fotometria i kolorymetria - instytut fizykiwozniak/fotometria_pliki/fotometria_1.pdf ·...

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/Miejsce konsultacji: pokój 27 bud. A-1;

terminy: patrz strona www

1. Wprowadzenię (treść wykładu, literatura, warunki zaliczenia)

Zadania radio- i fotometrii

Podstawy fizjologiczne fotometrii (budowa oka ludzkiego; prawa

fizjologiczne ważne dla fotometrii)

Fotometria i kolorymetria Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

WARUNKI ZALICZENIA !!!

1. Sprawdzam obecność!

3. Dwa terminy egzaminów w sesji zimowej

2. Pozytywna ocena z laboratorium i jej wpływ na ocenę

końcową!


Terminy egzaminów3 i 10 lutego 2020 roku, godziny 9.15-11.00, sale: 322 i 314 /A-1


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).

4. Podstawy fotometrii wzrokowej i fizycznej (metody: wzrokowe, filtru,

odchyłowa, zrównania; zasady: migotania, kontrastu).

3. Podstawy wytwarzania światła. Charakterystyki źródeł światła.


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).

5. Prawa promieniowania ciała czarnego (rozkład Plancka; prawa:

Kirchhoffa, Stefana-Boltzmanna, Wiena). Temperatura rozkładu

widmowego, temperatura barwowa.

Pojęcie wzorca świetlnego. Metody osłabiania w fotometrii.


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.


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).


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”


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???


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!}


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”

(!)


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


Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa (CIE).

1924 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.

http://www.cie.co.at/


Podstawy fizjologiczne – OKO LUDZKIE


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 dp zależy od

natężenia oświetlenia E:

][8,5log913,0 mmEd p


Siatkówka:

A -plamka żółta; B - siatkówka; C- zagłębienie tarczy nerwu

wzrokowego (plamka ślepa); D - naczynia siatkówki


Siatkówka:

Nabłonek barwnikowy


- 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 200 000/mm2, poza dołkiem jest ich

mniej.

Czopki

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;


Pręciki i czopki


Pręciki i czopki

Pręciki – odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe):

zaczynają reagować przy luminancji sięgającej 10-2/ cd/m2

(0,01 asb).

Czopki – odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe):

czyste widzenie czopkowe leży w zakresie luminancji ponad

102/ cd/m2 (100 asb).

Prawa fizjologiczne ważne dla fotometrii.

W warunkach słabego oświetlenia tj. przy poziomach luminancji z przedziału

od 0,035 cd/m2 do 3,5 cd/m2, sygnały świetlne są w oku przetwarzane zarówno

przez pręciki jaki przez czopki.


3 rodzaje czopków


3 rodzaje czopków

Irena FRYC1, Justyna FRYC2, Krzysztof Andrzej WĄSOWSKI3 Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny (1), Uniwersytet

Medyczny w Białymstoku, Wydział Lekarski z Oddziałem Stomatologii i Oddziałem Nauczania w Języku Angielskim (2), ) Uniwersytet

Warszawski, Wydział Prawa i Administracji (3)

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 92 NR 2/2016


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.

Prawo Bezolda-Bruckego:

W zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą

jaskrawości zachodzą zmiany barwy postrzeganej;


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

L1 i L2 wartość częstotliwości zanikowej zależy również od różnicy L1-L2 :

bLLan 21log

(a i b to pewne stałe, różne dla czopków i dla pręcików).


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.


Zjawisko (efekt) Purkyniego: (jak brzmi?)

Stosunek jaskrawości różnie barwionych przedmiotów zmienia się

przy przejściu od widzenia czopkowego do pręcikowego.

Kiedy wartość luminancji

staja się tak mała, że

zamiast czopków zaczynają

działać pręciki, niebieska

barwa zaczyna się wydawać

jaśniejsza od czerwonej.(to wniosek!)


Widmowa skuteczność świetlna

Irena FRYC1, Justyna FRYC2, Krzysztof Andrzej WĄSOWSKI3 Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny (1), Uniwersytet

Medyczny w Białymstoku, Wydział Lekarski z Oddziałem Stomatologii i Oddziałem Nauczania w Języku Angielskim (2), ) Uniwersytet

Warszawski, Wydział Prawa i Administracji (3)

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 92 NR 2/2016


Prawo Webera-Fechnera: (Jak brzmi? Co jest na osiach wykresu?)

JJkW 0ln JJkW


Prawo Webera-Fechnera:

JJkW

0ln JJkW

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.

Wrażenie jest proporcjonalne do

logarytmu względnej zmiany bodźca.

Zmiana wrażenia W, wywołana

określoną zmianą bodźca J NIE jest

proporcjonalna do tej zmiany bodźca

J ALE do jego względnej zmiany J/J.


Prawo Webera-Fechnera:


Różnica bodźców, wywołująca ledwo dostrzegalną różnicę

wrażenia, stanowi określoną część omawianego bodźca.

JJkW

fotometria i kolorymetria - instytut fizykiwozniak/fotometria_pliki/fotometria_1.pdf ·...

Documents