1.3. Основные фотометрические параметры

Создание средств отображения информации требует учета психофизиологических возможностей оператора и, прежде всего, возможностей и особенностей органов зрения человека.

Реакция зрительного анализатора человека зависит от энергетических параметров и спектраль­ного состава излучения. Световое излучение характеризуется рядом фотометрических параметров. Основными из них являются световой поток, сила света, яркость, освещенность, яркостный контраст.

Мощность, переносимую энергией излучения, называют световым потоком Фυ. Выражается он в люменах (лм).

Сила света Iυ характеризует пространственную плотность светового потока в данном направлении и определяется как отношение светового потока dФυ, проходящего внутри малого телесного угла в рассматриваемом направлении, к величине этого угла:

.

Телесный угол

,

где dA – площадь, вырезаемая телесным углом из поверхности сферы А; r – радиус этой сферы. Телесный угол выражается в стерадианах (ср).

Единица силы света – кандела (кд) — принята за основную светотехническую единицу. Единица светового потока — люмен (лм) — определяется как световой поток от точечно­го источника в 1 лм внутри телесного угла в 1 ср.

На рис. 1.4 показан точечный источник е, помещенный внутри сферы радиусом r, создающий равномерный поток во всех направлениях. Поток в 1 лм распространяется внутри телесного угла, вырезающего на поверхности сферы участок АВСD площадью в  1 м2.

В пределе при бесконечном уменьшении dА телесный угол стремится к прямой, указывающей направление силы света, что позволяет рассматривать силу света как векторное значение.

Если световой поток от точечного источника равномерен, то сила света одинакова в любом направлении:

.

Световой поток , испускаемый точечным источником, находящимся в центре сферы при силе света в любом направлении 1 кд в пределах единичного телесного угла, равен 1 лм.

Яркость Lυ характеризует излучение светящейся поверх­ности площадью dА в данном направлении. Если понятие силы света относится только к точечному источнику света, то понятие яркости применяется к любым источникам, имеющим конечные размеры. Численно яркость равна отношению светового потока, проходящего в рассматриваемом направлении в пределах малого телесного угла через участок поверхности, к произведению вели­чины телесного угла, площади участка и косинуса угла, а между рассматриваемым направлением и нормалью к участку:

Единицей яркости является кд/м2 – это яркость поверхности, квадратный метр которой дает в направлении, перпендикулярном поверхности, силу света в 1 кд.

Далее  приведены яркости некоторых источников света, выраженные в кд/м2:

Экран телевизионной  трубки                                             30 — 1000

Светодиоды                                                                           10 — 400

Люминесцентная лампа                                                       5000 — 10000

Нить вакуумной лампы накаливания                                  2·106 -  3·106

Нить газонаполненной лампы накаливания                      8·106 -  20·106

Сила света, яркость и световой поток являются характеристиками активных (первичных) источников света.

Объекты, которые видны  благодаря освещению светом первичных источников, называют пассивными (вторичными) источниками света.



Их основной характеристикой   является освещенность.

Освещенность Еυ характеризуется световым пото­ком, падающим на единицу освещаемой поверхности:

Световой поток в 1 лм, равномерно освещающий площадь в 1м2, создает освещенность в 1 лк (люкс).

Так, например, минимальная освещенность для чтения — 20 лк, в комнате в ясный летний день — 100 лк, освещенность, создаваемая прямыми солнечными лучами на открытой местности — 100 000 лк.

Отраженная от объекта часть потока характеризуется коэффициентом отражения

,

где Фυ.отр - отраженная часть светового потока Фυ.

Поверхность, отражающую свет, можно рассматривать в качестве вторичного источника света со световым потоком Фυ.отр. Яркость этого источника

Приведем значения коэффициентов отражения ρυ для некоторых поверхно­стей:

снег, мел, гипс                                    0,93;

белая бумага                                        0,6 — 0,8;

песок                                                    0,25;

черное сукно                                       0,01 — 0,02;

черный бархат                                    0,004 — 0,01.

Яркостный контраст определяет соотношение яркостей объекта и фона. Различают прямой и обратный контрасты. Для позитивного изображения (темное изображение на белом фоне) задается прямой яркостный контраст:

 (1-И),

где  и  — яркости фона и объекта. Для негативного (светлого на темном фоне)  изображения задается обратный контраст:

                                                                     

В ряде случаев пользуются понятием контрастности С, представляющим отношение яркостей объекта (фона) и фона (объекта):

,

,