лучистый поток источника (единицы СИ: ватт, Вт); A — площадь, по которой интегрируется лучистый поток (единица СИ: квадратный метр, м ² ); λ — длина волны (единица СИ: метр, м). (Обратите внимание, что длину волны света удобнее выражать в нанометрах ; тогда спектральная яркость будет выражаться в единицах Вт · м ^-2 · нм ^-1 .) Приближение справедливо, когда площадь и интервал длин волн малы. . ^[5]

Относительное СПД

Характеристические спектральные распределения мощности (SPD) лампы накаливания (слева) и люминесцентной лампы (справа). Горизонтальные оси указаны в нанометрах , а вертикальные оси показывают относительную интенсивность в произвольных единицах.

Отношение спектральной концентрации (излучения или интенсивности излучения) на данной длине волны к концентрации эталонной длины волны дает относительную СПД. ^[4] Это можно записать так:

${\displaystyle M_{\mathrm {rel} }(\lambda )={\frac {M(\lambda )}{M\left(\lambda _{0}\right)}}}$

Например, яркость осветительных приборов и других источников света обрабатывается отдельно, спектральное распределение мощности может быть нормализовано тем или иным образом, часто до единицы на длине волны 555 или 560 нанометров, совпадающей с пиком функции светимости глаза . ^{[2] [6]}

Отзывчивость

SPD можно использовать для определения отклика датчика на определенной длине волны. При этом выходная мощность датчика сравнивается с входной мощностью как функция длины волны. ^[7] Это можно обобщить в следующей формуле:

${\displaystyle R(\lambda )={\frac {S(\lambda )}{M(\lambda )}}}$

Знание чувствительности полезно для определения освещения, компонентов интерактивных материалов и оптических компонентов для оптимизации производительности конструкции системы.

Источник СПД и материя

На рисунке показана большая доля синего света, рассеиваемого атмосферой, по сравнению с красным светом.

Распределение спектральной мощности источника в видимом спектре может иметь различные концентрации относительных SPD. Взаимодействие между светом и материей влияет на поглощающие и отражательные свойства материалов и впоследствии создает цвет, который меняется в зависимости от источника освещения. ^[8]

Например, относительное спектральное распределение мощности Солнца при прямом наблюдении создает белый вид, но когда солнечный свет освещает атмосферу Земли, небо кажется голубым при нормальных условиях дневного света. Это происходит из-за оптического явления, называемого рэлеевским рассеянием , которое приводит к концентрации более коротких волн и, следовательно, к появлению синего цвета. ^[3]

SPD источника и цветопередача

Сравнение цветовой температуры обычных электрических ламп

Визуальная реакция человека зависит от трихромазии для обработки внешнего вида цвета. В то время как зрительная реакция человека интегрируется по всем длинам волн, относительное спектральное распределение мощности предоставит информацию для моделирования внешнего вида цвета , поскольку концентрация диапазонов длин волн станет основным фактором, влияющим на воспринимаемый цвет. ^[8]

Это становится полезным в фотометрии и колориметрии , поскольку воспринимаемый цвет меняется в зависимости от освещения источника и спектрального распределения и совпадает с метамеризмами , когда изменяется внешний вид цвета объекта. ^[8]

Спектральный состав источника также может совпадать с цветовой температурой , что приводит к различиям в цвете из-за температуры источника. ^[4]

Смотрите также

• Цвет
• Осветительные приборы
• Фотометрия (оптика)
• Физическое количество
• Радиометрия
• Оценка спектральной плотности

Рекомендации

1. Марк Д. Фэйрчайлд (2005). Цветовые модели внешнего вида. Джон Уайли и сыновья . ISBN 0-470-01216-1.
2. Майкл Р. Перес (2007). Фокальная энциклопедия фотографии. Фокальная пресса . ISBN 978-0-240-80740-9.
3. Уильям Росс МакКлюни (1994). Введение в радиометрию и фотометрию . Бостон: Артех Хаус. ISBN 0890066787.
4. Франк К. Грум (1979). Измерения оптического излучения (т. 1) . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 0123049016.
5. Клер Л. Вятт (1987). Проектирование радиометрической системы . Нью-Йорк: Макмиллан. ISBN 0029488001.
6. Выжецкий, Гюнтер; Стайлз, Уолтер Стэнли (1982). Наука о цвете: концепции и методы; Количественные данные и формулы (второе изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-39918-6.
7. Роберт В. Бойд (1983). Радиометрия и регистрация оптического излучения . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 047186188X.
8. Уильям Дэвид Райт (1969). Измерение цвета . Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд Ко.

Внешние ссылки

• Кривые распределения спектральной мощности, GE Lighting.