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: = refl / be refl = be cosa. a reflektált sugársűrűség irányfüggetlen: L refl (d)= const.
a isl á rmont le lü ef Lambert reflektáló megvilágítás: E visszavert sugárzás, a sugársűrűség irányfüggetlen: õseeb ûsr águstr evazs is v águs b lá aynr k lef er i gésûr r r to kev águs t le lü ef ló át L = E
Lambert sugárzó sugársűrűsége szögfüggetlen: L(d) = L(,) = const. d w d L Ad n dw P
Fotometria az optikai sugárzást a látószerv színképi érzékenységének 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 féligáteresztő tükör megfigyelő szeme fényrekesz 1 3 6 4 vizsgálandó sugárzás forrása sugárzás mérő
Sugársűrűség Ad w d L n d A sugárzó felület da felületeleme által a felület normálisától (n) d szögre elhelyezkedő irányban, a dw elemi térszögben kibocsátott d sugáráram L = d 2 /(dwdacosd), spektrális sugársűrűség: L = dl /d = = d 3 /(dwdacosdd)
d 1 da Fénysűrűség a da 1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó d térszögben sugárzott df fényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa: d 2 w F L v = 2 v Ω A cos 1 1 egysége:cd/m 2, jele: L v
Anyagjellemzők Reflexió, abszorpció, transzmisszió
Kontraszt, kontrasztviszony kontraszt: c = t ahol L L t a jel (target) fénysűrűsége L b a háttér (background) fénysűrűsége kontrasztviszony: c = v L L L t b b L b
Hatásfok, fényhasznosítás sugárzási hatásfok, jel: 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 90 Nagynyomású Na-lámpa 116 Kisnyomású Na-lámpa 206 LED (világító dióda) 80 200 (303)
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()-tól V () 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 CR(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( ) G = k S g( ) B = k S b ( ) d d d
rgb színegyeztető fg. Színinger-megfeleltető függvények (colour matching functions) 0,40 0,35 0,30 0,25 G( ) R( ) 0,20 B( ) 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( ), g( ), b( )
CIE 1931 színingermérő rendszer
CIE XYZ tristimulusos érték (színingerösszetevők), önvilágítók (fényforrások) X = k 780 780 S x( ) d; Y = k S y( ) d; Z = 380 380 k 780 380 S z( ) d ( x( ), y( ), z( )) a színinger-megfeleltető függvények S λ - az ingert kiváltó színképi () teljesítményeloszlása [W] Az y függvény azonos a V() függvénnyel, k = 683 lm/w
szín(inger-) vagy színességi koordináták x = X X Y Z y = X Y Y Z
y 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 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 B 450 nm 400 nm 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x
A színességi diagram színes ábrája