Спектральное распределение мощности
Измерение, описывающее мощность освещения
Сравнения распределения спектральной мощности стандартных источников света CIE, относящиеся к фотопической реакции зрительной системы человека

В радиометрии , фотометрии и науке о цвете спектральное распределение мощности ( SPD ) описывает мощность на единицу площади на единицу длины волны освещения ( энергетическая яркость ). В более общем смысле термин спектральное распределение мощности может относиться к концентрации, как функции длины волны, любой радиометрической или фотометрической величины (например, лучистая энергия , лучистый поток , интенсивность излучения , сияние , облученность, лучистая яркость , световой поток , интенсивность света , освещенность , световая излучаемость ). [1] [2] [ 3] [ 4]

Знание SPD имеет решающее значение для приложений оптических сенсорных систем. Оптические свойства , такие как пропускание , отражательная способность и поглощение , а также отклик сенсора, как правило, зависят от длины волны падающего света. [3]

Физика

Математически для спектрального распределения мощности лучистого излучения или облученности можно записать:

М ( λ ) = ∂ 2 Ф ∂ А ∂ λ ≈ Ф А Δ λ {\displaystyle M(\lambda )={\frac {\partial ^{2}\Phi }{\partial A\,\partial \lambda }}\approx {\frac {\Phi }{A\,\Delta \lambda }}}

где M ( λ ) — спектральная облученность (или светимость) света ( единицы СИ : Вт /м 2 = кг · м −1 · с −3 ); Φ — поток излучения источника (единицы СИ: ватт, Вт); A — площадь, по которой интегрируется поток излучения (единицы СИ: квадратный метр, м 2 ); и λ — длина волны (единицы СИ: метр, м). (Обратите внимание, что удобнее выражать длину волны света в нанометрах ; тогда спектральная светимость будет выражаться в единицах Вт · м −2 · нм −1 .) Приближение справедливо, когда площадь и интервал длин волн малы. [5]

Относительный СПД

Характерные спектральные распределения мощности (SPD) для лампы накаливания (слева) и люминесцентной лампы (справа). Горизонтальные оси в нанометрах , а вертикальные оси показывают относительную интенсивность в условных единицах.

Отношение спектральной концентрации (освещенность или выход) на данной длине волны к концентрации на опорной длине волны дает относительную SPD. [4] Это можно записать как:

М г е л ( λ ) = М ( λ ) М ( λ 0 ) {\displaystyle M_{\mathrm {rel} }(\lambda )={\frac {M(\lambda )}{M\left(\lambda _{0}\right)}}}

Например, яркость осветительных приборов и других источников света обрабатывается отдельно, спектральное распределение мощности может быть нормализовано некоторым образом, часто до единицы на 555 или 560 нанометрах, совпадающей с пиком функции яркости глаза . [2] [6]

Отзывчивость

SPD можно использовать для определения отклика датчика на указанной длине волны. Это сравнивает выходную мощность датчика с входной мощностью как функцию длины волны. [7] Это можно обобщить в следующей формуле:

Р ( λ ) = С ( λ ) М ( λ ) {\displaystyle R(\lambda )={\frac {S(\lambda )}{M(\lambda )}}}

Знание чувствительности полезно для определения освещения, интерактивных материальных компонентов и оптических компонентов с целью оптимизации производительности конструкции системы.

Источник SPD и материя

Рисунок, показывающий большую долю синего света, рассеиваемого атмосферой, по сравнению с красным светом.

Спектральное распределение мощности по видимому спектру от источника может иметь различные концентрации относительных SPD. Взаимодействие между светом и веществом влияет на свойства поглощения и отражения материалов и впоследствии производит цвет, который меняется в зависимости от освещения источника. [8]

Например, относительное распределение спектральной мощности солнца создает белый вид, если наблюдать его напрямую, но когда солнечный свет освещает атмосферу Земли, небо кажется синим при нормальных дневных условиях. Это происходит из-за оптического явления, называемого рэлеевским рассеянием , которое создает концентрацию более коротких длин волн и, следовательно, синий цвет. [3]

Источник SPD и цветовой вид

Сравнение цветовой температуры обычных электрических ламп
Сравнение цветовой температуры обычных электрических ламп

Человеческая зрительная реакция основана на трихроматии для обработки цветового восприятия. В то время как человеческая зрительная реакция интегрируется по всем длинам волн, относительное распределение спектральной мощности предоставит информацию о моделировании цветового восприятия, поскольку концентрация диапазона(ов) длин волн станет основным фактором, влияющим на воспринимаемый цвет. [8]

Это становится полезным в фотометрии и колориметрии, поскольку воспринимаемый цвет изменяется в зависимости от освещения источника и спектрального распределения и совпадает с метамеризмом , при котором изменяется цветовой вид объекта. [8]

Спектральный состав источника также может совпадать с цветовой температурой, что приводит к различиям в цветовом восприятии из-за температуры источника. [4]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Марк Д. Фэрчайлд (2005). Модели цветового восприятия. John Wiley and Sons . ISBN 0-470-01216-1.
  2. ^ ab Майкл Р. Перес (2007). Focal Encyclopedia of Photography. Focal Press . ISBN 978-0-240-80740-9.
  3. ^ abc Уильям Росс МакКлуни (1994). Введение в радиометрию и фотометрию . Бостон: Artech House. ISBN 0890066787.
  4. ^ abc Franc C. Grum (1979). Optical Radiation Measurements (т. 1) . Нью-Йорк: Academic Press. ISBN 0123049016.
  5. ^ Клэр Л. Уайетт (1987). Проектирование радиометрической системы . Нью-Йорк: Macmillan. ISBN 0029488001.
  6. ^ Вышецкий, Гюнтер; Стайлз, Уолтер Стэнли (1982). Наука о цвете: концепции и методы; количественные данные и формулы (второе изд.). Нью-Йорк: Wiley. ISBN 978-0-471-39918-6.
  7. ^ Роберт В. Бойд (1983). Радиометрия и обнаружение оптического излучения . Нью-Йорк: Wiley. ISBN 047186188X.
  8. ^ abc Уильям Дэвид Райт (1969). Измерение цвета . Нью-Йорк: Van Nostrand Reinhold Co.
  • Кривые распределения спектральной мощности, GE Lighting.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Распределение_спектральной_мощности&oldid=1245235568"