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 Ф_υ. Выражается он в люменах (лм).

Сила света I_υ характеризует пространственную плотность светового потока в данном направлении и определяется как отношение светового потока dФ_υ, проходящего внутри малого телесного угла dω 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 L_υ 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 Е_υ 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 Ф_υ.отр - отраженная часть светового потока Ф_υ.

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

Приведем значения коэффициентов отражения ρ_υ 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):

,

,