Функция светимости

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Цветное зрение
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Дневное зрение
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Ночное зрение
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: LMS (цветовая модель)
Рис.14a. Для трёх разновидностей колбочек (cones) дан принцип так называемого трехцветного дневного видения (трихроматизм (цветное зрение)) у приматов, который также имеется у большинства людей. Т.е. к длинным волнам чувствительны L-колбочки (красный цвет), как известно они максимально чувствительны к длинам волн максимума вокруг 559 нм, к средним волнам чувствительны M-колбочки (зелёный цвет) с пиком вокруг 531нм и к коротким волнам — S-колбочки (синий цвет) с пиком-419 нм. Палочки чувствительны к длинам волн максимума вокруг 496нм и менеее. Палочки (rod) даны точечной кривой, т.к. в цветном зрении они не участвуют (cм. также Ретиномоторная реакция фоторецепторов сетчатки глаза).[1]

В функции светимости или функции светящейся эффективности описывается средняя спектральная чувствительность человеческого зрительного восприятия яркости. Оно основано на субъективных ощущениях, когда пара разноцветных огней ярче, позволяющих описать относительную чувствительность к свету различных длин волн. Нельзя считать совершенно точными в каждом случае, но это очень хорошее представление визуальной чувствительности человеческого глаза и оно ценно в качестве основы для экспериментальных целей.

Человеческий глаз содержит фоторецепторы называемые колбочками для среднего — высоко-яркостного цветового зрения с учетом пиков S,M,L (максимальных значений кривых) (см. рис. 14a) с длинами волн (коротких длин волн, синих-S, 420-440 нм), (средних — зелёных-М, 530-540 нм), и (длинных — красных-L, 560-580 нм) диапазонах. Есть также лучи низкой яркости или имеют низкий яркостный контраст — соотношение яркости зрительных стимулов, находящихся в одном поле восприятия c колбочками.

При этом следует отличать понятия яркость света (физическая величина) от яркости цвета (биологическая величина). Яркость цвета связана с нашим личным восприятием лучей колбочками S,M,L (синих, зелёных, красных) с пиком длиной волны более 496 нм, которые нашим глазом воспринимаются как очень яркие, хотя они по энергетике менее слабые. У них частота колебаний волн более низкая. (Поэтому мы не видим Уф лучи, рентгеновские лучи и т.д. Природа выбрала свой вариант приспособления, выживаемости в окружающей нас среде). Например, синие, УФ волны с длинами волн менее 496 нм для глаза являются не яркими, и даже не цветными! Хотя они более мощные. Поэтому при решении задачи на различение этих "монохромных лучей" "ночного видения" служат экстерорецепторы, называемые палочками, которые имеют пик чувствительности вокруг 496 нм и менее.

CIE функции светимости \(\overline{y}(\lambda)\) or \(V(\lambda)\,\) , это стандартная функция, установленная Commission Internationale de l'Eclairage en:International_Commission_on_Illumination (CIE), и может быть использована для преобразования лучистой энергии в световое излучение (т.е., видимое) энергии. Она также является центральной color matching function в цветовом пространстве CIE 1931.en:CIE_1931_color_space [2]

Подробности[править]

Рис. 1. Photopic en:Photopic_vision (чёрный) (это фотопическое видение глаз колбочками в условиях высокой освещённости) — функции светимости и scotopic en:Scotopic_vision (зелёный) (это скотопическое видение глаз палочками в условиях низкой освещенности) — функции светимости (Следует учесть вопросы метамерии). Дневное видение (чёрный цвет) включает CIE 1931 стандарт (solid), Judd-вос 1978 измененные данные (штриховая линия), и Шарп, Стокман, Jagla & Jägle данные 2005 года (пунктирная линия). По горизонтальной оси - длина волны в нм. 74[3]
[4]

Есть две функции светимости в общем пользовании. Для повседневного уровня освещенности, фотопическая функция en:Photopic_vision светимости наиболее близкая чувствительность для человеческого глаза. Для низкого уровня освещенности, чувствительность человеческого глаза претерпевает изменения в сторону scotopic функции, кривая (зелёная). Для Кривой дневного видения (чёрный цвет) CIE использовали стандартную Кривую в цветовом пространстве CIE 1931.

Световой поток (или видимая энергия) источника света определяется фотопической функцией светимости. Следующая формула позволяет вычислить суммарный световой поток источника света. $$F=683.002\ \mathrm{lm/W}\cdot \int^\infty_0 \overline{y}(\lambda) J(\lambda) d\lambda$$

где: $$F\,$$— это световой поток в люменах, $$J(\lambda)\,$$— спектральное распределение мощности en:Spectral_power_distribution излучения (мощность на единицу длины волны), в ваттах на метр.

<5math>\overline{y}(\lambda)</math> (также известен как \(V(\lambda)\,\)) — это стандартная функция светимости (безразмерная).

$$\lambda\,$$— длина волны в метрах.

Формально интеграл — это внутренний продукт светимости функции светового спектра.[1] На практике, интеграл заменяется на сумму более дискретных длин волн, для которых значения функции светимости табулированные. CIE распределяет стандартные таблицы с фотометрическими значениями функции по 5 нм с интервалом от 380 нм до 780 нм.

Стандартные функции светимости нормализуются пиковыми значениями к единице при 555 нм (см. световой коэффициент) en:Luminous_efficacy#Efficacy_and_efficiency. Значение константы перед интегралом округляется до 683 лм/Вт. Небольшой избыток дробного значения происходит от незначительного несоответствия между определением lumen и пиком светимости функции. Просвет определяется единством лучистой энергии 1/683 ватт на частоте 540 Тгц, что соответствует стандартной воздушной волне 555.016 нм, а не 555 нм, пика Кривой светимости. Значение \(\overline{y}(\lambda)\) это 0.999997 на 555.016 нм, так что значение 683/0 .999997 = 683.002 является константой. Количество 683 подключено к современному (1979) определению кандела (единица силы света. Это произвольное число составило новое определение выдачи цифр, эквивалентных тем, которые идут от старого определение candela.

Усовершенствования стандарта[править]

CIE 1924 фотопический (дневное освещение) с функцией \(V(\lambda)\) светимости,[5] который входит в CIE 1931 подбора цветов функции для \(\overline{y}(\lambda)\) (также известна как \(V(\lambda)\,\)) — это стандартная функция светимости (безразмерная)) функции, что уже давно считается как недооценивающая вклад синего конца спектра воспринимаемой яркости. Предпринимались многочисленные попытки улучшить стандартные функции, чтобы сделать его более представительным для человеческого зрения. Джадд в 1951 году, [6] функция улучшена методом Вос в 1978 году,[7] и в результате функция, известная как \(V_M(\lambda)\). [8] Совсем недавно, Шарп, Стокман, Jagla & Jägle (2005) развитые функции в соответствии с Stockman & Sharpe на базе колбочки; Stockman & Sharpe cone fundamentals;[9] в итоге построены кривые (см. рис.1).

Scotopic светимости[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Ночное зрение (версия Миг)

Для очень низких уровней интенсивности (scotopic vision) (скотопик светимости), чувствительность глаз опосредуется палочками, но не колбочками и смещается в сторону фиолетового цвета, достигая максимума около 507 нм для молодых глаз; чувствительность эквивалентна 1699 lm/W [10] или 1700 лм/Вт [11] на этом пике кривой.

Стандартный scotopic функции светимости или V^\prime(\lambda) был принят CIE в 1951 году, на основе измерений Wald (1945) и Кроуфорд (1949). [12]

Цветовая слепота[править]

Protanopic (протанопия) (зеленый) и deuteranopic (дейтеранопия) (красный) функции светимости.[13] Для сравнения, стандартная фотопическая кривая показана жёлтым цветом.

Дальтонизм изменения чувствительности глаза зависит от длины волны излучения. Для людей с протанопией пик глаз реагирует смещением в сторону коротковолновой части спектра (приблизительно 540 нм), а для людей, страдающих дейтеранопией, есть небольшой сдвиг пика спектра примерно до 560 нм.[13] Люди с протанопией практически не чувствительнык свету с длинами длин волн более 670 нм.

Большинство млекопитающих, в том числе и другие приматы имеют одинаковые функции светимости как у людей с протанопией. Это позволяет изучать ночную жизнь животных, освещая сцену с длинноволновыйм красным светом, который они не могут видеть.[14]

Для пожилых людей с нормальным цветовым зрением, хрусталик может стать слегка желтоватый из-за катаракты, которая движется в сторону максимальной чувствительности в красной части спектра и сужает диапазон воспринимаемых длин волн.[Цитата необходима].

Замечание[править]

При рассмотрении вопросов визуального цветного зрения следует различать и отличать понятия яркость света (физическая величина) от яркости цвета (биологическая величина).

Яркость цвета связана с цветным и чёрно-белым зрением, нашим личным, биологическим восприятием световых видимых более слабых лучей (электромагнитных колебаний) (см. дневное зрение), с колбочками S,M,L, (синих, зелёных, красных) с пиком длиной волны более 496 нм, которые нашим глазом воспринимаются как очень яркие (вопросы приспосабливаемости и выживания живых организмомв), хотя они физически по энергетике более слабые. У них частота колебаний волн более низкая, чем у синих, УФ лучей (длина волн менее 496нм). Дневной образ жизни животных связан с окружающей средой обитания, где в основнё


ом все объекты освещены дневными лучами света, а прямой и отражённый видимый спектр света содержит основные видимые лучи S,M,L,, которые более слабые, но биологически воспринимаются как наиболее яркие. , поэтоиуэщ0 мы не видим Уф лучи, рентгеновские лучи и т.д. Природа выбрала свой вариант восприятия среды обитания и защиты глаза от ненужных ей сильных УФ, фиолетовых, высокочастотных синих лучей с длинами волн менее 498 нм и приспособила воспринимать именно так. Например, синие, УФ лучи с длинами волн менее 496 нм для глаза являются не яркими, и колбочками не воспринимаются, т.к. они блокируются от попадания на колбочки ганглиозными и биполярными клетками сетчатки глаза, хотя они более мощные! (Парадокс). (См. рис. Ф).

При решении задачи на различение лучей при слабом освещении в условиях цветного зрения — "монохромных лучей" с длинами волн менее 498нм, в условиях "ночного видения" служат экстерорецепторы, называемые палочками, которые имеют пик чувствительности вокруг 496 нм и менее с фотопигментом высокой чувствительности при слабом освещении родопсином к лучам синим и УФ с высокой частотой колебаний (менее 496нм). (Колбочки их не воспринимают).

Откуда биологические понятия яркости и контрастности цвета при зрении отличаются от физическbх понятий яркости и контрастности света.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. http://webvision.med.utah.edu/book/part-ii-anatomy-and-physiology-of-the-retina/photoreceptors/
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function
  4. http://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function
  5. Judd, Deane B. and Wyszecki, Günter (1975). Color in Business, Science and Industry (3rd ed.). John Wiley. ISBN 0-471-45212-2.3
  6. Judd, Deane B. and Wyszecki, Günter (1975). Color in Business, Science and Industry (3rd ed.). John Wiley. ISBN 0-471-45212-2.3
  7. Vos, J. J. (1978). "Colorimetric and photometric properties of a 2° fundamental observer". Color Research and Application 3 (3): 125–128. doi:10.1002/col.5080030309.
  8. Stiles, W. S.; Burch, J. M. (1955). "Interim report to the Commission Internationale de l'Eclairage Zurich 1955, on the National Physical Laboratory's investigation of colour-matching". Optica Acta 2 (4): 168–181. Bibcode:1955AcOpt...2..168S. doi:10.1080/713821039.
  9. Sharpe, L. T.; Stockman, A.; Jagla, W.; Jägle, H. (2005). "A luminous efficiency function, V*(λ), for daylight adaptation". Journal of Vision 5 (11): 948–968. doi:10.1167/5.11.3.
  10. Kohei Narisada; Duco Schreuder (2004). Light Pollution Handbook. Springer. ISBN 1-4020-2665-X.
  11. Casimer DeCusatis (1998). Handbook of Applied Photometry. Springer. ISBN 1-56396-416-3.
  12. Charles A. Poynton (2003). Digital Video and HDTV: Algorithms and Interfaces. Morgan Kaufmann. ISBN 1-55860-792-7.
  13. а б Deane B. Judd Contributions to Color Science. — Washington D.C. 20234: NBS, 1979.>
  14. I. S. McLennan & J. Taylor-Jeffs (2004). "The use of sodium lamps to brightly illuminate mouse houses during their dark phases". Laboratory Animals 38: 384–392. DOI:10.1258/0023677041958927. PMID 15479553.

Внешние ссылки[править]

  • Цвет и исследовательские лаборатории Vision - световой эффективности данных таблицы [1].