5. Кривая видности. Световой поток. Сила света. Закон освещенности. Яркость. Светимость. Световые единицы

Кривая видности

Согласно теории цветовое зрения Юнга-Гемгольца (1821-1894) ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цвета. Эта теория хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами и предполагает, что в глазу есть только три типа светочувствительных приемников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приемники первого типа, зеленый - второго, синий - третьего. Сложением излучений таких трех цветов в различных пропорциях можно получить любую комбинацию возбуждения всех трех типов светочувствительных элементов, а значит и ощущение любого цвета. Если все рецепторы возбуждены в одинаковой степени, мы имеем ощущение белого цвета, если рецепторы не возбуждены - черного. По этой причине, накладывающиеся области красного, зеленого и синего цвета выглядят как белое пятно. Наложение красного и синего цвета дает фиолетовый цвет, зеленого и синего - бирюзовый, красного и зеленого - желтый Приведенный график показывает относительную спектральную чувствительность глаза к излучениям различных длин волн (так называемая кривая видности). Кривая видности красного цвета соответствует чувствительности глаза при дневном свете, а синяя - при сумеречном свете. Максимальная чувствительность глаза при дневном свете достигается на длине волны 555 нм, а при сумеречном свете - на длине волны 510 нм. Максимальная чувствительность глаза в обоих случаях принимается за единицу. Отличие между этими двумя кривыми видности объясняется тем, что дневной и сумеречный свет воспринимаются различными рецепторами глаза (палочками при сумеречном свете и колбочками при дневном свете). При этом палочки обеспечивают чёрно-белое зрение и обладают очень высокой чувствительностью. Колбочки же позволяют человеку различать цвета, но их чувствительность гораздо ниже. В темноте работают только палочки - именно поэтому ночью воспринимаемое изображение серое.

Световой поток

Световой поток — соответствующая энергетическому потоку излучения световая величина, то есть мощность излучения, воспринимаемая нормальным человеческим глазом.

Обозначение: Φν Единица измерения СИ: люмен Для вычисления величины светового потока необходимо проинтегрировать в диапазоне от 380 до 780 нм спектральную мощность излучения Φeλ (измеряется в Вт/нм), помноженную на кривую спектральной чувствительности глаза Vλ; результат следует умножить на фотометрический эквивалент излучения Km=683 лм/Вт:Измерение светового потока от источника света производится при помощи специальных приборов — сферических фотометров, либо фотометрических гониометров.

Сила света

Сила света — это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется. Телесный угол нужно выбирать таким образом, чтобы поток в нём можно было считать равномерным, тогда сила света источника по определённому направлению численно равна световому потоку, заключённому в единичном телесном угле. Единица измерения СИ: кандела (кд)=Ватт (Вт)(или Люмен (лм))/ Стерадиан (ср) Если световой поток испускается точечным источником равномерно по всем направлениям, тоесть истинная сила света точечного источника по любому направлению.

Закон освещенности

Законы освещенности для точечного источника сводятся к двум утверждениям. Освещенность поверхности: 1) обратно пропорциональна квадрату расстояния и 2) прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей в данной точке поверхности. Освещенность поверхности, созданная источником, в значительной степени зависит и от величины поглощения светового потока веществом, находящимся между источником света и поверхностью. Зависимость между величиной светового потока падающего на слой вещества толщиной, и величиной прошедшего светового потокаопределяется законом Бугерагдеk - коэффициент поглощения, e- основание натуральных логарифмов. Экспериментально во второй части работы проверяется следующее соотношение , вытекающее из предыдущей формулы.

Яркость

Яркость — это поток, посылаемый в данном направлении единицей видимой поверхности в единичном телесном угле. Отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскости, перпендикулярной оси наблюдения. Единицей измерения СИ служит нит (1нт=1кд/1м²). Существуют также другие единицы измерения яркости — стильб и апостильб:

Апости́льб (обозначение: асб, asb; от греч. αποστίλβω — сверкаю) — устаревшая единица яркости освещённой поверхности в системе СГС.

1 апостильб — это яркость поверхности, равномерно рассеивающей свет по всем направлениям и обладающей светимостью 1 лм/м².

1 асб = 1/π × 10-4 сб = 0,3199 нт = 10 -4 Лб.

Светимость

Светимость — плотность потока световой энергии в данном направлении. Светимость в оптических единицах выражается в люменах с квадратного метра (лм/м2 ) где dS - элемент светящейся поверхности.