Спектральное распределение мощности

В радиометрии , фотометрии и науке о цвете измерение спектрального распределения мощности ( SPD ) описывает мощность на единицу площади на единицу длины волны ( освещения светимость излучения ). В более общем смысле термин «распределение спектральной мощности» может относиться к концентрации, как функции длины волны, любой радиометрической или фотометрической величины (например, лучистой энергии , лучистого потока , интенсивности излучения , сияния , освещенности , лучистости , излучательности , яркости , светового потока). , сила света , освещенность , светосила ). ^[1]^[2]^[3]^[4]

Знание SPD имеет решающее значение для приложений оптических сенсорных систем. Оптические свойства, такие как пропускание , отражательная способность и поглощение , а также реакция датчика обычно зависят от длины волны падающего света. ^[3]

Физика

Математически для распределения спектральной мощности мощности излучения или освещенности можно записать:

M(\lambda )={\frac {\partial ^{2}\Phi }{\partial A\,\partial \lambda }}\approx {\frac {\Phi }{A\,\Delta \lambda }}

где M ( λ ) — спектральная освещенность (или световая мощность) света ( единицы СИ : Вт /м). ² = кг м ⁻¹· с ⁻³); Φ – лучистый поток источника (единицы СИ: ватт, Вт); A — площадь, по которой интегрируется лучистый поток (единица СИ: квадратный метр, м). ²); — λ длина волны (единица СИ: метр, м). (Обратите внимание, что длину волны света удобнее выражать в нанометрах ; тогда спектральная яркость будет выражаться в единицах Вт·м. ⁻²· нм ⁻¹.) Приближение справедливо, когда площадь и интервал длин волн малы. ^[5]

Относительное СПД

Характеристические спектральные распределения мощности (SPD) лампы накаливания (слева) и люминесцентной лампы (справа). Горизонтальные оси указаны в нанометрах , а вертикальные оси показывают относительную интенсивность в произвольных единицах.

Отношение спектральной концентрации (излучения или интенсивности излучения) на данной длине волны к концентрации эталонной длины волны дает относительную СПД. ^[4] Это можно записать как:

M_{\mathrm {rel} }(\lambda )={\frac {M(\lambda )}{M\left(\lambda _{0}\right)}}

Например, яркость глаза осветительных приборов и других источников света обрабатывается отдельно, спектральное распределение мощности может быть нормализовано тем или иным способом, часто до единицы на длине волны 555 или 560 нанометров, совпадающей с пиком функции светимости . ^[2]^[6]

Отзывчивость

SPD можно использовать для определения отклика датчика на определенной длине волны. При этом выходная мощность датчика сравнивается с входной мощностью как функция длины волны. ^[7] Это можно обобщить в следующей формуле:

R(\lambda )={\frac {S(\lambda )}{M(\lambda )}}

Знание чувствительности полезно для определения освещения, компонентов интерактивных материалов и оптических компонентов для оптимизации производительности конструкции системы.

Источник СПД и материя

Распределение спектральной мощности источника в видимом спектре может иметь различные концентрации относительных SPD. Взаимодействие между светом и материей влияет на поглощающие и отражательные свойства материалов и впоследствии приводит к образованию цвета, который меняется в зависимости от источника освещения. ^[8]

Например, относительное распределение спектральной мощности Солнца при прямом наблюдении создает белый вид, но когда солнечный свет освещает атмосферу Земли, небо кажется голубым при нормальных условиях дневного света. Это происходит из-за оптического явления, называемого рэлеевским рассеянием , которое приводит к концентрации более коротких волн и, следовательно, к появлению синего цвета. ^[3]

SPD источника и цветопередача

Сравнение цветовой температуры обычных электрических ламп

Визуальная реакция человека зависит от трихромазии для обработки внешнего вида цвета. В то время как зрительная реакция человека интегрируется по всем длинам волн, относительное распределение спектральной мощности предоставит информацию для моделирования внешнего вида цвета , поскольку концентрация диапазонов длин волн станет основным фактором, влияющим на воспринимаемый цвет. ^[8]

Это становится полезным в фотометрии и колориметрии , поскольку воспринимаемый цвет меняется в зависимости от освещения источника и спектрального распределения и совпадает с метамеризмами , когда изменяется внешний вид цвета объекта. ^[8]

Спектральный состав источника также может совпадать с цветовой температурой, что приводит к различиям в цвете из-за температуры источника. ^[4]

См. также

Ссылки

^ Марк Д. Фэйрчайлд (2005). Цвет Внешний вид Модели . Джон Уайли и сыновья . ISBN 0-470-01216-1 .
^ Jump up to: ^а ^б Майкл Р. Перес (2007). Фокальная энциклопедия фотографии . Фокальная пресса . ISBN 978-0-240-80740-9 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уильям Росс МакКлюни (1994). Введение в радиометрию и фотометрию . Бостон: Артех Хаус. ISBN 0890066787 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Франк К. Грум (1979). Измерения оптического излучения (т. 1) . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 0123049016 .
^ Клер Л. Вятт (1987). Проектирование радиометрической системы . Нью-Йорк: Макмиллан. ISBN 0029488001 .
^ Выжецкий, Гюнтер; Стайлз, Уолтер Стэнли (1982). Наука о цвете: концепции и методы; Количественные данные и формулы (второе изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-39918-6 .
^ Роберт В. Бойд (1983). Радиометрия и регистрация оптического излучения . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 047186188X .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уильям Дэвид Райт (1969). Измерение цвета . Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд Ко.

Внешние ссылки

Кривые распределения спектральной мощности , GE Lighting.

[1] Марк Д. Фэйрчайлд (2005). Цвет Внешний вид Модели . Джон Уайли и сыновья . ISBN 0-470-01216-1 .

[focal-2] Jump up to: ^а ^б Майкл Р. Перес (2007). Фокальная энциклопедия фотографии . Фокальная пресса . ISBN 978-0-240-80740-9 .

[intro-3] Jump up to: ^а ^б ^с Уильям Росс МакКлюни (1994). Введение в радиометрию и фотометрию . Бостон: Артех Хаус. ISBN 0890066787 .

[meas-4] Jump up to: ^а ^б ^с Франк К. Грум (1979). Измерения оптического излучения (т. 1) . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 0123049016 .

[des-5] Клер Л. Вятт (1987). Проектирование радиометрической системы . Нью-Йорк: Макмиллан. ISBN 0029488001 .

[WyszeckiStiles-6] Выжецкий, Гюнтер; Стайлз, Уолтер Стэнли (1982). Наука о цвете: концепции и методы; Количественные данные и формулы (второе изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-39918-6 .

[det-7] Роберт В. Бойд (1983). Радиометрия и регистрация оптического излучения . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 047186188X .

[mcol-8] Jump up to: ^а ^б ^с Уильям Дэвид Райт (1969). Измерение цвета . Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд Ко.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]