Wykad 1

Fotometria i kolorymetria

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/

Miejsce konsultacji: pokój 27 bud. A-1;

terminy: patrz strona www

1. Wprowadzenie (treść wykładu, literatura, warunki zaliczenia) Zadania radio- i fotometrii

Podstawy fizjologiczne fotometrii (budowa oka ludzkiego; prawa fizjologiczne ważne dla fotometrii)

Fotometria i kolorymetria

WARUNKI ZALICZENIA !!!

1. Sprawdzam obecność!

3. Dwa terminy egzaminów w sesji letniej

2. Pozytywna ocena z laboratorium i jej wpływ na ocenę

końcową!

Fotometria i kolorymetria

Terminy egzaminów

Fotometria i kolorymetria

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).

Fotometria i kolorymetria

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.

Fotometria i kolorymetria

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.

Fotometria i kolorymetria

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).

Fotometria i kolorymetria

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:

Fotometria i kolorymetria

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.

Fotometria i kolorymetria

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 długa i zagmatwana!}

Fotometria i kolorymetria

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”

Fotometria i kolorymetria

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)

Fotometria i kolorymetria

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.

Fotometria i kolorymetria

Fotometria i kolorymetria

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

zależy od

natężenia oświetlenia E:

]

[

8

,

5

log

913

,

0

E

mm

d







Fotometria i kolorymetria

Siatkówka:

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

wzrokowego (plamka ślepa); D - naczynia siatkówki

Fotometria i kolorymetria

Siatkówka:

Fotometria i kolorymetria

- 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/mm

_{, 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;

Fotometria i kolorymetria

Fotometria i kolorymetria

Pręciki i czopki

Pręciki – odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe):

zaczynają reagować przy luminancji sięgającej 10

_/



_cd/m

(0,01 asb).

Czopki – odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe):

czyste widzenie czopkowe leży w zakresie luminancji ponad

10

_/

_

_cd/m

_{(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/m}2_{, sygnały świetlne są w oku przetwarzane zarówno}

Fotometria i kolorymetria

Fotometria i kolorymetria

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)

Fotometria i kolorymetria

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;

Fotometria i kolorymetria

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 :



L

L



b

a

n



log





Fotometria i kolorymetria

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.

Fotometria i kolorymetria

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.

Fotometria i kolorymetria

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)

Fotometria i kolorymetria

Prawo Webera-Fechnera:

(Jak brzmi? Co jest na osiach wykresu?)



J

J



k

W













0

ln

J

J

k

W





Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Prawo Webera-Fechnera:



J

J



k

W











₀



ln

J

J

k

W





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

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Różnica bodźców, wywołująca ledwo dostrzegalną różnicę

wrażenia, stanowi określoną część omawianego bodźca.



J

J



k

W





