Яркость

Фотометрическая мера

Свеча чайного типа, снятая камерой яркости; ложные цвета обозначают уровни яркости на полосе справа (кд/м ² )

Яркость — это фотометрическая мера силы света на единицу площади , распространяющегося в заданном направлении. ^[1] Он описывает количество света, который проходит, излучается или отражается от определенной области и попадает в пределах данного телесного угла .

Процедура преобразования спектральной яркости в яркость стандартизирована CIE и ISO . ^[2]

Яркость - это термин , обозначающий субъективное впечатление от объективного стандарта измерения яркости ( о важности этого контраста см. Объективность (наука) § Объективность измерения ).

Единицей освещенности в системе СИ является кандела на квадратный метр (кд/м ² ). Термин, не относящийся к системе СИ для той же единицы, — это nit . Единицей измерения в системе единиц сантиметр-грамм-секунда (CGS) (предшествовавшей системе СИ) является стильб , который равен одной канделе на квадратный сантиметр или 10 ккд/м ² .

Описание

Яркость часто используется для характеристики излучения или отражения от плоских, рассеянных поверхностей. Уровни яркости показывают, какую силу света может обнаружить человеческий глаз , смотрящий на определенную поверхность под определенным углом зрения . Таким образом, яркость является показателем того, насколько яркой будет поверхность. В данном случае интересующий телесный угол — это телесный угол, образованный зрачком глаза .

Яркость используется в видеоиндустрии для характеристики яркости дисплеев. Типичный компьютерный дисплей излучает между50 и 300 кд/м ² . Солнце имеет яркость около1,6 × 10 ⁹  кд/м ² в полдень. ^[3]

Яркость инвариантна в геометрической оптике . ^[4] Это означает, что для идеальной оптической системы яркость на выходе такая же, как яркость на входе.

Для реальных пассивных оптических систем выходная яркость максимально равна входной. Например, если использовать линзу для формирования изображения меньшего размера, чем исходный объект, световая мощность концентрируется на меньшей площади, а это означает, что освещенность изображения выше. Однако свет в плоскости изображения заполняет больший телесный угол, поэтому яркость оказывается одинаковой при условии отсутствия потерь на линзе. Изображение никогда не может быть «ярче» источника.

Влияние на здоровье

Повреждение сетчатки может произойти, когда глаз подвергается воздействию высокой яркости. Повреждение может произойти из-за местного нагрева сетчатки. Фотохимические эффекты также могут вызывать повреждения, особенно на коротких длинах волн. ^[5]

Серия стандартов IEC 60825 содержит рекомендации по безопасности при воздействии на глаза лазеров, которые являются источниками высокой яркости. Серия стандартов IEC 62471 дает рекомендации по оценке фотобиологической безопасности ламп и ламповых систем, включая светильники. В частности, он определяет пределы воздействия, эталонную технику измерения и схему классификации для оценки и контроля фотобиологических опасностей, исходящих от всех некогерентных широкополосных источников оптического излучения с электрическим приводом, включая светодиоды, за исключением лазеров, в диапазоне длин волн от200 нм насквозь3000 нм . Этот стандарт был разработан Международной комиссией по освещению как стандарт CIE S 009:2002.

Измеритель яркости

Измеритель яркости — это устройство, используемое в фотометрии , которое может измерять яркость в определенном направлении и под определенным телесным углом . Простейшие устройства измеряют яркость в одном направлении, тогда как измерители яркости изображения измеряют яркость аналогично тому, как цифровая камера записывает цветные изображения. ^[6]

Формулировка

Параметры для определения яркости

Яркость указанной точки источника света в заданном направлении определяется смешанной частной производной

$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} \Sigma \,\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }}}}$$

• L _v – яркость ( кд / м 2 );
• d ² Φ _v — световой поток ( лм ), выходящий из области dΣ в любом направлении, содержащемся внутри телесного угла dΩ _Σ ;
• dΣ — бесконечно малая площадь (м ² ) источника, содержащая указанную точку;
• dΩ _Σ — бесконечно малый телесный угол ( ср ), содержащий заданное направление; и
• θ _Σ — угол между нормалью n _Σ к поверхности dΣ и заданным направлением. ^[7]

Если свет проходит через среду без потерь, яркость не меняется вдоль данного светового луча . Когда луч пересекает произвольную поверхность S , яркость определяется выражением

$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} S\,\mathrm {d} \Omega _{S}\cos \theta _{S}}}}$$

• d S — бесконечно малая площадь S , видимая из источника внутри телесного угла dΩ _Σ ;
• dΩ _S — бесконечно малый телесный угол, опирающийся на dΣ , как видно из d S ; и
• θ _S — угол между нормалью n _S к d S и направлением света.

В более общем смысле яркость вдоль светового луча можно определить как

$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }=n^{2}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} G}}}$$

• d G – длинна бесконечно узкого луча, содержащего заданный луч;
• dΦ _v – световой поток, переносимый этим лучом; и
• n – показатель преломления среды.

Отношение к освещенности

Сравнение фотометрических и радиометрических величин

Яркость отражающей поверхности связана с получаемой ею освещенностью :

$${\displaystyle \int _{\Omega _{\Sigma }}L_{\text{v}}\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }=M_{\text{v}}=E_{\text{v}}R,}$$

Ω _Σ

• M _v — световая сила поверхности;
• E _v – полученная освещенность; и
• R – коэффициент отражения .

В случае идеально диффузного отражателя (также называемого ламбертовским отражателем ) яркость изотропна согласно закону косинуса Ламберта . Тогда отношения просто

$${\displaystyle L_{\text{v}}={\frac {E_{\text{v}}R}{\pi }}.}$$

Единицы

Для измерения яркости использовались различные единицы, помимо канделы на квадратный метр.

Смотрите также

• Относительная яркость
• Порядки величины (яркость)
• Диффузное отражение
• Этендю
• Значение экспозиции § EV как мера яркости и освещенности
• Ламбертовское отражение
• Легкость (цвет)
• Luma — представление яркости на видеомониторе.
• Люмен (единица измерения)
• Сияние , радиометрическая величина, аналогичная яркости.
• Яркость , субъективное впечатление от яркости
• Яркий свет (видение)

Таблица единиц измерения света СИ

1. Символы в этом столбце обозначают размеры ; « L », « T » и « J » обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы единиц измерения: литр , тесла и джоуль.
2. Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотонными величинами. Например: Стандартные буквенные обозначения США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967.
3. Иногда встречаются альтернативные символы: W для световой энергии, P или F для светового потока и ρ для световой эффективности источника.

Рекомендации

1. "Яркость, 17-21-050" . CIE S 017:2020 ILV: Международный словарь по освещению, 2-е издание . CIE – Международная комиссия по освещению. 2020 . Проверено 20 апреля 2023 г.
2. ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия. Система физической фотометрии CIE. ИСО/МКО. 2023. дои : 10.25039/IS0.CIE.23539.2023.
3. «Яркость». Словарь светодизайна . Проверено 13 апреля 2009 г.
4. Дорбанд, Бернд; Гросс, Герберт; Мюллер, Генриетта (2012). Гросс, Герберт (ред.). Справочник по оптическим системам . Том. 5. Метрология оптических компонентов и систем. Уайли . п. 326. ИСБН 978-3-527-40381-3.
5. IEC 60825-1: 2014 Безопасность лазерных изделий. Часть 1: Классификация оборудования и требования (на английском, французском и испанском языках) (3-е изд.). Международная электротехническая комиссия . 15 мая 2014 г. п. 220.- ТК 76 - Оптическая радиационная безопасность и лазерное оборудование
6. «e-ILV: Измеритель яркости» . CIE. Архивировано из оригинала 16 сентября 2017 года . Проверено 20 февраля 2013 г.
7. Чавес, Хулио (2015). Введение в неотображающую оптику, второе издание. ЦРК Пресс . п. 679. ИСБН 978-1482206739. Архивировано из оригинала 18 февраля 2016 г.

Внешние ссылки

• Руководство Kodak по оценке яркости и освещенности с помощью экспонометра камеры. Также доступен в формате PDF.
• Autodesk Design Academy Измерение уровня освещенности