2.2. Основні фотометричні параметри

Створення засобів відображення інформації вимагає обліку психофізіологічних можливостей оператора і перш за все можливостей і особливостей органів зору людини.

Реакція зорового аналізатора людини залежить від енергетичних параметрів і спектрального складу випромінювання. Світлове випромінювання характеризується рядом фотометричних параметрів. Основними з них є світловий потік, сила світла, яскравість, освітленість, контраст яскравості.

Потужність, що переноситься енергією випромінювання, називають світловим потоком Ф_.. Цей потік виражається в люменах (лм).

Сила світла І_ характеризує просторову густину світлового потоку в даному напрямі і визначається як відношення світлового потоку dФ_, проходящого усередині малого тілесного кута d у даному напрямі, до величини цього кута:

I_v=dФ_/d. (1.4)

Тілесний кут

d=dA/r², (1.5)

д

е dA—площа, що вирізається тілесним кутом з поверхні сфери А; r- радіус цієї сфери. Тілесний кут виражається в стерадіанах (ср).

Рис.2.3.Адитивні способи змішування кольорів: а-просторовий; б-паралельний; в-послідовний

Одиниця світлового потоку - люмен (лм) - визначається як світловий потік від точкового джерела в 1 лм усередині тілесного кута в 1 ср.

Рис.2.4. Взаємозв’язок між світовим потоком (Ф_v), силою світла (І_v) та освітленістю (Е_v)

На рис. 2.4 показано точкове джерело е, що поміщене усередині сфери радіусом r і утворююче рівномірний потік на всіх напрямках. Потік в 1 лм розповсюджується усередині тілесного кута, що вирізає на поверхні сфери ділянку ABCD площею в 1 м^2.

У межі при нескінченному зменшенні dA тілесний кут прагне до прямої, що вказує напрям сили світла і дозволяє розглядати силу світла як векторне значення.

Якщо світловий потік від точкового джерела рівномірний, то сила світла однакова в будь-якому напрямі:

І_ = Ф_ / (4). (2.6)

Яскравість L_v характеризує випромінювання поверхні, що світиться, площею dA в даному напрямі. Якщо поняття сили світла відноситься тільки до точкового джерела світла, то поняття яскравості застосовується до будь-яких джерел, що мають кінцеві розміри. Чисельно яскравість дорівнює відношенню світлового потоку, що проходить в даному напрямі в межах малого тілесного кута через ділянку поверхні, до добутку величини тілесного кута, площі ділянки і косинуса кута  між даним напрямом і нормаллю до ділянки:

L_v=dФ_ / (ddA cos а) =I_/ (dA cos а). (2.7)

Одиницею яскравості є кд/м² - це яскравість поверхні, квадратний метр якої випромінює в напрямі, перпендикулярному цій поверхні, силу світла в 1 кд.

Наводимо яскравості деяких джерел світла в кд/м²:

Екран телевізійної трубки …........ 30—1000

Світлодіоди …................ 10—400

Люмінесцентна лампа …........... 5000—10000

Нитка вакуумної лампи розжарювання …..... 210⁶—310⁶

Нитка газонаповненої лампи розжарювання ….. 810⁶—2010⁶

Сила світла, яскравість і світловий потік є характеристиками активних (первинних) джерел світла.

Об’єкти, які видно завдяки освітленню світлом первинних джерел, називають пасивними (вторинними) джерелами світла. Їх основною характеристикою є освітленість. Освітленість E_v характеризується світловим потоком, падаючим на одиницю освітлюваної поверхні:

E_v=dФ_v /dA. (2.8)

Світловий потік в 1 лм, рівномірно освітлює площу в 1 м², створює освітленість в 1 лк (люкс).

Так, наприклад, мінімальна освітленість для читання - 20 лк, в кімнаті в ясний літній день - 100 лк, освітленість, що створюється прямим сонячним промінням на відкритій місцевості, - 100000 лк.

Відбита від об'єкту частина потоку характеризується коефіцієнтом відбиття

_v=Ф_vвід/Ф_v, (2.9)

де Ф_vвід — відбита частина світлового потоку Ф_v.

Поверхню, що відбиває світло, можна розглядати як вторинне джерело світла з світловим потоком Ф_vвід. Яскравість цього джерела

L_vвід=L_v_v /. (2.10)

Наведемо значення коефіцієнтів відбиття _v для деяких поверхонь: сніг, крейда, гіпс - 0,93; білий папір - 0,6…0,8; пісок - 0,25, чорне сукно - 0,01…0,02; чорний оксамит - 0,004…0,01.

Контраст яскравості визначає співвідношення яркостей об'єкту і фону. Розрізняють прямий і зворотний контрасти. Для позитивного зображення (темне зображення на білому фоні) задається прямий контраст яскравості:

k_пр=(L_vф-L_vo) /L_vф, (2.11)

де L_vф і L_vо — яскравості фону і об'єкту. Для негативного (світлого на темному фоні) зображення задається зворотний контраст:

k_зв= (L_vо- L_{v ф}) /L_vо. (2.12)

У ряді випадків користуються поняттям контрастності k_к, що представляє відношення яркостей об'єкту (фону) і фону (об'єкту) :

k_к=L_vо/L_{v ф} при L_vo>L_{v ф},

k_к=L_vф /L_vо при L_vо < L_{v ф} (2.13)

k_пр(зв) =1 - 1/k_к. (2.14)