Основные понятия фотометрии. Яркость и светимость
4. Яркость и светимость
Для источников света, размерами которых пренебречь нельзя (то есть которые нельзя рассматривать как точечные), используют ещё две фотометрические величины: светимость и яркость.
Отношение светового потока , исходящего от элемента поверхности, к площади этой поверхности называется светимостью M:
,
где
- площадь элемента источника света.
Яркость L определяют как отношение силы света I в заданном направлении, к площади проекции светящейся площадки на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Таким образом, яркость, как и сила света - величина, зависящая от направления.
На рисунке показаны геометрические построения, пояснящие данное определение.
Здесь N - нормаль к светящейся поверхности, dS - её площадь,
- угол между нормалью и направлением в котором определяется яркость,
-площадь проекции светящейся площадки.
Таким образом, яркость можно выразить формулой
.В пределе с учётом определения силы света можно записать [ 3, стр. 110]:
.
Единицей измерения яркости является канделла на метр квадратный. Именно яркость светящегося объекта является фотометрической величиной на которую непосредственно реагирует орган зрительного восприятия - глаз [ 1, стр. 86].
Рассмотрим следующий рисунок, здесь dS - площадь малой площадки светящегося тела, а dS' - площадь её изображения на сетчатке глаза.
Используя геометрические построения можно показать, что
.
Зрительные ощущения, как известно, определяются освещённостью, формируеой непосредственно на сетчатке глаза. Подсчитаем чему равна освещённость малого участка dS'. Световой поток dФ, поступающий в глаз от площадки dS равен:
,где Q - площадь зрачка глаза, а после прохождения хрусталика световой поток с учётом коэффициента поглощения в тканях глаза
:
.
После несложных преобразований и сокращений освещённость на сетчатке:
.В правой части этого выражения числовой коэффициент в виде дроби содержит величины, зависящие только от свойств самого глаза, таким образом единственной величиной, определяющей силу зрительных ощущений является яркость светящейся поверхности.