У источников света яркости разных их участков отличаются: у люминесцентной лампы края колбы более темные, а пламя свечи более ярко в ореоле вокруг фитиля и т. д. Еще яркость сильно зависит от того, с какой стороны мы смотрим на источник.

Если, например, случайно посмотреть на сварочную дугу, то в перпендикулярном разряду направлении она окажется более яркой, чем при взгляде на ту же дугу сбоку. То есть яркость характеризует излучающую свет поверхность в выбранном, строго определенном направлении. Это очень важная характеристика, поскольку именно на яркость (сила света на единицу площади) реагирует наш глаз, а вовсе не на силу света как таковую.

Сила света измеряется в канделах, соответственно яркость — в канделах на квадратный метр. Одна кандела на квадратный метр — это такая яркость, которой обладает светящаяся плоскость, отдающая с каждого квадратного метра свет силой в 1 канделу (Кд) в направлении, перпендикулярном плоскости. Для примера, вот приблизительные яркости некоторых распространенных источников света:

По действию на наши глаза источники света могут оказаться опасными. Если яркость будет выше 160000 кандел на квадратный метр, то это вызовет болезненные ощущения в глазу. Чтобы избежать пагубного действия яркого света, человечество научилось разным ухищрениям.

Колбы мощных ламп накаливания делают матовыми и большого размера, чтобы как-бы рассеять свет, сделать его излучаемым не с маленькой площади нити накаливания, а с большой площади поверхности колбы или плафона. Так яркость снижается до безопасной для глаз, а освещенность остается почти полностью неизменной.

Если говорить об отражающих поверхностях, таких как окрашенные стены, проекционные экраны, декоративные изделия и т. д., то они проявляют по отношению к источнику света диффузно-отражающие свойства. Это значит, что они частично отражают падающий на них свет, и сами теперь выступают в роли источников света средней яркости, но обширной площади.

Это играет нам на руку, поскольку стандартные источники света (лампа, светильник, свеча, люстра, фонарь) обладают значительной яркостью, но малой площадью поверхности. Между тем, освещенная поверхность станет обладать яркостью, пропорциональной ее освещенности Е, ведь чем большей световой поток на отражающую поверхность падает, тем выше будет и ее яркость.

Если поверхность равномерно рассеивает падающий на нее свет, то яркость в любом направлении вычисляется достаточно просто. Если диаграмма рассеяния сложная — вычисление яркости превратится в довольно сложную задачу.

Для равномерного рассеяния достаточно воспользоваться формулой (освещенность — в люксах, яркость — канделах на квадратный метр):

Допустим, есть проекционный экран с альбедо 0,8, а освещенность равна 60 Лк, тогда яркость будет равна 0,8*60/3,14 = 15,3 канделы на квадратный метр. Вот примеры весьма распространенных поверхностей и их яркостей:

Источник

Светотехнические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость

Световой поток — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Энергия излучения определяется количеством квантов, которые излучаются излучателем в пространство. Энергию излучения (лучистую энергию) измеряют в джоулях. Количество энергии, излучающейся в единицу времени называется потоком излучения или лучистым потоком. Измеряется поток излучения в ваттах. Световой поток обозначается Фе.

Поток излучения характеризуется распределением энергии во времени и в пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения во времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, излучаемых источником в единицу времени, очень велико.

По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейчатым, полосатым и сплошным спектрами. Поток излучения источника с линейчатым спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:

где: λ — длина волны.

Спектральная плотность потока излучения измеряется в ваттах на нанометр.

Таблица 1. Типичные световые величины источников света:

Таблица 2. Световые характеристики некоторых материалов и поверхностей

Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.

Для характеристики распределения светового потока пользуются понятием пространственной плотности светового потока в разных направлениях окружающего пространства. Пространственную плотность светового потока, определяющуюся отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке размещения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, называют силой света:

где: Ф — световой поток; ω — телесный угол.

Единицей силы света является кандела. 1 кд.

Это сила света, испускаемая в перпендикулярном направлении элементом поверхности черного тела, площадью 1:600000 м2 при температуре затвердевания платины.
Единица силы света — кандела, кд является одной из основных величин в системе СИ и соответствует световому потоку 1 лм, равномерно распределенному внутри телесного угла 1 стерадиан (ср.). Телесный угол — часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Телесный угол ω измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего.

Единица освещенности люкс, лк имеет размерность люмен на квадратный метр (лм/м2).

Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхность.

Приведем несколько общепринятых показателей освещенности:

4. Отношение между силой света (I) и освещенностью (Е).

Закон обратных квадратов

Освещенность в определенной точке на поверхности, перпендикулярной к направлению распространения света, определяется как отношение силы света к квадрату расстояния от этой точки до источника света. Если данное расстояние мы примем за d, то это отношение можно выразить следующей формулой:

Это закон косинуса (рисунок 1.).

Рис. 1. К закону косинуса

5. Горизонтальная освещенность

Для расчета горизонтальной освещенности целесообразно изменить последнюю формулу, заменив расстояние d между источником света и точкой измерения на высоту h от источника света к поверхности.

Источник

Светотехнические параметры и понятия. Часть 1

Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю, но нужны для правильного описания цветового фона.

Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.

Светотехнические параметры и понятия.

1 — Видимое и оптическое излучение

Весь окружающий нас мир образуется видимым и оптическим излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).

УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий. Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.

ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.

2 — Световой поток (Ф)

Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток — это самая важная характеристика источников света.

Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт — 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт — 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) — 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) — 800 лм.

3 — Люмен

Люмен (лм) — это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.

4 — Освещенность (Е)

Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).

5 — Сила света (I)

Сила света — это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.

I=Ф/ω Единица измерения силы света — кандела (кд).

Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.

КСС (кривая силы света) — распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.

6 — Яркость (L)

Яркость (плотность света) — это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.

L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости — кд/м2.

Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.

В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.

Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.

Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.

7 — Световая отдача (H)

Световая отдача источника света — это отношение светового потока лампы к ее мощности.

Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи — лм/Вт.

Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии. Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.

8 — Цветовая температура (Тц)

Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. При изменении температуры источника света, тональность излучаемого света меняется от красного к синему. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.

Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т — (градусы Цельсия + 273) К.

Пламя свечи — 1900 К

Лампа накаливания — 2500–3000 К

Люминесцентные лампы — 2700 — 6500 К

Солнце — 5000–6000 К

Облачное небо — 6000–7000 К

Ясный день — 10 000 — 20 000 К.

9 — Индекс цветопередачи (Ra или CRI)

Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.

Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.

Ra = 90 и более — очень хорошая (степень цветопередачи 1А)

Ra = 80–89 — очень хорошая (степень цветопередачи 1В)

Ra = 70–79 — хорошая (степень цветопередачи 2А)

Ra = 60–69 — удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)

Ra = 40–59 — достаточная (степень цветопередачи 3)

Ra = менее 39 — низкая (степень цветопередачи 3)

Ra он же CRI — color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.

Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra

Источник

Яркость

Резюме

Яркость в фотометрии

Определение

Мы находим яркость, определяемую по интенсивности выражением:

Мы находим ту же проблему для связи между яркостью и потоком энергии.

Единицы измерения

Другие единицы, не принадлежащие Международной системе :

Визуальное восприятие и яркость

Порядки величин и примеры

Случай поверхностей с равномерной яркостью

Яркость поверхности обычно может варьироваться от одной точки к другой или в зависимости от направления наблюдения или измерения. Мы можем упростить отношения в частных случаях, когда

Пространственно однородные источники яркости

На уровне приемника световое освещение, создаваемое этой поверхностью, в таком случае стоит:

E знак равно я потому что ⁡ α S d 2 знак равно L 0 Σ потому что ⁡ α Σ потому что ⁡ α S d 2 знак равно L 0 Ω S потому что ⁡ α S <\ displaystyle E = <\ frac > >> = <\ frac \, \ Sigma \, \ cos \ alpha _ < \ Sigma>\, \ cos \ alpha _ > >> = L_ <0>\, \ Omega _ \, \ cos \ alpha _ >

Объект, который при наблюдении из точки измерения занимает телесный угол Ω _S с яркостью L _0, создает в точке измерения световое освещение L ₀ Ω _S на элементе поверхности, перпендикулярном направлению источника.

Изотропные источники

Изотропный источник света равномерно распределяет весь излучаемый им световой поток по всему полушарию. Далее следует закон Ламберта : яркость во всех направлениях равна эмиттансу, деленному на π. Черное тело является основным источником изотропным и ВС является достаточно хорошим приближением.

Идеальный диффузор

Измерение яркости

Первые измерения проводились путем сравнения с использованием оптических устройств, которые позволяли наблюдать одновременно оцениваемый источник и эталонный источник, изменяя пропускание света одного из двух: c ‘- так была установлена ​​фотометрия в самом начале.

Относительная яркость

Во многих областях, связанных с передачей изображений, мы довольствуемся тем, чтобы дать яркости значение относительно белого. Для систем отображения (компьютер, видео или телевидение) эталонный белый цвет будет иметь максимальное значение яркости. Для измерений путем отражения, то есть на поверхностях, освещенных одним или несколькими первичными источниками, максимальное значение яркости приписывается самой белой доступной рассеивающей поверхности: белой части тестового шаблона, чистой белой бумаге и т. Д.

Яркость в колориметрии

Из-за трехцветного зрения человека описание цветов основано на трех характеристиках, одна из которых во многих случаях описывает яркость цвета.

Коэффициент яркости поверхности

Индикатор яркости

Для идеального рассеивателя независимо от освещения его яркость одинакова. Для блестящей поверхности при зеркальном освещении, то есть в одном направлении, индикатор яркости имеет пик в направлении отражения света.

Светимость сигнал или Luma

Гамма-коррекция

В соответствии с рекомендациями ITU-R BT 601 (TVSD) и ITU-R BT 709 (HDTV) Международного союза электросвязи (ITU) «оптоэлектронная передаточная характеристика источника» гамма-коррекции определяется как

Ковка

Согласно рекомендациям ITU-R BT 709 яркость определяется

Согласно рекомендации ITU-R BT 601 яркость определяется

Нормализация сигнала

Яркость экранов

На практике яркость экрана можно глобально изменить пропорционально с помощью регулировки контрастности.

Источник

Основные светотехнические понятия: световой поток, освещенность и яркость.

Свет, падающий на поверхность нашей планеты Земля от Солнца, является источником жизни для всех ее живых организмов. Солнечные лучи, распространяясь со скоростью 300000 км/ч., оказывают следующие воздействия на окружающую среду:

Исходя из этого естественный свет — это лучистая энергия в виде электромагнитных волн, обладающих разными свойствами в зависимости от их общего показателя, которым является длина. Длина излучений измеряется в нанометрах (0,000000001 м) и варьируется для инфракрасных волн от 700 до 10000 нм., видимых человеческому глазу 400-750 нм., ультрафиолетовых — 10-370 нм. и рентгеновских 0,00001-10 нм.

Для человеческого глаза наиболее оптимальной считается длина видимых электромагнитных колебаний от 500 до 600 нм., хуже воспринимаются красные и фиолетовые лучи, а инфракрасные и ультрафиолетовые ощущаются только по нагреву и загару кожного покрова.

С развитием науки и техники человечество научилось создавать искусственные источники всех разновидностей электромагнитных волн, используемых в разных отраслях промышленности и сельского хозяйства и других сферах деятельности. Рассмотрим основные светотехнические понятия, раскрывающие все характеристики источников света.

Что такое световой поток?

Световой поток — это мощность видимого излучения источника электромагнитных волн, которое ощущает человеческий глаз. Обозначается буквой Ф и измеряется в люменах (лм).

Поток лучей света, отдаляясь от источника, в пространстве распространяется неравномерно, теряя свою плотность. Эту пространственную лучистую плотность светового потока характеризует такое понятие как сила света I (измеряется в канделах – кд.), которое определяется из отношения светового потока Ф к телесному углу ω.

Чтобы разобраться, как эти величины взаимосвязаны друг с другом обратимся к рисунку.

Если взять точечный источник света 0, который будет светить в пространстве, то будет находиться внутри освещенного шара. Теперь представим, что световой поток Ф будет распространяться на выбранный участок сферы площадью S, в результате образуется конус, стороной которого будет являться радиус шара. Этот пространственный угол, являющийся вершиной конуса, и является телесным и определяется, как отношение площади S к квадрату радиуса сферы.

Единицей телесного угла является стерадиан (ср), который образует на поверхности светящегося шара площадь, равную по значению квадрату его радиуса.

Освещенность

Освещенность характеризует то, как количественно изменяется плотность светового потока источника света в пространстве, лучи которого падают на любые поверхности, удаленные на разные расстояния от места излучения. Определяется отношением светового потока Ф к освещаемой поверхности S:

Снова обратимся к рисунку!

Итак, возьмем также точечный источник света А, сила света I_α светового потока которого направлена на участок площадью S какой-либо поверхности. Расстояние между источником света А и площадью равно l. В итоге образуется конус с наклоном, с углом α между направлением силы света I_α и стороной конуса и пространственным углом ω. Тогда:

Определяем освещенность элемента по следующему выражению:

Таким образом, освещенность определяется силой света расстоянием до освещаемой поверхности, т.е. чем дальше находится предмет от источника видимого излучения, тем меньше на него попадает света!

Единица освещенности называется люксом и обозначается как (лк).

Яркость

При попадании светового потока на поверхность какого-либо предмета, то он частично поглощается, а другая его часть отражается, создавая зрительное восприятие этого предмета на расстоянии. Если два освещенных объекта темного и светлого цвета разместить на одном и том же расстоянии от человеческого глаза, то лучше будет виден светлый объект, то есть он лучше отражает световой поток источника света. Для сравнения, где будет светлее, в комнате со светло-зелеными или темно-коричневыми обоями при одинаковой освещенности? Конечно же, в комнате со светло-зеленым покрытием стен.

Таким образом, под яркостью освещаемой поверхности понимают то количество отраженной силы света относительно глаза наблюдателя, которое будет зависеть от окраски и отражающих свойств этой поверхности.

Яркость обозначается буквой L и равна отношению силы света к площади проекции освещаемой поверхности:

Как видно из формулы, яркость измеряется в кандела на один квадратный метр (кд/м2).

Данная формула справедлива в том случае, если глаз наблюдателя находится под углом 90 градусов к отражающей поверхности, так как тогда угол между падающим и отражающим углом составит 0 градусов, а cos0=1!

Если освещаемая поверхность будет рассматриваться человеческим глазом под некоторым углом а, то он увидит площадь проекции этой поверхности на плоскость, находящуюся под углом 90° по направлению к наблюдающему, тогда яркость будет равна:

Также термин яркость используется и для источников света, имеющих излучающие поверхности различных форм. Так, например, если взять лампу накаливания с колбой в форме шара, то проекция излучения в пространстве будет в виде круга с площадью πD2/4. Для цилиндрических ламп (газоразрядные) проекция представляет собой множество прямоугольников, которые вычисляются как произведение длины и ширины, а в данном случае умножения диаметра колбы на ее длину.

Источник