Яркость

Свеча чайного типа, снятая камерой яркости; ложные цвета обозначают уровни яркости на полосе справа (кд/м ²)

Яркость — это фотометрическая мера силы света единицу площади , на распространяющегося в заданном направлении. ^[1] Он описывает количество света, который проходит, излучается или отражается от определенной области и падает в пределах данного телесного угла .

Процедура преобразования спектральной яркости в яркость стандартизирована CIE и ISO . ^[2]

Яркость - это термин , обозначающий субъективное впечатление от объективного стандарта измерения яркости ( см. Объективность (наука) § Объективность измерения о важности этого контраста ).

Единицей в системе СИ яркости является кандела на квадратный метр (кд/м). ²). Термин, не относящийся к системе СИ для той же единицы, — это nit . Единицей в системе единиц сантиметр-грамм-секунда (CGS) (предшествовавшей системе СИ) является стильб , который равен одной канделе на квадратный сантиметр или 10 ккд/м. ².

Описание

Яркость часто используется для характеристики излучения или отражения от плоских, рассеянных поверхностей. Уровни яркости показывают, какую мощность света может обнаружить человеческий глаз, смотрящий на определенную поверхность под определенным углом зрения . Таким образом, яркость является показателем того, насколько яркой будет поверхность. глаза В данном случае интересующий телесный угол — это телесный угол, образованный зрачком .

Яркость используется в видеоиндустрии для характеристики яркости дисплеев. Типичный компьютерный дисплей излучает яркость от 50 до 300 кд/м. ². Солнце имеет яркость около 1,6 × 10 ⁹ кд/м ² в полдень. ^[3]

Яркость инвариантна в геометрической оптике . ^[4] Это означает, что для идеальной оптической системы яркость на выходе такая же, как яркость на входе.

Для реальных пассивных оптических систем выходная яркость максимально равна входной. Например, если использовать линзу для формирования изображения меньшего размера, чем исходный объект, световая мощность концентрируется на меньшей площади, а это означает, что освещенность изображения выше. Однако свет в плоскости изображения заполняет больший телесный угол, поэтому яркость оказывается одинаковой при условии отсутствия потерь на линзе. Изображение никогда не может быть «ярче» источника.

Влияние на здоровье

Повреждение сетчатки может произойти, когда глаз подвергается воздействию высокой яркости. Повреждение может произойти из-за местного нагрева сетчатки. Фотохимические эффекты также могут вызывать повреждения, особенно на коротких длинах волн. ^[5]

Серия стандартов IEC 60825 дает рекомендации по безопасности при воздействии на глаза лазеров, которые являются источниками высокой яркости. Серия стандартов IEC 62471 дает рекомендации по оценке фотобиологической безопасности ламп и ламповых систем, включая светильники. В частности, он определяет пределы воздействия, эталонную технику измерения и схему классификации для оценки и контроля фотобиологических опасностей, исходящих от всех некогерентных широкополосных источников оптического излучения с электрическим питанием, включая светодиоды, но исключая лазеры, в диапазоне длин волн от 200 до 3000 нм . Этот стандарт был разработан Международной комиссией по освещению как стандарт CIE S 009:2002.

Измеритель яркости

Измеритель яркости — это устройство, используемое в фотометрии , которое может измерять яркость в определенном направлении и под определенным телесным углом . Простейшие устройства измеряют яркость в одном направлении, тогда как измерители яркости изображения измеряют яркость аналогично тому, как цифровая камера записывает цветные изображения. ^[6]

Формулировка

Яркость указанной точки источника света в заданном направлении определяется смешанной частной производной $L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} \Sigma \,\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }}}$ где

$L v$ – яркость ( кд / м ²);
$д 2 Φ v$ — световой поток ( лм ), выходящий из области $dΣ$ в любом направлении, содержащемся внутри телесного угла $dΩ Σ$ ;
$dΣ$ — бесконечно малая площадь (м ²) источника, содержащего указанную точку;
$dΩ Σ$ — бесконечно малый телесный угол ( ср ), содержащий заданное направление; и
$θ Σ$ — угол между нормалью $n Σ$ к поверхности $dΣ$ и заданным направлением. ^[7]

Если свет проходит через среду без потерь, яркость не меняется вдоль данного светового луча . Когда луч пересекает произвольную поверхность $S$ , яркость определяется выражением $L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} S\,\mathrm {d} \Omega _{S}\cos \theta _{S}}}$ где

$d S$ — бесконечно малая площадь $S$ , видимая из источника внутри телесного угла $dΩ Σ$ ;
$dΩ S$ — бесконечно малый телесный угол, опирающийся на $dΣ,$ как видно из $d S$ ; и
$θ S$ — угол между нормалью $n S$ к $d S$ и направлением света.

В более общем смысле яркость вдоль светового луча можно определить как $L_{\mathrm {v} }=n^{2}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} G}}$ где

$d G$ — длинна бесконечно узкого луча, содержащего заданный луч;
$dΦ v$ – световой поток, переносимый этим лучом; и
$n$ – показатель преломления среды.

Отношение к освещенности

Яркость отражающей поверхности связана с получаемой ею освещенностью : $\int _{\Omega _{\Sigma }}L_{\text{v}}\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }=M_{\text{v}}=E_{\text{v}}R,$ где интеграл охватывает все направления излучения $Ω Σ$ ,

$M v$ поверхности — световая сила ;
$E v$ – полученная освещенность; и
$R$ – коэффициент отражения .

В случае идеально диффузного отражателя (также называемого ламбертовским отражателем ) яркость изотропна согласно закону косинуса Ламберта . Тогда отношения просто $L_{\text{v}}={\frac {E_{\text{v}}R}{\pi }}.$

Единицы

Для измерения яркости использовались различные единицы, помимо канделы на квадратный метр. Яркость — это, по сути, то же самое, что и поверхностная яркость — термин, используемый в астрономии. Это измеряется с помощью логарифмической шкалы, величины на квадратную угловую секунду (MPSAS).

Единицы яркости
v т и		кд/м ² ( Юнайтед СИ ) ≡ нит ≡ лм/м ²/ср	стильб (сб) ( СГС ) единица ≡ кд/см ²	апостильб (asb) ≡ блондинка	очки	шотландский (см.)	Ламберт (L)	фут-ламберт (fL) = 1 ⁄ $π$ кд/фут ²
1 кд/м ²	=	1	10 ⁻⁴	$п$ ≈ 3.142	10 ⁷ $п$ ≈ 3.142 × 10 ⁷	10 ³ $п$ ≈ 3.142 × 10 ³	10 ⁻⁴ $п$ ≈ 3.142 × 10 ⁻⁴	0.3048 ² $п$ ≈ 0.2919
1 сбн	=	10 ⁴	1	10 ⁴ $п$ ≈ 3.142 × 10 ⁴	10 ¹¹ $п$ ≈ 3.142 × 10 ¹¹	10 ⁷ $п$ ≈ 3.142 × 10 ⁷	$п$ ≈ 3.142	30.48 ² $п$ ≈ 2919
1 пожалуйста	=	1 ⁄ $р$ ≈ 0.3183	10 ⁻⁴ ⁄ $р$ ≈ 3.183 × 10 ⁻⁵	1	10 ⁷	10 ³	10 ⁻⁴	0.3048 ² ≈ 0.09290
1 стакан	=	10 ⁻⁷ ⁄ $р$ ≈ 3.183 × 10 ⁻⁸	10 ⁻¹¹ ⁄ $р$ ≈ 3.183 × 10 ⁻¹²	10 ⁻⁷	1	10 ⁻⁴	10 ⁻¹¹	0.3048 ²× 10 ⁻⁷ ≈ 9.290 × 10 ⁻⁹
1 ск	=	10 ⁻³ ⁄ $р$ ≈ 3.183 × 10 ⁻⁴	10 ⁻⁷ ⁄ $р$ ≈ 3.183 × 10 ⁻⁸	10 ⁻³	10 ⁴	1	10 ⁻⁷	0.3048 ²× 10 ⁻³ ≈ 9.290 × 10 ⁻⁵
1 л	=	10 ⁴ ⁄ $р$ ≈ 3183	1 ⁄ $р$ ≈ 0.3183	10 ⁴	10 ¹¹	10 ⁷	1	0.3048 ²× 10 ⁴ ≈ 929.0
1 фл	=	1 ⁄ 0.3048 ² ⁄ $р$ ≈ 3.426	1 ⁄ 30.48 ² ⁄ $р$ ≈ 3.426 × 10 ⁻⁴	1 ⁄ 0.3048 ² ≈ 10.76	10 ⁷ ⁄ 0.3048 ² ≈ 1.076 × 10 ⁸	10 ³ ⁄ 0.3048 ² ≈ 1.076 × 10 ⁴	10 ⁻⁴ ⁄ 0.3048 ² ≈ 1.076 × 10 ⁻³	1

См. также

Относительная яркость
Порядки величины (яркость)
Диффузное отражение
Степень
Значение экспозиции § EV как мера яркости и освещенности
Ламбертовское отражение
Легкость (цвет)
Luma — представление яркости на видеомониторе.
Люмен (единица измерения)
Сияние , радиометрическая величина, аналогичная яркости.
Яркость , субъективное впечатление от яркости
Яркий свет (видение)

Таблица единиц измерения света СИ

Фотометрические величины SI
v
т
и
Количество		Единица		Измерение ^{[номер 1]}	Примечания
Имя	Символ ^{[номер 2]}	Имя	Символ	Измерение ^{[номер 1]}	Примечания
Световая энергия	$Вопрос в$ ^{[номер 3]}	люмен-секунда	lm ⋅s	T ⋅ J	Люмен-секунду иногда называют талботом .
Световой поток , световая мощность	$Φ в$ ^{[номер 3]}	люмен (= кандела стерадиан )	лм (= кд⋅ср)	Дж	Световая энергия в единицу времени
Сила света	$я в$	кандела (= люмен на стерадиан)	кд (= лм/ср)	Дж	Световой поток на единицу телесного угла
Яркость	$Л в$	кандела на квадратный метр	кд/м ² (= лм/(ср⋅м ²))	л ⁻²⋅ J	Световой поток на единицу телесного угла на единицу проецируемой площади источника. Канделу на квадратный метр иногда называют нитой .
Освещенность	$Э в$	люкс (= люмен на квадратный метр)	лк (= лм/м ²)	л ⁻²⋅ J	Световой поток, падающий на поверхность
Световой поток , световой поток	$М в$	люмен на квадратный метр	лм/м ²	л ⁻²⋅ J	Световой поток, излучаемый поверхностью
Световая экспозиция	$Вт в$	люкс секунда	lx⋅s	л ⁻²⋅ T ⋅ J	Интегрированная по времени освещенность
Плотность световой энергии	$ω v$	люмен-секунда на кубический метр	лм⋅с/м ³	л ⁻³⋅ T ⋅ J
Световая отдача (излучения)	$К$	люмен на ватт	лм/ Вт	М ⁻¹⋅ L ⁻²⋅ T ³⋅ J	Отношение светового потока к лучистому потоку
Световая отдача (источника)	$или$ ^{[номер 3]}	люмен на ватт	лм/ Вт	М ⁻¹⋅ L ⁻²⋅ T ³⋅ J	Отношение светового потока к потребляемой мощности
Световая отдача , световой коэффициент	$V$			1	Световая отдача, нормированная по максимально возможной эффективности
См. также: И Фотометрия Радиометрия

^ Символы в этом столбце обозначают размеры ; « L », « T » и « J » обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы единиц измерения: литр, тесла и джоуль.
^ Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотонными величинами. Например: Стандартные буквенные обозначения США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Иногда встречаются альтернативные символы: $W$ для световой энергии, $P$ или $F$ для светового потока и $ρ$ для световой эффективности источника.

Ссылки

^ «Яркость, 17-21-050» . CIE S 017:2020 ILV: Международный словарь по освещению, 2-е издание . CIE – Международная комиссия по освещению. 2020 . Проверено 20 апреля 2023 г.
^ ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия. Система физической фотометрии CIE . ИСО/МКО. 2023. doi : 10.25039/IS0.CIE.23539.2023 .
^ «Яркость» . Словарь светодизайна . Проверено 13 апреля 2009 г.
^ Дербанд, Бернд; Гросс, Герберт; Мюллер, Генриетта (2012). Гросс, Герберт (ред.). Справочник по оптическим системам . Том. 5. Метрология оптических компонентов и систем. Уайли . п. 326. ИСБН 978-3-527-40381-3 .
^ МЭК 60825-1: 2014. Безопасность лазерной продукции. Часть 1: Классификация оборудования и требования (на английском, французском и испанском языках) (3-е изд.). Международная электротехническая комиссия . 15 мая 2014 г. п. 220. - ТК 76 - Оптическая радиационная безопасность и лазерная техника.
^ «e-ILV: Измеритель яркости» . CIE. Архивировано из оригинала 16 сентября 2017 года . Проверено 20 февраля 2013 г.
^ Чавес, Хулио (2015). Введение в неотображающую оптику, второе издание . ЦРК Пресс . п. 679. ИСБН 978-1482206739 . Архивировано из оригинала 18 февраля 2016 г.

Внешние ссылки

Руководство Kodak по оценке яркости и освещенности с помощью экспонометра камеры. Также доступен в формате PDF .
Autodesk Design Academy Измерение уровня освещенности

[note-dimension-symbol-8] Символы в этом столбце обозначают размеры ; « L », « T » и « J » обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы единиц измерения: литр, тесла и джоуль.

[note-suffix-v-9] Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотонными величинами. Например: Стандартные буквенные обозначения США для светотехники USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967.

[note-alternative-symbol-photometric-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Иногда встречаются альтернативные символы: $W$ для световой энергии, $P$ или $F$ для светового потока и $ρ$ для световой эффективности источника.

[1] «Яркость, 17-21-050» . CIE S 017:2020 ILV: Международный словарь по освещению, 2-е издание . CIE – Международная комиссия по освещению. 2020 . Проверено 20 апреля 2023 г.

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

[3] «Яркость» . Словарь светодизайна . Проверено 13 апреля 2009 г.

[4] Дербанд, Бернд; Гросс, Герберт; Мюллер, Генриетта (2012). Гросс, Герберт (ред.). Справочник по оптическим системам . Том. 5. Метрология оптических компонентов и систем. Уайли . п. 326. ИСБН 978-3-527-40381-3 .

[iec-2060825-1-5] МЭК 60825-1: 2014. Безопасность лазерной продукции. Часть 1: Классификация оборудования и требования (на английском, французском и испанском языках) (3-е изд.). Международная электротехническая комиссия . 15 мая 2014 г. п. 220. - ТК 76 - Оптическая радиационная безопасность и лазерная техника.

[6] «e-ILV: Измеритель яркости» . CIE. Архивировано из оригинала 16 сентября 2017 года . Проверено 20 февраля 2013 г.

[7] Чавес, Хулио (2015). Введение в неотображающую оптику, второе издание . ЦРК Пресс . п. 679. ИСБН 978-1482206739 . Архивировано из оригинала 18 февраля 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[номер 1]

[номер 2]

[номер 3]