|
| |
|
Слаботочка Книги экран телевизора- Ю, полупроводниковый индикатор в электронных часах 3-10. \ Облученность {освещенность) или плотность облучения, энергетическая освещенность представляет собой плотность потока излучения по облучаемой поверхности: Е, = йФ,1йА, (4.11) где Ее, Вт-м2. (лм-м). Облученность, создаваемая на некоторой поверхности точечным источником, определяется формулой, объединяющей два важнейших закона геометрической оптики - обратных квадратов расстояния и косинуса: =-Лг) cos е/Л (4.12) где /е(г) -сила излучения в направлении г, /=г -расстояние от источника до поверхности и 9 - угол падения луча на облучаемый элемент поверхности dA. Энергетическая экспозиция {экспозиция) или количество облучения - энергия излучения, поступившая на единицу площадц облучаемой поверхности за все время облучения Т: ,= I E,{t)dt, (4.13) где Не, Дж-м-2; Н„, лк-с. Полная количественная характеристика всех перечисленных параметров задается их временным, пространственным, спектральным распределениями, т. е. функциями видаФе(Я, г, t). Если рассматривается спектральная плотность данных параметров, то они обозначаются соответствующими малыми буквами (фе(Я), 4(Я), lei}.) и т. д.), а в их размерность добавляется множитель мкм. При этом скорости временных изменений должны быть намного меньше частоты световых колебаний; пространственное распределение задается зависимостью либо от направления (для векторных величин /, L), либо от координат (для остальных); спектральное распределение для световых параметров имеет смысл лишь при 380:Я780 им. Между одинаковыми параметрами световой и энергетической систем существует взаимно однозначное соответствие. Для монохроматического и интегрального по спектру параметра можно записать (на примере Ф): ФЛЦ-1и.оУ{ЦФе{); (4.14) Ф„ = (/я)макс1 ФЛ)1(Х)Х, (4.15) где 7,1 = 380 им; Я,2=780 им. V{%) - функция относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения (или функция видности), представляющая спектральную чувствительность человеческого глаза, усредненную и нормированную, т. е. V{k) = \ при Л = 555 им (см. рис. 4.7); (/(;)макс=683 лмХ X Вт~- световая эффективность в максимуме функции видно-сти. Проиллюстрируем сказанное цифрами: поток излучения в 1 Вт в зеленой области (?i=555 нм) эквивалентен световому потоку в 683 ЛМ, в синей области {к=470 нм) - в 62 лм, а в пурпурно-красной (?1 = 690 нм) всего в 5,6 лм; 1 Вт солнечной энергии дает световой поток в 100 лм. По (4.14), (4.15) возможен и обратный переход от световых параметров к энергетическим - изменяется только техника расчета. Иногда используется понятие светового КПД, определяемого отношением J q)e(k)V{k)dk/q)e(k)dk и изменяющегося от 1 до 0. Световую эффективность источника или светоотдачу характеризуют отношением светового потока к полной мощности, потребляемой этим источником (в том числе и бесполезно расходуемой на безызлучательные механизмы потерь); для примера укажем, что светоотдача ламп накаливания составляет 2 ... 3 лм/Вт, газосветных ламп - 20 ... 40 лм/Вт, светодиодов - 5 ... 20 лм/Вт. . 4.2. ЦВЕТОВЫЕ ИЗА1ЕРЕНИЯ (КОЛОРИМЕТРИЯ) Цвет определяется как объективное свойство предметов, проявляющееся в спектральном составе генерируемого (пропускаемого, отражаемого) ими излучения и воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение. В этом определении даны два аспекта - физический (спектр излучения) и психофизиологический (воздействие этого излучения на глаза и мозг человека), неразрывно связанные друг с другом. Современная теория количественного описания цвета (основы ее заложены около 200 лет назад Юнгом и Гельмгольцем и предугаданы М. В. Ломоносовым) основана на однозначно установленном факте трихроматности зрения человека, т. е. зрительный аппарат содержит три вида рецепторов, каждый из которых преимущественно реагирует на красный, зеленый, синий цвет (см. § 4.3). Отправляясь от этого основополагающего эмпирического факта, вводя определенные упрощения и абстракции, удалось в конечном счете прийти к математически обоснованным представлениям о цвете. Прежде всего теория утверждает, что любой цвет может быть получен смешением цветов, при этом действует ряд закономерностей: линейно независимыми являются лишь 3 цвета, любой другой может быть получен как сумма определенных количеств этих, цветов; число линейно независимых систем из трех цветов не ограничено; при непрерывно изменяющемся спектральном составе излучения непрерывно меняется и его цвет; имеется однозначное соответствие цвета смеси и цветов отдельных компонентов смешиваемых излучателей. 112 Согласно этомуцвет математически выражается вектором в трехмерном цветовом пространстве, причем начало этого вектора совнадает с началом цветовой координатной системы (ЦКС). Цветовое пространство содержит,как все реально наблюдаемые цвета, так и физически не реализуемые цвета, возникающие вследствие того, что все точки этого пространства математически равноправны (например, цвет, все три координаты которого отрицательны). Если в качестве ортов цветового пространства использовать единичные векторь>1 трех основных цветов - красного Ги, зеленого Цп, синего Ьи - то любой цвет можно выразить в виде U = ;r„-bGg„-HBb„, (4.16) где R, G, В - количества соответствующих цветов. Реакция каждого из упомянутых выше глазных рецепторов на излучение не является монохроматически селективной, а характеризуется своей функцией видности. Сочетание функций видности всех трех рецепторов дает кривые сложения цветов. Однако прямыми измерениями их установить не удается; кроме того, оказывается, что для реализации любого из цветов необходимо идти на такие математические абстракции (например, допущение отрицательных цветов), которые реально не существуют. В соответствии со сказанным может быть подобрано бесконечное число групп по 3 кривых сложения, каждая из которых образует ЦКС, включающую в себя все цвета. При этом каждая из кривых сложения образуется как линейная комбинация функций видности упомянутых.трех типов рецепторов. Наиболее широко известны две цветовые координатные системы эмпирическая система RGB*, использующая в качестве основных цветов чистые спектральные излучения красного (?i = 700 нм), зеленого (546,1 нм) и синего (435,8 нм) цветов и кривые сложения рис. 4.4,й; феноменологическая система XYZ, основные цвета которой являются нереальными математическими абстракциями, а кривые сложения даны на рис. 4.4,6. Поясним смысл кривых сложения на примерах. Спектрально чистый цвет с Я=600 нм состоит из красного и зеленого компонентов в отношении 14:3 (рис. 4.4,й), излучение с ?i = 450 нм содержит цвета X, Y и Z в соотношениях 7,5 : 1 : 35. Кривые Гп, gn, Ьп: построены так, что для каждого из трех основных цветов отлична от нуля лишь ордината одной кривой. Принципиальный недостаток этих кривых сложения заключается в наличии отрицательного участка у кривой г„; при измерении вычитание цвета реализовать невозможно, поэтому в колориметрии эта система не применяется**. Тем не менее система RGB * Начальные буквы соответствующих слов английского языка. ** При измерении методов сравнения операиия вычитания заменяется прибавлением красного цвета к калиброванному цвету. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [36] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |