Lux, Lumen și Candel sunt unități de măsurare a luminozității LED-urilor.
Sensibilitatea ochiului uman variază pe tot spectrul, este maximă în regiunea verde și scade brusc spre marginile violet și roșu. Concentrându-se asupra ochiului ca receptor de lumină, se introduce un sistem de măsurare în care astfel de influențe care provoacă aceeași senzație vizuală sunt acceptate ca egale, deși dispozitive fizice evaluează aceste impacturi ca fiind diferite.

Unitatea de măsură a fluxului luminos este lumen (lm), efectul fiziologic al 1lm este același pe tot spectrul, dar „prețul” energetic al acestuia pentru regiunea verde este de 1/683 W, pentru violet - 1/62 W și pentru roșu-zmeură - 1/6 W. Prin urmare, ochiul este mai confortabil în zona verde aici impactul fizic („presiunea”) asupra acestuia este cel mai mic.
Eficiența conversiei puterii electrice în flux luminos este caracterizată de eficiența luminoasă, măsurată în lumeni pe watt (lm/W). Uneori se numește eficiență, deși această valoare nu are nimic în comun cu eficiența reală.

Un bec cu incandescență de șaizeci de wați produce 500 lm (8,33 lm/W), un tub fluorescent de un metru și jumătate - 5000 lm, o lampă cu sodiu de exterior -10.000-20.000 lm și o lampă S cu excitație de microunde (una dintre cele mai recente evoluții în moda de iluminat occidentală) - 100.000 lm. Deci, LED-urile au ceva de făcut.
Un flux luminos de 1 lm pe suprafață de 1 mp asigură o iluminare de 1 lux (lx); Câteva sute de lux sunt suficiente pentru a citi o carte.

Pentru sursele de radiație direcțională, densitatea spațială a fluxului luminos devine determinantă în funcție de în această direcție, numită intensitate luminoasă și se măsoară în candela (1cd=1lm/steradian*). În acest caz, se străduiesc să „comprima” toată radiația de la sursă la unghiul necesar. Deci, pentru semafoare stradale este necesar să se asigure o intensitate luminoasă de 200-300 cd într-un unghi de 20°, iar pentru un semafor feroviar - 2.000-4.000 cd la o divergență de 3°, astfel încât șoferul să poată vedea ea de departe. Luminozitatea sursei este determinată de raportul dintre intensitatea luminoasă și aria emițătorului și se măsoară în cd/mp.., de exemplu, semafoarele stradale si feroviare mentionate au o luminozitate de circa 10 si 100 mii cd/mp, in timp ce un ecran TV interior are nevoie doar de 500 cd/mp.
Câțiva termeni și concepte:
Iluminare
Iluminarea măsoară cât de mult este iluminată o suprafață de o sursă de lumină. Este determinată de raportul dintre fluxul de lumină incidentă și aria suprafeței iluminate. Unitatea de măsură este lux (lx).
Uniformitatea iluminării
Iluminarea uniformă este foarte importantă pentru a menține confortul vizual și starea fizică a ochilor. Luminozitatea și iluminarea neuniforme duc la o scădere a contrastului dintre obiecte și împrejurimi. Necesitatea de a se adapta frecvent la noile condiții de iluminare provoacă oboseală accelerată a ochilor
Distribuția luminii
Puterea luminii emise în diferite direcții nu este aceeași; este afișat folosind curbele de distribuție a luminii. Cea mai omogenă curbă de distribuție a luminii - un cerc - se obține dintr-o suprafață plană, difuz luminoasă (o sursă care emite conform legii lui Lambert). Distribuția luminii lămpilor poate fi influențată de reflectoare și sisteme optice.
Ieșire luminoasă
Eficiența luminoasă arată eficiența cu care puterea electrică primită este convertită în lumină. Se măsoară în lumeni pe watt (lm/W) și este principalul indicator al eficienței lămpii.
Energia luminii
Energia luminoasă este înțeleasă ca produsul obținut pe unitatea de timp din fluxul luminos de ieșire al unei surse de lumină. Unitatea de măsură este kilolumen pe oră (kl/h). Energia luminoasă este luată în considerare, de exemplu, atunci când se evaluează capacitatea de generare de lumină a lămpilor cu blitz.
Fluxul luminos
Fluxul luminos este puterea totală a radiației vizibile de la o lampă. Fluxul luminos arată cantitatea totală de lumină emisă de o sursă în toate direcțiile. Unitate de măsură: lumen (lm).
Puterea luminii
Intensitatea luminoasă caracterizează puterea aparentă a radiației de la o sursă de lumină într-o anumită direcție. Pe baza formei și simetriei distribuției intensității luminoase se disting corpurile de iluminat cu distribuție profundă și largă a luminii. Unitatea de măsură a intensității luminoase este candela (cd).
Senzație de culoare
Senzația generală, subiectivă, pe care o experimentează o persoană când se uită la o sursă de lumină. Lumina poate fi percepută ca alb cald, alb neutru sau alb rece. Impresia obiectivă a culorii unei surse de lumină este determinată de temperatura culorii.
Temperatura de culoare
Unitate de măsură: Kelvin [K]. Temperatura de culoare a sursei de lumină este determinată prin comparație cu așa-numitul „corp negru” și este afișată prin „linia corpului negru”. Dacă temperatura „corpului negru” crește, atunci componenta albastră din spectru crește, iar componenta roșie scade. O lampă incandescentă cu lumină albă caldă, de exemplu, are o temperatură de culoare de 2700 K și lampă fluorescentă cu culoarea luminii zilei - 6000 K.
Culoarea luminii
Culoarea luminii este determinată de temperatura de culoare K (în Kelvin). Există trei grupe principale de culori: - alb cald< 3300 K - нейтрально-белая 3300-5000 K - белая дневного света >5000 K. Lămpile diferite, chiar dacă au aceeași culoare a luminii, datorită compoziției lor spectrale, pot avea caracteristici de redare a culorilor complet diferite.
Redarea culorilor
Redarea culorilor reflectă efectul luminii lămpii asupra culorilor obiectelor pe care le luminează. În funcție de locul în care este instalată lampa și de sarcina vizuală pe care o îndeplinește, aceasta lumina artificiala ar trebui să ofere percepția culorii cât mai aproape posibil de lumina naturală. Când se evaluează redarea culorilor, se utilizează indicele de redare a culorii Ra. Se determină prin compararea a 8 culori de referință sub iluminare de la sursele de referință și de testare. Cu cât coeficientul este mai mic, cu atât redarea culorii sursei de lumină testată este mai proastă.

Iluminarea este o cantitate luminoasă care determină cantitatea de lumină care intră pe o anumită suprafață a corpului. Depinde de lungimea de undă a luminii, deoarece ochiul uman percepe luminozitatea undelor luminoase de diferite lungimi, adică culori diferite, altfel. Iluminarea este calculată separat pentru lungimi de undă diferite, deoarece oamenii percep lumina cu o lungime de undă de 550 de nanometri (verde) și culorile care sunt în apropiere în spectru (galben și portocaliu) ca fiind cele mai strălucitoare. Lumina produsă de lungimi de undă mai lungi sau mai scurte (violet, albastru, roșu) este percepută ca fiind mai întunecată. Iluminarea este adesea asociată cu conceptul de luminozitate.

Iluminarea este invers proporțională cu suprafața pe care cade lumina. Adică, atunci când iluminați o suprafață cu aceeași lampă, iluminarea unei zone mai mari va fi mai mică decât iluminarea unei zone mai mici.

Diferența dintre luminozitate și iluminare

Luminozitate Iluminare

În rusă, cuvântul „luminozitate” are două sensuri. Luminozitatea poate însemna mărime fizică, adică o caracteristică a corpurilor luminoase egală cu raportul dintre intensitatea luminii într-o anumită direcție și aria de proiecție a suprafeței luminoase pe un plan perpendicular pe această direcție. De asemenea, poate defini un concept mai subiectiv al luminozității generale, care depinde de mulți factori, cum ar fi ochii persoanei care privește lumina sau cantitatea de lumină din mediu. Cum mai putina luminaîn jur, cu atât sursa de lumină apare mai strălucitoare. Pentru a nu confunda aceste două concepte cu iluminare, merită să ne amintim că:

luminozitatea caracterizează lumina, reflectat de la suprafața unui corp luminos sau trimis de această suprafață;

iluminare caracterizează căzând lumina pe suprafata iluminata.

În astronomie, luminozitatea caracterizează atât capacitatea de emitere (stelele) cât și capacitatea de reflectare (planete) a suprafeței corpurilor cerești și este măsurată pe scara fotometrică a luminozității stelelor. Mai mult, cu cât steaua este mai strălucitoare, cu atât valoarea luminozității fotometrice este mai mică. Cele mai strălucitoare stele au o valoare negativă a luminozității stelare.

Unități de măsură

Iluminarea se măsoară cel mai adesea în unități SI apartamente. Un lux este egal cu un lumen pe metru pătrat. Cei care preferă unitățile imperiale în detrimentul unităților metrice folosesc pentru a măsura iluminarea lumânare pentru picioare. Este adesea folosit în fotografie și cinema, precum și în alte domenii. Piciorul din nume este folosit deoarece un picior-candela se referă la iluminarea unei candele pe o suprafață de un picior pătrat, măsurată la o distanță de un picior (puțin peste 30 cm).

Fotometru

Un fotometru este un dispozitiv care măsoară iluminarea. De obicei, lumina este trimisă la un fotodetector, convertită într-un semnal electric și măsurată. Uneori există fotometre care funcționează pe un principiu diferit. Majoritatea fotometrelor afișează informații de iluminare în lux, deși uneori sunt folosite și alte unități. Fotometrele, numite contoare de expunere, ajută fotografi și cineaști să determine viteza obturatorului și diafragma. În plus, fotometrele sunt folosite pentru a determina iluminarea sigură la locul de muncă, în producția de culturi, în muzee și în multe alte industrii în care este necesar să se cunoască și să se mențină un anumit nivel de iluminare.

Iluminat și siguranță la locul de muncă

Lucrul într-o cameră întunecată amenință cu deficiența vederii, depresia și alte aspecte fiziologice și probleme psihologice. De aceea, multe reglementări privind siguranța muncii includ cerințe pentru iluminarea minimă în siguranță a locului de muncă. Măsurătorile sunt de obicei efectuate cu un fotometru, care produce rezultatul final în funcție de zona de propagare a luminii. Acest lucru este necesar pentru a asigura o iluminare suficientă în întreaga cameră.

Iluminare în fotografie și video

Cele mai multe camere moderne au expunetoare încorporate, ceea ce facilitează munca fotografului sau a operatorului. Este necesar un expometru pentru ca fotograful sau operatorul să poată determina câtă lumină trebuie lăsată în film sau matrice foto, în funcție de iluminarea subiectului fotografiat. Iluminarea în lux este convertită de expometrul în combinații posibile de timp de expunere și diafragmă, care sunt apoi selectate manual sau automat, în funcție de modul în care este configurată camera. De obicei, combinațiile oferite depind de setările din cameră, precum și de ceea ce fotograful sau directorul de imagine dorește să înfățișeze. Studiourile și seturile de film folosesc adesea un contor de lumină extern sau în cameră pentru a determina dacă sursele de lumină utilizate oferă o iluminare suficientă.

Pentru a realiza fotografii sau videoclipuri bune în condiții de iluminare slabă, trebuie să ajungă suficientă lumină în film sau senzor. Acest lucru nu este dificil de realizat cu o cameră - trebuie doar să setați expunerea corectă. Cu camerele video situația este mai complicată. Pentru a filma videoclipuri de înaltă calitate, de obicei trebuie să instalați iluminare suplimentară, altfel videoclipul va fi prea întunecat sau cu mult zgomot digital. Acest lucru nu este întotdeauna posibil. Unele camere video sunt concepute special pentru fotografierea în condiții de lumină scăzută.

Camere concepute pentru fotografiere în condiții de lumină scăzută

Există două tipuri de camere pentru fotografia cu lumină scăzută: unele folosesc optice care sunt mai multe nivel înalt, iar în altele - electronice mai avansate. Optica lasă mai multă lumină să intre în obiectiv, iar electronica gestionează mai bine chiar și lumina mică care intră în cameră. De obicei, problemele sunt asociate cu electronicele și efecte secundare descrise mai jos. Optica cu deschidere mare vă permite să filmați videoclipuri de calitate superioară, dar dezavantajele sale sunt greutatea suplimentară datorită cantitate mare sticla si un pret semnificativ mai mare.

În plus, calitatea fotografierii este afectată de fotomatricea cu o singură matrice sau cu trei matrice instalată în camerele video și foto. Într-o matrice cu trei matrice, toată lumina care vine este împărțită de o prismă în trei culori - roșu, verde și albastru. Calitatea imaginii în condiții de întuneric este mai bună în camerele cu trei matrice decât în ​​camerele cu o singură matrice, deoarece este împrăștiată mai puțină lumină la trecerea prin prismă decât atunci când este procesată de filtru într-o cameră cu o singură matrice.

Există două tipuri principale de fotomatrice - dispozitiv cuplat cu încărcare (CCD) și cele bazate pe tehnologia CMOS (semiconductor de oxid de metal complementar). Primul conține de obicei un senzor care primește lumina și un procesor care procesează imaginea. În senzorii CMOS, senzorul și procesorul sunt de obicei combinate. În condiții de lumină scăzută, camerele CCD produc în general imagini mai bune, în timp ce camerele CMOS au avantajul de a fi mai ieftine și de a consuma mai puțină energie.

Dimensiunea matricei foto afectează și calitatea imaginii. Dacă fotografierea are loc cu o cantitate mică de lumină, atunci cu cât matricea este mai mare, cu atât calitate mai bună imagini și cu cât matricea este mai mică, cu atât mai multe probleme cu imaginea - apare zgomot digital pe ea. Matricele mari sunt instalate în camere mai scumpe și necesită optice mai puternice (și, prin urmare, mai grele). Camerele cu astfel de matrice vă permit să filmați videoclipuri profesionale. De exemplu, recent au apărut o serie de filme care au fost filmate în întregime pe camere precum Canon 5D Mark II sau Mark III, care au dimensiunea matricei de 24 x 36 mm.

Producătorii indică de obicei condițiile minime în care camera poate funcționa, de exemplu, cu iluminare de 2 lux sau mai mult. Aceste informații nu sunt standardizate, adică producătorul decide singur care videoclip este considerat de înaltă calitate. Uneori, două camere cu același nivel minim de iluminare produc o calitate diferită a fotografierii. Electronic Industries Association (EIA) din Statele Unite a propus un sistem standardizat pentru determinarea sensibilității la lumină a camerelor, dar până acum este folosit doar de unii producători și nu este universal acceptat. Prin urmare, pentru a compara două camere cu aceleași caracteristici de lumină, de multe ori trebuie să le încercați în acțiune.

În acest moment, orice cameră, chiar și una proiectată pentru condiții de lumină scăzută, poate produce imagini de calitate scăzută, cu granulație ridicată și strălucire. Pentru a rezolva unele dintre aceste probleme, puteți urma următorii pași:

• Înregistrați pe un trepied;
• Lucrați în modul manual;
• Nu utilizați modul zoom, ci în schimb mutați camera cât mai aproape de subiect;
• Nu utilizați focalizarea automată și selecția automată ISO - cu o valoare ISO mai mare, zgomotul crește;
• Înregistrați la o viteză de expunere de 1/30;
• Utilizați lumină difuză;
• Dacă nu este posibil să instalați iluminat suplimentar, atunci utilizați toată lumina posibilă în jur, cum ar fi lămpile stradale și lumina lunii.

Deși nu există o standardizare în ceea ce privește sensibilitatea camerelor la lumină, pentru fotografia de noapte este totuși cel mai bine să alegeți o cameră care spune că funcționează la 2 lux sau mai puțin. Un alt lucru de reținut este că, chiar dacă o cameră este foarte bună la fotografierea în condiții de întuneric, sensibilitatea sa la lumină, listată în lux, este sensibilitatea la lumina direcționată către subiect, dar camera primește de fapt lumina reflectată de subiect. Când este reflectată, o parte din lumină este împrăștiată și, cu cât camera este mai departe de obiect, cu atât mai puțină lumină intră în obiectiv, ceea ce deteriorează calitatea fotografierii.

Numărul de expunere

Numărul de expunere(eng. Exposure Value, EV) - un număr întreg care caracterizează combinațiile posibile extraseŞi deschidereîntr-o cameră foto, film sau video. Toate combinațiile de timp de expunere și diafragmă care expun aceeași cantitate de lumină la film sau la senzor au același număr de expunere.

Mai multe combinații de timp de expunere și diafragmă în cameră la același număr de expunere vă permit să obțineți o imagine de aproximativ aceeași densitate. Cu toate acestea, imaginile vor fi diferite. Acest lucru se datorează faptului că atunci când sensuri diferite deschiderea diafragmei, adâncimea de câmp a spațiului imaginat va fi diferită; la diferite viteze de expunere, imaginea de pe film sau matrice va fi timpuri diferite, rezultând că acesta este mânjit în grade diferite sau deloc. De exemplu, combinațiile f/22 - 1/30 și f/2.8 - 1/2000 sunt caracterizate de același număr de expunere, dar prima imagine va avea o adâncime mare de câmp și poate fi neclară, iar a doua va avea un adâncime mică de câmp și, foarte posibil, nu va fi deloc neclară.

Valorile EV mai mari sunt utilizate atunci când subiectul este mai bine iluminat. De exemplu, o valoare a expunerii (la ISO 100) de EV100 = 13 poate fi utilizată atunci când fotografiați peisaje dacă cerul este înnorat, iar EV100 = –4 este potrivit pentru fotografierea aurorelor strălucitoare.

Prin definiție,

EV = log 2 ( N 2 /t)

2 EV = N 2 /t, (1)

Unde
• N- numărul de deschidere (de exemplu: 2; 2,8; 4; 5,6 etc.)
• t- viteza obturatorului în secunde (de exemplu: 30, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/30, 1/100 etc.)

De exemplu, pentru o combinație de f/2 și 1/30, numărul expunerii

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

Acest număr poate fi folosit pentru a filma scene de noapte și vitrine iluminate. Combinarea f/5.6 cu o viteză de expunere de 1/250 oferă numărul de expunere

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

care poate fi folosit pentru a fotografia un peisaj cu un cer înnorat și fără umbre.

Trebuie remarcat faptul că argumentul funcției logaritmice trebuie să fie adimensional. La determinarea numărului de expunere EV, dimensiunea numitorului din formula (1) este ignorată și se utilizează numai valoarea numerică a vitezei de expunere în secunde.

Relația dintre numărul de expunere și luminozitatea și iluminarea subiectului

Determinarea expunerii prin luminozitatea luminii reflectate de subiect

Când utilizați exponmetre sau luxmetre care măsoară lumina reflectată de subiect, viteza obturatorului și diafragma sunt legate de luminozitatea subiectului, după cum urmează:

N 2 /t = L.S./K (2)

• N- numărul de deschidere;
• t- viteza obturatorului in secunde;
• L- luminozitatea medie a scenei în candela pe metru pătrat (cd/m²);
• S- valoarea aritmetică a fotosensibilității (100, 200, 400 etc.);
• K- expometru sau factor de calibrare luxmetru pentru lumina reflectata; Canon și Nikon folosesc K=12,5.

Din ecuațiile (1) și (2) obținem numărul expunerii

EV = log 2 ( L.S./K)

2 EV = L.S./K

La K= 12,5 și ISO 100, avem următoarea ecuație pentru luminozitate:

2 EV = 100 L/12.5 = 8L

L= 2 EV /8 = 2 EV /2 3 = 2 EV–3 .

Lungime și distanță Masă Măsuri ale volumului de solide și alimente în vrac Aria Volumul și unitățile de măsură în retete culinare Temperatura Presiune, stres mecanic, modulul Young Energie și lucru Putere Forță Timp Viteză liniară Unghi plan Eficiența termică și eficiența combustibilului Numere Unități de măsurare a cantității de informații Rate de schimb Mărimile îmbrăcăminte și încălțăminte pentru femei Mărimile îmbrăcăminte și încălțăminte pentru bărbați Viteza unghiulară și viteza de rotație Accelerație Accelerație unghiulară Densitate Volum specific Moment de inerție Moment de forță Cuplu Căldura specifică de ardere (în masă) Densitatea energetică și căldura specifică de ardere a combustibilului (în volum) Diferența de temperatură Coeficient de dilatare termică Rezistență termică Conductivitate termică specifică Capacitate termică specifică Expunere la energie , putere radiatii termice Densitatea fluxului de căldură Coeficientul de transfer de căldură Debitul volumetric Debitul de masă Debitul de masă Densitatea de flux de masă Concentrația molară Concentrația de masă în soluție Vâscozitate dinamică (absolută) Vâscozitate cinematică Tensiune superficială Permeabilitatea la vapori Permeabilitatea la vapori, rata de transfer de vapori Nivel de sunet Sensibilitate microfon Nivel de presiune sonoră (SPL) Luminozitate Luminoasă intensitate Iluminare Rezoluție în grafica computerizată Frecvență și lungime de undă Putere optică în dioptrii și distanță focală Putere optică în dioptrii și mărire a lentilei (×) Sarcină electrică Densitatea liniară charge Densitate de încărcare de suprafață Densitate de încărcare de volum Curent electric Densitatea curentului liniar Densitatea curentului la suprafață Intensitatea câmpului electric Potențial și tensiune electrostatică Rezistență electrică Rezistivitate electrică Conductivitate electrică Conductivitate electrică Capacitate electrică Inductanță Ecartament american al firului Niveluri în dBm (dBm sau dBmW), dBV (dBV), wați și alte unități Forță magnetomotoare Tensiune câmp magnetic Fluxul magnetic Inducție magnetică Viteza de doză absorbită radiatii ionizante Radioactivitate. Dezintegrare radioactivă Radiație. Doza de expunere Radiații. Doza absorbită Prefixe zecimale Comunicarea datelor Tipografie și procesare a imaginilor Unități de volum a lemnului Calculul masei molare Tabel periodic elemente chimice D. I. Mendeleev

1 candela [cd] = 1 lumen/steradian [lm/sr]

Valoarea inițială

Valoare convertită

lumânare candela (germană) lumânare (britanică) lumânare zecimală lumânare pentană lumânare pentan (10 putere de lumină) lumânare Hefner lumânare unitate Carcel zecimală (franceză) lumen/lumânare steradian (internațional)

Mai multe despre puterea luminii

Informații generale

Intensitatea luminoasă este puterea fluxului luminos într-un anumit unghi solid. Adică, intensitatea luminii nu determină toată lumina din spațiu, ci doar lumina emisă într-o anumită direcție. În funcție de sursa de lumină, intensitatea luminoasă scade sau crește pe măsură ce unghiul solid se modifică, deși uneori această valoare este aceeași pentru orice unghi dacă sursa distribuie lumina uniform. Intensitatea luminoasă este o proprietate fizică a luminii. În acest fel, diferă de luminozitate, deoarece în multe cazuri, când se vorbește despre luminozitate, înseamnă o senzație subiectivă, și nu o cantitate fizică. De asemenea, luminozitatea nu depinde de unghiul solid, ci este percepută în spațiul general. Aceeași sursă cu o intensitate luminoasă constantă poate fi percepută de oameni ca lumină de luminozitate diferită, deoarece această percepție depinde de condițiile de mediu și de percepția individuală a fiecărei persoane. De asemenea, luminozitatea a două surse cu aceeași intensitate luminoasă poate fi percepută diferit, mai ales dacă una produce lumină difuză, iar cealaltă lumină direcționată. În acest caz, sursa direcțională va apărea mai luminoasă, chiar dacă intensitatea luminoasă a ambelor surse este aceeași.

Intensitatea luminoasă este considerată o unitate de putere, deși diferă de conceptul obișnuit de putere prin faptul că depinde nu numai de energia emisă de sursa de lumină, ci și de lungimea de undă a luminii. Sensibilitatea oamenilor la lumină depinde de lungimea de undă și este exprimată prin funcția eficienței luminoase spectrale relative. Intensitatea luminoasa depinde de eficienta luminoasa, care atinge un maxim pentru lumina cu o lungime de unda de 550 nanometri. Aceasta - verde. Ochiul este mai puțin sensibil la lumina de lungimi de undă mai lungi sau mai scurte.

În sistemul SI, intensitatea luminoasă este măsurată în candela(kd). O candela este aproximativ egala cu intensitatea luminii emise de o lumanare. Uneori se folosește și unitatea învechită, lumânare(sau lumânare internațională), deși în majoritatea cazurilor această unitate este înlocuită cu candela. O lumânare este aproximativ egală cu o candela.

Dacă măsurați intensitatea luminoasă folosind un plan care arată răspândirea luminii, ca în ilustrație, puteți vedea că mărimea intensității luminoase depinde de direcția către sursa de lumină. De exemplu, dacă luăm direcția radiației maxime Lampa LED dincolo de 0°, intensitatea luminoasă măsurată în direcția de 180° va fi mult mai mică decât pentru 0°. Pentru sursele difuze, intensitatea luminoasă pentru 0° și 180° nu va fi mult diferită și poate fi aceeași.

În ilustrație, lumina emisă de două surse, roșie și galbenă, acoperă o zonă egală. Lumina galbenă este difuză, ca lumina lumânării. Puterea sa este de aproximativ 100 cd, indiferent de direcție. Roșu este opusul, direcțional. În direcția 0°, unde radiația este maximă, puterea sa este de 225 cd, dar această valoare scade rapid cu abaterile de la 0°. De exemplu, intensitatea luminoasă este de 125 cd când este direcționată la o sursă de 30° și de numai 50 cd când este direcționată la 80°.

Puterea luminii în muzee

Personalul muzeului măsoară intensitatea luminii din spațiile muzeului pentru a determina condițiile optime pentru ca vizitatorii să poată vizualiza lucrările expuse, oferind în același timp o lumină blândă care dăunează cât mai puțin exponatelor muzeului. Exponate de muzeu care conțin celuloză și coloranți, în special din materiale naturale, se deteriorează de la expunerea prelungită la lumină. Celuloza oferă rezistență țesăturilor, hârtiei și produselor din lemn; Adesea în muzee există multe exponate realizate din aceste materiale, așa că lumina din sălile de expoziție reprezintă un mare pericol. Cu cât este mai puternică intensitatea luminii, cu atât mai multe exponate din muzeu se deteriorează. Pe lângă distrugere, lumina decolorează sau îngălbenește și materialele care conțin celuloză, cum ar fi hârtia și țesăturile. Uneori, hârtia sau pânza pe care sunt pictate picturile se deteriorează și se strică mai repede decât vopseaua. Acest lucru este deosebit de problematic, deoarece vopseaua de pe un tablou este mai ușor de restaurat decât baza.

Daunele cauzate exponatelor din muzeu depind de lungimea de undă a luminii. De exemplu, lumina din spectrul portocaliu este cea mai puțin dăunătoare, iar lumina albastră este cea mai periculoasă. Adică, lumina cu lungimi de undă mai mari este mai sigură decât lumina cu lungimi de undă mai scurte. Multe muzee folosesc aceste informații și controlează nu numai cantitatea totală de lumină, ci și limitează lumina albastră folosind filtre portocalii deschise. În același timp, încearcă să aleagă filtre atât de ușoare încât, deși filtrează lumina albastră, permit vizitatorilor să se bucure din plin de lucrările expuse în sala de expoziție.

Este important să nu uităm că exponatele se deteriorează nu numai din cauza luminii. Prin urmare, este dificil de prezis, doar pe baza intensității luminii, cât de repede se vor degrada materialele din care sunt fabricate. Pentru depozitarea pe termen lung în spațiile muzeale, este necesar nu numai utilizarea iluminatului scăzut, ci și menținerea umidității scăzute și a unui nivel scăzut de oxigen, cel puțin în vitrine.

În muzeele în care fotografiarea cu bliț este interzisă, ei citează adesea efectele nocive ale luminii asupra exponatelor din muzeu, în special lumina ultravioletă. Acest lucru este practic nefondat. Așa cum limitarea întregului spectru de lumină vizibilă este mult mai puțin eficientă decât limitarea luminii albastre, interzicerea blițului are un efect redus asupra gradului de deteriorare a luminii exponate. În timpul experimentelor, cercetătorii au observat ușoare deteriorari ale acuarelelor cauzate de blițul de studio profesional abia după mai mult de un milion de blițuri. Un bliț la fiecare patru secunde la o distanță de 120 de centimetri de expoziție este aproape echivalent cu lumina care se găsește de obicei în sălile de expoziție, unde cantitatea de lumină este controlată și lumina albastră este filtrată. Cei care fac fotografii în muzee folosesc rar blițuri atât de puternice, deoarece majoritatea vizitatorilor nu sunt fotografi profesioniști și fac fotografii cu telefoane și camere compacte. Flash-urile din holuri funcționează rar la fiecare patru secunde. Daunele cauzate de razele ultraviolete emise de bliț sunt, de asemenea, în cele mai multe cazuri mici.

Intensitatea luminoasă a lămpilor

Proprietățile lămpilor sunt descrise de obicei folosind intensitatea luminoasă, care diferă de fluxul luminos - o valoare care determină cantitatea totală de lumină și arată cât de strălucitoare este această sursă în general. Este convenabil să utilizați intensitatea luminoasă pentru a determina proprietățile luminoase ale lămpilor, de exemplu, lămpile cu LED-uri. La achiziționarea acestora, informațiile despre intensitatea luminii ajută la determinarea cu ce putere și în ce direcție se va răspândi lumina și dacă o astfel de lampă este potrivită pentru cumpărător.

Distribuția intensității luminii

Pe lângă intensitatea luminoasă în sine, curbele de distribuție a intensității luminoase ajută la înțelegerea modului în care se va comporta lampa. Astfel de diagrame ale distribuției unghiulare a intensității luminii sunt curbe închise pe un plan sau în spațiu, în funcție de simetria lămpii. Acestea acoperă întreaga gamă de propagare a luminii a acestei lămpi. Diagrama arată magnitudinea intensității luminii în funcție de direcția de măsurare a acesteia. Graficul este reprezentat de obicei într-un sistem de coordonate polar sau dreptunghiular, în funcție de sursa de lumină pentru care este reprezentat graficul. Este adesea plasat pe ambalajul lămpii pentru a ajuta cumpărătorul să-și imagineze cum va funcționa lampa. Aceste informații sunt importante pentru designeri și inginerii de iluminat, în special pentru cei care lucrează în domeniul cinematografiei, teatrului și organizării de expoziții și spectacole. Distribuția intensității luminoase afectează, de asemenea, siguranța la conducere, motiv pentru care inginerii care proiectează iluminatul vehiculelor folosesc curbele de distribuție a intensității luminoase. Acestea trebuie să respecte reglementările stricte care reglementează distribuția intensității luminii în faruri pentru a asigura siguranță maximă pe drumuri.

Exemplul din figură este în sistemul de coordonate polare. A este centrul sursei de lumină, de unde lumina se răspândește în direcții diferite, B este intensitatea luminoasă în candela, iar C este unghiul de măsurare a direcției luminii, cu 0° fiind direcția luminii maxime. intensitatea sursei.

Măsurarea intensității și distribuției intensității luminii

Intensitatea luminii și distribuția acesteia sunt măsurate cu instrumente speciale, goniofotometreŞi goniometre. Există mai multe tipuri de aceste dispozitive, de exemplu cu o oglindă mobilă, care vă permite să măsurați intensitatea luminii din diferite unghiuri. Uneori, în loc de oglindă, sursa de lumină în sine se mișcă. De obicei, aceste dispozitive sunt mari, cu o distanță de până la 25 de metri între lampă și senzorul care măsoară intensitatea luminii. Unele dispozitive constau dintr-o sferă cu un dispozitiv de măsurare, o oglindă și o lampă în interior. Nu toate goniofotometrele sunt mari, există și altele mici care se mișcă în jurul sursei de lumină în timpul măsurării. La achiziționarea unui goniofotometru, factorii decisivi, printre alți factori, sunt prețul, dimensiunea, puterea și dimensiunea maximă a sursei de lumină pe care o poate măsura.

Unghi de luminozitate la jumătate

Unghiul de jumătate de luminozitate, uneori numit și unghi de luminozitate, este una dintre cantitățile care ajută la descrierea unei surse de lumină. Acest unghi indică cât de direcțională sau difuză este sursa de lumină. Este definit ca unghiul conului de lumină la care intensitatea luminoasă a sursei este egală cu jumătate din intensitatea sa maximă. În exemplul din figură, intensitatea luminoasă maximă a sursei este de 200 cd. Să încercăm să determinăm unghiul de jumătate de luminozitate folosind acest grafic. Jumătate din intensitatea luminoasă a sursei este de 100 cd. Unghiul la care intensitatea luminoasă a fasciculului atinge 100 cd., adică unghiul de jumătate de luminozitate, este egal cu 60+60=120° pe grafic (se arată jumătate din unghi galben). Pentru două surse de lumină cu aceeași cantitate totală de lumină, un unghi de semiluminozitate mai îngust înseamnă că intensitatea sa luminoasă este mai mare, comparativ cu a doua sursă, pentru unghiuri cuprinse între 0° și unghiul de semiluminozitate. Adică, sursele direcționale au un unghi de jumătate de luminozitate mai îngust.

Există avantaje atât pentru unghiurile de semi-luminozitate largi, cât și pentru înguste, și care ar trebui să fie preferat depinde de aplicarea sursei de lumină. De exemplu, pentru scufundări, ar trebui să alegeți o lanternă cu un unghi îngust de jumătate de luminozitate dacă există o vizibilitate bună în apă. Dacă vizibilitatea este slabă, atunci nu are rost să folosiți o astfel de lanternă, deoarece risipește doar energie. În acest caz, o lanternă cu un unghi larg de jumătate de luminozitate, care difuzează bine lumina, este o alegere mai bună. De asemenea, o astfel de lanternă va ajuta în timpul filmării foto și video, deoarece luminează o zonă mai largă în fața camerei. Unele lumini de scufundare pot fi reglate manual la jumătate de luminozitate, ceea ce este util, deoarece scafandrii nu pot prezice întotdeauna cum va fi vizibilitatea acolo unde se scufundă.

M.I. Krutik, V.P. Mayorov

Acest articol discută o metodă de evaluare a sensibilității sistemelor de televiziune (inclusiv a celor pulsate) folosind unități de energie ale radiației optice (joule, watt, foton). Potrivit autorilor, la înregistrarea imaginilor, această metodă este destul de universală și aplicabilă pe întregul spectru optic al radiațiilor. În schimb, metoda de calcul bazată pe unități de iluminat (Candela, lumen, lux) este strict aplicabilă numai în intervalul vizibil. Sunt date câteva exemple de calcule energetice care îl vor ajuta pe cititor să vadă el însuși simplitatea metodei și lipsa de ambiguitate a rezultatelor obținute.

Dintre numeroasele sisteme de televiziune existente, articolul ia în considerare doar camerele CCD, inclusiv cele cu trepte preliminare de intensificare a imaginii pe convertoare electron-optice (EOC, termen englez - intensificator de imagine). Metoda luată în considerare poate fi aplicabilă atât pentru modul standard de televiziune (modul de acumulare continuă), cât și pentru modul în impulsuri (inclusiv modul cu o singură lovitură).

Pentru ca la citirea următorului material să nu existe întrebări cu privire la corectitudinea prevederilor aplicate, mai jos sunt date principalele definiții din fotometrie și radiometrie.

Introducere

Fotometria măsoară cantitățile de lumină, iar radiometria măsoară radiația în întregul domeniu optic. În consecință, unitățile de lumină sunt adesea numite fotometrice, iar unitățile de energie sunt numite radiometrice. Corespondența dintre unitățile fotometrice și radiometrice este dată în tabelul 1.

Tabelul 1.Energie de bază și cantități de lumină,
în conformitate cu sistemul SI și cu Dicționarul Internațional de iluminare.

Indicele e pentru valorile corespunzătoare denotă natura lor energetică, iar indicele v denotă caracterul fotometric al acestora. Din întreaga regiune uriașă a regiunii de radiații optice (10 nm - 1 mm), doar o bandă cu spectru îngust de la 380 la 780 nm (radiație luminoasă) poate fi percepută de ochiul uman.

Toată metrologia din spectrul vizibil se bazează pe ochiul unui observator fotometric standard, a cărui sensibilitate la radiația luminoasă depinde funcțional de lungimea de undă. Această funcție V() se numește „eficiență luminoasă spectrală” V(). Forma sa grafică este prezentată în Figura 1, tabelar în Tabelul 2.

Figura 1. Vedere grafică

Din punct de vedere istoric, metrologia de măsurare a luminii s-a dezvoltat mai întâi. Ochiul a fost, timp de peste 200 de ani, receptorul standard de radiație, pe baza căruia au fost efectuate toate evaluările și măsurătorile intensității luminii, luminozității și iluminării. Ulterior, a fost creat un dispozitiv pentru măsurarea iluminării (luxmetru), care are o caracteristică spectrală care se potrivește cu caracteristica spectrală a ochiului unui observator standard.

Pentru a explica calitativ astfel de erori, să luăm în considerare un exemplu de utilizare a unei camere de televiziune de nivel scăzut cu o cascadă de amplificare a imaginii pe un tub intensificator de imagine cu un fotocatod de arseniură de galiu în condiții de noapte.

Figura 2 prezintă caracteristicile spectrale relative:

• radiația din bolta de noapte (curba 3);
• sensibilitatea fotocatodului de arseniură de galiu al tubului intensificator de imagine (curba 2);
• sensibilitatea ochiului uman și sensibilitatea de potrivire a dispozitivului care măsoară iluminarea - Luxmetrul (curba 1);
• sensibilitatea matricei CCD ICX249 de la SONY (curba 4).

Figura 2. Caracteristici spectrale relative:
diverse receptoare fotoelectronice (1,2,4); radiații de la cerul nopții fără lună (3)

Din graficele de mai sus se poate observa că în condițiile unei nopți fără lună, puterea radiației infraroșii a bolții nopții (>760 nm) depășește semnificativ puterea sa de radiație în domeniul vizibil. În acest caz, luxmetrul măsoară doar partea vizibilă, foarte mică, a fluxului total de radiație. Este concentrat în intervalul 400 - 700 nm. În schimb, fotocatodul tubului intensificator de imagine detectează radiația optică în intervalul 600 - 900 nm, iar fotocatodul său „funcționează” cu un flux ridicat. Concluzii similare se obțin atunci când se utilizează o cameră de televiziune CCD în aceleași condiții, al cărei cristal de siliciu are și o sensibilitate bună în domeniul infraroșu de până la 1 μm (curba 4).

Din toate cele de mai sus, putem concluziona că pentru sistemele de televiziune care au caracteristici spectrale diferite de sensibilitatea spectrală a ochiului, utilizarea unităților de iluminare (lux, lumen etc.) nu este în întregime corectă (corectă, dar nu în totalitate sau deloc corectă - alegere pentru cititor).

Metoda de evaluare și calcul a sensibilității sistemelor de televiziune în unități de energie (watt, joule, număr de fotoni) este lipsită de aceste dezavantaje

Definiții de bază și constante

În primul rând, câteva definiții de bază.
Definiția candela, adoptată în 1948 și în vigoare până în 1979, a fost următoarea:

Candela este intensitatea luminii emise într-o direcție perpendiculară pe 1/600.000 m2 din suprafața unui corp negru la temperatura de solidificare a platinei (2042 K) și o presiune de 101.325 N/m2.

Diverse experimente au dat rezultate care au arătat că la o lungime de undă = 555 nm, o radiație de 1 W corespunde unui flux luminos de 676 - 688 lm. Acest raport a făcut posibilă chiar și atunci convertirea lumenilor în wați și invers, deși adversarii încă aveau îndoieli cu privire la corectitudinea metodei utilizate.

În 1979, a 16-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri a adoptat o nouă definiție a candelei.

Candela este intensitatea luminoasă într-o direcție dată dintr-o sursă de radiație monocromatică cu o frecvență de 540 * 10 12 Hz, având o intensitate de radiație în această direcție egală cu 1/683 W într-un unghi solid egal cu un steradian.

Frecvența de radiație 540*10 12 Hz corespunde unei lungimi de undă = 555,016 nm în aer în condiții standard, care pentru aproape toate scopurile poate fi luată egală cu 555 nm fără a afecta acuratețea măsurătorilor reale.

Pe baza acestei definiții fundamentale, este posibil să se convertească fără ambiguitate unitățile fotometrice în unități radiometrice și invers.

Încă un lucru (și ultimul) de care avem nevoie este o formulă pentru calcularea energiei cuantice. Faptul este că în multe cazuri este mai convenabil să se facă calcule de energie nu în cantități integrale (watt, joule și derivatele lor), ci în cantități de fotoni (pe unitate de timp, pe unitate de suprafață etc.). În special, mulți dezvoltatori de camere CCD și utilizatori calificați își evaluează deja sensibilitatea după numărul de electroni din celulă (cu alte cuvinte, după numărul de cuante). Prin urmare, este de oarecare interes să se calculeze întregul complex fotoelectronic (lentila de intrare + tub intensificator de imagine + lentilă de proiecție + camera CCD) pe baza naturii cuantice a luminii. Mai mult, un astfel de calcul este foarte convenabil pentru iradierea în impulsuri a imaginii înregistrate (inclusiv pentru o singură fotografie).

Energia unui cuantum de radiație (foton) este calculată folosind formula binecunoscută:

Q = (h * c) / (1)

Unde:
c este viteza luminii în vid (2,998*10 8 m/s);
h - constanta lui Planck (6,6262*10 -34 J s);
- lungimea de undă a radiației (m).

Energia cuantumului de radiație la 1 = 555 nm este în mod corespunzător egală cu:

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

Valoarea reciprocă corespunde numărului de cuante pe secundă din radiație cu o putere de 1 W la 1 = 555 nm:

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

Indicele ph înseamnă că vorbim de mărimi fotonice.
Din definiția candela rezultă că la 1 = 555 nm:

N ph (1) = 683 lm (4)

Prin urmare, se poate obține valoarea exactă a numărului de fotoni la 1 = 555 nm pe secundă într-un flux luminos egal cu 1/683 W, care la o lungime de undă dată corespunde unui flux luminos de 1 lm:

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

Folosind definiția unității de iluminare, constatăm că la 1 = 555 nm numărul de fotoni care cad într-o secundă pe o suprafață de 1 m2 la o iluminare de 1 lux este:

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

Acum este posibil să arătăm de ce utilizarea unităților de iluminat (lumen, lux etc.) în calcularea sensibilității sistemelor de televiziune dă adesea rezultate eronate.

În acest scop, se oferă un calcul comparativ al numărului mediu de electroni dintr-o celulă cu matrice CCD atunci când aceasta este iradiată cu aceeași putere de radiație la două lungimi de undă diferite: 1 = 555 nm și 2 = 630 nm. Citirile luxmetrului, în acest caz, vor fi o demonstrație clară a afirmației care este dovedită. După cum sa menționat mai sus, caracteristica sa spectrală relativă este similară cu eficiența luminoasă spectrală relativă a ochiului unui observator fotometric standard (Fig. 1 Din calculele de mai sus (1) - (6) am constatat că la = 630 nm corespunde aceeași iradiere. la o iluminare de 0,265 lux Aceasta rezultă din eficiența luminoasă spectrală (numărul respectiv de fotoni