Характеристики оптических изображений и их параметры

Основные светотехнические величины и их параметры

Оптические изображения характеризуются большим числом светотехнических величин. Основными являются: световой поток, сила света, освещенность и яркость.

Светом называется часть электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм, воздействующее на человеческий глаз. Для количественной оценки силы воздействия необходимо учитывать два обстоятельства:

- видность излучения – неодинаковую чувствительность глаза к излучениям различных длин волн (график предыдущей лекции рис.2.1),

- неравномерность плотности распределения мощности излучения по различным длинам волн реальных источников света.

Световой поток (F) - мощность излучения, оцениваемая по его воздействию на нормальный глаз. Единица измерения – люмен (лм). Экспериментально установлено, что в максимуме кривой видности – 550 нм 1 ВТ мощности излучения соответствует световой поток 683 лм, для белого цвета эта величина – 220 лм, а 100 Вт лампа накаливания создает световой поток 800-1500 лм.

Сила света (I) - плотность светового потока в телесном угле. Сила света характеризует неодинаковость излучения светового потока в разных направлениях. Единицей силы света является канделла (кд) – которая соответствует равномерному распределению в телесном угле в 1 стерадиан светового потока в 1 лм. Средняя сила света определяется отношением излучаемого светового потока к полному телесному углу (4p). Для примера 100 Вт лампа накаливания обладает силой света 60-120 кд.

Освещенность (Е) – есть плотность светового потока по поверхности, на которую падает. Единицей освещенности является люкс, который создается световым потоком в 1 лм на площадке в 1 м². Для примера освещенность киноэкрана – 40-200 лк, книга при чтении – 20, предметы в тени летом – 1000, на пляже в летний, солнечный день – 100 000.

Яркость - плотность силы сета, излучаемой с поверхности. Единицей яркости является канделла / м². Светящиеся поверхности по способу их светового возбуждения можно разделить на два вида: самосветящиеся (экран ТВ, нить лампы накаливания) и вторичные, отражающие или пропускающие часть падающего на них света (киноэкран, плафон люстры). Для примера яркость: киноэкрана - 10-30 кд/м², экрана ТВ – 40-80, пламя спички – 5 тыс., нить лампы накаливания – около 5 млн., солнце – 1,5 млрд.

Процесс ТВ передачи начинается с построения двумерного оптического изображения трехмерных объектов, расположенных в пространстве. Качество оптического изображения определяется рядом факторов и не имеет единой, обобщенной количественной оценки.

Освещенность в плоскости оптического изображения Е₀ определяется освещенностью объекта Е, его отражательными свойствами, характеризуемыми коэффициентом отражения, и параметрами объектива – прозрачностью, диаметром входного зрачка, фокусным расстоянием. Диаметр входного зрачка меняется с помощью диафрагмы.

Четкость оптического изображения характеризуется качеством воспроизведения мелких деталей и определяется разрешающей способностью объектива. Наличие искажений изображения, возникающих в оптических системах – аберраций, приводит к тому, что точка воспроизводится в виде кружка и две близко расположенных точки на объекте сливаются в одну на изображении. Минимальное расстояние между двумя светлыми точками, на котором они еще воспроизводятся раздельно, называется разрешаемым расстоянием, а величина, обратная ему, - разрешающей способностью объектива. Она оценивается максимальным числом пар черно-белых линий на 1 мм, воспроизводимых на изображении.

Глубина резкости объектива - глубина пространства, где диаметр кружка размытия деталей не превосходит размеров одного элемента разложения изображения.

Количественное нормирование параметров оптических изображений может быть сделано только с учетом параметров и характеристик зрения.

Способность глаза видеть мелкие детали называется разрешающей способностью или остротой зрения. Различают два вида остроты зрения: в плоскости, нормальной к оптической оси глаза, и по глубине деталей, которую называют остротой глубинного или стереоскопического зрения.

Острота зрения сильно зависит от яркости, зависимость которой представлен на рис 2.2.Характер зависимости объясняется тем, что малые яркости сигнала в одном нервном окончании не могут возбудить сигнал, надежно отличающийся от шумов. В этом случае суммируется сигнал от нескольких рецепторов, объединяющихся в один элемент приемника (рецептивное поле), что приводит к уменьшению разрешающей способности. По мере роста освещенности число объединяемых рецепторов уменьшается и разрешающая способность растет, пока не достигает предельной разрешающей способностью – верхний загиб кривой.