Зрительное восприятие

Видимость предметов основана на получении оптического изображения на светочувствительном слое сетчатки глаза. Он состоит из колбочек и палочек (светочувствительных клеток – фоторецепторов).

Колбочки – аппарат дневного зрения, реагируют на высокие яркости и обеспечивают цветовое зрение.

Палочки – ответственны за ночное (сумеречное) зрение, чувствительны к слабым световым сигналам, не различают цвета.

Глаз обладает спектральной чувствительностью. Наиболее сильно он реагирует на желто-зеленое излучение с длиной волны 555 нм. Например, ощущение, вызываемое светом мощностью 1 Вт с λ=505 нм (зеленый) или с λ=605 нм(оранжевый) вдвое слабее, чем ощущение от источника света той же мощности с λ=555 нм.

Кривая спектральной чувствительности глаза

Излучения одинаковой мощности, но разного цвета, вызывают разные по силе световые ощущения у человека. Между восприятием света и мощностью видимых электромагнитных волн нет прямой связи.

Необходимо ввести величины, которые учитывают и мощность световых вон, и интенсивность зрительных ощущений – фотометрические величины.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Световой поток

Световой поток F – поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному восприятию. Характеризует мощность световой энергии.

Единицы измерения – люмен (лм). Установлено, что 1 Вт излучения с λ=555 нм соответствует световому потоку в 683 лм.

Световой поток – характеристика источников света.

Примеры:

• Велосипедная фара - 10 лм

• Лампа накаливания (60Вт) - 600 лм

• Компактная люминесцентная лампа (9 Вт) - 600 лм

• Лампа дневного света (65Вт) – 3160 лм

• Ксеноновая лампа сверхвысокого давления (20 кВт) - 700000 лм

Сила света

Характеризует распределение светового потока в пространстве. Связана с понятием из стереометрии – телесным углом. Телесный угол: Δω = S/r². Единица измерения – стерадиан (ср).

Полный телесный угол ω = S/r²= 4πr²/r²= 4π ср .

Сила света I – отношение светового потока, излучаемого в данном направлении в пределах данного телесного угла, к величине этого угла

I = ΔF / Δω

Сила светахарактеризуется не только величиной, но и направлением в пространстве. Ее направление – это ориентация оси элементарного телесного угла Δω.

Единица измерения силы света – кандела (кд)

Частный случай. Изотропный источник света – источник, который излучает одинаково по всем направлениям

I = F / ω = F / 4π

Кривая распределения силы света – это характеристика осветительных приборов.

Яркость

ЯркостьL – характеристика протяженных источников света.

L_φ = I_φ / S_φ = I_φ / (S cos φ)

Яркость – это отношение силы света, излучаемой в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению.

Яркость в направлении нормали к поверхности L = I₀ /S.

Поверхности, обладающие одинаковой яркостью по всем направлениям, называются равнояркими излучателями (светильник - шар из молочного стекла). Для них L = const, т.е.

I_φ/ S cos φ = I₀/ S

Следовательно, I_φ= I₀ cos φ.Равнояркая поверхность излучает свет по закону косинуса.

Единица измерения яркости – кд/м² или нит (нт).

Яркость поверхностей в поле зрения наблюдателя имеет решающее значение для зрительного восприятия. При средней яркости поля зрения 0,001 нт – начинают реагировать палочки. При 3 нт начинают функционировать колбочки.

Яркости некоторых светящихся поверхностей. Примеры.

• Солнце - 1,5∙10⁹ нт

• Нить накала лампы - (5 – 15)∙10⁶ нт

• Лампа дневного света – 5000-10000 нт

• Облачное небо в полдень - 8000 нт

• Ясное небо в полдень- 2500-4000 нт

• Полная луна - 2500 нт

Освещенность

- характеристика освещаемых поверхностей.

Освещенность Е– отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности.

Е = F/S

Измеряется в лк (люксах).

Освещенность поверхности земли для некоторых типичных условий. Примеры.

• Ясный солнечный день 100 000 лк

• Пасмурный день 5 000-10 000 лк

• Белые ночи 2 – 3 лк

• Ясная ночь, полнолуние 0,1 – 0,2 лк

Освещенность – нормируемая характеристика искусственного освещения.

Нормы Е : аудитория – 400 лк;

класс - 500 лк;

ресторан - 200 лк