Világítástechnika I. VEMIVIB544V A fény és tulajdonságai, fotometriai alapfogalmak és színmérés
tartalom Fotometriai ismétlés Fénysűrűség Színmérés Sugárzáseloszlások
Lambert (reflektáló) felület egyenletesen diffúzan reflektáló felület nincs tükrös reflexiója reflexiós együttható: ρ = φ refl / φ be φ refl = φ be cosα. ρ a reflektált sugársűrűség irányfüggetlen: L refl (δ)= const.
Lambert reflektáló megvilágítás: E visszavert sugárzás, a sugársűrűség irányfüggetlen: L = ρ E π beesõ sugárnyaláb reflektáló felület felület normálisa visszavert sugár sugársûrûségi vektor
Lambert sugárzó sugársűrűsége szögfüggetlen: L(δ) =L(ε,φ) = const. L dω n δ d ω ε P φ d A
Fotometria az optikai sugárzást a látószerv színképi érzékenységéne k megfelelően értékeli vizuális alapkísérlet: fényinger egyenlőség színes vizsgáló sugárforrás összehasonlító sugárforrás
Villogásos fotometria világosságészlelet egyenlőség meghatározása bizonytalan két fényingert felváltva juttatva a szembe, frekvenciát növelve, előbb szűnik meg a színkülönbség észlelet, mint az intenzitás észlelet (10 20 Hz-es tartomány)
Villogásos fotométer elvi felépítése körszektor összehasonlító sugárzás forrása tükör motor monokromátor féligáteresztõ tükör megfigyelõ szeme fényrekesz 1 3 6 4 vizsgálandó sugárzás forrása sugárzás mérõ
Sugársűrűség n d A δ L d ω A sugárzó felület da felületeleme által a felület normálisától (n) δ szögre elhelyezkedő irányban, a dω elemi térszögben kibocsátott dφ sugáráram L = d 2 φ/(dω da cosδ), spektrális sugársűrűség: L λ = dl/dλ = = d 3 φ/(dω da cosδ dλ)
Fénysűrűség a da 1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó dω térszögben sugárzott dφ fényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa: ε d 2 Φ d ω L v = 2 φv Ω A cosε 1 1 da 1 egysége:cd/m 2, jele: L v φ
Anyagjellemzők Reflexió, abszorpció, transzmisszió
Kontraszt, kontrasztviszony kontraszt: c = t ahol L L t a jel (target) fénysűrűsége L b a háttér (background) fénysűrűsége kontrasztviszony: L b L b c v = L L t b
Hatásfok, fényhasznosítás sugárzási hatásfok, jel: η a sugárzó sugárzott és felvett teljesítményének hányadosa sugárforrás fényhasznosítása, egysége: lm/w a kibocsátott fényáram és a sugárzó által felvett teljesítmény hányadosa
Fényforrások fényhasznosítása Fényforrás típusa Fényhasznosítás (lm/w) Hagyományos izzólámpa 14,4 Halogén izzólámpa 17 Kompakt fénycső 85 Nagynyomású fémhalogén lámpa Nagynyomású Na-lámpa 116 Kisnyomású Na-lámpa 206 LED (világító dióda) 80 200 (303) 90
Szkotopos, mezopos és fotopos fénysűrűségi tartomány lg(cd/m² ) -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 szkotopos mezopos fotopos
Mezopos fotometria CAD laboratóriumokban és irányító központokban előforduló számítástechnikusi feladat útvilágítás 3 cd/m 2 és 10-3 cd/m 2 közötti fénysűrűség tartomány szem színképi érzékenysége V(λ)-tól V (λ) felé tolódik el.
A szín fogalma A szín fogalmát kiegészítés nélkül ne használjuk! - inger vagy észlelet színészlelet - pszichológiai fogalom színinger - pszichofizikai fogalom radiometria - fizikai fogalom fotometria - a színinger egyik dimenziója
Színmérés A szín észlelet, agyunkban keletkezik számszerű leírás: színinger, mely az észleletet kiváltja színinger-megfeleltetés színinger keltés: additív színkeverés : monitor szubtraktív színkeverés: színes film, nyomtató
Színkeverés additív és szubtraktív színkeverés
Az additív színmegfeleltetés alapkísérlete összehasonlító fényforrások intenzitást szabályozó fényrekesz vizsgálandó fényforrás
Additív színingerkeverés Additivitás: Ha C 1 R 1 (R)+G 1 (G)+B 1 (B) C 2 R 2 (R)+G 2 (G)+B 2 (B) akkor C R(R)+G(G)+B(B), ahol R= R 1 + R 2, G= G 1 + G 2, B= B 1 + B 2,
Additív színingerkeverés Proporcionalitás Ha C 1 R 1 (R)+G 1 (G)+B 1 (B) akkor ac 1 ar 1 (R)+aG 1 (G)+aB 1 (B)
Additív színkeverés - Grassmann törvények Minden színinger létrehozható 3 egymástól független színinger additív keverékeként. A függetlenség alatt azt értjük, hogy a három színinger közül egyik sem hozható létre a másik kettő additív keverékeként. RGB, ahol R (m G + n B) Színinger egyezés létrehozásához csak a választott alapszíninger a lényeges, a színképi összetétele nem. pl. izzó vs. kompakt fénycső Az egyes színingerek erősségének folyamatos változtatásának hatására az eredő színinger is folyamatosan változik.
Színinger-összetevők vagy tristimulusos értékek R = k S r ( ) d λ λ λ G = k S g( ) d λ λ λ B = k S b ( ) d λ λ λ
Színinger-megfeleltető függvények (colour matching functions) rgb színegyezte ető fg. 0.40 0.35 0.30 0.25 G(λ) R(λ) 0.20 B(λ) 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05350 400 450 500 550 600 650 700 750 800-0.10-0.15 hullámhossz, nm r ( λ), g( λ), b ( λ)
CIE 1931 színingermérő rendszer
CIE XYZ tristimulusos érték (színingerösszetevők), önvilágítók (fényforrások) 780 780 780 X = k S x( λ) dλ; Y = k S y( λ) dλ; Z = k S z( λ) dλ λ λ λ 380 380 380 ( x( λ), y( λ), z ( λ)) a színinger-megfeleltető függvények S λ - az ingert kiváltó színképi (λ) teljesítményeloszlása [W] Az y függvény azonos a V(λ) függvénnyel, k = 683 lm/w
szín(inger-) vagy színességi koordináták x y = = X X + Y + Z Y X + Y + Z
Szín(inger-) vagy színességi diagram 0.9 0.8 0.7 520 nm 510 nm 540 nm R, G, B: katódsugár-csöves monitor alap-színingerei Planck sugárzók vonala 0.6 G 560 nm 0.5 500 nm 580 nm y 0.4 0.3 7000 K 4000 K 2000 K R 600 nm 650 nm 0.2 100 000 K 0.1 0 475 nm 450 nm B 400 nm
A színességi diagram színes ábrája
Másodlagos sugárzók (nem önvilágítók) színmérése X = k S( λ) ρ( λ) x( λ) dλ Y = k S( λ) ρ( λ) y( λ) dλ Z = k S ( λ ) ρ ( λ ) z ( λ ) d λ ahol k = 1 S ( λ) y( λ)dλ S(λ) a megvilágító sugárforrás színképi teljesítményeloszlása ρ(λ) a minta spektrális reflexiója
Szabványos sugárzáseloszlások és fényforrások CIE A sugárzáseloszlás CIE D65 sugárzáseloszlás további napplai sugárzáseloszlások, grafikus iparban: D50 CIE A fényforrás CIE D65 szimulátor
CIE A- és D65 sugárzáseloszlás színképe