Функция светоотдачи

Фотопическая (черная) и скотопическая (зеленая) функции светоотдачи. ^{[с 1]} Фотография включает стандарт CIE 1931 года. ^{[с 2]} (сплошной), модифицированные данные Джадда – Воса, 1978 г. ^{[с 3]} (пунктир) и данные Шарпа, Стокмана, Ягла и Ягле за 2005 г. ^{[с 4]} (пунктир). Горизонтальная ось — длина волны в нм .

Функция светоотдачи или функция яркости представляет собой среднюю чувствительность человеком зрительного восприятия света спектральную . Он основан на субъективных суждениях о том, какой из пары разноцветных огней ярче, чтобы описать относительную чувствительность к свету разных длин волн . Это не абсолютная ссылка на какого-либо конкретного человека, а стандартное представление наблюдателя о визуальной чувствительности теоретического человеческого глаза . Он ценен в качестве основы для экспериментальных целей и в колориметрии . Различные функции светоотдачи применяются в разных условиях освещения: от фотопических в условиях яркого освещения до мезопических и скотопических в условиях низкой освещенности. Если не указано иное, функция светоотдачи обычно относится к фотопической функции светоотдачи.

Функция фотопической светоотдачи CIE $y (λ)$ или $V (λ)$ — это стандартная функция, установленная Международной комиссией по освещению (CIE) и стандартизированная в сотрудничестве с ISO . ^[1] и может использоваться для преобразования лучистой энергии в световую (т.е. видимую) энергию. Он также образует центральную функцию сопоставления цветов в цветовом пространстве CIE 1931 .

Подробности

Обычно используются две функции светоотдачи. Для повседневных уровней освещенности функция фотопической яркости лучше всего соответствует реакции человеческого глаза. При низких уровнях освещенности реакция человеческого глаза меняется, и применяется скотопическая кривая. Фотопическая кривая — это стандартная кривая CIE, используемая в цветовом пространстве CIE 1931.

Световой поток (или видимая мощность) в источнике света определяется функцией фотопической светимости. Следующее уравнение рассчитывает общий световой поток источника света:

\Phi _{\mathrm {v} }=683.002\ (\mathrm {lm/W} )\cdot \int _{0}^{\infty }{\overline {y}}(\lambda )\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda ,

где

Φ _v — световой поток , в люменах;
Φ _e,λ — спектральный поток излучения , в ваттах на нанометр;
y ( λ ), также известный как V ( λ ), — безразмерная функция светимости;
λ — длина волны в нанометрах.

Формально интеграл представляет собой скалярное произведение функции светимости на спектральное распределение мощности . ^[2] На практике интеграл заменяется суммой по дискретным длинам волн, для которых доступны табличные значения функции светоотдачи. CIE до распространяет стандартные таблицы со значениями функции светимости с нм от 380 интервалом 5 780 нм . ^{[ссылка 1]}

Стандартная функция светоотдачи нормализована до пикового значения, равного единице при длине волны 555 нм (см. световой коэффициент ). Значение константы перед интегралом обычно округляют до 683 лм/Вт . Небольшое превышение дробного значения происходит из-за небольшого несоответствия между определением просвета и пиком функции светимости. Люмен определяется как единица для энергии излучения 1/683 Вт на частоте 540 ТГц , что соответствует стандартной длине волны воздуха 555,016 нм , а не 555 нм , что является пиком кривой светимости. Значение y ( λ ) составляет 0,999 997 при длине волны 555,016 нм , так что значение 683/ 0,999 997 = 683,002 является мультипликативной константой. ^[3]

Число 683 связано с современным (1979 г.) определением канделы , единицы силы света . ^{[ссылка 2]} Это произвольное число привело к тому, что новое определение дало числа, эквивалентные числам из старого определения канделы.

Улучшения стандарта

Фотопическая функция светимости CIE 1924 V ( λ ), ^{[ссылка 3]} которая включена в функции согласования цветов CIE 1931 года как функция y ( λ ), давно признано недооценивающим вклад синего конца спектра в воспринимаемую яркость. Предпринимались многочисленные попытки улучшить стандартную функцию, чтобы сделать ее более представительной для человеческого зрения. Джадд в 1951 году ^[4] улучшен Восом в 1978 году, ^[5] привел к появлению функции, известной как CIE ( _VM λ ) . ^[6] Совсем недавно Шарп, Стокман, Ягла и Ягле (2005) разработали функцию, соответствующую основам конуса Стокмана и Шарпа ; ^[7] их кривые показаны на рисунке выше.

Впоследствии в 2011 году Stockman & Sharpe разработала улучшенную функцию, принимая во внимание эффекты хроматической адаптации при дневном свете . ^[8] Их работа в 2008 году ^[9] выявило, что «световая отдача или функции V(l) резко изменяются при хроматической адаптации». ^[10]

стандарт ИСО

Стандарт ISO — ISO/CIE FDIS 11664-1. Стандарт предоставляет инкрементную таблицу на нм каждого значения в видимом диапазоне для функции CIE 1924. ^[11]^[12]

Скотопическая светимость

При очень низких уровнях интенсивности ( скотопическое зрение ) чувствительность глаза опосредуется палочками, а не колбочками, и смещается в сторону фиолетового цвета , достигая максимума около 507 нм для молодых глаз; чувствительность эквивалентна 1699 лм/Вт ^[13] или 1700 лм/Вт ^[14] на этом пике. Стандартная скотопическая функция светоотдачи или V ′ ( λ ) была принята CIE в 1951 году на основе измерений Уолда (1945) и Кроуфорда (1949). ^[15]

Яркость мезопического зрения , широкая переходная полоса между скотопическим и фототическим зрением, стандартизирована хуже. По общему мнению, эту светоотдачу можно выразить как средневзвешенное скотопическое и мезопическое светимость, но разные организации предоставляют разные весовые коэффициенты. ^[16]

Цветовая слепота

Протанопическая (красный пунктир) и дейтеранопная (зеленый пунктир) функции светимости. ^[17] Для сравнения показана стандартная фотопическая кривая (черная, сплошная).

Цветовая слепота изменяет чувствительность глаза в зависимости от длины волны. У людей с протанопией пик реакции глаза смещен в сторону коротковолновой части спектра (приблизительно 540 нм), а у людей с дейтеранопией наблюдается небольшой сдвиг пика спектра, примерно до 560 нм. . ^[17] Люди с протанопией практически не имеют чувствительности к свету с длиной волны более 670 нм.

Большинство не являющихся приматами, млекопитающих, имеют ту же функцию светоотдачи, что и люди с протанопией. Их нечувствительность к длинноволновому красному свету позволяет использовать такое освещение при изучении ночной жизни животных. ^[18]

У пожилых людей с нормальным цветовым зрением хрусталик может слегка пожелтеть из-за катаракты , что смещает максимум чувствительности в красную часть спектра и сужает диапазон воспринимаемых длин волн. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Видимая величина
Цветовое зрение
Квантовая эффективность , эквивалент датчика изображения
А-взвешивание и контур равной громкости , связанные концепции звука

Ссылки

^ ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия. Система физической фотометрии CIE . ИСО/МКО. 2023. doi : 10.25039/IS0.CIE.23539.2023 .
^ Чарльз А. Пойнтон (2003). Цифровое видео и HDTV: алгоритмы и интерфейсы . Морган Кауфманн. ISBN 1-55860-792-7 .
^ Выжецкий, Гюнтер и Стайлз, WS (2000). Наука о цвете - концепции и методы, количественные данные и формулы (2-е изд.). Уайли-Интерсайенс. ISBN 0-471-39918-3 .
^ Джадд, Дин Б. и Вышекки, Гюнтер (1975). Цвет в бизнесе, науке и промышленности (3-е изд.). Джон Уайли. ISBN 0-471-45212-2 .
^ Вос, Джей-Джей (1978). «Колориметрические и фотометрические свойства фундаментального наблюдателя 2 °». Исследование и применение цвета . 3 (3): 125–128. дои : 10.1002/col.5080030309 .
^ Стайлз, У.С.; Берч, Дж. М. (1955). «Промежуточный отчет Международной комиссии по освещению в Цюрихе, 1955 г., об исследовании Национальной физической лаборатории по сопоставлению цветов». Оптика Акта . 2 (4): 168–181. Бибкод : 1955AcOpt...2..168S . дои : 10.1080/713821039 .
^ Шарп, LT; Стокман, А.; Ягла, В.; Ягле, Х. (2005). «Функция светоотдачи V*(λ) для адаптации к дневному свету» (PDF) . Журнал видения . 5 (11): 948–968. дои : 10.1167/5.11.3 . ПМИД 16441195 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 г.
^ Шарп, LT; Стокман, А.; и др. (февраль 2011 г.). «Функция светоотдачи, V*D65(λ), для адаптации к дневному свету: поправка» . ЦВЕТ Исследования и применение . 36 (1): 42–46. дои : 10.1002/col.20602 .
^ Стокман, А; Ягле, Х; Пирцер, М; Шарп, LT (15 декабря 2008 г.). «Зависимость светоотдачи от хроматической адаптации» . Журнал видения . 8 (16): 1,1–26. дои : 10.1167/8.16.1 . ПМИД 19146268 .
^ Стокман, Эндрю (декабрь 2019 г.). «Основы конуса и стандарты CIE» (PDF) . Современное мнение в области поведенческих наук . 30 : 87–93. дои : 10.1016/j.cobeha.2019.06.005 . S2CID 199544026 . Проверено 27 октября 2023 г.
^ «Колориметрия. Часть 1: стандартные колориметрические наблюдатели CIE» . Проверено 9 декабря 2018 г.
^ «Кей и Лаби; таблицы физических и химических констант; Общая физика; Подраздел: 2.5.3 Фотометрия» . Национальная физическая лаборатория; Великобритания. Архивировано из оригинала 1 мая 2019 года . Проверено 9 декабря 2018 г.
^ Кохей Нарисада; Дуко Шредер (2004). Справочник по световому загрязнению . Спрингер. ISBN 1-4020-2665-Х .
^ Казимер ДеКусатис (1998). Справочник по прикладной фотометрии . Спрингер. ISBN 1-56396-416-3 .
^ «Функция скотопической светимости» .
^ Фотопический и скотопический просвет - 4: Когда фотопический просвет нас подводит.
^ Перейти обратно: ^а ^б Джадд, Дин Б. (1979). Вклад в науку о цвете . Вашингтон, округ Колумбия, 20234: NBS. п. 316. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
^ И.С. МакЛеннан и Дж. Тейлор-Джеффс (2004). «Использование натриевых ламп для яркого освещения мышиных домиков в темное время суток» (PDF) . Лабораторные животные . 38 (4): 384–392. дои : 10.1258/0023677041958927 . ПМИД 15479553 . S2CID 710605 . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

Документы CIE

^ «Избранные колориметрические таблицы CIE» . Архивировано из оригинала 31 января 2017 г.
^ Резолюция 3 16-й Генеральной конференции по мерам и весам , CR, 100 (1979 г.) и Metrologia , 16 , 56 (1980 г.).
^ CIE (1926). Протоколы Международной комиссии по освещению, 1924 год . Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

Данные кривой

^ «Кривая скотопической яркости CIE (1951)» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г.
^ «CIE (1931) Функции сопоставления цветов по 2 градуса» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г.
^ «Джадд-Вос, модифицированная 2-градусная кривая фотопической светимости CIE (1978)» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г.
^ «Шарп, Стокман, Ягла и Ягле (2005) Функция светоотдачи 2 градуса V * (l)» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 г.

Внешние ссылки

Лаборатория цвета и исследований зрения - таблицы данных светоотдачи

[5] ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия. Система физической фотометрии CIE . ИСО/МКО. 2023. doi : 10.25039/IS0.CIE.23539.2023 .

[Charles2003-6] Чарльз А. Пойнтон (2003). Цифровое видео и HDTV: алгоритмы и интерфейсы . Морган Кауфманн. ISBN 1-55860-792-7 .

[Wyszecki2000-8] Выжецкий, Гюнтер и Стайлз, WS (2000). Наука о цвете - концепции и методы, количественные данные и формулы (2-е изд.). Уайли-Интерсайенс. ISBN 0-471-39918-3 .

[Judd1975-11] Джадд, Дин Б. и Вышекки, Гюнтер (1975). Цвет в бизнесе, науке и промышленности (3-е изд.). Джон Уайли. ISBN 0-471-45212-2 .

[Vos1978-12] Вос, Джей-Джей (1978). «Колориметрические и фотометрические свойства фундаментального наблюдателя 2 °». Исследование и применение цвета . 3 (3): 125–128. дои : 10.1002/col.5080030309 .

[Stiles1955-13] Стайлз, У.С.; Берч, Дж. М. (1955). «Промежуточный отчет Международной комиссии по освещению в Цюрихе, 1955 г., об исследовании Национальной физической лаборатории по сопоставлению цветов». Оптика Акта . 2 (4): 168–181. Бибкод : 1955AcOpt...2..168S . дои : 10.1080/713821039 .

[Sharpe2005-14] Шарп, LT; Стокман, А.; Ягла, В.; Ягле, Х. (2005). «Функция светоотдачи V*(λ) для адаптации к дневному свету» (PDF) . Журнал видения . 5 (11): 948–968. дои : 10.1167/5.11.3 . ПМИД 16441195 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 г.

[S&S2011-15] Шарп, LT; Стокман, А.; и др. (февраль 2011 г.). «Функция светоотдачи, V*D65(λ), для адаптации к дневному свету: поправка» . ЦВЕТ Исследования и применение . 36 (1): 42–46. дои : 10.1002/col.20602 .

[16] Стокман, А; Ягле, Х; Пирцер, М; Шарп, LT (15 декабря 2008 г.). «Зависимость светоотдачи от хроматической адаптации» . Журнал видения . 8 (16): 1,1–26. дои : 10.1167/8.16.1 . ПМИД 19146268 .

[Stockman2019-17] Стокман, Эндрю (декабрь 2019 г.). «Основы конуса и стандарты CIE» (PDF) . Современное мнение в области поведенческих наук . 30 : 87–93. дои : 10.1016/j.cobeha.2019.06.005 . S2CID 199544026 . Проверено 27 октября 2023 г.

[18] «Колориметрия. Часть 1: стандартные колориметрические наблюдатели CIE» . Проверено 9 декабря 2018 г.

[19] «Кей и Лаби; таблицы физических и химических констант; Общая физика; Подраздел: 2.5.3 Фотометрия» . Национальная физическая лаборатория; Великобритания. Архивировано из оригинала 1 мая 2019 года . Проверено 9 декабря 2018 г.

[Kohei2004-20] Кохей Нарисада; Дуко Шредер (2004). Справочник по световому загрязнению . Спрингер. ISBN 1-4020-2665-Х .

[Casimer1998-21] Казимер ДеКусатис (1998). Справочник по прикладной фотометрии . Спрингер. ISBN 1-56396-416-3 .

[22] «Функция скотопической светимости» .

[visual3d-23] Фотопический и скотопический просвет - 4: Когда фотопический просвет нас подводит.

[judd-24] Перейти обратно: ^а ^б Джадд, Дин Б. (1979). Вклад в науку о цвете . Вашингтон, округ Колумбия, 20234: NBS. п. 316. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )

[25] И.С. МакЛеннан и Дж. Тейлор-Джеффс (2004). «Использование натриевых ламп для яркого освещения мышиных домиков в темное время суток» (PDF) . Лабораторные животные . 38 (4): 384–392. дои : 10.1258/0023677041958927 . ПМИД 15479553 . S2CID 710605 . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[CIEdocs-7] «Избранные колориметрические таблицы CIE» . Архивировано из оригинала 31 января 2017 г.

[candela-9] Резолюция 3 16-й Генеральной конференции по мерам и весам , CR, 100 (1979 г.) и Metrologia , 16 , 56 (1980 г.).

[CIE1926-10] CIE (1926). Протоколы Международной комиссии по освещению, 1924 год . Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

[scvl-1] «Кривая скотопической яркости CIE (1951)» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г.

[ciexyz31-2] «CIE (1931) Функции сопоставления цветов по 2 градуса» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г.

[vljv-3] «Джадд-Вос, модифицированная 2-градусная кривая фотопической светимости CIE (1978)» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г.

[ssvl2-4] «Шарп, Стокман, Ягла и Ягле (2005) Функция светоотдачи 2 градуса V * (l)» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 г.

[с 1]

[с 2]

[с 3]

[с 4]

[1]

[2]

[ссылка 1]

[3]

[ссылка 2]

[ссылка 3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]