Лучистая энергия и ее измерение

Весь частотный спектр электромагнитных колебаний условно делят на две части с границей примерно на частоте 3000 ГГц. Частоты, лежащие ниже этой границы, относят к области радиоволн. Частоты, лежащие выше, входят в оптический диапазон волн. Источником телевизионного сигнала может быть любое излучение в оптическом диапазоне волн, испускаемое, пропускаемое или отражаемое наблюдаемым объектом и окружающей его средой. Для воспроизведения изображений можно использовать излучение лишь в узком диапазоне волн от 380 до 770 нм, непосредственно воспринимаемое глазом человека в виде света.

Излучения бывают монохроматические и сложные. Монохроматическими называются излучения, имеющие одну определенную длину волны. Сложные излучения состоят из нескольких монохроматических и характеризуются спектральным распределением энергии. Количественная характеристика источника излучения определяется его цветовой температурой. Согласно закону Вина, для абсолютно черного тела

Где λ₀ — длина волны, мкм , соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела; Г — его абсолютная температура, К.

Цветовой температуро Тц излучения данного источника называется та действительная температура, до которой необходимо нагреть абсолютно черное тело, чтобы получить излучение того же цвета. Для фотометрии и колометрии стандартизованы четыре источника света: А ( T _ц = 2854 К), В (T _ц =4800 К), С (T _ц =6500 К) и равноэнергетический источник Е. Спектральные плотности излучения для этих источников приведены на рис. 1.1. В цветном телевидении стандартизован также источник D ₆₅₀₀ и ряд других источников.

Для оценки излучения пользуются энергетическими и эффективными величинами. Система эффективных величин строится на основе спектральной чувствительности образцового приемника. Наиболее распространенной системой эффективных величин является система световых величин, построенная на основе спектральной чувствительности глаза стандартного наблюдателя, выполняющего роль образцового приемника.

В этой системе поток излучения, оцениваемый по зрительному ощущению, называется световым потоком, измеряется в люменах (лм) и определяется уравнением

Где V_λ — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, соответствующая относительной спектральной чувствительности глаза стандартного наблюдателя для дневного зрения V _λ = K _λ/K _λmax

где K _λ спектральная эффективность при данной длине волны; K _λmax — максимальная световая эффективность для стандартного наблюдателя при дневном зрении;

K _λmax = 683 лм/Вт при λ ≈555 нм. Световая энергия Q измеряется в люмен секундах (лм-с) и определяется так:

где Ф t — закон изменения светового потока во времени.

Пространственная плотность светового потока называется силой света, измеряется в канделах (кд) и определяется следующим образом:

I = d Ф/d Ω, где d Ω — элементарный телесный угол в стерадианах (ср), в котором заключен поток d Ф

Сила света является основной единицей, так как она эталонирована.

Яркость характеризует светящуюся поверхность, определяется отношением силы света dIφ , излучаемой в данном направлении с площадь dS , к проекции этой площадки на плоскость, перпендикулярную данному направлению (рис, 1.2), и измеряется в кд/м ² :

Если распределение силы света поверхностного источника подчиняется закону косинуса (закон Ламберта, рис. 1.3, а), т. е.

Iφ =I ₀cos , φ то наблюдаемая яркость

не зависит от угла наблюдения (рис. 1.3, б). Такие излучатели называются равнояркими. Точно закону Ламберта подчиняется абсолютно черное тело, а с некоторым приближением — гипс, полотно, молочное стекло.

Светимость характеризует поверхностную плотность светового потока равнояркого источника и представляет собой суммарный поток d Ф ₁, излучаемый светящейся поверхностью dS в пределах угла 2л, измеряется в лм/м ² :

Освещенность характеризуется поверхностной плотностью светового потока d Ф на облучаемой поверхности dS измеряется в люксах (лк):

Световая экспозиция характеризуется величиной светового потока, приходящегося на единицу площади поверхности освещаемого тела за интервал времени t ₂ – t ₁ измеряется в люкс-секундах (лк • с):

Где E ₁ — закон изменения освещенности во времени. Коэффициент яркости характеризуется отношением яркости Lφθ данной излучающей поверхности в заданном направлении к яркости L ₀ идеального равнояркого источника, находящегося в тех же условиях:

Lφθ = Lφθ/L₀

Аналогично строятся и энергетические величины (см. таблицу на развороте).

где Е_фк — освещенность на фотокатоде;

r — коэффициент яркости объекта; Е_об — освещенность объекта; О — относительное отверстие объектива камеры; Т_об — прозрачность объектива.

Необходимая освещенность Е_фк на фотокатоде трубки обычно приводится в справочной литературе, однако следует иметь в виду, что интегральная чувствительность фотокатодов ε^A определяется при их освещении источником А (Т_ц=2854 К), поэтому при другом источнике необходимая освещенность будет иной. Освещенность определяют, используя зависимость интегральной чувствительности фотокатода от цветовой температуры источника.