3.2 Источники света. Цветовая температура

Цвет объекта, воспринимаемый человеком, зависит не только от химического состава и физических свойств его поверхности, но и, естественно, от спектрального состава светового потока, который его освещает.

Сила света, одна из основных световых величин, характеризующая источник видимого излучения. Сила света в общем случае различна для различных направлений от источника; она равна отношению светового потока ( ), распространяющегося от источника внутри элементарного (т. е. очень малого) телесного угла ( ), который содержит данное направление, к этому телесному углу [9,12,33].

где - яркость;

- угол с нормалью к ;

Единица силы света в Международной системе единиц СИ - кандела (кд). Слово кандела переводится на русский язык как свеча. Одна кандела - это сила света, излучаемая 1/600000 м² платины (Pt) при температуре ее плавления 1769^оС и давлении 101325 Па.

Понятие силы света применимо только на таких удалениях от источника, которые намного превышают его размеры.

Для характеристики освещения конкретных мест вводится еще одна световая величина - освещенность.

Освещенность - это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Если световой поток падает на какую-то площадь , то средняя освещенность этой площади равна:

;

Единица измерения освещенности называется люксом (сокращенное обозначение в русскоязычной литературе - лк). Один люкс - это освещенность, при которой световой поток 1 лм (один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср)) падает на площадь в 1 квадратный метр: 1 лк = 1 лм/м² [9,12,33].

Для характеристики свойств источника света нужно знать силу света, рассчитанную на единицу видимой величины поверхности источника, эта величина называется яркостью источника.

Яркость - физическая величина, определяемая отношением светового потока , переносимого узким пучком с малой площадки , содержащей рассматриваемую точку, в малом телесном угле , содержащем направление  и составляющем угол с нормалью к , к геометрическому фактору этого пучка,

и имеющая физический смысл светового потока, распространяющегося в единичном телесном угле с единичной площади, нормально расположенной к направлению [31,32].

Единицы измерения яркости – кд/м^-2.

Из всех световых величин яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённость изображений предметов на сетчатке пропорциональна яркостям этих предметов [4,18].

Для реализации возможности сравнения между собой результатов различных цветовых измерений Международной комиссией по освещению (Commission Internationale de l’Eclairage (МКО)) рекомендован ряд стандартных источников света, с определенной цветовой температурой.

Цветовая температура – температура абсолютно черного тела, при которой оно излучает свет такого же спектрального состава, как и рассматриваемое излучение. Она указывает только на спектральное распределение энергии излучения, а не на температуру источника. Цветовая температура выражается в Кельвинах (К).

Идеальная модель черного тела – полая сфера с небольшим отверстием, внутренняя поверхность которой зачернена (рисунок 19). Луч света, попавший внутрь её, испытывает многократные отражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. При размере отверстия, меньшем 0,1 диаметра сферы, падающее излучение всех частот практически полностью поглощается [12,33].

Рисунок 19 - Модель абсолютно черного тела

Стандартный источник А, соответствующий свету вольфрамовой лампы накаливания с коррелированной цветовой температурой Т=2856 К, предназначен для колориметрического определения индекса метамерии.

Источник света В (прямой солнечный свет в полдень) - 4870 К.

Основным стандартным источником освещения для колориметрических измерений МКО принят источник освещения D₆₅, соответствующий естественному дневному свету с коррелированной цветовой температурой Т=6500 К.

Стандартный источник освещения С соответствует естественному рассеянному дневному свету с коррелированной цветовой температурой Т=6774 К.

Источник освещения F₁₁ воспроизводит свет узкополосной белой флуоресцентной лампы с коррелированной цветовой температурой 4000 К.

В полиграфии, кроме D₆₅, нашли применение стандартные источники D₅₀, D₅₅ и D₇₅ с цветовыми температурами 5000, 5500 и 7500 К соответственно. Первые два имеют по сравнению с D₆₅ желтоватый оттенок, D₇₅ – голубоватый.

Числовые величины спектрального распределения энергии S() для стандартных источников освещения D₆₅, А и F ₁₁ приведены в таблице 4 [4,8].

Таблица 4 – Распределение относительной спектральной энергии от стандартного источника освещения D₆₅, А и F ₁₁ для интервала длин волн 5 нм

λ нм	Sλ D65	Sλ A	Sλ F11	λ нм	Sλ D65	Sλ A	Sλ F11
380	49,98	9,80	0,91	465	116,34	40.30	6.13
385	52,31	10,90	0,63	470	114,86	42.87	5.46
390	54,65	12,09	0,46	475	115,39	45.52	4.79
395	68,70	13,35	0,37	480	115,92	48.24	5.66
400	82,76	14,71	1,29	485	112,37	51.04	14.29
405	87,12	16,15	12,68	490	108,81	53.91	14.96
410	91,49	17,68	1,59	495	109,08	56.85	8.97
415	92,46	19,29	1,79	500	109,35	59.86	4.72
420	93,43	21,00	2,46	505	108,58	62.93	2.33
425	90,06	22,79	3,38	510	107,80	66.06	1.47
430	86,68	24,67	4,49	515	106,30	69.25	1.10
435	95,77	26,64	33,94	520	104,79	72.50	0.89
440	104,86	28,70	12,13	525	106,24	75.79	0.83
445	110,94	30,85	6,95	530	107,69	79.13	1.18
450	117,01	33,09	7,19	535	106,05	82.52	4.90
455	117,41	35,41	7,12	540	104,41	85.96	39.49
460	117,81	37,81	6,72	545	104,23	89.41	72.84
550	104,05	92,91	32,61	670	82,28	178.77	1.54
555	102,02	96,44	7,52	675	80,28	182.12	1.33
560	100,00	100,00	2,83	680	78,28	185.43	1.46
565	98,17	103,58	1,96	685	74,00	188.70	1.94
570	96,33	107,18	1,67	690	69,72	191.93	2.00
575	96,06	110,80	4,43	695	70,67	195.12	1.20
580	95,79	114,44	11,28	700	71,61	198.26	1.35
585	92,24	118,08	14,76	705	72,98	201.36	4.10
590	88,69	121,73	12,73	710	74,35	204.41	5.58
595	89,35	125,39	9,74	715	67,98	207.41	2.51
600	90,01	129.04	7,33	720	61,60	210.36	0.57
605	89,80	132,70	9,72	725	65,74	213.27	0.27
610	89,60	136,35	55,27	730	69,89	216.12	0.23
615	88,65	139,99	42,58	735	72,49	218.92	0.21
620	87,70	143,62	13,18	740	75,09	221.67	0.24
625	85,49	147,23	13,16	745	69,34	224.36	0.24
630	83,29	150,84	12,26	750	63,54	227.00	0.20
635	83,49	154,42	5,11	755	55,01	229.59	0.24
640	83,70	157,98	2,07	760	46,42	232.12	0.32
645	81,86	161,52	2,34	765	56,61	234.59	0.26
650	80,03	165,03	3,58	770	66,81	237.01	0.16
655	80,12	168,51	3,01	775	65,09	239.37	0.11
660	80,21	171,96	2,48	780	63,38	241.68	0.09
665	81,25	175,38	2,14

При изменении спектрального состава освещения, визуально воспринимаемые различия между одними цветами усиливаются, а между другими ослабевают. Например, при желтоватом освещении, создаваемом лампами накаливания, синие и зелёные цвета различаются хуже, чем красные и оранжевые, а при синеватом освещении в пасмурную погоду, наоборот, хуже различаются красные и оранжевые цвета.

При слабом освещении все цвета различаются хуже и воспринимаются менее насыщенными («эффект сумеречного зрения») и максимальная чувствительность человеческого глаза при этом смещается из желто-зеленой области спектра в зеленую (эффект Пуркинье). При очень сильном освещении цвета воспринимаются тоже менее насыщенными и «разбелёнными» [4].

Имеется много способов измерения цветовой температуры источника света. Простейший способ – измерение по цветному эталону – ленте со шкалой цветовой температуры. Лента помещается под лучами источника света, и температура определяется по той ее части, которая более всего совпадает с цветом источника. Более точный способ – измерение специальным прибором, который сравнивает относительную интенсивность красного и синего излучений, испускаемых источником света [35].