Fotometria i kolorymetria

Transkrypt

1 1. Wprowadzenie (treść wykładu, literatura, warunki zaliczenia) Zadania radio- i fotometrii Podstawy fizjologiczne fotometrii (budowa oka ludzkiego; prawa fizjologiczne ważne dla fotometrii) Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1; terminy: patrz strona www

2 WARUNKI ZALICZENIA!!! 1. NIE sprawdzam obecności! 2. Dwa terminy egzaminów w sesji zimowej 3. I KONIEC!

3 Egzaminy i Laboratorium Egzaminy: 4 i 11 lutego 2019 roku, godziny , sala 322 A-1

4 1. Wprowadzenie (treść wykładu, literatura, warunki zaliczenia). Zadania radio- i fotometrii. Podstawy fizjologiczne fotometrii (budowa oka ludzkiego; prawa fizjologiczne ważne dla fotometrii). 2. Podstawowe wielkości radio- i fotometryczne (jednostki energetyczne i świetlne). Prawa i zależności fotometrii (Lamberta, fotometryczne, prawa odległości). 3. Podstawy wytwarzania światła. Charakterystyki źródeł światła. 4. Podstawy fotometrii wzrokowej i fizycznej (metody: wzrokowe, filtru, odchyłowa, zrównania; zasady: migotania, kontrastu).

5 5. Prawa promieniowania ciała czarnego (rozkład Plancka; prawa: Kirchhoffa, Stefana-Boltzmanna, Wiena). Temperatura rozkładu widmowego, temperatura barwowa. Pojęcie wzorca świetlnego. Metody osłabiania w fotometrii. 6. Podstawowe pomiary radio- i fotometryczne (pomiar światłości, luminancji, wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła; pomiar strumienia świetlnego; fizyczny pomiar natężenia oświetlenia; pomiar ilości światła). 7. Specjalne pomiary świetlne (pomiary w kuli Ulbrichta; pomiar współczynnika luminancji; pomiary przepuszczalności; pomiary świetlne projektorów). Fotometria kartograficzna. 8. Właściwości odbiorników fizycznych stosowanych w fotometrii (fotokomórki, ogniwa fotoelektryczne; fotopowielacze).

6 9. Kolorymetria: wprowadzenie historyczne (poglądy intuicyjne; poglądy empiryczne; modele XIV-XIX-wieczne). Atlas barw Munsella. 10. Mechanizmy widzenia barwnego oka (rodzaje receptorów; teoria Younga-Helmholtza i Heringa; kontrast chromatyczny i achromatyczny; dwu- i trzywariantowy system widzenia ssaków; kontrast równoczesny; wady postrzegania barw; testy Ishihary). 11. Opis barwy; cechy psychofizyczne barwy; prawo Webera-Fechnera; indukcja przestrzenna i czasowa; elementy fotometrii; widmo bodźca a wrażenie barwne. 12. Mieszanie barw (addytywne równoczesne i następcze; subtraktywne); metameryzm; prawa Grassmanna. Jednostka trójchromatyczna; równanie trójchromatyczne; przestrzeń i płaszczyzna barw; przekształcenie przestrzeni i płaszczyzny barw.

7 13. Układy barw (współrzędne i składowe trójchromatyczne promieniowania monochromatycznego; układ bodźców fizycznych RGB; krzywa barw widmowych; układ barw CIE 1931 (XYZ); alychne; układy CMY i CMYK. 14. Układy barw x,y,y. Jednowymiarowe skale barw (długość fali dominującej i czystość bodźca; temperatura barwowa). Iluminanty i źródła normalne CIE. Układ CIE 1960 (u,v). Przestrzeń barw CIE 1964 (U*V*W*). Układ CIE 1976 (u,v ). Układy CIELUV i CIELAB. Miary różnicy barw. 15. Pomiary barw (iluminanty i wzorcowe źródła światła; wskaźnik oddawania barw; warianty oświetlenia i odbicia; kula całkująca Ulbrichta; kolorymetria trój- i czterofiltrowa; techniki pomiarowe). Zastosowanie pomiarów barwy (zakresy chromatyczności świateł sygnałowych, znaków powierzchniowych).

8 LITERATURA PODSTAWOWA: [1] E. Helbig, Podstawy fotometrii, Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warszawa 1975 [2] D. Czyżewski, S. Zalewski, Laboratorium fotometrii i kolorymetrii, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007 [3] J. Mielicki Zarys wiadomości o barwie, Fundacja Rozwoju Polskiej Kolorystyki, Łódź 1997 [4] W. Felhorski, W. Stanioch Kolorymetria trójchromatyczna, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa 1973 LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: [5] Sapożnikow, Staśkiewicz, Fotometria teoretyczna,

9 Radiometria dział fizyki i metrologii zajmujący się ilościowymi pomiarami energii promieniowania i wielkości fizycznych z nią związanych. Zbliżoną dziedziną jest fotometria, która również zajmuje się pomiarami energii promieniowania, ale jedynie w aspekcie wpływu na wrażenia wzrokowe w oku ludzkim (z uwzględnieniem czułości spektralnej oka). {Wikipedia}?? Technika świetlna to dziedzina nauki i techniki zajmująca się zagadnieniami wytwarzania światła, formowania rozsyłu światła w przestrzeni, mierzenia światła i barwy oraz stosowania światła w celu oświetlania. {jw.} Fotometria subiektywna i obiektywna. Fotometria wizualna. Autocytowanie???

10 Kolorymetria (barwometria) dział psychofizyki (optyki) zajmujący się ilościowym opisem i charakterystyką barw postrzeganych przez człowieka lub zwierzęta. Obejmuje metody oceny wrażeń wzrokowych za pomocą parametrów fizycznych. Jedną z najprostszych metod jest opis barwy na podstawie przyjętej skali barw. Wyznaczenie barw za pomocą kolorymetrów umożliwia otrzymanie dowolnej barwy poprzez zmieszanie trzech niezależnych barw podstawowych o odpowiednim ich natężeniu (Prawa Grassmanna). Pomiary kolorymetryczne mają duże znaczenie w procesie produkcji barwników, farb, mają zastosowanie również w poligrafii, w fotografii barwnej. {I znowu Wikipedia Ale TA definicja jest wyjątkowo beznadziejna!}

11 Trochę historii O. Reeb XVII w. dwie rozprawy traktujące o świetle. Pierre Bouguer: 1729 Essai d'optique sur la gradation de la lumière 1760 Traité d'optique sur la gradation de la lumière Johann Heinrich Lambert: 1760 Photometria Sive De Mensura Et Gradibus Luminis, Colorum Et Umbrae (!)

12 Brak postępów bo brak nowych źródeł! (i detektorów ) Koniec XIX i XX w. światło gazowo-żarowe, oświetlenie elektryczne. Liebenthal, Uppenborn, Monasch. 1. Fotometria heterochromatyczna 2. Umowa o względnej widmowej czułości oka ludzkiego 3. Uzgodnienie jednostki światła (energetycznej) 4. Wprowadzenie fizycznych metod pomiarowych

13 Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa (CIE) r. ustalenie krzywej względnej widmowej skuteczności świetlnej dla obserwatora normalnego gwarancją jednolitych wyników pomiarowych! Powstanie fotometrii fizycznej w odróżnieniu od dotychczasowej, wzrokowej. Ustalenie wzorców promieniowania.

14 Podstawy fizjologiczne OKO LUDZKIE

15 Układ optyczny oka: rogówka, ciecz wodnista, soczewka, ciało szkliste. Źrenica: Dopasowanie aparatu odtwarzającego oka do różnych jaskrawości. Średnica źrenicy: od 1,5 do 8 mm. Schober: pozorna średnica źrenicy d p zależy od natężenia oświetlenia E: d p 0,913log E 5,8[ mm]

16 Siatkówka: A -plamka żółta; B - siatkówka; C- zagłębienie tarczy nerwu wzrokowego (plamka ślepa); D - naczynia siatkówki

17 Siatkówka: Nabłonek barwnikowy

18

19 Czopki - odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe); - liczba czopków na siatkówce jednego oka około 6 mln; ich szerokość wynosi 4 µm, a długość 40 µm; - znajdują się głównie wewnątrz dołka środkowego (plamki żółtej), gdzie ich zagęszczenie wynosi około /mm 2, poza dołkiem jest ich mniej. Pręciki - odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe); - jest ich około 120 mln na siatkówce oka, mają długość około 60 µm i szerokość 2 µm; - znajdują się na obrzeżach siatkówki (widzenie peryferyjne); - nie rozróżniają barw;

20 Pręciki i czopki

21 Pręciki i czopki Pręciki odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe): zaczynają reagować przy luminancji sięgającej 10-2 / cd/m 2 (0,01 asb). Czopki odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe): czyste widzenie czopkowe leży w zakresie luminancji ponad 10 2 / cd/m 2 (100 asb). Prawa fizjologiczne ważne dla fotometrii.

22 3 rodzaje czopków

23 Prawo sumowania jaskrawości: Wrażenie jaskrawości wywołane przez mieszaninę światła (np. o różnych długościach spektralnych) jest równe sumie wrażeń jaskrawości wywołanych przez pojedyncze składowe tej mieszaniny, niezależnie od ich rozkładu widmowego.

24 Prawo Talbota: Szybko następujące po sobie kolejne okresowe bodźce wywołują w oku wrażenie równomiernej jaskrawości, jeżeli ich częstotliwość leży powyżej częstotliwości zanikowej. Zgodnie z prawem Ferry ego-portera graniczna częstotliwość zanikowa n określonego punktu siatkówki przy widzeniu czopkowym jest znacznie większa niż przy widzeniu pręcikowym. Przy dwu bodźcach o luminancji L 1 i L 2 wartość częstotliwości zanikowej zależy również od różnicy L 1 -L 2 : n L L b a log 1 2 (a i b to pewne stałe, różne dla czopków i dla pręcików).

25 Zjawisko Stilesa-Crawforda: 1. Dwie wiązki świetlne tego samego rodzaju, padające na sąsiednie miejsca dołka środkowego siatkówki, wywołują różne wrażenia jaskrawości, jeżeli jedna z nich przeszła przez środek, a druga przez krawędź źrenicy. Wrażenie jaskrawości jest najsilniejsze przy przejściu wiązki w pobliżu środka źrenicy i zmniejsza się z rosnącą odległością wiązki światła od osi oka; inaczej przy tym przebiega ono, gdy wiązka oddala się od środka w kierunku skroni, a inaczej w kierunku do nosa. 2. Podobne zjawisko związane z barwą: dwie tego samego rodzaju monochromatyczne wiązki światła, które padają na sąsiednie miejsca siatkówki, wywołują różne wrażenia barwy itd.

26 Zjawisko (efekt) Purkyniego: (jak brzmi?) Kiedy wartość luminancji staja się tak mała, że zamiast czopków zaczynają działać pręciki, niebieska barwa zaczyna się wydawać jaśniejsza od czerwonej. (to wniosek!) Stosunek jaskrawości różnie barwionych przedmiotów zmienia się przy przejściu od widzenia czopkowego do pręcikowego.

27 Prawo Webera-Fechnera: (Jak brzmi? Co jest na osiach wykresu?) W k J J W k J ln J 0

28 Prawo Webera-Fechnera: Zmiana wrażenia W, wywołana określoną zmianą bodźca J NIE jest proporcjonalna do tej zmiany bodźca ALE do jego względnej zmiany J/J. W k J J Wrażenie jest proporcjonalne do logarytmu względnej zmiany bodźca. W k ln J J 0 Wniosek: Zmiana wrażenia, którą człowiek jest w stanie zarejestrować, zależy też od bezwzględnego poziomu bodźca! Na przykład dla niewielkiej luminancji źródła możemy zauważyć stosunkowo niewielką zmianę tejże luminancji gdy luminancja badanego źródła jest duża, zauważamy dopiero spory przyrost.

29 Prawo Webera-Fechnera:

30 Prawo Webera-Fechnera:

31 Różnica bodźców, wywołująca ledwo dostrzegalną różnicę wrażenia, stanowi określoną część omawianego bodźca. W E k k J L L J