Спектр видимого излучения

При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами.^[10] Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:

Цвет	Диапазон длин волн, нм	Диапазон частот, ТГц	Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый	380—440	790—680	2,82—3,26
Синий	440—485	680—620	2,56—2,82
Голубой	485—500	620—600	2,48—2,56
Зелёный	500—565	600—530	2,19—2,48
Жёлтый	565—590	530—510	2,10—2,19
Оранжевый	590—625	510—480	1,98—2,10
Красный	625—740	480—400	1,68—1,98

4) световой поток Φ(λ)

Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения. Иными словами, «световой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»^[1].

• Обозначение:
• Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен

· Для определения величины светового потока, сначала необходимо спектральную плотность мощности излучения умножить на величину относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения V_λ, затем проинтегрировать в пределах видимого диапазона длин волны (то есть от 380 до 780 нм). Затем полученный результат (Φ_e; измеряется в Вт) нужно умножить на фотометрический эквивалент излучения (K_m; константа=683 лм/Вт))^[2].

Интегрирующий сферический фотометр (Шар Ульбрихта)

5) Сила света I характеризует распределение светового потока по разным направлениям и определяется как угловая плотность светового потока

,

где - световой поток, распространяющийся в пределах телесного угла .

Телесный угол представляет собой часть пространства, ограниченную некоторой конической поверхностью (см. Рис. 1). Количественно телесный угол равен отношению площади поверхности S, вырезаемой на сфере радиуса R, конической поверхностью, образующие которой исходят из центра сферы, к квадрату радиуса

.

Измеряется телесный угол в стерадианах. Если угол между осью конуса и образующей равен , соответствующий телесный угол равен [3, стр.108]

.

Силу света измеряют в канделлах. Канделла - основная единица фотометрии, для нее существует эталон и именно через нее определяюкся остальные светотехнические единицы (люмен, люкс и т.д.)

Световой поток можно выразить через силу света

.

Как правило, сила света изменяется в зависимости от угла между направлением распространения света и некоторой осью симметрии источника, тогда световой поток

,

где угол , отсчитывается от оси симметрии. Если сила света постоянна по всем направлениям в пределах телесного угла , то

.

Распространяясь в пространстве, свет попадает на освещаемые объекты. Количественно это описывается с помощью понятия освещенности.

6) телесный угол Ώ

Теле́сный у́гол — часть пространства, которая является объединением всех лучей, выходящих из данной точки (вершины угла) и пересекающих некоторую поверхность (которая называется поверхностью, стягивающей данный телесный угол). Частными случаями телесного угла являются трёхгранные и многогранные углы. Границей телесного угла является некоторая коническая поверхность.

Телесный угол измеряется отношением площади той части сферы с центром в вершине угла, которая вырезается этим телесным углом, к квадрату радиуса сферы:

Стерадиан

Очевидно, телесные углы измеряются отвлечёнными (безразмерными) величинами. Единицей измерения телесного угла в системе СИ является стерадиан, равный телесному углу, вырезающему из сферы радиуса поверхность с площадью . Полная сфера образует телесный угол, равный стерадиан (полный телесный угол), для вершины, расположенной внутри сферы, в частности, для центра сферы; таким же является телесный угол, под которым видна любая замкнутая поверхность из точки, полностью охватываемой этой поверхностью, но не принадлежащей ей. Кроме стерадианов, телесный угол может измеряться в квадратных градусах, квадратных минутах и квадратных секундах, а также в долях полного телесного угла.

Телесный угол имеет нулевую физическую размерность.

Обозначается телесный угол обычно буквой .

Двойственный телесный угол к данному телесному углу определяется как угол, состоящий из лучей, образующих с любым лучом угла неострый угол.

Коэффициенты пересчёта единиц телесного угла.

Яркость L

I Я́ркость L, световая величина, равная отношению светового потока к фактору геометрическому :

.

Здесь — заполненный излучением телесный угол, — площадь участка, испускающего или принимающего излучение, — угол между перпендикуляром к этому участку и направлением излучения. Из общего определения яркости следуют два практически наиболее интересных частных определения:

1) Яркость, излучаемая поверхностью под углом к нормали этой поверхности, равняется отношению силы света , излучаемого в данном направлении, к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению ^[5]

Яркость

2) Яркость — отношение освещённости в точке плоскости, перпендикулярной направлению на источник, к элементарному телесному углу, в котором заключён поток, создающий эту освещённость:

Яркость измеряется в кд·м⁻². Из всех световых величин яркости наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещённости изображений предметов на сетчатке пропорциональны яркостям этих предметов. В системе энергетических фотометрических величин аналогичная яркость величина называется энергетической яркость и измеряется в вт·ср⁻¹·м⁻².

коэффициенты отражения ρ и пропускания τ

коэффицие́нт пропуска́ния — безразмерная физическая величина, равная отношению потока излучения , прошедшего через среду, к потоку излучения , упавшего на её поверхность:

В общем случае значение коэффициента пропускания ^[1] тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения.

Коэффициент пропускания связан с оптической плотностью соотношением:

Сумма коэффициента пропускания и коэффициентов отражения, поглощения и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

Коэффицие́нт отраже́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела отражать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая или латинская ^[1].

Количественно коэффициент отражения равен отношению потока излучения, отраженного телом, к потоку, упавшему на тело^[1]:

Сумма коэффициента отражения и коэффициентов поглощения, пропускания и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

В тех случаях, когда спектр падающего излучения настолько узок, что его можно считать монохроматическим, говорят о монохроматическом коэффициенте отражения. Если спектр падающего на тело излучения широк, то соответствующий коэффициент отражения иногда называют интегральным.

В общем случае значение коэффициента отражения тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения. Вследствие зависимости коэффициента отражения поверхности тела от длины волны падающего на него света визуально тело воспринимается как окрашенное в тот или иной цвет.

рассеянное и направленное отражение

Наблюдая различные виды естественного и искусственного освещения, можно заметить, что в той или иной мере всюду присутствуют как направленный, так и рассеянный свет. Днем в безоблачную или малооблачную погоду источником направленного света является солнце, рассеянный свет образуется в результате отражения света от облаков и рассеивания частицами, взвешенными в воздухе. Вечером в помещении направленный свет излучается лампой, рассеянный образуется как сумма отражений от потолка, стен и окружающих предметов. Для того чтобы снятые предметы на фотографии выглядели естественными и правдивыми, во время съемки применяют сочетание осветительных приборов направленного и рассеянного света.

Рис. 27. Изменение освещенности при изменении расстояния от источника света

На рис. 27 изображен источник, излучающий световые лучи. В правой части рисунка схематически показано, как изменяется освещенность при увеличении расстояния от источника света. Если расстояние до лампы удвоить, то освещенность уменьшится в 4 раза, с увеличением расстояния в 3 раза освещенность станет в 9 раз меньшей и т. д. Слева на том же рисунке показаны схема направленного отражения света от зеркальной поверхности (а) и рассеивание света при отражении матовой, шероховатой поверхностью (б).

Источники искусственного света, например лампы накаливания в 500-1000 Вт, могут давать направленный свет. Такой свет способствует образованию четкой границы перехода от света к тени, как это изображено на рис. 28, а. С увеличением площади светящейся поверхности источника света по отношению к площади освещаемого объекта светотеневая граница становится более расплывчатой. На том же рисунке (б) показана схема освещения лампой с рефлектором. Контур тени стал менее резким. Рефлектор не только увеличил освещенность, создаваемую источником света, но и расширил его светящуюся поверхность. Если перед лампой установить светорассеиватель, например матовое стекло, марлевую сетку, кальку и др., то граница тени будет смягчена еще больше (в); теперь объект освещен преимущественно направленно-рассеянным светом.

Рис. 28. Схемы рассеивания направленного светового потока

Различная степень рассеивания света имеет большое значение при съемке портрета для смягчения светотеневых переходов на лице, для сглаживания неровностей кожи.