2015-06-14
869
Световой поток, сила света, освещенность и яркость - важнейшие понятия, без знания которых невозможно объяснение работы источников света и осветительных приборов.
Световой поток Ф - энергия световых электромагнитных волн, переносимая в единицу времени через некоторую площадь поверхности и оцениваемая по зрительному ощущению. Для монохроматического света, соответствующему максимуму спектральной чувствительности глаза (
), световой поток равен 683 люменам (лм), если мощность излучения равна одному ватту. Световой поток создается источником света и воздействует на окружающие предметы.
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 (F), распространяющегося от источника внутри элементарного (т. е. очень малого) телесного угла (
), который содержит данное направление, к этому телесному углу [6,14].
Единица силы света в Международной системе единиц СИ - кандела (кд). Слово кандела переводится на русский язык как свеча. Одна кандела - это сила света равная 1/600000 м2 платины (Pt) при температуре ее плавления 1769 С 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 F падает на какую-то площадь 
, то средняя освещенность этой площади (обозначается буквой Е) равна:
;
Единица измерения освещенности называется люксом (сокращенное обозначение в русскоязычной литературе - лк). Один люкс - это освещенность, при которой световой поток 1 лм падает на площадь в 1 квадратный метр: 1 лк = 1лм/1 м2.
Для характеристики свойств источника света нужно знать силу света, рассчитанную на единицу видимой величины поверхности источника, эта величина называется яркостью источника.
Яркость - отношение освещённости (Е) в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:
где 
- телесный угол,
q - угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения
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 [6,14].
Для реализации возможности сравнения между собой результатов различных цветовых измерений МКО рекомендован ряд стандартных излучений и воспроизводящих их источников освещения, 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 – замкнутая плоскость с небольшим отверстием, внутренняя поверхность которой зачернена (рисунок 12). Луч света, попавший внутрь такой поверхности, испытывает многократные отражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. При размере отверстия, меньшем 0,1 диаметра плоскости, падающее излучение всех частот «полностью поглощается» [6,14,15].
Рисунок 12 - Модель абсолютно черного тела
Стандартный источник освещения А,соответствующий свету вольфрамовой лампы накаливания с коррелированной цветовой температурой Т=2856 К, предназначен для колориметрического определения индекса метамеризма.
Излучение В (прямой солнечный свет, полдень) 4870 К.
Основным стандартным источником освещения для колориметрических измерений МКО принят источник освещения D 65, соответствующийестественному 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 F 11 воспроизводит свет узкополосной белой флуоресцентной лампы с коррелированной цветовой температурой 4000 К.
Чем ниже цветовая температура, тем свет мы воспринимаем теплее.
В настоящее время излучение D65 рекомендовано МКО как номинально белый цветовой стимул для нормировки равноконтрастных цветовых координат a, b системы CIEL*a*b* [5].
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.
Существенным недостатком стандартных источников освещения B и С является значительное расхождение их спектральных характеристик с реальным спектром дневного освещения в УФ зоне.
Недостатком источников D является сложность их эмуляции с помощью искусственных источников света. В настоящее время для этого применяются галогенные лампы накаливания с голубым стеклянным фильтром, ксеноновые лампы с фильтром, а также люминесцентные лампы [2].
Числовые величины спектрального распределения энергии S(l) для стандартных источников освещения D65, А и F 11 приведены в таблице 3 [5].
Таблица 3 – 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 |
| 49.98 | 9.80 | 0.91 | 116.34 | 40.30 | 6.13 | ||
| 52.31 | 10.90 | 0.63 | 114.86 | 42.87 | 5.46 | ||
| 54.65 | 12.09 | 0.46 | 115.39 | 45.52 | 4.79 | ||
| 68.70 | 13.35 | 0.37 | 115.92 | 48.24 | 5.66 | ||
| 82.76 | 14.71 | 1.29 | 112.37 | 51.04 | 14.29 | ||
| 87.12 | 16.15 | 12.68 | 108.81 | 53.91 | 14.96 | ||
| 91.49 | 17.68 | 1.59 | 109.08 | 56.85 | 8.97 | ||
| 92.46 | 19.29 | 1.79 | 109.35 | 59.86 | 4.72 | ||
| 93.43 | 21.00 | 2.46 | 108.58 | 62.93 | 2.33 | ||
| 90.06 | 22.79 | 3.38 | 107.80 | 66.06 | 1.47 | ||
| 86.68 | 24.67 | 4.49 | 106.30 | 69.25 | 1.10 | ||
| 95.77 | 26.64 | 33.94 | 104.79 | 72.50 | 0.89 | ||
| 104.86 | 28.70 | 12.13 | 106.24 | 75.79 | 0.83 | ||
| 110.94 | 30.85 | 6.95 | 107.69 | 79.13 | 1.18 | ||
| 117.01 | 33.09 | 7.19 | 106.05 | 82.52 | 4.90 | ||
| 117.41 | 35.41 | 7.12 | 104.41 | 85.96 | 39.49 | ||
| 117.81 | 37.81 | 6.72 | 104.23 | 89.41 | 72.84 | ||
| 104.05 | 92.91 | 32.61 | 82.28 | 178.77 | 1.54 | ||
| 102.02 | 96.44 | 7.52 | 80.28 | 182.12 | 1.33 | ||
| 100.00 | 100.00 | 2.83 | 78.28 | 185.43 | 1.46 | ||
| 98.17 | 103.58 | 1.96 | 74.00 | 188.70 | 1.94 | ||
| 96.33 | 107.18 | 1.67 | 69.72 | 191.93 | 2.00 | ||
| 96.06 | 110.80 | 4.43 | 70.67 | 195.12 | 1.20 | ||
| 95.79 | 114.44 | 11.28 | 71.61 | 198.26 | 1.35 | ||
| 92.24 | 118.08 | 14.76 | 72.98 | 201.36 | 4.10 | ||
| 88.69 | 121.73 | 12.73 | 74.35 | 204.41 | 5.58 | ||
| 89.35 | 125.39 | 9.74 | 67.98 | 207.41 | 2.51 | ||
| 90.01 | 129.04 | 7.33 | 61.60 | 210.36 | 0.57 | ||
| 89.80 | 132.70 | 9.72 | 65.74 | 213.27 | 0.27 | ||
| 89.60 | 136.35 | 55.27 | 69.89 | 216.12 | 0.23 | ||
| 88.65 | 139.99 | 42.58 | 72.49 | 218.92 | 0.21 | ||
| 87.70 | 143.62 | 13.18 | 75.09 | 221.67 | 0.24 | ||
| 85.49 | 147.23 | 13.16 | 69.34 | 224.36 | 0.24 | ||
| 83.29 | 150.84 | 12.26 | 63.54 | 227.00 | 0.20 | ||
| 83.49 | 154.42 | 5.11 | 55.01 | 229.59 | 0.24 | ||
| 83.70 | 157.98 | 2.07 | 46.42 | 232.12 | 0.32 | ||
| 81.86 | 161.52 | 2.34 | 56.61 | 234.59 | 0.26 | ||
| 80.03 | 165.03 | 3.58 | 66.81 | 237.01 | 0.16 | ||
| 80.12 | 168.51 | 3.01 | 65.09 | 239.37 | 0.11 | ||
| 80.21 | 171.96 | 2.48 | 63.38 | 241.68 | 0.09 | ||
| 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» [2].
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.
Цветовая температура является хорошим критерием для классификации характеристик раскаленных источников со сплошным (непрерывным) спектром. Источники света такие как, натриевые и ртутные уличные лампы или флуоресцентные лампы, имеют прерывистый или линейчатый спектр излучения. Их характеристики нельзя оценить методом цветовой температуры, поскольку их излучение невозможно сравнить с излучением раскаленного объекта [15].
|
|
|
