Файл: Кривошеев М.И. Световые измерения в телевидении.pdf

Скачать файл (22,13Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 98

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Лучистый поток является основной величиной, характеризую щей 'излучение. Через эту величину определяется ряд других ве личин, которые характеризуют излучение и образуют систему лу чистых величин.

Лучистый поток в (1.1) является интегральной величиной, оце нивающей суммарную энергию, переносимую всеми спектральны ми составляющими излучения. Однако часто представляет интерес

распределение интенсивности излучения по	спектру, как,	напри
мер, при рассмотрении вопросов, связанных	с восприятием	цвета,

спектральной чувствительностью передающих трубок и т. п. Спек тральное распределение сложного излучения характеризуют вели

чиной ср(Л.), представляющей	собой	зависимость	спектральной
плотности лучистого потока от длины		волны1 ).
Спектральная интенсивность	лучистого потока		на длине вол
ны X равна отношению этого потока,		взятого в бесконечно малом

спектральном интервале, содержащем данную длину волны, к ши рине этого интервала:

ф ( Я,) = ^ Ш .

(1.2)

Спектральная плотность лучистого потока измеряется в Вт/м. Интегрирование функции спектральной плотности лучистото по

тока (1.2) по всему спектру излучения дает величину лучистого потока

Fe = ^f<?(\)d\.	(1.3)
я.=о

В общем случае пределы интегрирования указываются, как в (1.3), от 0 до оо, хотя практически они определяются границами спектра излучения.

1.2. СВЕТОВЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Различные приемники излучения по-разному реагируют на па дающее на них излучение, преобразуя его в другие виды энергии. Применительно к телевидению в первую очередь представляют интерес глаз как приемник световой энергии, преобразующий ее в конечном счете в зрительные ощущения, и светочувствительные элементы передающих трубок и фотоэлементов (фотоумножите лей), преобразующие световую энергию в электрические сигналы.

С учетом чувствительности приемника, определяющей его реак цию на излучение, рассчитывают эффективные значения различных величин, характеризующих это излучение. Так, эффективный по ток Ф эквивалентен мощности излучения, оцененной по уровню

') Спектральное распределение лучистого потока для .излучений с лимейчаты.нл спектрами может быть задано значениями лучистых потоков для каждой спектральной лишім.

— ІЗ —

реакции 'приемника лучистой энергии [1]. Для сложного излучения мерой реакции приемника будет его интегральная чувствитель ность g, поэтому

Ф = ^ „

(1.4)

а для монохроматического излучения мерой реакции приемника бу

дет его спектральная

чувствительность g(%),

поэтому

с учетом

(1.2)

d0(X)=g(X)dFe(X)=g(k)<f(\)d\.

(1.5)

Численное значение эффективного потока сложного

излучения

со сплошным спектром

по

(1.5)

правилу

аддитивности

П О Т О К О Р І

Ф =

j y{X)g(h)dk,

(1.6)

что, как можно видеть, получается при введении в

(1.3)

функции

спектральной чувствительности

приемника

g(X).

При расчетах удобно пользоваться относительной

спектраль

ной чувствительностью

приемника

К (К), под

величиной

которой

понимается

отношение

спектральной

чувствительности

g(X) на

данной длине волны % к максимальному ее значению g(h)m

для

этого лее приемника:

в (Mm

(1.7)

С учетом

этого (1.6)

можно

переписать в виде

g(X)^Jcf{l)K(k)dX.

(1.8)

Для полной оценки воздействия лучистой энергии на светочув

ствительные

элементы нормального

глаза

необходимо

учитывать

его

цветовое

восприятие,

что рассматривается .в

разд.

1.5. Но наряду с цветовым

восприятием

глаза

учиты

вается и его световое вос

приятие.

Световые

вели

чины

образуют

систему

эффективных

величин,

свя

занных

лучистыми

вели

чинами

через

спектральную

too

500

6DD

700

световую

чувствительность

Рис. 1.1. Фуикция относительной видностн

глава.

относительной

для стандартного

колориметрического

наб

Функция

людателя

МКО

при дневном

зрении

спектральной

чувствитель

ности

глаза

для

светового

восприятия

определена

экспериментально [2]. Это так называемая

кривая относительной

видностн

для

дневного

зрения

для

стан

дартного

наблюдателя

V{%)

(рис.

1.1).

Кривые

относительной

— 14 —

вндности для отдельных лиц отличаются друг от друга; приведен ная .кривая .получена в результате усреднения результатов изме

рений для большого числа наблюдателей.		Она	была принята в
1924	г. Международной комиссией по освещению		(МКО) в	каче
стве	относительной спектральной световой	чувствительности		гла
за для дневного зрения1 ).
Выражение для светового 'потока F получим, подставив в				(1.8)

вместо К{%) относительную спектральную световую чувствитель

ность глаза V(K) и	в качестве	пределов интегрирования	границы
видимого спектра:
	760	им
J?	= V{%)m J	<p(X)V(X)d\.	(1.9)
	380

Остальные световые единицы аналогично лучистым выводятся из понятия светового потока.

Излучение источника может быть 'охарактеризовано		силой све
та, представляющей	собой пространственную плотность	светового
потока. Сила света	/ определяется отношением светового потока
dF к телесному углу	dm, .в пределах которого этот поток	заключен
и равномерно распределен:
	/ = — .	(1.10)

У обычных «неточечных» источников распределение света в про странстве 'Неравномерно. Поэтому значение силы света для таких источников должно указываться не только по величине, но и по направлению.

Для оценки излучающих свойств поверхности источника света вводится понятие светимости R, представляющей собой плотность излучаемого светового потока по площади поверхности излучаю щего тела:

К=7Г-	0-11)
При измерении светимости учитывается	полный световой по

ток, излучаемый поверхностью независимо от направления излу чения. Если же 'представляет интерес световое излучение поверх ности в определенном натравлений, то его характеризуют ярко стью.

Яркостью В светящейся поверхности называют пространствен ную плотность светового потока, отнесенную к единице площади

') МКО стандартизовала также и относительную спектральную световую чувствительность глаза для ночного зр&гаїя V'(X), когда функция спектральной

чувствительности глаза сдвигается .в область более коротких >волн |(эффект Пургашье).

— 15 —

проекции светящейся поверхности на плоскость,		перпендикуляр
ную данному направлению:
В	— .	(1.12)
a	dS cos а	к	'

•Воздействие световой энергии на какой-нибудь объект удобно характеризовать освещенностью. Освещенность Е определяется от ношением светового потока dF, падающего на поверхность и рав номерно распределяющегося по ней, к величине площади dSo этой поверхности, т. е. освещенностью называется плотность светового потока на освещаемой поверхности:

£ = — .

(1.13)

Основные соотношения, используемые при расчете и измере

нии освещенности

поверхностей,

основываются

на

предположений

точечного

источника све-

.-і ds

а -

Телесный

угол

dco,

под которым

площадка

r S k T i ,

dS видна из точки А, в

—>г

которой

раоположен

то-

Рис. 1.2.

К выводу

формулы

освещенности,

1 < е ч н ы й

источник

света

создаваемой

точечным

источником

света

(рис. 1.2),

равен отноше

го этим углом

участка

сферы к квадрату

нию площади

вырезаемо

ее радиуса.

При малых

размерах

вырезаемого

участка

сферы

можно

'считать его

плос

ким. Тогда площадь этого

участка

равна проекции площади dS

на плоскость, перпендикулярную линии AD, т. е. dS cos а. Телес ный угол

	d со =		— cos а.		(1.14)
С учетом (1.10) и (1.14) выражение (1.13) для освещенности
площадки	dS
	с-	Ida	I		_
	Е =	dS	= — cos а.		(1.15)
		dS	Р	4	'
Из (1.15) видно, что, во-первых, освещенность прямо				пропор
циональна	силе света, во-вторых, освещенность изменяется				обрат

но пропорционально квадрату расстояния от источника до осве щаемой точки поверхности (закон квадратов расстояний), в-треть их, освещенность изменяется пропорционально косинусу угла меж ду лучом света и перпендикуляром к поверхности («закон коси нусов» для освещенной поверхности).

Оба эти закона справедливы лишь для точечного источника света. Однако с достаточной точностью они могут применяться и в случаях, когда размеры светящегося тела конечны, но намного меньше расстояния от источника до освещаемой поверхности.

— 16 —

1.3.СВЕТОВЫЕ ЕДИНИЦЫ

Вкачестве основной единицы для построения всей системы све

товых единиц принята	единица силы	света — кандела	(кд)1 [3]
Кандела — сила света,	испускаемого с	площади 1/600 000	м2 сече

ния полного излучателя в перпендикулярном этому сечению нап равлении, при температуре излучателя, равной температуре за

твердевания	платины при давлении 101 325 Па.
Единица	светового потока — люмен (лм) дается как производ

ная от канделы. Люмен равен световому потоку, испускаемому внутри телесного угла в один стерадиан точечным источником све та силой в одну канделу в направлениях внутри этого угла. Через световой поток, являющийся эффективным потоком в системе све товых величин, устанавливается количественное соотношение меж ду лучіистьши и световыми величинами. Для этого попользуется полученное в результате точных измерений соотношение, устанав ливающее, что 1 Вт лучистого потока монохроматического излу чения с длиной волны Х,=555 нм равен 683 лм светового потока [1]. Следовательно, величина V(K)m'B (1.9), т. е. максимальное зна чение функции спектральной чувствительности глаза, равна 683, и световой поток сложного излучения со сплошным спектром опре деляется выражением

то
^ = 683 ^y(k)V{X)dk.	(1.16)
о

Отношение светового потока к лучистому, показывающее, ка кая часть общего излучения источника используется глазом, на зывается световой отдачей источника:

ОО
j q>(X)V(X)<U
я \| ) = — = 683-5	.	(1.17)
F,е
j<p(A.)

Световая отдача измеряется в лм/Вт.

За единицу освещенности принимается освещенность поверх

ности площадью 1 м2	при падающем	на нее световом	потоке	1 лм.
Эта единица называется люкс (лк).		1 лк = - ^ - . Раньше для		изме-
		м2
рения освещенности	использовалась	также единица	фот, соответ