Основы телевизионной оптики и светотехники презентация

Кафедра телевидения и видеотехники Беляева Наталия Николаевна а.427 (кафедра) а.448 (деканат РТС)

Основная Основная Беляева Н.Н., Ерганжиев Н.А. Светотехника, оптика и колориметрия в телевидении: Учебное пособие/СПбГУТ.-СПб,2004. Светотехника: методические указания к лабораторным работам. /СПбГУТ.-СПб,2007 Дополнительная Новаковский С.В. Цвет на экране телевизора. Основы телевизионной колориметрии. – М.: Радио и связь,1997.

1.Природа и основные свойства оптического излучения 1.Природа и основные свойства оптического излучения

Оптическая область спектра: λ от 10 нм до 1 мм Спектр оптических излучений делится на три участка: ультрафиолетовые излучения – от 10 до 380 нм; видимые излучения – от 380 до 770 нм; инфракрасные излучения – от 770 до 1 мм.

380–430 нм – фиолетовый, 430–470 нм – синий, 470–490 нм – голубой, 490–565 нм – зеленый, 565–595 нм – желтый, 595–620 нм – оранжевый, 620–770 нм – красный.

Энергетические величины и единицы измерения света Энергетические величины и единицы измерения света Фотометрические величины и единицы измерения света

Поток излучения Поток излучения Энергетическая сила света (сила излучения) Энергетическая светимость Энергетическая освещенность Энергетическая яркость

Fе - мощность переноса энергии излучения. Fе - мощность переноса энергии излучения. Для измерения потока излучения используется единица мощности – ватт. Мгновенное значение лучистого потока источника света: Fi = dW / dt. Среднее значение лучистого потока Fe за конечный интервал времени t: Fe = W / t где W – лучистая энергия, излучаемая источником за время t.

Me = dFe / dSи, Вт/м2 Me = dFe / dSи, Вт/м2 Энергетическая освещенность (облученность) Ee Ee = dFe / dS0, Вт/м2

Le α = dFe / (dS cosα d ω), Вт/(срм2) Le α = dIe α / dS cos α Ie α = Ie 0 cos α = Le S cos α где Ie 0 – сила излучения в направлении α = 0.

Величины, предназначенные для оценки излучения по его действию на избирательный приемник излучения, называются эффективными.

Эффективный поток излучения: для однородного излучения F эф (λ) = F e (λ) s (λ), где F e (λ) – однородный поток излучения; s (λ) – спектральная чувствительность приемника к однородному излучению с длиной волны λ для излучения со сплошным спектром

Система эффективных величин и единиц, в которых в качестве функции спектральной чувствительности приемника используется функция относительной спектральной чувствительности глаза V (λ), называется фотометрической. Фотометрические величины: Световой поток Сила света Светимость Освещенность Яркость

Световой поток F представляет поток излучения, оцениваемый по зрительному восприятию. Световой поток F представляет поток излучения, оцениваемый по зрительному восприятию. Световой поток F (λ) на длине волны λ F (λ) = Km Fe(λ) V(λ), где Fe (λ) – поток излучения, V(λ) – относительная видность на длине волны λ, Km – максимальное значение световой эффективности глаза, т.е. световой поток (в люменах), создаваемый излучением мощностью в 1 Вт при длине волны λ=555 нм

где λ min и λ max соответствуют границам видимого спектра

Световой поток выражают в люменах (лм). Один люмен равен световому потоку, излучаемому точечным источником света силой в 1 канделу (кд) внутри телесного угла в 1 ср. Экспериментально установлено, что 1 лм = 1/683 Вт, что означает: Km = 683 лм/вт

Сила света I α представляет пространственную Сила света I α представляет пространственную (угловую) плотность светового потока в направлении α: I α = d F / d ω За единицу силы света принята кандела (кд). Кандела равна силе света, испускаемого в перпендикулярном направлении с поверхности полного излучателя площадью 1/(6105) м2 при температуре затвердевания платины (Т = 2042 К).

Светимость M определяет поверхностную плотность Светимость M определяет поверхностную плотность светового потока и используется для оценки источников света, имеющих протяженные размеры: M = d F / d S и Единицей светимости является 1 люмен с 1 м2 (лм/м2).

Освещенность E представляет собой величину, Освещенность E представляет собой величину, характеризующую поверхностную плотность падающего на некоторую плоскость светового потока: E = d F / d S о Единицей освещенности является люкс (лк), представляющий собой освещенность поверхности площадью 1 м2, на которую падает равномерно распределенный световой поток в 1 лм.

dω = dS1/l12 = …= dSi/li2 =…= dSn/ln2 dω = dS1/l12 = …= dSi/li2 =…= dSn/ln2 Ei = dF / dSi = I dω / dSi = I dω / dω li2 = I/li2 Освещенность поверхности равняется силе света, деленной на квадрат расстояния от источника света до поверхности, если направление этой силы света перпендикулярно поверхности. E1 / E2 = l22/l1 2 Освещенность вдоль луча света изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до освещаемой поверхности

1. Пучок параллельных лучей: 1. Пучок параллельных лучей: освещенность остается постоянной вдоль пучка и не зависит от расстояния; 2. Источник света конечных размеров: освещенность изменяется с расстоянием в зависимости от очертаний светящейся поверхности и от распределения яркости по ней.

Es = dF / dS Es = dF / dS dS = dS1 cos i E = dF cos i / dS = Es cos i = I cos i / l 2 Освещенность пропорциональна косинусу угла падения света на освещаемую поверхность

Яркость L характеризует собой величину светового потока, излучаемого с единицы видимой поверхности в данном направлении. Яркость численно равна отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную заданному направлению Lα= dF / (dS cosα dω) = dIα / dS cosα Единицей яркости является 1 кд на 1 м2 (кд/м2 )

Модификации: Модификации: Отражение Пропускание Поглощение Рассеяние

F - падающий cветовой поток: Fρ - отраженный Fτ - пропущенный Fα - поглощенный F = Fρ + Fτ + Fα.

- отражения - отражения ρ = Fρ/F - пропускания τ = Fτ/F - поглощения α = Fα/F ρ + τ + α =1

Зависимости ρ(λ), τ(λ), α(λ) от длины волны Зависимости ρ(λ), τ(λ), α(λ) от длины волны излучения называются спектральными характеристиками отражения, пропускания и поглощения. Для однородных излучений: ρ(λ) = F ρ(λ)/F (λ) τ (λ) = F τ(λ)/F (λ) α (λ)= F α(λ)/F (λ)

D (λ) – оптическая плотность среды Оптическая плотность - мера непрозрачности вещества, равная десятичному логарифму отношения потока излучения F, падающего на слой вещества, к потоку прошедшего излучения F τ , , ослабленного в результате поглощения и рассеяния: D=lg(F /F τ ). Оптическая плотность - логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания. D (λ) =lg [1/τ (λ)] = - lg τ (λ)

Для однородного излучения: τ 0 = τ 1 * τ 2 * … * τ n D1 =lg (1/τ 1) D2 =lg (1/τ 2) Dn =lg (1/τ n) D0 = D1+ D2 +…+ Dn

Светофильтры- пластины с оптически однородной (не рассеивающей) средой, с избирательным поглощением энергии излучения в той или иной части спектра.

направленное отражение (пропускание) направленное отражение (пропускание) рассеянное (диффузное) отражение (пропускание) направленно-рассеянное отражение (пропускание)

При направленном отражении угол падения равен углу отражения, а падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения. При направленном отражении угол падения равен углу отражения, а падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения.

При направленном пропускании падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения. Ход лучей определяется законом синусов.

– при отражении – при отражении L ρ = ρ L – при преломлении L1 / n1 2= L2 / n2 2 =…= const

Идеально рассеивающие (матовые) поверхности – поверхности, яркость которых во всех направлениях одинакова. Lα= dIα / dS cos α = Lo = const

dIα / cos α = dIo = const dIα = dIo cos α Iα = Io cos α

Коэффициент диффузного отражения или альбедо, Коэффициент диффузного отражения или альбедо, ρд=Fд /F, где Fд – диффузно отражаемая часть потока.

Коэффициент яркости r - отношение яркости L Коэффициент яркости r - отношение яркости L тела в заданном направлении к яркости Lд идеальной диффузно рассеивающей поверхности (с ρ = 1 или τ = 1): r = L / Lд.

Светимость: Светимость: M = ρE (или M = τE) Яркость: L = r E / π При диффузном отражении r = ρ; при диффузном пропускании r = τ .

Нестандартные единицы освещенности Нестандартные единицы освещенности 1 фот = 1лм/см2 = 104 лк 1 фут-свеча = 1лм/кв.фут = 10,76 лк 1 фотон

1 стильб (сб) =1кд/см2 =104 кд/м2 1 стильб (сб) =1кд/см2 =104 кд/м2 1 миллистильб (мсб) = 10-3сб 1 децимиллистильб (дмсб) = 10-4сб = = 1 нит (нт) = 1 кд/ м2 1 ламб = 1/π (кд/см2) = 0,318 сб = = 3180 нт 1 апостильб (асб) = 10-4 ламб = 0,318 нт 1 фут-ламберт(фламб) = 1,076 мламб = 10,76 асб =3,425 нт

Единицы длины и площади: 1 дюйм = 25,4 мм 1 фут = 12 дюймов = 30,48 см 1 кв.фут = 929 см2 1 м2 = 10,76 кв.футов