Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Radiometria, fotometria, színmérés •A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. •A fotometria ezt a sugárzást az átlagos.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Radiometria, fotometria, színmérés •A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. •A fotometria ezt a sugárzást az átlagos."— Előadás másolata:

1 Radiometria, fotometria, színmérés •A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. •A fotometria ezt a sugárzást az átlagos emberi megfigyelő látására jellemző színképi függvény alapján értékeli. •A színmérés a színészleléshez kíván objektíven mérhető mennyiségeket rendelni.

2 Elektromágneses sugárzás •optikai sugárzás: 100 nm – 1 mm hullámhosszú elektromágneses sugárzás •látható sugárzás: 380 nm – 780 nm •fény: a látható sugárzás által kiváltott észlelet

3 Elektromágneses színkép

4 Radiometriai segédmennyiségek d  térszög : a sugárkúp által a gömbfelületből kimetszett terület és a gömbsugár négyzetének hányadosa: d  =dA/r 2

5 Színképfüggő mennyiségek hullámhossz függés: X(  ) szűrő áteresztés színképi eloszlás: dX/d   X  Katódsugár- csöves monitor fényporainak színképi eloszlás

6 Radiometriai mennyiségek MegnevezésTermJeleEgysége sugárzott energia radiant energy Q joule, 1 J  1 kg  m 2  s -2 sugárzott teljesítmény radiant flux  vagy Fwatt (J  s -1 ) besugárzásirradianceE W  m -2 sugárerősségradiant intensity I W  sr -1 sugársűrűségradianceL W  m -2  sr -1

7 Radiometriai mennyiségek összefüggései sugárzott teljesítmény , Fwatt (J  s -1 ) teljesítmény eloszlás    d  /d  Wm-1Wm-1 sugárzott energia Q joule, 1 J  1 kg  m 2  s -2 besugárzás E  d  /dA E W  m -2 sugárerősség I  d  /d  I W  sr -1 sugársűrűség L  d 2  /(d  dA  cos  ) L W  m -2  sr -1

8 Besugárzás E  d  /dA

9 Sugárerősség, pontszerű forrás I  d  /d 

10 Sugársűrűség A sugárzó felület dA felületeleme által a felület normálisától (n)  szögre elhelyezkedő irányban, a d  elemi térszögben kibocsátott d  sugáráram L  d 2  /(d  dA  cos  ), spektrális sugársűrűség: L   dL /d   = d 3  /(d  dA  cos  d  )

11 Távolságtörvény (inverse square law) •d   I  d  •d   dA 2 /d 2 •d  /dA 2  E 2  (I  d  )/dA 2  (I  dA 2 )/(dA 2  d 2 ) = E 2  I / d 2

12 Általánosított távolságtörvény dE 2  (L  cos  1  cos  2  dA 1 ) / d 2

13 Lambert sugárzó Lambert radiator •sugársűrűsége szögfüggetlen: L(  )  L( ,  )  const.

14 Lambert (reflektáló) felület •egyenletesen diffúzan reflektáló felület •nincs tükrös reflexiója •reflexiós együttható:  =  refl /  be •  refl =  be cos  •a reflektált sugársűrűség irányfüggetlen: L refl  const.

15 Lambert reflektáló •megvilá- gítás: E •visszavert sugárzás, a sugár- sűrűség irány- független :

16 Fotometria •az optikai sugárzást a látószerv színképi érzékenységének megfelelően értékeli •vizuális alapkísérlet: fényinger egyenlőség

17 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)

18 Villogásos fotométer elvi felépítése

19 Láthatósági (visibility) függvények •Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (Comission Internationale d‘Éclairage, CIE) 1924-ben szabványosította a V  görbét (világosban, fotopos látás) •1954-ben a V’  görbét (sötétben, szkotopos látás)

20 Láthatósági függvények

21 A fotometria kísérleti alapja •szimmetria: ha A  B, akkor B  A; •tranzitivitás: ha A  B és B  C, akkor A  C; •arányosság: ha A  B, akkor  A  B; •additivitás: ha A  B, C  D és (A+C)  (B+D), akkor (A+D)  (B+C) itt A, B stb. fényinger (stimulus): a sugársűrűség és a láthatósági függvény adott hullámhosszon vett értékének szorzata: pl. A  L  V(  ), általánosítva a sugárzás teljesítmény-eloszlását írhatjuk: S  V(  ).

22 A fotometria alapjai •a fenti összefüggések alapján a monokromatikus komponenseket összegezhetjük: ez adja a fotometria és radiometria kapcsolatát

23 A fotometria alapjai •Nappali (fotopos) látás: V(  ), csapok közvetítik •sötétben (szkotopos) látás: V’(  ), pálcika- látás; szembíbor (rhodopsin), additivitás és proporcionalitás fennáll:

24 Fotometriai mennyiségek és egységek - 1 •k és k’ konstansok: ahol K m = 683 lm/W alapján definiálhatjuk a fényáram egységét a lument. De a fényerősség egysége, a kandela az alapegység. K’ m = 1700 lm/W Fényáram jele:lm, egysége a lumen.

25 Fotopos, mezopos, szkotopos fotometria

26 Fotometriai mennyiségek és egységek - 2 •fényerősség a pontszerű fényforrásból adott irányban, infinitezimális térszögben kibocsátott fényáram és a térszög hányadosa: jele: cd, egysége: kandela, 1 cd = 1 lm/sr

27 A kandela definiciója •A kandela fényerősség SI egysége: azon Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsátó fényforrás fényerőssége adott irányban, amelynek sugárerőssége ebben az irányban 1/683 W/sr.”

28 A fényáram származtatása a fényerősségből

29 Fénysűrűség •a dA 1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó d  térszögben sugárzott d  fényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa: egysége:cd/m 2, jele: L v

30 Megvilágítás •Az adott pontot tartalmazó felületelemre beeső fényáramnak és ennek a felületelemnek a hányadosa egysége: lux, jele:lx; 1 lx = 1 lm/m 2

31 Kontraszt, kontrasztviszony •kontraszt: ahol –L t a jel (target) fénysűrűsége –L b a háttér (background) fénysűrűsége •kontrasztviszony:

32 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

33 Fényforrások fényhasznosítása Fényforrás típusaFényhasznosítás (lm/W) Hagyományos izzólámpa14,4 Halogén izzólámpa17 Kompakt fénycső85 Nagynyomású fémhalogén lámpa 90 Nagynyomású Na-lámpa116 Kisnyomású Na-lámpa206 LED (világító dióda)

34 Mezopos fotometria •CAD laboratóriumokban és irányító központokban előforduló számítástechnikusi feladat •útvilágítás •3 cd/m 2 és cd/m 2 közötti fénysűrűség tartomány •szem színképi érzékenysége V(  )-tól V’(  ) felé tolódik el.

35 Szkotopos, mezopos és fotopos tartomány

36 Láthatósági függvények

37 Fényhasznosítás változása L, lámpa: cd/m 2 Na cd/m 2 Hg •Fotopos:0,050,05 •Mezopos:0,0280,061 •Szkotopos:0,010,07 •Különbség világosság észlelet és részletfelismerés között!

38 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

39 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

40 Színkeverés Additív szubtraktív színkeverés

41 Az additív színmegfeleltetés alapkísérlete

42 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,

43 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)

44 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. •Színegyezés létrehozásához csak a választott alapszíninger a lényeges, a színképi összetétele nem. •Az egyes színingerek erősségének folyamatos változtatásának hatására az eredő színinger is folyamatosan változik.

45 Színinger-összetevők vagy tristimulusos értékek

46 Színinger-megfeleltető függvények (colour matching functions)

47 CIE 1931 színingermérő rendszer

48 CIE XYZ színinger összetevők önvilágítók (monitor): k = 683 lm/W

49 CIE XYZ trirtimulusos érték (színinger-összetevők), önvilágítók (fényforrások) a színinger-megfeleltető függvények Az y függvény azonos a V(  ) függvénnyel, k = 683 lm/W

50 szín(inger-) vagy színességi koordináták

51 Szín(inger-) vagy színességi diagram •R, G, B: katódsugár- csöves monitor alap- színingerei •Planck sugárzók vonala

52 A színes- ségi dia- gram színes ábrája

53 Másodlagos sugárzók (nem önvilágítók) színmérése ahol S(  ) a megvilágító sugárforrás színképi teljesítményeloszlása  (  ) a minta spektrális reflexiója

54 Szabványos sugárzáseloszlások és fényforrások •CIE A sugárzáseloszlás •CIE D65 sugárzáseloszlás •további napplai sugárzáseloszlások, grafikus iparban: D50 •CIE A fényforrás •CIE D65 szimulátor

55 CIE A- és D65 sugárzáseloszlás színképe

56 CIE 1931 és 1964 színingermérő rendszer • 2°-os látószög: CIE 1931 •10°-os látószög: CIE 1964 X 10 (  ), Y 10 (  ), Z 10 (  ) színinger összetevők számítása

57 CIE 1931 és 1964 szabványos színingermérő észlelők

58 MacAdam ellipszisek •The CIE x,y diagram színinger- megkülön- böztetési ellipszisek- kel

59 Egyenletes színességi skálájú diagram •u' = 4X / (X+15Y+3Z) = 4x / (-2x+12y+3) •v' = 9Y / (X+15Y+3Z) = 9y / (-2x+12y+3) •u = u', v = (2/3)v' •CIE 1976 u,v színezeti szög: •h uv = arctg[(v' - v' n ) / (u' - u' n )] = v* / u* •CIE 1976 u,v telítettség: •s uv = 13[(u' - u' n ) 2 + (v' - v' n ) 2 ] 1/2

60 u’,v’ színességi diagram

61 Különböző hőmérséklet fogalmak •Valódi hőmérséklet •Sugárzási hőmérséklet •Eloszlási hőmérséklet •színhőmérséklet –Korrelált színhőmérséklet

62 Fényforrások színi jellemzése •Fény(forrás) színinger-mérése –színhőmérséklet –korrelált színhőmérséklet •Színvisszaadás –Az észlelt felület-szín függ a megvilágító színképi teljesítményeloszlásától •színi áthangolódás: von Kries törvény, Bradford transzformáció, leírás az észleletet követő színrendszerben

63 A színmetrika további kérdései •CIE 1931 és 1964 színingermérő rendszer •metameria •egyenlőközű színterek •színatlaszok •színmegjelenési modellek •színvisszaadás

64 Korrelált színhőmérséklet •Azonos korrelált színhőmérsékletű vonalak (az u,v- diagramban merőlegesek a Planck görbére)

65 ISO-temperature lines in u,v diagram

66 Színi áthangolódás - 1

67

68

69 Von Kries színi áthangolódási törvény •Fiziológiai alapszíninger-rendszerben dolgozunk •Ahhoz, hogy az adott megvilágító (R w, G w, B w ) esetén az R, G, B-vel jellemzett szín •a referencia megvilágító (R rw, G rw, B rw ) alatt ugyanolyan színészleletet hozzon létre •a minta jellemzői a referencia megvilágító esetén R r, G r, B r a következőképen számítandók: R r =(R rw / R w ) * R, G r =(G rw /G w ) * G, B r =(B rw /B w ) * B

70 Két sugárzó színképe, melyek színingerpontja azonos Spetrális teljesítményeloszlás hullámhossz, nm rel. teljesítmény

71 A két sugárzó színpontja és a velük megvilágított minta színpontjai

72 Színvisszaadási index •Minták színmegjelenése összehasonlítva ideális fényforrással történő megvilágítás alatt látható színmegjelenéssel •Ideális fényforrás, a vizsgálandóval azonos korrelált színhőpmérsékletű: –5000 K alatt: Planck sugárzó –5000 K felett nappali (Daylight) sugárzáseloszlás •Minták: Munsell színminta •von Kries színi áthangolódás •Színinger-különbség U*,V*,W* térben •R i =100-  E i, R a =  (R i )/8, i=

73 A színvisszaadás számítás folyamatábrája Colour diff. Chrom. adapt. CRA CRI

74

75 Színinger-megfeleltetés •R =  S  R(  )   •G =  S  G(  )   •B =  S  B(  )  

76 Additív színegyeztetés Fennáll a •disztributivitás, •additivitás és •proporcionalitás törvénye Összehasonlító színingerek: •vörös:700 nm •zöld:546 nm •kék:435 nm

77 Alapszínek •R = 1 lm 700 nm vörös, •G = 4,5907 lm 546,1 nm zöld •B = 0,0601 lm 435,8 nm kék

78 CIE A sugárzáseloszlás ahol: c 0 = /- 1,2 m/s

79 Lambert cosinus törvény

80 Lambert sugárzó fénysűrűsége független a ,  szögtől mivel a gömb felületén: dA 2 = R sin  R d  és az elemi térszög: d  = sin  d  d  a vetített térszög pedig:d  p = sin  d  d  cos  A féltérbe kisugárzott össz-fényáram: M =  / dA

81 A féltérbe kisugárzott fényáram: Lambert sugárzó esetén:


Letölteni ppt "Radiometria, fotometria, színmérés •A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. •A fotometria ezt a sugárzást az átlagos."

Hasonló előadás


Google Hirdetések