Lux, Lumen un Candel ir vienības LED gaismas spilgtuma mērīšanai.
Cilvēka acs jutīgums spektrā nav vienāds, tas ir maksimāli zaļajā apgabalā un strauji samazinās pret violeto un sarkano malu. Koncentrējoties uz aci, kā gaismas uztvērēju, tiek ieviesta mērījumu sistēma, kurā šādas ietekmes tiek pieņemtas kā vienādas, kas rada tādu pašu redzes sajūtu, lai gan fiziskās ierīces novērtēt šo ietekmi kā atšķirīgu.

Gaismas plūsmas mērvienība ir lūmenis (lm), fizioloģiskais efekts 1lm ir vienāds visā spektrā, bet tā enerģijas "cena" zaļajai zonai ir 1/683 W, violetajai - 1/62 W, ​​bet aveņu sarkanajai - 1/6 W. Tāpēc acs ir ērtāk zaļajā zonā, šeit fiziskā ietekme ("spiediens") uz to ir vismazākā.
Elektroenerģijas pārvēršanas gaismas plūsmā efektivitāti raksturo gaismas jauda, ​​ko mēra lūmenos uz vatu (lm / W). To dažreiz sauc par efektivitāti, lai gan šai vērtībai nav nekāda sakara ar faktisko efektivitāti.

Sešdesmit vatu kvēlspuldze "izdala kalnam" 500 lm (8,33 lm / W), 1,5 metru fluorescējošā caurule-5000 lm, ielas nātrija lampa -10 000-20 000 lm un S-lampa ar mikroviļņu krāsni uzbudinājums (viens no jaunākajiem sasniegumiem Rietumu satriecošajā modē) - 100 000 lm. Tātad gaismas diodēm ir kāds, ar ko panākt.
Gaismas plūsma 1 lm uz 1 kvadrātmetru vietu nodrošina 1 luksa (lx) apgaismojumu; grāmatas izlasīšanai pietiek ar vairākiem simtiem apartamentu.

Virziena starojuma avotiem izšķirošais kļūst gaismas plūsmas telpiskais blīvums noteiktā virzienā, ko sauc par gaismas intensitāti un ko mēra kandelās (1cd = 1lm / steradiāns *). Šajā gadījumā cilvēks cenšas "izspiest" visu starojumu no avota līdz vajadzīgajam leņķim. Tātad ielu luksoforiem ir jānodrošina gaismas intensitāte 200-300 cd 20 ° leņķī, bet dzelzceļa satiksmei-2000-4000 cd ar 3 ° novirzi, lai vadītājs to redzētu. no tālienes. Avota spilgtumu nosaka gaismas intensitātes attiecība pret izstarotāja laukumu, un to mēra cd / m2., piemēram, minēto ielu un dzelzceļa luksoforu spilgtums ir aptuveni 10 un 100 tūkstoši cd / m2, savukārt istabas TV ekrānam nepieciešami tikai 500 cd / m2.
Daži termini un jēdzieni:
Apgaismojums
Apgaismojums norāda, cik spēcīgi virsmu apgaismo gaismas avots. To nosaka krītošās gaismas plūsmas attiecība pret apgaismotās virsmas laukumu. Mērvienība ir lukss (lx).
Apgaismojuma vienveidība
Vienveidīgs apgaismojums ir ļoti svarīgs, lai saglabātu redzes komfortu un acu fizisko stāvokli. Nevienmērīgs spilgtums un apgaismojums samazina kontrastu starp objektiem un vidi. Nepieciešamība bieži pielāgoties jauniem apgaismojuma apstākļiem izraisa paātrinātu acu nogurumu
Gaismas sadalījums
Dažādos virzienos izstarotās gaismas intensitāte nav vienāda; tas tiek parādīts, izmantojot gaismas izkliedes līknes. Viendabīgākā gaismas izkliedes līkne - aplis tiek iegūts no līdzenas, izkliedētas gaismas virsmas (avots, kas izstaro saskaņā ar Lamberta likumu). Lukturu gaismas sadalījumu var ietekmēt atstarotāji un optiskās sistēmas.
Gaismas efektivitāte
Gaismas efektivitāte parāda, cik efektīvi saņemtā elektroenerģija tiek pārvērsta gaismā. To mēra lūmenos uz vatu (lm / W) un tas ir galvenais luktura efektivitātes rādītājs.
Gaismas enerģija
Ar gaismas enerģiju saprot produktu, kas iegūts laika vienībā no dotā gaismas avota gaismas plūsmas. Mērvienība ir kilolumens stundā (klm / h). Gaismas enerģija tiek ņemta vērā, piemēram, novērtējot zibspuldzes gaismas radīšanas spējas.
Gaismas plūsma
Gaismas plūsma ir luktura kopējā redzamā jauda. Gaismas plūsma norāda kopējo gaismas daudzumu, ko avots izstaro visos virzienos. Mērvienība: lūmenis (lm).
Gaismas spēks
Gaismas intensitāte raksturo gaismas avota noteiktā virzienā izstarotā starojuma šķietamo intensitāti. Pēc gaismas intensitātes sadalījuma formas un simetrijas izšķir dziļas un plašas gaismas izkliedes gaismekļus. Gaismas intensitātes mērīšanas vienība ir kandela (cd).
Krāsu sajūta
Vispārēja, subjektīva sajūta, ko cilvēks piedzīvo, skatoties uz gaismas avotu. Gaismu var uztvert kā siltu baltu, neitrāli baltu vai vēsu baltu. Gaismas avota krāsas objektīvo iespaidu nosaka krāsu temperatūra.
Krāsu temperatūra
Mērvienība: Kelvins [K]. Gaismas avota krāsu temperatūru nosaka, salīdzinot ar tā saukto "melno ķermeni", un tā tiek parādīta kā "melna ķermeņa līnija". Ja "melnā ķermeņa" temperatūra paaugstinās, tad spektra zilā sastāvdaļa palielinās, bet sarkanā - samazinās. Kvēlspuldzei ar siltu baltu gaismu ir, piemēram, krāsu temperatūra 2700 K, un dienasgaismas spuldzei ar dienasgaismas krāsu 6000 K.
Gaismas krāsa
Gaismas krāsu nosaka krāsu temperatūra K (Kelvinos). Ir trīs galvenās krāsu grupas: - silti balta< 3300 K - нейтрально-белая 3300-5000 K - белая дневного света >5000 K. Dažādām lampām, pat ja tām ir vienāda gaismas krāsa, to spektrālā sastāva dēļ var būt pilnīgi atšķirīgas krāsu atveidošanas īpašības.
Krāsu atveidošana
Krāsu atveidošana atspoguļo lampas gaismas ietekmi uz tās apgaismoto objektu krāsām. Atkarībā no lampas uzstādīšanas vietas un vizuālā uzdevuma, ko tā veic, tā mākslīgā gaisma jānodrošina krāsu uztvere pēc iespējas tuvāk dabiskajam dienasgaismam. Izvērtējot krāsu atveidojumu, tiek izmantots krāsu atveidošanas indekss Ra. To nosaka, salīdzinot 8 atsauces krāsas, ja tās izgaismo ar atsauces un testa avotiem. Jo zemāks koeficients, jo sliktāka ir pārbaudītā gaismas avota krāsu atveidošana.

Apgaismojums ir gaismas daudzums, kas nosaka gaismas daudzumu, kas nonāk noteiktā ķermeņa virsmas zonā. Tas ir atkarīgs no gaismas viļņa garuma, jo cilvēka acs uztver dažāda garuma gaismas viļņu spilgtumu, tas ir, atšķirīga krāsa, savādāk. Apgaismojums tiek aprēķināts atsevišķi dažādiem viļņu garumiem, jo ​​cilvēki spilgtāko uztver gaismu ar viļņa garumu 550 nanometri (zaļa) un tuvumā esošās krāsas (dzelteno un oranžo). Gaisma, ko rada garāki vai īsāki viļņu garumi (violeta, zila, sarkana), tiek uztverta kā tumšāka. Apgaismojums bieži vien ir saistīts ar spilgtuma jēdzienu.

Apgaismojums ir apgriezti proporcionāls laukumam, pa kuru gaisma krīt. Tas ir, apgaismojot virsmu ar to pašu lampu, lielākas platības apgaismojums būs mazāks nekā mazākas zonas apgaismojums.

Atšķirība starp spilgtumu un apgaismojumu

Spilgtuma apgaismojums

Krievu valodā vārdam "spilgtums" ir divas nozīmes. Spilgtums var nozīmēt fizisku lielumu, tas ir, gaismas ķermeņu raksturlielumu, kas vienāds ar gaismas intensitātes attiecību noteiktā virzienā pret gaismas virsmas projekcijas laukumu uz plakni, kas ir perpendikulāra šim virzienam. Tas var arī definēt subjektīvāku vispārējā spilgtuma jēdzienu, kas ir atkarīgs no daudziem faktoriem, piemēram, tās personas acu īpašībām, kura skatās uz šo gaismu, vai gaismas daudzuma vidē. Kā mazāk gaismas apkārt, jo spožāks parādās gaismas avots. Lai šos divus jēdzienus nejauktu ar apgaismojumu, ir vērts atcerēties, ka:

spilgtums raksturo gaismu, atspoguļots no gaismas ķermeņa virsmas vai nosūtīts pa šo virsmu;

apgaismojums raksturo krītot gaisma uz apgaismotās virsmas.

Astronomijā spilgtums raksturo gan debesu ķermeņu virsmas izstarojošās (zvaigznes), gan atstarojošās (planētas) spējas, un to mēra pēc zvaigžņu spilgtuma fotometriskās skalas. Turklāt, jo spožāka zvaigzne, jo zemāka tās fotometriskā spilgtuma vērtība. Spilgtākajām zvaigznēm ir negatīvs zvaigžņu spilgtums.

Vienības

Apgaismojums visbiežāk tiek mērīts SI vienībās. apartamenti... Viens lukss ir vienāds ar vienu lūmenu uz vienu kvadrātmetru... Tie, kas dod priekšroku imperatora vienībām, nevis metriskajām, izmanto apgaismojuma mērīšanai pēdu kandela... To bieži izmanto fotogrāfijā un kino, kā arī dažās citās jomās. Pēda nosaukumā tiek izmantota, jo viena pēdu kandela apzīmē vienas kvadrātpēdas virsmas vienas kandeles apgaismojumu, ko mēra vienas pēdas attālumā (nedaudz vairāk par 30 cm).

Fotometrs

Fotometrs ir ierīce, kas mēra apgaismojumu. Parasti gaisma tiek nosūtīta uz foto detektoru, pārveidota par elektrisko signālu un izmērīta. Dažreiz ir fotometri, kas darbojas pēc cita principa. Lielākā daļa fotometru nodrošina luksa informāciju, lai gan dažreiz tiek izmantotas citas vienības. Fotometri, ko sauc par ekspozīcijas mērītājiem, palīdz fotogrāfiem un operatoriem noteikt aizvara ātrumu un apertūru. Turklāt fotometrus izmanto, lai noteiktu drošu apgaismojumu darba vietā, augkopībā, muzejos un daudzās citās nozarēs, kur nepieciešams zināt un uzturēt noteiktu apgaismojumu.

Apgaismojums un drošība darba vietā

Darbs tumšā telpā apdraud redzes traucējumus, depresiju un citus fizioloģiskus un psiholoģiskas problēmas... Tāpēc daudzi darba aizsardzības noteikumi ietver prasības par minimālu drošu darba vietas apgaismojumu. Mērījumus parasti veic ar fotometru, kas dod gala rezultātu atkarībā no gaismas izplatīšanās apgabala. Tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu pietiekamu apgaismojumu visā telpā.

Apgaismojums fotografēšanā un video uzņemšanā

Lielākajai daļai mūsdienu kameru ir iebūvēti ekspozīcijas mērītāji, lai vienkāršotu fotogrāfa vai operatora darbu. Gaismas mērītājs ir nepieciešams, lai fotogrāfs vai operators varētu noteikt, cik daudz gaismas jāpārraida uz filmas vai fotomatricas, atkarībā no fotografējamā objekta apgaismojuma. Ekspozīcijas mērītājs apgaismojumu luksos pārveido par iespējamām aizvara ātruma un diafragmas atvēruma kombinācijām, kuras pēc tam tiek atlasītas manuāli vai automātiski atkarībā no kameras konfigurācijas. Parasti piedāvātās kombinācijas ir atkarīgas no kameras iestatījumiem un no tā, ko fotogrāfs vai operators vēlas attēlot. Studijā un filmēšanas laukumā bieži tiek izmantots ārējs vai kamerā ievietots gaismas mērītājs, lai noteiktu, vai izmantotie gaismas avoti nodrošina pietiekamu apgaismojumu.

Lai vājā apgaismojumā iegūtu labas fotogrāfijas vai kadrus, uz filmas vai sensora jābūt pietiekami daudz gaismas. To nav grūti sasniegt ar kameru - jums vienkārši jāiestata pareiza ekspozīcija. Ar videokamerām situācija ir sarežģītāka. Augstas kvalitātes video ierakstīšanai parasti ir jāinstalē papildu apgaismojums, pretējā gadījumā video būs pārāk tumšs vai ar lielu digitālo troksni. Tas ne vienmēr ir iespējams. Dažas videokameras ir īpaši paredzētas fotografēšanai vājā apgaismojumā.

Kameras, kas paredzētas fotografēšanai vājā apgaismojumā

Fotografēšanai vājā apgaismojumā ir divu veidu kameras: daži izmanto augstākās klases optiku, bet citi izmanto modernāku elektroniku. Optika ielaiž objektīvā vairāk gaismas, un elektronika labāk apstrādā pat vismazāko gaismu, kas nonāk kamerā. Parasti problēmas ir saistītas ar elektroniku blakus efekti aprakstīts zemāk. Optika ar lielu diafragmu ļauj uzņemt augstākas kvalitātes video, taču tās trūkumi ir papildu svars lielā stikla daudzuma un ievērojami augstākās cenas dēļ.

Turklāt fotografēšanas kvalitāti ietekmē vienas matricas vai trīs matricas foto matrica, kas uzstādīta video un foto kamerās. Trīs matricu matricā visu ienākošo gaismu ar prizmu sadala trīs krāsās - sarkanā, zaļā un zilā. Trīs matricu kamerās attēla kvalitāte ir labāka nekā vienas matricas kamerās, jo, izlaižot caur prizmu, izkliedējas mazāk gaismas nekā tad, ja to apstrādā filtrs vienas matricas kamerā.

Pastāv divi galvenie fotomatricu veidi - ar uzlādi savienotas ierīces (CCD) un izgatavotas, pamatojoties uz CMOS tehnoloģiju (papildu metāla oksīda pusvadītājs). Pirmajā parasti tiek uzstādīts sensors, kas saņem gaismu, un procesors, kas apstrādā attēlu. CMOS sensoros sensors un procesors parasti ir apvienoti. Vāja apgaismojuma apstākļos CCD kameras parasti rada labāku attēla kvalitāti, un CMOS sensoru priekšrocība ir tā, ka tie ir lētāki un patērē mazāk enerģijas.

Attēla sensora izmērs ietekmē arī attēla kvalitāti. Ja fotografēšana notiek ar nelielu gaismas daudzumu, tad jo lielāka matrica, jo labāka attēla kvalitāte, un jo mazāka matrica, jo vairāk problēmu ar attēlu - uz tā parādās digitālais troksnis. Lielāki sensori ir uzstādīti dārgākās kamerās, un tiem nepieciešama jaudīgāka (un līdz ar to arī smagāka) optika. Kameras ar šādām matricām ļauj uzņemt profesionālu video. Piemēram, nesen vairākas filmas ir pilnībā uzņemtas ar tādām kamerām kā Canon 5D Mark II vai Mark III, kuru matricas izmērs ir 24 x 36 mm.

Ražotāji parasti norāda, kādos minimālos apstākļos kamera var darboties, piemēram, ar 2 luksu vai lielāku apgaismojumu. Šī informācija nav standartizēta, tas ir, ražotājs pats izlemj, kurš video tiek uzskatīts par augstas kvalitātes. Dažreiz divas kameras ar vienādu minimālo apgaismojuma vērtību nodrošinās atšķirīgu uzņemšanas kvalitāti. EIA (Electronic Industries Association) Amerikas Savienotajās Valstīs ir ierosinājusi standartizētu sistēmu kameru jutīguma noteikšanai, taču līdz šim to izmanto tikai daži ražotāji un tā nav vispārpieņemta. Tāpēc bieži vien, lai salīdzinātu divas kameras ar vienādām gaismas īpašībām, tās ir jāizmēģina darbībā.

Pašlaik jebkura kamera, pat tāda, kas paredzēta vāja apgaismojuma apstākļiem, var radīt sliktas kvalitātes attēlu ar augstu graudainību un pēcgaismu. Lai atrisinātu dažas no šīm problēmām, ir iespējams veikt šādas darbības:

• Fotografējiet uz statīva;
• Darbs manuālajā režīmā;
• Neizmantojiet mainīga fokusa attāluma režīmu, bet pārvietojiet kameru pēc iespējas tuvāk objektam;
• Neizmantojiet autofokusu un automātisko ISO izvēli - augstākas ISO vērtības palielina troksni;
• Uzņemiet ar aizvara ātrumu 1/30;
• Izmantot izkliedētu gaismu;
• Ja nav iespējams uzstādīt papildu apgaismojumu, tad izmantojiet visu iespējamo gaismu apkārt, piemēram, ielu lampas un mēness gaismu.

Neskatoties uz standartizācijas trūkumu attiecībā uz kameru jutību pret gaismu, nakts fotografēšanai joprojām ir labāk izvēlēties kameru, kas saka, ka tā darbojas ar 2 luksiem vai zemāku. Paturiet prātā arī to, ka, lai gan kamera patiešām labi fotografē tumšos apstākļos, tā Lux jutība pret gaismu ir jutība pret gaismu, kas vērsta uz objektu, bet kamera faktiski saņem no objekta atstaroto gaismu. Atspoguļojoties, daļa gaismas ir izkliedēta, un, jo tālāk kamera atrodas no objekta, jo mazāk gaismas nonāk objektīvā, kas pasliktina uzņemšanas kvalitāti.

Ekspozīcijas numurs

Ekspozīcijas numurs(Angļu valodas ekspozīcijas vērtība, EV) - vesels skaitlis, kas raksturo iespējamās kombinācijas fragmenti un diafragmas fotoattēlā, filmā vai videokamerā. Visām aizvara ātruma un diafragmas atvēruma kombinācijām, kurās uz filmas vai gaismjutīgās matricas nokrīt vienāds gaismas daudzums, ir vienāds ekspozīcijas numurs.

Vairākas aizvara ātruma un diafragmas kombinācijas kamerā ar vienu un to pašu ekspozīcijas numuru ļauj iegūt aptuveni tādu pašu attēla blīvumu. Tomēr attēli būs atšķirīgi. Tas ir saistīts ar faktu, ka pie dažādām diafragmas vērtībām lauka dziļums būs atšķirīgs; pie dažādiem aizvara ātrumiem attēls uz filmas vai matricas paliks dažādos laikos, kā rezultātā tas būs izplūdis dažādās pakāpēs vai vispār nebūs. Piemēram, f / 22 - 1/30 un f / 2,8 - 1/2000 kombinācijām ir vienāds ekspozīcijas numurs, taču pirmajam attēlam būs lielāks asuma dziļums un tas var būt izplūdis, bet otrajam būs neliels lauka dziļums un, iespējams, netiks izsmērēts vispār.

Ja objekts ir labāk apgaismots, tiek izmantotas augstākas EV vērtības. Piemēram, ekspozīcijas vērtību (pie ISO 100) EV100 = 13 var izmantot, fotografējot ainavu, ja debesis ir apmākušās, un EV100 = –4 ir piemērota spilgtas aurora uzņemšanai.

A-prioritāte,

EV = žurnāls 2 ( N 2 /t)

2 EV = N 2 /t, (1)

kur
• N- f skaitlis (piemēram: 2; 2,8; 4; 5,6 utt.)
• t- aizvara ātrums sekundēs (piemēram: 30, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/30, 1/100 utt.)

Piemēram, f / 2 un 1/30 kombinācijai ekspozīcijas vērtība ir

EV = log 2 (2 2 / (1/30)) = log 2 (2 2 × 30) = 6,9 × 7.

Šo numuru var izmantot nakts ainām un apgaismotiem skatlogiem. F / 5,6 kombinācija ar aizvara ātrumu 1/250 dod ekspozīcijas vērtību

EV = log 2 (5,6 2 / (1/250)) = log 2 (5,6 2 × 250) = log 2 (7840) = 12,93 × 13,

ko var izmantot, lai uzņemtu ainavu ar mākoņainām debesīm un bez ēnām.

Jāatzīmē, ka logaritmiskās funkcijas argumentam jābūt bezizmēra. Nosakot ekspozīcijas numuru EV, saucēja izmēru formulā (1) ignorē un izmanto tikai aizvara ātruma skaitlisko vērtību sekundēs.

Ekspozīcijas numura saistība ar objekta spilgtumu un apgaismojumu

Ekspozīcijas noteikšana pēc no objekta atstarotās gaismas spilgtuma

Izmantojot ekspozīcijas mērītājus vai luksusa mērītājus, kas mēra no objekta atstaroto gaismu, aizvara ātrums un diafragmas atvērums ir saistīti ar objekta spilgtumu šādi:

N 2 /t = LS/K (2)

• N- f-skaitlis;
• t- ekspozīcija sekundēs;
• L- vidējais ainas spilgtums kandelās uz kvadrātmetru (cd / m²);
• S- fotosensitivitātes aritmētiskā vērtība (100, 200, 400 utt.);
• K- ekspozīcijas mērītāja vai luksometra kalibrēšanas koeficients atstarotajai gaismai; Canon un Nikon izmanto K = 12,5.

No vienādojumiem (1) un (2) mēs iegūstam ekspozīcijas numuru

EV = žurnāls 2 ( LS/K)

2 EV = LS/K

Plkst K= 12,5 un ISO 100, mums ir šāds spilgtuma vienādojums:

2 EV = 100 L/12.5 = 8L

L= 2 EV / 8 = 2 EV / 2 3 = 2 EV - 3.

Garums un attālums Masa Lielapjoma produktu un pārtikas produktu tilpuma mērījumi Platība Tilpums un mērvienības kulinārijas receptēs Temperatūra Spiediens, mehāniskā spriedze, Janga modulis Enerģija un darbs Jauda Spēks Laiks Lineārais ātrums Plakanais leņķis Termiskā efektivitāte un degvielas efektivitāte Skaitļi Informācijas vienības Valūtas kursi Izmēri sievietes apģērbs un apavi Vīriešu apģērbu un apavu izmēri Leņķiskais ātrums un rotācijas biežums Paātrinājums Leņķiskais paātrinājums Blīvums Specifiskais tilpums Inerces moments Moments Spēka moments Griezes moments Specifiskais sadegšanas siltums (pēc masas) Enerģijas blīvums un īpatnējais degvielas sadegšanas siltums (pēc tilpuma) Temperatūras starpība Siltuma izplešanās koeficients Termiskā pretestība Īpatnējā siltumvadītspēja Īpatnējais siltums Enerģijas iedarbība, siltuma starojuma jauda Siltuma plūsmas blīvums Siltuma pārneses koeficients Tilpuma plūsma Masas plūsma Molārā plūsma Masas plūsmas blīvums Mola koncentrācija Masa k Koncentrācija šķīdumā Dinamiskā (absolūtā) viskozitāte Kinemātiskā viskozitāte Virsmas spraigums Tvaika caurlaidība Tvaika caurlaidība, tvaika pārraides ātrums Skaņas līmenis Mikrofona jutība Skaņas spiediena līmenis (SPL) Spilgtums Gaismas intensitāte Apgaismojums Izšķirtspēja datorgrafikā Frekvence un viļņa garums Optiskā jauda dioptrijās un fokusa attālums dioptrijās un objektīva palielinājumā (×) Elektriskais lādiņš Lineārais blīvums lādiņš Virsmas lādiņa blīvums Lielapjoma uzlādes blīvums Elektriskā strāva Lineārā strāvas blīvums Virsmas strāvas blīvums Elektriskā lauka stiprums Elektrostatiskais potenciāls un spriegums Elektriskā pretestība Elektriskā pretestība Elektriskā vadītspēja Elektriskā vadītspēja Elektriskā kapacitāte Induktivitāte Amerikāņu stieples gabarīts Līmeņi dBm (dBm vai dBmW), dBV (dBV), vati un citas vienības jonizējošā radiācija Radioaktivitāte. Radioaktīvā sabrukšana Radiācija. Iedarbības deva Radiācija. Absorbētā deva Decimālie prefiksi Datu pārsūtīšana Tipogrāfija un attēlu apstrāde Koka tilpuma vienības Aprēķināt molmasu Periodiskā tabula ķīmiskie elementi D. I. Mendeļejeva

1 kandela [cd] = 1 lūmenis / steradiāns [lm / sr]

Sākotnējā vērtība

Konvertēta vērtība

svece (vācu)

Vairāk par gaismas spēku

Galvenā informācija

Gaismas intensitāte ir gaismas plūsmas jauda noteiktā cietā leņķī. Tas ir, gaismas intensitāte nenosaka visu gaismu telpā, bet tikai gaismu, ko izstaro noteiktā virzienā. Atkarībā no gaismas avota gaismas intensitāte samazinās vai palielinās, mainoties cietajam leņķim, lai gan dažreiz šī vērtība ir vienāda jebkuram leņķim, ja gaismas avots vienmērīgi sadala gaismu. Gaismas intensitāte ir gaismas fiziska īpašība. Tas atšķiras no spilgtuma, jo daudzos gadījumos, runājot par spilgtumu, tie nozīmē subjektīvu sajūtu, nevis fizisku vērtību. Arī spilgtums nav atkarīgs no cietā leņķa, bet tiek uztverts kopējā telpā. To pašu avotu ar nemainīgu gaismas intensitāti cilvēki var uztvert kā dažāda spilgtuma gaismu, jo šī uztvere ir atkarīga no apkārtējiem apstākļiem un katras personas individuālās uztveres. Arī divu vienādas gaismas intensitātes avotu spilgtumu var uztvert atšķirīgi, it īpaši, ja viens dod izkliedētu gaismu, bet otrs - virzienu. Šajā gadījumā virziena avots izskatīsies gaišāks, neskatoties uz to, ka abu avotu gaismas intensitāte ir vienāda.

Gaismas intensitāte tiek uzskatīta par jaudas vienību, lai gan tā atšķiras no parastās jaudas koncepcijas ar to, ka ir atkarīga ne tikai no gaismas avota izstarotās enerģijas, bet arī no gaismas viļņa viļņa garuma. Cilvēka jutība pret gaismu ir atkarīga no viļņa garuma un tiek izteikta kā relatīvās spektrālās gaismas efektivitātes funkcija. Gaismas intensitāte ir atkarīga no gaismas efektivitātes, kas sasniedz maksimumu gaismai ar viļņa garumu 550 nanometri. Tas - zaļā krāsā... Acis ir mazāk jutīgas pret gaismu ar lielāku vai mazāku viļņu garumu.

SI sistēmā gaismas intensitāti mēra kandelah(cd). Viena kandela ir aptuveni vienāda ar vienas sveces izstarotās gaismas intensitāti. Dažreiz tiek izmantota arī novecojusi vienība, svece(vai starptautisks svečturis), lai gan vairumā gadījumu šo vienību aizstāj ar kandelām. Viena svece ir aptuveni vienāda ar vienu kandelu.

Ja mēra gaismas intensitāti, izmantojot plakni, kas parāda gaismas izplatīšanos, kā parādīts attēlā, var redzēt, ka gaismas intensitātes lielums ir atkarīgs no virziena uz gaismas avotu. Piemēram, ja mēs ņemam maksimālā starojuma virzienu led lampa virs 0 °, izmērītā gaismas intensitāte 180 ° virzienā būs daudz zemāka nekā 0 °. Izkliedētiem avotiem gaismas intensitāte 0 ° un 180 ° daudz neatšķirsies, taču tā var būt vienāda.

Attēlā divu avotu - sarkanā un dzeltenā - gaisma aptver vienādu laukumu. Dzeltenā gaisma ir izkliedēta, tāpat kā sveces gaisma. Tā stiprums ir aptuveni 100 cd neatkarīgi no virziena. Sarkans, gluži pretēji, ir virziena virziens. 0 ° virzienā, kur starojums ir maksimāls, tā stiprums ir 225 cd, bet šī vērtība strauji samazinās ar novirzēm no 0 °. Piemēram, gaismas intensitāte ir 125 cd, ja to novirza uz 30 ° avotu, un tikai 50 cd, ja tā ir vērsta uz 80 °.

Gaismas spēks muzejos

Muzeja darbinieki mēra gaismas intensitāti muzeja telpās, lai noteiktu optimālos apstākļus, lai apmeklētāji varētu apskatīt izstādīto darbu, vienlaikus nodrošinot maigu gaismu, kas pēc iespējas mazāk kaitē muzeja eksponātiem. Muzeja eksponāti, kas satur celulozi un krāsvielas, īpaši no dabiskie materiāli, pasliktinās no ilgstošas ​​gaismas iedarbības. Celuloze nodrošina auduma, papīra un koka izstrādājumu izturību; bieži muzejos ir daudz eksponātu, kas izgatavoti no šiem materiāliem, tāpēc gaisma izstāžu zālēs rada lielas briesmas. Jo spēcīgāka ir gaismas intensitāte, jo vairāk muzeja eksponāti pasliktinās. Gaisma ne tikai ir destruktīva, bet arī izmaina vai kļūst dzeltena celulozes materiāliem, piemēram, papīram un tekstilizstrādājumiem. Dažreiz papīrs vai audekls, uz kura glezno gleznas, pasliktinās un sabojājas ātrāk nekā krāsa. Tas ir īpaši problemātiski, jo gleznā esošo krāsu ir vieglāk atjaunot nekā pamatni.

Muzeja priekšmetiem nodarītais kaitējums ir atkarīgs no gaismas viļņa garuma. Piemēram, gaisma oranžajā spektrā ir vismazāk kaitīga, un zilā gaisma ir visbīstamākā. Tas ir, garāka viļņa garuma gaisma ir drošāka nekā īsāka viļņa garuma gaisma. Daudzi muzeji izmanto šo informāciju un kontrolē ne tikai kopējo gaismas daudzumu, bet arī ierobežo zilo gaismu, izmantojot gaiši oranžus filtrus. Tajā pašā laikā viņi cenšas izvēlēties tik vieglus filtrus, ka, lai gan tie filtrē zilo gaismu, tie ļauj apmeklētājiem pilnībā izbaudīt izstāžu zālē demonstrētos darbus.

Ir svarīgi neaizmirst, ka eksponātus sabojā ne tikai gaisma. Tāpēc, pamatojoties tikai uz gaismas intensitāti, ir grūti paredzēt, cik ātri materiāli, no kuriem tie ir izgatavoti, sadalīsies. Ilgstošai uzglabāšanai muzeja telpās ir nepieciešams ne tikai izmantot vāju apgaismojumu, bet arī uzturēt zemu mitrumu un zemu skābekļa līmeni gaisā, vismaz vitrīnu iekšpusē.

Muzejos, kur fotografēšana ar zibspuldzi ir aizliegta, tie bieži attiecas tieši uz gaismas kaitējumu muzeja eksponātiem, īpaši ultravioleto gaismu. Tas ir gandrīz nepamatoti. Tāpat kā visa redzamās gaismas spektra ierobežošana ir daudz mazāk efektīva nekā zilās gaismas ierobežošana, zibspuldzes aizliegšana maz ietekmē eksponātu gaismas bojājumus. Eksperimentu laikā pētnieki pamanīja nelielu akvareļa bojājumu, ko izraisīja profesionāla studijas zibspuldze tikai pēc miljona zibspuldžu. Zibspuldze ik pēc četrām sekundēm 120 centimetru attālumā no eksponāta ir gandrīz līdzvērtīga tai gaismai, kas parasti sastopama izstāžu zālēs, kur tiek kontrolēts gaismas daudzums un filtrēta zilā gaisma. Tie, kas fotografē muzejos, reti izmanto tik spēcīgas zibspuldzes, jo lielākā daļa apmeklētāju nav profesionāli fotogrāfi un fotografējas ar tālruņiem un kompaktkamerām. Ik pēc četrām sekundēm zibspuldzes zālēs darbojas reti. Zibspuldzes izstaroto ultravioleto staru bojājumi arī vairumā gadījumu ir nelieli.

Lukturu gaismas intensitāte

Gaismekļu īpašības ir ierasts aprakstīt ar gaismas intensitātes palīdzību, kas atšķiras no gaismas plūsmas - vērtības, kas nosaka kopējo gaismas daudzumu un parāda, cik šis avots kopumā ir spilgts. Gaismas intensitāti ir ērti izmantot, lai noteiktu gaismekļu gaismas īpašības, piemēram, LED. Pērkot tos, informācija par gaismas intensitāti palīdz noteikt, ar kādu intensitāti un kādā virzienā gaisma izplatīsies, un vai šāda lampa ir piemērota pircējam.

Gaismas intensitātes sadalījums

Papildus pašai gaismas intensitātei gaismas intensitātes sadalījuma līknes palīdz saprast, kā lampa rīkosies. Šādas gaismas intensitātes leņķiskā sadalījuma diagrammas ir slēgtas līknes plaknē vai telpā atkarībā no luktura simetrijas. Tie aptver visu šīs lampas gaismas izplatīšanās zonu. Diagramma parāda gaismas intensitātes lielumu atkarībā no tā mērīšanas virziena. Zīmējums parasti tiek attēlots polāro vai taisnstūrveida koordinātu sistēmās atkarībā no tā, kuram gaismas avotam paraugs tiek uzzīmēts. Tas bieži tiek novietots uz lampas iepakojuma, lai palīdzētu klientam iedomāties, kā lampa uzvedīsies. Šī informācija ir svarīga dizaineriem un gaismas tehniķiem, īpaši tiem, kas strādā kino, teātra, kā arī izstāžu un izrāžu organizēšanas jomā. Gaismas intensitātes sadalījums ietekmē arī braukšanas drošību, tāpēc transportlīdzekļu apgaismojuma inženieri izmanto gaismas intensitātes sadalījuma līknes. Viņiem ir jāievēro stingri noteikumi, kas reglamentē lukturu gaismas intensitātes sadalījumu, lai nodrošinātu maksimālu drošību uz ceļa.

Attēlā redzamais piemērs ir polāro koordinātu sistēmā. A ir gaismas avota centrs, no kura gaisma izplatās dažādos virzienos, B ir gaismas intensitāte kandelās, un C ir gaismas virziena mērīšanas leņķis, kur 0 ° ir maksimālā gaismas virziena virziens. avota intensitāte.

Gaismas intensitātes mērīšana un sadalījums

Gaismas intensitāti un tās sadalījumu mēra ar īpašiem instrumentiem, goniofotometri un goniometri... Ir vairāki šo ierīču veidi, piemēram, ar pārvietojamu spoguli, kas ļauj izmērīt gaismas intensitāti no dažādiem leņķiem. Dažreiz spoguļa vietā pārvietojas pats gaismas avots. Parasti šīs ierīces ir lielas, attālums starp lampu un gaismas sensoru sasniedz 25 metrus. Dažas ierīces sastāv no sfēras ar mērierīci, spoguli un lampu iekšpusē. Ne visi goniofotometri ir lieli, ir arī mazi, kas mērīšanas laikā pārvietojas pa gaismas avotu. Pērkot goniofotometru, izšķirošie faktori, cita starpā, ir tā cena, izmērs, jauda un maksimālais gaismas avota izmērs, ko tas var izmērīt.

Puse spilgtuma leņķa

Puse spilgtuma leņķis, ko dažreiz sauc arī par apgaismojuma leņķi, ir viens no daudzumiem, kas palīdz aprakstīt gaismas avotu. Šis leņķis norāda, cik vērsts vai izkliedēts ir gaismas avots. To definē kā gaismas konusa leņķi, pie kura avota gaismas intensitāte ir vienāda ar pusi no tā maksimālās intensitātes. Attēlā redzamajā piemērā avota maksimālā gaismas intensitāte ir 200 cd. Mēģināsim noteikt pusspilgtuma leņķi, izmantojot šo grafiku. Puse no gaismas avota gaismas intensitātes ir 100 cd. Leņķis, pie kura staru gaismas intensitāte sasniedz 100 cd., Tas ir, pusi spilgtuma leņķis, grafikā ir 60 + 60 = 120 ° (tiek parādīta puse no leņķa) dzeltens). Diviem gaismas avotiem ar vienādu kopējo gaismas daudzumu šaurāks pusspilgtuma leņķis nozīmē, ka tā gaismas intensitāte ir lielāka nekā otra gaismas avota leņķiem no 0 ° līdz pusei spilgtuma leņķa. Tas ir, virziena avotiem ir šaurāks pus spilgtuma leņķis.

Gan platiem, gan šauriem pusspilgtuma leņķiem ir priekšrocības, un tas, kuram vajadzētu dot priekšroku, ir atkarīgs no gaismas avota pielietojuma. Tā, piemēram, niršanai ar akvalangu ir vērts izvēlēties lukturīti ar šauru leņķi uz pusi no spilgtuma, ja ūdenī ir laba redzamība. Ja redzamība ir slikta, tad nav jēgas izmantot šādu lukturīti, jo tas tikai tērē enerģiju. Šajā gadījumā labāk ir kabatas lukturītis ar plašu pusi spilgtuma leņķi, kas labi izkliedē gaismu. Tāpat šāds lukturis palīdzēs foto un video uzņemšanas laikā, jo tas apgaismo plašāku telpu kameras priekšā. Dažās niršanas gaismās jūs varat manuāli pielāgot pusspilgtuma leņķi, kas ir ērti, jo ūdenslīdēji ne vienmēr var paredzēt redzamību, kur viņi ienirst.

M.I. Krutiks, V.P. Maiorovs

Šajā rakstā aplūkota metode televīzijas sistēmu (arī impulsu) jutīguma novērtēšanai, izmantojot optiskā starojuma enerģijas vienības (džouli, vati, fotoni). Pēc autoru domām, reģistrējot attēlus, šī metode ir diezgan universāla un piemērojama visā optiskajā starojuma spektrā. Turpretī aprēķina metode, kuras pamatā ir apgaismes vienības (Candela, lūmenis, lukss), ir stingri piemērojama tikai redzamajā diapazonā. Ir sniegti daži enerģijas aprēķinu piemēri, kas palīdzēs lasītājam pašam pārliecināties par metodes vienkāršību un iegūto rezultātu nepārprotamību.

No daudzajām esošajām televīzijas sistēmām rakstā aplūkotas tikai CCD kameras, ieskaitot kameras ar iepriekšēju attēla pastiprināšanas kaskādi attēla pastiprinātājos (attēla pastiprinātājs, angļu termins - attēla pastiprinātājs). Apskatāmo metodi var izmantot gan standarta televīzijas režīmā (nepārtrauktas uzkrāšanas režīms), gan impulsa režīmā (ieskaitot viena kadra režīmu).

Lai, izskatot šādu materiālu, izvairītos no jebkādiem jautājumiem par piemēroto noteikumu pareizību, tālāk ir sniegtas galvenās fotometrijas un radiometrijas definīcijas.

Ievads

Fotometrija ir iesaistīta gaismas daudzumu mērīšanā, un radiometrija mēra starojumu visā optiskajā diapazonā. Attiecīgi gaismas vienības bieži sauc par fotometriskām, bet enerģijas vienības - par radiometriskām. Fotometrisko un radiometrisko vienību atbilstība ir norādīta 1. tabula.

1. tabula.Enerģijas un gaismas pamatvērtības,
saskaņā ar SI sistēmu un Starptautisko apgaismojuma vārdnīcu.

Apakšindekss e pie atbilstošajām vērtībām apzīmē to enerģētisko raksturu, bet apakšindekss v - fotometriskais. No visa milzīgā optiskā starojuma apgabala (10 nm - 1 mm) cilvēka acs var uztvert tikai šauru spektra joslu no 380 līdz 780 nm (gaismas starojums).

Visas redzamās metroloģijas pamatā ir standarta fotometriskā novērotāja acs, kura jutība pret gaismu ir funkcionāli atkarīga no viļņa garuma. Šo funkciju V () sauc par "spektrālo gaismas efektivitāti" V (). Tās grafiskā forma parādīta 1. attēlā, tabulā - 2. tabulā.

1. attēls. Grafiskais skats

Vēsturiski vispirms tika izstrādāta gaismas mērījumu metroloģija. Tieši acs vairāk nekā 200 gadus bija pats atsauces starojuma detektors, uz kura pamata tika veikti visi gaismas intensitātes, spilgtuma un apgaismojuma novērtējumi un mērījumi. Pēc tam tika izveidota ierīce apgaismojuma mērīšanai (luksmetrs), kurai ir spektrālā īpašība, kas sakrīt ar standarta novērotāja acs spektrālo raksturlielumu.

Lai kvalitatīvi izskaidrotu šādas kļūdas, aplūkosim piemēru, kā nakts apstākļos izmantot zema līmeņa televīzijas kameru ar attēla pastiprināšanas kaskādi uz attēla pastiprinātāja caurules ar gallija arsēna fotokatodu.

2. attēlā parādītas relatīvās spektrālās īpašības:

• nakts velves starojums (3. līkne);
• attēla pastiprinātāja gallija arsenīda fotokatoda jutīgums (2. līkne);
• cilvēka acs jutība un tāda pati ierīces jutība, kas mēra apgaismojumu - Luksmetrs (1. līkne);
• SONY ICX249 CCD jutība (4. līkne).

2. attēls. Relatīvās spektrālās īpašības:
dažādi fotoelektroniskie uztvērēji (1,2,4); bezmēness nakts debesu starojums (3)

No iepriekš redzamajiem grafikiem redzams, ka bezmēness nakts apstākļos nakts kupola infrasarkanā starojuma jauda (> 760 nm) ievērojami pārsniedz tā starojuma jaudu redzamajā diapazonā. Šajā gadījumā gaismas mērītājs mēra tikai redzamo ļoti nelielu daļu no kopējās starojuma plūsmas. Tas ir koncentrēts diapazonā no 400 līdz 700 nm. Turpretī attēla pastiprinātāja caurules fotokatods uztver optisko starojumu diapazonā no 600 līdz 900 nm, un tā fotokatode "strādā" ar lielu plūsmu. Līdzīgus secinājumus iegūst, izmantojot tādos pašos apstākļos CCD televīzijas kameru, kuras silīcija kristālam ir arī laba jutība infrasarkanā diapazonā līdz 1 μm (4. līkne).

No visa iepriekš minētā mēs varam secināt, ka televīzijas sistēmām, kuru spektrālās īpašības atšķiras no acs spektrālās jutības, apgaismes vienību (lukss, lūmenis utt.) Izmantošana nav pilnīgi pareiza (pareiza, bet ne pilnīgi vai nē) vispār pareizi - izvēle lasītājam).

Televīzijas sistēmu jutības novērtēšanas un aprēķināšanas metode enerģijas vienībās (vati, džouli, fotonu skaits) nav brīva no šiem trūkumiem

Pamata definīcijas un konstantes

Pirmkārt, dažas pamata definīcijas.
Kandela definīcija, kas pieņemta 1948. gadā un bija spēkā līdz 1979. gadam, bija šāda:

Kandela ir gaismas intensitāte, kas izstarota perpendikulārā virzienā 1/600 000 m 2 no melna ķermeņa virsmas platīna (2042 K) sacietēšanas temperatūrā un 101 325 N / m2 spiedienā.

Dažādi eksperimenti deva rezultātus, kas parādīja, ka pie viļņa garuma 555 nm 1 W starojums atbilst 676 - 688 lūmenu gaismas plūsmai. Pat tad šī attiecība ļāva lūmenus pārrēķināt vatos un otrādi, lai gan pretiniekiem joprojām bija šaubas par izmantotās metodes pareizību.

1979. gadā 16. Vispārējā konference par svariem un mēriem pieņēma jaunu kandeles definīciju.

Candela - gaismas intensitāte noteiktā virzienā no monohromatiskā starojuma avota ar frekvenci 540 * 10 12 Hz, kuras starojuma intensitāte šajā virzienā ir vienāda ar 1/683 W cietā leņķī, kas vienāds ar vienu steradiānu.

Radiācijas frekvence 540 * 10 12 Hz atbilst viļņa garumam = 555,016 nm gaisā standarta apstākļos, ko gandrīz visiem mērķiem var pieņemt vienādu ar 555 nm, neietekmējot reālo mērījumu precizitāti.

Pamatojoties uz šo fundamentālo definīciju, ir iespējams nepārprotami pārveidot fotometriskās vienības par radiometriskām vienībām un otrādi.

Vēl viena (un pēdējā) lieta, kas mums nepieciešama, ir formula kvanta enerģijas aprēķināšanai. Fakts ir tāds, ka daudzos gadījumos ir ērtāk aprēķināt enerģijas aprēķinu nevis integrālos daudzumos (vati, džouli un to atvasinājumi), bet gan fotonu skaitā (laika vienībā, platības vienībā utt.). Jo īpaši daudzi CCD kameru dizaineri un kvalificēti lietotāji jau novērtē savu jutību pēc elektronu skaita šūnā (citiem vārdiem sakot, pēc kvantu skaita). Tāpēc ir interesanti aprēķināt visu fotoelektronisko kompleksu (ievades objektīvs + attēla pastiprinātāja caurule + projekcijas objektīvs + CCD kamera), pamatojoties uz gaismas kvantu raksturu. Turklāt šāds aprēķins ir ļoti ērts ierakstītā attēla (ieskaitot vienu) apstarošanas impulsa režīmam.

Radiācijas kvanta (fotona) enerģiju aprēķina, izmantojot labi zināmo formulu:

Q = (h * c) / (1)

kur:
c - gaismas ātrums vakuumā (2,998 * 10 8 m / s);
h - Planka konstante (6,6262 * 10 -34 J · s);
- starojuma viļņa garums (m).

Radiācijas kvanta enerģija pie 1 = 555 nm ir attiecīgi vienāda ar:

Q (1) = 3,58 * 10 -19 [J]. (2)

Savstarpējais atbilst kvantu skaitam sekundē 1 W starojumā pie 1 = 555 nm:

N ph (1) = 1 / Q (1) = 1 / 3,58 * 10-19 = 2,79 * 10 18 [ph / s] (3)

Apakšindekss ph nozīmē, ka mēs runājam par fotonu daudzumiem.
No kandela definīcijas izriet, ka pie 1 = 555 nm:

N ph (1) = 683 lm (4)

Tāpēc jūs varat iegūt precīzu fotonu skaita vērtību pie 1 = 555 nm sekundē gaismas plūsmā, kas vienāda ar 1/683 W, kas noteiktā viļņa garumā atbilst 1 lm gaismas plūsmai:

N ph (1) = N ph (1) / 683 = 0,409 * 10 16 [foto / s] (5)

Izmantojot apgaismojuma vienības definīciju, mēs atklājam, ka pie 1 = 555 nm fotonu skaits, kas 1 sekundes laikā nokrīt uz 1 m 2 virsmas pie 1 luksa apgaismojuma, ir vienāds ar:

N ph = N ph / m 2 = 0,409 * 10 16 [ph / (s * m 2)] (6)

Tagad mēs varam parādīt, kāpēc apgaismojuma vienību (lūmenu, luksu utt.) Izmantošana televīzijas sistēmu jutīguma aprēķināšanā bieži dod kļūdainus rezultātus.

Šim nolūkam tiek sniegts salīdzinošs aprēķins par vidējo elektronu skaitu CCD matricas šūnā, ja to apstaro ar tādu pašu starojuma jaudu divos dažādos viļņu garumos: 1 = 555 nm un 2 = 630 nm. Gaismas mērītāja rādījumi šajā gadījumā būs skaidrs pierādījums par pierādīto apgalvojumu. Kā minēts iepriekš, tā relatīvā spektrālā īpašība ir līdzīga standarta fotometriskā novērotāja acs relatīvajai spektrālajai gaismas efektivitātei (1. att. No iepriekšminētajiem aprēķiniem (1) - (6) tika iegūts, ka pie = 630 nm tas pats izstarojums atbilst 0,265 luksu apgaismojumam. Tas izriet no spektrālās gaismas efektivitātes (Atbilstošais fotonu skaits