Функция яркости - Luminosity function

О функции светимости в астрономии см. Функция светимости (астрономия).
Фотопикс (черный и скотопический (зеленый) функции светимости.[c 1] Фотопортрет включает стандарт CIE 1931[c 2] (сплошные), модифицированные данные Джадда – Вос 1978 г.[c 3] (пунктирная линия) и данные Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle 2005 г.[c 4] (пунктирный). По горизонтальной оси отложена длина волны в нм.
Srgbspectrum.png

А функция светимости или же функция светоотдачи описывает средний спектральная чувствительность визуального восприятия человеком яркости. Он основан на субъективных суждениях о том, какой из пары разноцветных огней ярче, для описания относительной чувствительности к свету с разной длиной волны. Его не следует считать совершенно точным, но он дает хорошее представление о зрительной чувствительности человеческого глаза и является ценным исходным показателем для экспериментальных целей. В разных условиях освещения применяются разные функции яркости, от фотопических при ярком освещении до мезотопических до скотопических при слабом освещении. Без квалификации, функция светимости обычно относится к функции фотопической яркости.

Функция фотопической яркости CIE у(λ) или же V(λ) - стандартная функция, установленная Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) и может использоваться для преобразования лучистой энергии в световую (то есть видимую) энергию. Он также образует центральную функция согласования цветов в Цветовое пространство CIE 1931.

Подробности

Обычно используются две функции яркости. Для повседневного уровня освещенности фотопикс Функция яркости наилучшим образом приближает реакцию человеческого глаза. При низком уровне освещенности реакция человеческого глаза меняется, и скотопический кривая применяется. Фотопическая кривая - это стандартная кривая CIE, используемая в цветовом пространстве CIE 1931.

Световой поток (или видимая мощность) в источнике света определяется функцией фотопической яркости. Следующее уравнение рассчитывает полный световой поток в источнике света:

куда

Формально интеграл - это внутренний продукт функции светимости с спектральное распределение мощности.[1] На практике интеграл заменяется суммой по дискретным длинам волн, для которых доступны табличные значения функции светимости. В CIE распространяет стандартные таблицы со значениями функции светимости на 5 нм интервалы от 380 нм к 780 нм.[cie 1]

Стандартная функция светимости нормирована на максимальное значение, равное единице при 555 нм (видеть световой коэффициент ). Значение постоянной перед интегралом обычно округляется до 683 лм / Вт. Небольшое превышение дробного значения происходит из-за небольшого несоответствия между определением просвета и пиком функции светимости. Просвет определяется как единица для лучистой энергии 1/683 Вт с частотой 540 ТГц, что соответствует стандартной длине волны воздуха 555,016 нм скорее, чем 555 нм, который является пиком кривой светимости. Значение у(λ) является 0.999997 в 555,016 нм, так что значение 683 /0.999997 = 683.002 - мультипликативная постоянная.[2]

Число 683 связано с современным (1979 г.) определением кандела, единица интенсивность света.[cie 2] Это произвольное число заставило новое определение дать числа, эквивалентные числам из старого определения канделы.

Улучшения стандарта

Фотопортрет CIE 1924 года V(λ) функция светимости,[cie 3] который включен в функции согласования цветов CIE 1931 как у(λ) давно признано, что она недооценивает вклад синего конца спектра в воспринимаемую яркость. Были предприняты многочисленные попытки улучшить стандартную функцию, чтобы сделать ее более репрезентативной для человеческого зрения. Джадд в 1951 году,[3] усовершенствован Восом в 1978 г.,[4] в результате появилась функция, известная как CIE VM(λ).[5] Совсем недавно Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) разработали функцию, совместимую с Основы конуса Стокмана и Шарпа;[6] их кривые показаны на рисунке выше.

Стандарт ISO

Стандарт ISO - ISO 11664-1: 2007, который вскоре будет заменен ISO / CIE FDIS 11664-1. Стандарт предоставляет таблицу с приращением в нм каждого значения в видимом диапазоне.[7] [8]

Скотопическая светимость

Для очень низких уровней интенсивности (скопическое зрение ), чувствительность глаза опосредуется палочками, а не колбочками, и смещается в сторону фиолетовый, оглядываясь вокруг 507 нм для молодых глаз; чувствительность эквивалентна 1699 лм / Вт[9] или же 1700 лм / Вт[10] на этом пике.

Стандартная функция скотопической светимости или V′(λ) был принят CIE в 1951 году на основе измерений Уолда (1945) и Кроуфорда (1949).[11]

Дальтонизм

Протанопическая (зеленый) и дейтеранопическая (красный) функции светимости.[12] Для сравнения желтым цветом показана стандартная фотопическая кривая.

Дальтонизм изменяет чувствительность глаза в зависимости от длины волны. Для людей с протанопия, пик реакции глаза смещен в коротковолновую часть спектра (примерно 540 нм), а у людей, страдающих дейтеранопия наблюдается небольшой сдвиг пика спектра примерно до 560 нм.[12] Люди с протанопией практически не чувствительны к свету с длинами волн более 670 нм.

Большинство не-примат млекопитающие имеют ту же функцию светимости, что и люди с протанопией. Их нечувствительность к длинноволновому красному свету позволяет использовать такое освещение при изучении ночного образа жизни животных.[13]

Для пожилых людей с нормальным цветовым зрением хрусталик может стать слегка желтым из-за катаракта, который перемещает максимум чувствительности в красную часть спектра и сужает диапазон воспринимаемых длин волн.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чарльз А. Пойнтон (2003). Цифровое видео и HDTV: алгоритмы и интерфейсы. Морган Кауфманн. ISBN  1-55860-792-7.
  2. ^ Wyszecki, Günter & Stiles, W.S. (2000). Наука о цвете - концепции и методы, количественные данные и формулы (2-е изд.). Wiley-Interscience. ISBN  0-471-39918-3.
  3. ^ Джадд, Дин Б. и Вышеки, Гюнтер (1975). Цвет в бизнесе, науке и промышленности (3-е изд.). Джон Вили. ISBN  0-471-45212-2.
  4. ^ Вос, Дж. Дж. (1978). «Колориметрические и фотометрические свойства фундаментального наблюдателя 2 °». Исследование и применение цвета. 3 (3): 125–128. Дои:10.1002 / col.5080030309.
  5. ^ Стайлз, W. S .; Берч, Дж. М. (1955). «Промежуточный отчет Международной комиссии по освещению в Цюрихе, 1955 г., об исследовании Национальной физической лаборатории сопоставления цветов». Optica Acta. 2 (4): 168–181. Bibcode:1955AcOpt ... 2..168S. Дои:10.1080/713821039.
  6. ^ Sharpe, L.T .; Stockman, A .; Jagla, W .; Ягле, Х. (2005). «Функция светоотдачи V * (λ) для адаптации к дневному свету» (PDF). Журнал видения. 5 (11): 948–968. Дои:10.1167/5.11.3. Архивировано из оригинал (PDF) 26 апреля 2012 г.
  7. ^ «Колориметрия - Часть 1: Стандартные колориметрические наблюдатели CIE». Получено 9 декабря, 2018.
  8. ^ «Кей и Лаби; таблицы физических и химических констант; Общая физика; Подраздел: 2.5.3 Фотометрия». Национальная физическая лаборатория; Великобритания. Получено 9 декабря, 2018.
  9. ^ Кохеи Нарисада; Duco Schreuder (2004). Справочник по световому загрязнению. Springer. ISBN  1-4020-2665-X.
  10. ^ Казимер ДеКузатис (1998). Справочник по прикладной фотометрии. Springer. ISBN  1-56396-416-3.
  11. ^ [1]
  12. ^ а б Джадд, Дин Б. (1979). Вклад в науку о цвете. Вашингтон, округ Колумбия, 20234: NBS. п. 316.CS1 maint: location (связь)
  13. ^ И. С. МакЛеннан и Дж. Тейлор-Джеффс (2004). «Использование натриевых ламп для яркого освещения мышиного домика в темное время суток» (PDF). Лабораторные животные. 38: 384–392. Дои:10.1258/0023677041958927. PMID  15479553.[постоянная мертвая ссылка ]

Документы CIE

  1. ^ «Избранные колориметрические таблицы CIE». Архивировано из оригинал 31 января 2017 г.
  2. ^ 16-е Conférence générale des poids et mesures Резолюция 3, CR, 100 (1979) и Метрология, 16, 56 (1980).
  3. ^ CIE (1926). Процедура Международной комиссии по освещению, 1924 год. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

Данные кривой

  1. ^ "Кривая светимости CIE Scotopic (1951)". Архивировано из оригинал на 2008-12-28.
  2. ^ "CIE (1931) 2-градусные функции согласования цветов". Архивировано из оригинал на 2008-12-28.
  3. ^ «Модифицированная кривая светимости 2-градусной фотопической светимости CIE, модифицированная Джаддом – Восом (1978)». Архивировано из оригинал на 2008-12-28.
  4. ^ "Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) 2-градусная функция светоотдачи V * (l)". Архивировано из оригинал на 2007-09-27.

внешняя ссылка