Distribuția spectrală a puterii - Spectral power distribution

Comparații de distribuție a puterii spectrale de iluminare standard CIE la care se face referire la răspunsul fotopic al sistemului vizual uman

În radiometrie , fotometrie și știința de culoare , o distribuție spectrală a energiei ( SPD de măsurare) descrie puterea pe unitatea de suprafață pe unitatea de lungime de undă de iluminare ( exitance radiantă ). Mai general, termenul distribuția spectrală de putere se poate referi la concentrare, în funcție de lungimea de undă a oricărei cantități radiometric sau fotometrice ( de exemplu radiant de energie , fluxul radiant , intensitate radiantă , strălucire , iradiantă , exitance radiant , radiosity , luminanță , flux luminos , intensitate luminoasă , iluminare , emisie luminoasă ).

Cunoașterea SPD este crucială pentru aplicațiile de sistem cu senzori optici. Proprietățile optice, cum ar fi transmittanța , reflectivitatea și absorbția , precum și răspunsul senzorului depind de obicei de lungimea de undă incidentă.

Fizică

Matematic, pentru distribuția puterii spectrale a unei ieșiri radiante sau a unei iradianțe, se poate scrie:

${\ displaystyle M (\ lambda) = {\ frac {\ partial ^ {2} \ Phi} {\ partial A \, \ partial \ lambda}} \ aprox {\ frac {\ Phi} {A \, \ Delta \ lambda}}}$

unde M ( λ ) este iradierea spectrală (sau ieșirea) luminii ( unități SI : W / m ³ = kg · m ⁻¹ · s ⁻³ ); Φ este fluxul radiant al sursei (unitate SI: watt, W); A este zona peste care este integrat fluxul radiant (unitate SI: metru pătrat, m ² ); și λ este lungimea de undă (unitatea SI: metru, m). (Rețineți că este mai convenabil să exprimați lungimea de undă a luminii în termeni de nanometre ; ieșirea spectrală va fi apoi exprimată în unități de W · m ⁻² · nm ⁻¹ .) Apropierea este valabilă atunci când zona și intervalul de lungime de undă sunt mici. .

SPD relativ

Distribuții caracteristice spectrale de putere (SPD) pentru o lampă incandescentă (stânga) și o lampă fluorescentă (dreapta). Axele orizontale sunt în nanometre, iar axele verticale prezintă o intensitate relativă în unitățile arbitrare.

Raportul dintre concentrația spectrală (iradianță sau ieșire) la o lungime de undă dată și concentrația unei lungimi de undă de referință oferă SPD relativ. Acest lucru poate fi scris ca:

${\ displaystyle M _ {\ mathrm {rel}} (\ lambda) = {\ frac {M (\ lambda)} {M \ stânga (\ lambda _ {0} \ right)}}$

De exemplu, luminanța corpurilor de iluminat și a altor surse de lumină sunt gestionate separat, o distribuție spectrală a puterii poate fi normalizată într-un fel, adesea la unitatea la 555 sau 560 nanometri, coincidând cu vârful funcției de luminozitate a ochiului .

responsivitatea

SPD poate fi utilizat pentru a determina răspunsul unui senzor la o lungime de undă specificată. Aceasta compară puterea de ieșire a senzorului cu puterea de intrare în funcție de lungimea de undă. Aceasta poate fi generalizată în următoarea formulă:

${\ displaystyle R (\ lambda) = {\ frac {S (\ lambda)} {M (\ lambda)}}}$

Cunoașterea reacției este benefică pentru determinarea iluminării, a componentelor interactive ale materialelor și a componentelor optice pentru a optimiza performanța proiectării unui sistem.

Sursa SPD și materie

Figura care arată proporția mai mare de lumină albastră împrăștiată de atmosferă în raport cu lumina roșie.

Distribuția puterii spectrale peste spectrul vizibil de la o sursă poate avea concentrații diferite de SPD relative. Interacțiunile dintre lumină și materie afectează proprietățile de absorbție și reflectanță ale materialelor și, ulterior, produce o culoare care variază cu iluminarea sursei.

De exemplu, distribuția relativă a puterii spectrale a soarelui produce un aspect alb dacă este observată direct, dar când lumina soarelui luminează atmosfera Pământului, cerul apare albastru în condiții normale de lumină de zi. Acest lucru provine din fenomenul optic numit împrăștiere Rayleigh, care produce o concentrație de lungimi de undă mai scurte și, prin urmare, aspectul de culoare albastră.

Sursa SPD și aspectul culorii

Compararea temperaturii culorii lămpilor electrice obișnuite

Răspunsul vizual uman se bazează pe tricromatie pentru a procesa aspectul culorii. În timp ce răspunsul vizual uman se integrează pe toate lungimile de undă, distribuția relativă a puterii spectrale va oferi informații de modelare a aspectului de culoare, întrucât concentrația benzilor de lungime de undă va deveni contribuitorii primari la culoarea percepută.

Acest lucru devine util în fotometrie și colorimetrie, deoarece culoarea percepută se schimbă odată cu iluminarea sursei și distribuția spectrală și coincide cu metamerismele în care aspectul culorii unui obiect se schimbă.

Machiajul spectral al sursei poate coincide, de asemenea, cu temperatura culorii producând diferențe de aspect de culoare datorită temperaturii sursei.

Vezi si

Referințe

linkuri externe

• Curbe de distribuție a energiei spectrale , iluminare GE.