Лаб. Работа4. Светотехнические единицы

ЗАДАНИЕ: 1. Дать определения и указать размерность основных светотехнических величин: световой поток, освещенность, сила света, яркость, экспозиция.

2. Измерить люксметром освещенность объекта, например чернозем на листе белой бумаги, с учетом табличных данных вычислить яркость объектов, вычислить модуляционный, визуальный и фотографический контраст.

3. Решить задачи:

   1. Как изменится освещенность поверхности, если лампу отодвинуть от нее на 2 метра?

   2. Две лампы силой света 30 и 120 кд находятся на расстоянии 6 м друг от друга. Где нужно поместить между ними непрозрачный экран, чтобы он был одинаково освещен с обеих сторон?

   3. Предмет при фотографировании освещается электрической  лампой , расположенной от него на  расстоянии  r₁ = 2 м.  Во  сколько раз  надо  увеличить время экспозиции, если эту же лампу  расположить  на расстоянии  r₂  = 3 м?

   4. При печатании фотоснимка негатив освещался в течение t₁=3 с лампочкой силой света I₁= 15 кд с расстояния r₁=50 см. Определить время t₂, в течение которого нужно освещать негатив лампочкой силой света I₂=60 кд с расстояния r₂=2 м, чтобы получить отпечаток с такой же степенью почернения, как и в первом случае?

   5. На какой высоте h нужно повесить лампочку силой света I=10 кд над листом матовой белой бумаги, чтобы яркость L бумаги была равна 1 кд/м², если коэффициент отражения ρ бумаги равен 0.8?

Измерением световых величин занимается фотометрия, а измерениями излучения во всем оптическом диапазоне -радиометрия.В соответствии с этим световые единицы часто называют фотометрическими, а энергетические единицы - радиометрическими. Энергетические величины являются исчерпывающими с энергетической точки зрения, но они не позволяют количественно оценить визуальное восприятие излучения. Световые характеристики описывают, как энергию излучения воспринимает зрительная система глаза с учетом спектрального состава света.

Соответствие фотометрических и радиометрических единиц в таблице:

Энергетические		Световые
Наименование и обозначение	Ед.измерения	Наименование и обозначение	Ед.измерения
поток излучения Фе	Вт	световой поток Ф	лм
энергетическая сила света Ie	Вт/ср	сила света I	кд
энергетическая освещенность Ee	Вт/м2	освещенность E	лк
энергетическая светимость Me	Вт/м2	светимость M	Лм/м2
энергетическая яркость Le	Вт/ср· м2	яркость L	Кд/м2

Световые (светотехнические, фотометрические) единицы

1. Принимая в качестве приемника световой энергии глаз, Международная осветительная комиссия (МОК) определила световой потокФкак поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению.

За единицу светового потока принимают люмен (лм).Это поток, излучаемый изотропным источником силой в 1кд в пределах телесного угла в 1 стерадиан.

Ф = I (1лм = 1кд 1ср)

Из опыта известно, что если длина волны излучения = 555 нм, то одному люмену светового потока соответствует поток лучистой энергии равный 0,0016 Вт.

Величина полного светового потока характеризует излучающий источник, и её нельзя увеличить никакими оптическими системами. Действие этих систем может сводиться лишь к перераспределению светового потока.

2. Силой светаI точечного источника называется величина светового потока, распространяющегося в единице телесного угла. За единицу телесного угла принят стерадиан – угол, вырезающий на сфере, описанной вокруг вершины угла, поверхность, площадь которой равна квадрату радиуса сферыS=R².

I = F/, где- телесный угол.

i

n

σ

dΩ

В системе СИ принята единица силы света кандела (кд) – одна из основных единиц (ГОСТ).Кандела– сила света, испускаемая с площади 1/600000 м²полного излучателя (эталона) в перпендикулярном этому сечению направлении при температуре излучателя равном температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па. (Или другими словами: 1см²затвердевающей платины при Т= 2042К и нормальном атмосферном давлении, в нормальном направлении излучает 60 кандел).

3. Освещенностью Еназывается величина светового потока, приходящаяся на единицу поверхности (рис. 4).

Е = dФ/σ = I dΩ/σ = I cos i / R2

В последних двух равенствах введена сила света. Полученное выражение показывает, что освещенность, создаваемая точечным источником, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до поверхности и прямо пропорциональна косинусу угла между световым лучом и нормалью к освещаемой поверхности.Это есть основной закон освещенности (закон обратных квадратов).

dΩ n

i

R

σ

Единица освещенности – люкс (лк)– равна потоку в 1лм, равномерно распределенному на площади в 1м².

4. Яркостьюв данном направлении называется световой поток, посылаемый в данном направлении единицей видимой поверхности внутрь единичного телесного угла (рис.3).

dΩ

n

i

σ

где a- угол между направлениями силы света и вертикалью.

Единицей яркости служит яркость площадки, дающая силу света в 1 кд с каждого квадратного метра в направлении, перпендикулярном к площадке. Таким образом, единица яркости есть "кандела с квадратного метра" (1нт=1кд/1м²) - иначе её называютнит (нт).

Яркость В_iесть величина, зависящая от направления; однако для некоторых источников она может от направления не зависеть. Такие источники называются источниками, подчиняющимисязакону Ламберта.

Для диффузно отражающих поверхностей

где r- коэффициент отражения, определяется отношением отраженного от плоскости светового потока к падающему световому потоку на эту плоскость

Яркость является величиной, непосредственно воспринимаемой глазом. При постоянстве освещенности яркость предмета тем больше, чем больше его отражательная способность.

6. Яркостными различиями во многом определяют возможность выявления объектов земной поверхности. Эти различия оцениваются величинами:

- фотографического контраста U = Bmax / Bmin

- визуального контраста Kt, равного отношению разности яркостей смежных объектов к большей из них :

Kt = (В₁ – В₂) / В₁ = 1 – 1/U

- модуляционного контраста

K_N = (Bmax – Bmin) / (Bmax + Bmin) = (U – 1)/(U + 1) = Kt / (2 – Kt)

7. Прозрачность или почернение фотографического материала характеризуют следующие величины:

-коэффициент прозрачности(пропускания) – отношение потока излучения, прошедшего через прозрачную средуF (например фотопленку), к потоку излучения, упавшего на негоF₀:

τ = F/F₀ (6)

-оптическая плотность почернения:

D = lg (1/τ) = lg F₀/F