Эквивалентная яркость. Равнояркие излучатели

8. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЯРКОСТЬ. РАВНОЯРКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ.

Двойственность световоспрнннмающего аппарата глаза, а также разли­чие спектральной чувствительности палочек и колбочек приводят к изменению спектральной и интегральной чувствительности глаза в функции уровня яркости и спектра излучения. Эти процессы принято называть яркостной и цветовой адаптацией.

Адаптация − приспособление зрительного аппарата к задан­ной яркости и цветности поля зрения путем регулирова­ния концентрации молекул родопсина и иодопсина в па­лочках и колбочках, а также перестройки рецептивных полей н экранирования сетчатки темным пигментом при высоких яркостях. Функции спектральной световой эффективности излучения для каждого уровня яркости на интервале 0,01≤L≤10 кд∙м-2 определяются уровнем адаптации глаза.

Установлено неодинаковое потемнение разноцвет­ных равноярких поверхностей при уменьшении яркости поля зрения на интервале 10—0,01 кд∙м-2. Синие излу­чения воспринимались более светлыми, чем красные, несмотря на одинаковую их яркость. Это явление отно­сительного просветления синего и потемнение красного цветов по сравнению с белым при переходе от дневного зрения к ночному, названное эффектом Пуркине, опре­делялось смещением относительной спектральной све­товой эффективности излечения в зону коротких длин волн. Причиной возникновения этого эффекта в условиях темновой адаптации являлось повышение концентрации молекул родопсина и увеличе­ние рецептивных полей сетчатки.

Эквива­лентная яркость излуче­ния заданного спектраль­ного состава определяется как яркость равносветлого оптически смеж­ного излучения условлен­ного спектрального соста­ва с Тц=2045 К.

Эквивалент­ную яркость можно изме­рить, сопоставляя исследуемое излучение с эта­лонным Тц=2045 К по их светлоте, т. е. по усло­виям эквивалентности уровня зрительного ощуще­ния. Вводя эту световую величину, будем характеризо­вать каждое излучение в области малых яркостей (су­меречное и ночное зрение) стандартной (фотометрической) яркостью, определяемой стандартизированной кривой относительной спектральной чувствительности глаза в условиях дневного зрения, и эквивалентной яркостью, характеризующей действительное ощущение. Соотношение между этими значениями яркости будет изменяться в функции эквивалентной яркости, причем эти изменения будут различными для разноспектральных излучений. На рисунке приведены кривые зависимости эквивалентной яркости от стандартной для синего и красного излучений. Для стандартной яркости L=0,01 кд∙м-2 эквивалентные значения яркости различаются более чем на порядок. Считывая эту особенность зрительного ощущения, сопо-ставление разноцветных излучений малой яркости следует производить по эквивалентной яркости.

Расчет эквивалентной яркости Lэк любого исследуе­мого излучения затруднен тем, что значение относитель­ной спектральной чувствительности глаза V(λ,Lэк) за­висит от определяемой эквивалентной яркости:

Lэк=ƒ(λ, Lэк )0,38∫0,78 l e (λ)V(λ, Lэк)dλ,

где ƒ(λ, Lэк ) − функция спектрального состава эталонного излучения и эквивалентной яркости; l e (λ) − спектральная плотность энергетической яркости заданного излучения.

РАВНОЯРКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ - излучатели, яркость которых с достаточной для практики точностью одинакова как по различным
направлениям пространства, так и но поверхности излучающего тела. Для плоской равнояркой поверхности с площадью А сила света определяется как:

I α = LAcosα = I 0cos α.

Световой поток плоского равнояркого излучателя:

Ф=2πI0 α=0∫α=π/2sinαcosαdα=π I0.

Значит, Ф= πLA; М=πL.

Проекция плоского излучателя на плоскость, перпендикулярную заданному направлению А α=Аcos α.

Равнояркий шар диаметром D.

А α= πD2/4 (рис. б) для любого направления.

I= πD2/4L=const.

Ф=2πI0 α=0∫α=πsinαdα=4π I.

2.Равнояркий цилиндр с темными торцами (рис. в.).

I α =I90sinα=LhDsinα.

Ф=2πLhD α=0∫α=πsin2αdα= πI90│π0α - (sin2α)/2│=π2 I90.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ.

Для сопоставления характеристик излучения реаль-ного ичерногоизлучателя часто пользуются мето­лом эквивалентных температур. Этот метод заключается

в определении температуры черногоизлучателя из условия эквивалентности одной из характеристик его излучения с излучением реального тела при заданной истинной его температуре. Характеристики излучения: плотность потока излучения(энергетическая светимость), яркость излучения в узкой области cneктра и цветность излучения. Цветность теплового излучения определяетсяя формой кривой спектральной плотности излучения на видимом участке спектра.

В зависимости от выбора характеристики, по которой производится сопоставление эквивалентности излу­чения, различают следующие эквивалентные температуры излучения:

а) Радиационная (энергетическая) температура (Тр) - температура черного тела, при которой плот. ность его излучения равна плотности излучения исследуемого тела при заданной температуре.

б)Яркостная температура (Тя) - температура черного тела, при которой его яркость в зоне спектра исследуемого излучателя при заданной температуре.

в)Цветовая температура (Тц) - температура черного тела, при которой цветность его излучения одинакова с цветностью исследуемого излучателя при заданной температуре.

Энергетическая эквивалентность излучения:

σТ4р=ε ТσТ4.

Истинная(заданная) температура излучающего тела по значению Радиационная (энергетическая) температуры:

Т=Тр/ (ε Т)1/4.

Для изменения радиационной температурыприменяются приборы - радиоационные пирометры.

Условия эквивалентности яркости излучения в узкой зоне спектра равноценны условиям эквивалентности спектральной плотности излучения. Измерение яркостной температуры излучения производится при помощи оптических пирометров, приемником в которых служит глаз наблюдателя.

Цветовую температуру излучения со слпошным спектром возможно определять с достаточной точностью отношением значений спектральной плотности излучения двух крайних узких зон видимого спектра.

Определение цветовой излучения осуществляется двукратным измерением силы излучения через два фильтра с узкими полосами пропускания в областях λ 1 ,λ 2.