Характеристики и свойства электромагнитного излучения

Объекты внешней среды, являющиеся источниками графических и видеоизображений, воздействуют на устройства регистрации посредством электромагнитного излучения, состоящего из переменных электрических и магнитных полей, направленных перпендикулярно друг другу и направлению распространения. Особенностью излучений является их волновой характер. Длина волны равна расстоянию одного цикла (периода) колебаний в направлении распространения. Длина волны и частота электромагнитных сигналов находятся в соотношении f=c/l, где f - частота, l - длина волны, c - скорость света в вакууме, равная 2.998*10⁸ метра в секунду. Диапазон электромагнитного излучения показан на рис.8.

Рис.8 Диапазон электромагнитного излучения

Свет является электромагнитным излучением, воспринимаемым органами зрения человека. Видимый диа­пазон электромагнитного спектра охватывает длину волны прибли­зительно от 0,43мкм до 0,79мкм (рис.9).

Рис.9 Световой диапазон

Ощущение цвета является психофизиологическим явлением и определяется спектральным составом света не однозначно. Условно цветовой спектр делят на семь полос (цветов): фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и крас­ный, имеющих плавные переходы.

Различаемые зрением человека цвета предметов определяются ха­рактером света, отраженного от этих предметов. Тело, которое отра­жает свет приблизительно одинаково во всем видимом диапазоне волн, представляется наблюдателю белым, тогда как тело, отражаю­щее свет в каком-то ограниченном диапазоне длин волн, восприни­мается с некоторым цветовым оттенком. Например, зеленый предмет в основном отражает свет с длинами волн 500…570 нм, поглощая боль­шинство энергии в других интервалах длин волн.

Свет, лишенный цветовой окраски, называется ахроматическим или монохроматическим. Единственным параметром такого освещения является его интенсивность, или яркость. Для описания монохрома­тической яркости также используется понятие уровень серого, посколь­ку яркость изменяется от черного до белого уровня, с промежуточными серы­ми оттенками.

Хроматические источники света характеризуются тремя основными параметрами: энергетическим потоком, световым потоком и яркостью (субъективной). Энергетиче­ский поток - это общее количество энергии, излучаемой источником света, обычно измеряемое в ваттах (Вт). Световой поток, измеряе­мый в люменах (лм), характеризует количество энергии, которое на­блюдатель воспринимает от светового источника. Например, световой источник, работающий в дальнем инфракрасном диапазоне, может да­вать значительный энергетический поток, но наблюдатель его прак­тически не ощущает. Поэтому световой поток такого источника почти нулевой.

Яркость описы­вает субъективное восприятие света и практически не поддается изме­рению. Она трактует понятие интенсивности в ахроматическом случае и является одним из ключевых факторов при описании цвето­вых ощущений.

Формирование большинства цифровых изображе­ний электромагнитного излучения основано на измерении содержащейся в нем энергии, причем изображения могут быть получены от любого типа излучения, испускаемого объектами и регистрируемого соответствующей принимающей системой.

Электромагнитная энергия квантуется, т.е. для заданной частоты ее энергия может быть только числом, кратным кванту действия , где h - постоянная Планка. Единица измерения энергии – электрон-вольт [эВ] - указывает на кинетическую энергию, которую мог бы приобрести электрон, ускоряясь при прохождении через разность потенциалов один вольт. Квант электромагнитной энергии называется фотоном. При любом взаимодействии сигнала с веществом (излучение или поглощение) энергия изменяется кратно квантам. Чем выше частота электромагнитного сигнала, тем больше проявляется корпускулярная природа, т.к. кванты энергии возрастают. Фотон движется со скоростью света, не имеет массы покоя, но имеет конечную энергию. С фотоном связано понятие момента, определяемого по выражению .

Наличие возможности подсчета количества поглощенных фотонов имеет определяющее значение для формирования изображений.