درخشندگی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
فارسیEnglish

درخشندگی یا تراکم نور یا لومینانس در نورسنجی، معیار سنجش شدت نور در واحد مساحت در یک جهت مشخص است که با یکان نیت اندازه گیری می‌شود. درخشندگی بیانگر میزان نور عبوری از یک سطح، یا گسیل‌یافته از آن، در یک زاویهٔ فضایی مشخص است. یکای اس‌آی درخشندگی کاندلا بر متر مربع (cd/m۲) است. یکای غیر اس‌آی معادل این یکا «نیت» است. در دستگاه واحدهای سانتیمتر-گرم-ثانیه، یکای درخشندگی استیلب نام دارد که برابر است با یک کاندلا بر سانتی‌متر مربع یا ۱۰ kcd/m۲.

توضیح[ویرایش]

درخشندگی اغلب برای بیان ویژگی گسیل نور یا بازتاب آن از سطوح صاف و پخشندهٔ نور به کار می‌رود. درخشندگی نشان می‌دهد که چه میزان توان نوری توسط چشم انسان از یک زاویهٔ دید مشخص قابل تشخیص است؛ بنابراین درخشندگی معیاری است برای اینکه آن سطح تا چه حد درخشان به نظر خواهد رسید؛ در این مورد زاویهٔ فضایی مورد بررسی زاویهٔ فضایی‌ای است که توسط مردمک چشم بسط می‌یابد. درخشندگی در صنعت فیلم‌سازی برای مشخص‌کردن درخشش نمایشگر به کار می‌رود. یک نمایشگر رایج رایانه، چیزی بین ۵۰ تا ۳۰۰ کاندلا بر متر مربع گسیل می‌دهد. درخشندگی خودرشید در ظهر تقریباً برابر ۱٫۶×۱۰۹ cd/m۲ است.[۱]

درخشندگی در نورشناسی هندسی یک کمیت ناوردا است. این یعنی در یک سامانهٔ نوری ایده‌آل، درخشندگی خروجی برابر درخشندگی ورودی است. برای سامانه‌های نوری واقعی غیرفعال، خروجی درخشندگی در بیشترین حالت برابر ورودی است. برای نمونه اگر تصویر کوچک‌شده‌ای را با استفاده از یک عدسی بسازیم، توان نوری در یک مساحت کوچک‌تر متمرکز می‌شود، که بعمنای روشنایی بیشتر در تصویر خواهد بود. با این وجود نور در سطح تصویر، زاویهٔ فضایی بزرگتری را باید پر کند تا درخشندگی حاصل به همان اندازهٔ قبلی بماند (با فرض اینکه لنز تلفات ندارد). تصویر حاصل هیچگاه نمی‌تواند از تصویر منبع درخشان‌تر باشد.

انتخاب یا محاسبهٔ نادرست درخشندگی که کمتر یا بیشتر از حد نرمال باشد، می‌تواند اثر منفی روی چشم انسان بگذارد، به همین دلیل محاسبهٔ آن در محاسبات روشنایی، به ویژه در محیط‌های تاریک (مانند خیابان‌ها) و براق (مانند فضاهای آینه:کاری‌شده)، دارای اهمیت است.[۲]

تعریف[ویرایش]

درخشندگی از مشتق زیر بدست می‌آید:

که در آن:

درخشندگی بر حسب cd/m۲،
شار نوری یا توان نوری بر حسب lm,
زاویهٔ بین خط نرمال سطح و جهت مورد نظر،
مساحت سطح (m۲) و
، زاویه فضایی بر حسب sr است.

این عبارت با استفاده از نمادگذاری لایبنیتز نوشته شده‌است.

یکاها[ویرایش]

به غیر از کاندلا بر متر مربع، یکاهای مختلفی برای روشنایی به کار می‌رود.

هر کاندلا بر متر مربع برابر است با:

یکاهای نورسنجی اس‌آی

کمیت نماد[نکته ۱] یکای اس‌آی نماد بُعد توضیحات
انرژی نورانی Qv [نکته ۲] لومن ثانیه lm⋅s T⋅J [نکته ۳] در انگلیسی گاهی به یکاها تالبوت می‌گویند
شار نوری Φv [نکته ۲] لومن (= cd⋅sr) lm J توان نوری هم می‌گویند
شدت نور Iv کاندلا (= lm/sr) cd J یکی از یکاهای اصلی اس‌آی، شار نوری در هر زاویهٔ فضایی واحد
درخشندگی Lv کاندلا بر متر مربع cd/m2 L−2⋅J به این یکا «نیت» هم می‌گویند
شدت روشنایی Ev لوکس (= lm/m2) lx L−2⋅J برای نور تابیده‌شده بر یک سطح استفاده می‌شود
گسیل نوری Mv لوکس (= lm/m2) lx L−2⋅J برای نور تابیده‌شده از یک سطح استفاده می‌شود
نوردهی Hv لوکس ثانیه lx⋅s L−2⋅T⋅J
چگالی انرژی نورانی ωv لومن ثانیه بر متر۳ lm⋅sm−3 L−3⋅T⋅J
اثرگذاری نوری η [نکته ۲] لومن بر وات lm/W M−1⋅L−2⋅T3⋅J نسبت شار نوری به شار تابشی
بازده نوری V 1 ضریب نوری نیز گفته می‌شود
جستارهای وابسته: اس‌آی · نورسنجی · رادیومتری
  1. موسسه استاندارد توصیه می‌کند کمیت‌های نورسنجی با یک "v" (مخفف "visual" یعنی دیداری) مشخص شوند تا از اشتباه‌شدن با کمیت‌های رادیومتری یا فوتون جلوگیری شود.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ گاهی نمادهای جایگزین هم بکار می‌رود: W برای انرژی نورانی، P یا F برای شار نوری، و ρ یا K اثرگذاری نوری.
  3. "J" نماد توصیه‌شده برای روشنایی در دستگاه بین‌المللی یکاها است.

جستارهای وابسته[ویرایش]

پانویس[ویرایش]

  • ^ Brightness
  • ^ illuminance

منابع[ویرایش]

  1. "Luminance". Lighting Design Glossary. Retrieved Apr. 13, 2009. Check date values in: |accessdate= (help)
  2. اسلامی، خدادادی و حجرگشت، «محاسبه روشنایی»، روشنایی فنی و نقشه‌کشی رایانه، ۷.
  • اسلامی، محمدحسن؛ خدادادی، شهرام؛ حجرگشت، علیرضا (۱۳۹۰). روشنایی فنی و نقشه‌کشی رایانه. گویش نو. شابک ۹۷۸-۶۰۰-۸۴۵۰-۷۰-۲.
  • Wikipedia contributors, "Luminance," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Luminance&oldid=483038841 (accessed April ۲، ۲۰۱۲).
A tea light-type candle, imaged with a luminance camera; false colors indicate luminance levels per the bar on the right (cd/m2)

Luminance is a photometric measure of the luminous intensity per unit area of light travelling in a given direction. It describes the amount of light that passes through, is emitted from, or is reflected from a particular area, and falls within a given solid angle.

Brightness is the term for the subjective impression of the objective luminance measurement standard (see Objectivity (science) § Objectivity in measurement for the importance of this contrast).

The SI unit for luminance is candela per square metre (cd/m2), as defined by the International System of Units (SI is from the French Système international d'unités) standard for the modern metric system. A non-SI term for the same unit is the nit. The unit in the Centimetre–gram–second system of units (CGS) (which predated the SI system) is the stilb, which is equal to one candela per square centimetre or 10 kcd/m2.

Description

Luminance is often used to characterize emission or reflection from flat, diffuse surfaces. Luminance levels indicate how much luminous power could be detected by the human eye looking at a particular surface from a particular angle of view. Luminance is thus an indicator of how bright the surface will appear. In this case, the solid angle of interest is the solid angle subtended by the eye's pupil.

Luminance is used in the video industry to characterize the brightness of displays. A typical computer display emits between 50 and 300 cd/m2. The sun has a luminance of about 1.6×109 cd/m2 at noon.[1]

Luminance is invariant in geometric optics.[2] This means that for an ideal optical system, the luminance at the output is the same as the input luminance.

For real, passive optical systems, the output luminance is at most equal to the input. As an example, if one uses a lens to form an image that is smaller than the source object, the luminous power is concentrated into a smaller area, meaning that the illuminance is higher at the image. The light at the image plane, however, fills a larger solid angle so the luminance comes out to be the same assuming there is no loss at the lens. The image can never be "brighter" than the source.

Health effects

Retinal damage can occur when the eye is exposed to high luminance. Damage can occur because of local heating of the retina. Photochemical effects can also cause damage, especially at short wavelengths.

Luminance meter

A luminance meter is a device used in photometry that can measure the luminance in a particular direction and with a particular solid angle. The simplest devices measure the luminance in a single direction while imaging luminance meters measure luminance in a way similar to the way a digital camera records color images.[3]

Mathematical definition

Parameters for defining the luminance

The luminance of a specified point of a light source, in a specified direction, is defined by the derivative

where

  • Lv is the luminance (cd/m2),
  • d2Φv is the luminous flux (lm) leaving the area dΣ in any direction contained inside the solid angle dΩΣ,
  • dΣ is an infinitesimal area (m2) of the source containing the specified point,
  • dΩΣ is an infinitesimal solid angle (sr) containing the specified direction,
  • θΣ is the angle between the normal nΣ to the surface dΣ and the specified direction.[4]

If light travels through a lossless medium, the luminance does not change along a given light ray. As the ray crosses an arbitrary surface S, the luminance is given by

where

  • dS is the infinitesimal area of S seen from the source inside the solid angle dΩΣ,
  • dΩS is the infinitesimal solid angle subtended by dΣ as seen from dS,
  • θS is the angle between the normal nS to dS and the direction of the light.

More generally, the luminance along a light ray can be defined as

where

  • dG is the etendue of an infinitesimally narrow beam containing the specified ray,
  • dΦv is the luminous flux carried by this beam,
  • n is the index of refraction of the medium.

Relation to Illuminance

The luminance of a reflecting surface is related to the illuminance it receives:

where the integral covers all the directions of emission ΩΣ, and

In the case of a perfectly diffuse reflector (also called a Lambertian reflector), the luminance is isotropic, per Lambert's cosine law. Then the relationship is simply

Units

A variety of units have been used for luminance, besides the candela per square metre.

One candela per square metre is equal to:

See also

List

Table of SI light-related units

SI photometry quantities

Quantity Unit Dimension Notes
Name Symbol[nb 1] Name Symbol Symbol[nb 2]
Luminous energy Qv[nb 3] lumen second lm⋅s TJ The lumen second is sometimes called the talbot.
Luminous flux, luminous power Φv[nb 3] lumen (= candela steradians) lm (= cd⋅sr) J Luminous energy per unit time
Luminous intensity Iv candela (= lumen per steradian) cd (= lm/sr) J Luminous flux per unit solid angle
Luminance Lv candela per square metre cd/m2 L−2J Luminous flux per unit solid angle per unit projected source area. The candela per square metre is sometimes called the nit.
Illuminance Ev lux (= lumen per square metre) lx (= lm/m2) L−2J Luminous flux incident on a surface
Luminous exitance, luminous emittance Mv lux lx L−2J Luminous flux emitted from a surface
Luminous exposure Hv lux second lx⋅s L−2TJ Time-integrated illuminance
Luminous energy density ωv lumen second per cubic metre lm⋅s/m3 L−3TJ
Luminous efficacy (of radiation) K lumen per watt lm/W M−1L−2T3J Ratio of luminous flux to radiant flux
Luminous efficacy (of a source) η[nb 3] lumen per watt lm/W M−1L−2T3J Ratio of luminous flux to power consumption
Luminous efficiency, luminous coefficient V 1 Luminous efficacy normalized by the maximum possible efficacy
See also: SI · Photometry · Radiometry
  1. ^ Standards organizations recommend that photometric quantities be denoted with a subscript "v" (for "visual") to avoid confusion with radiometric or photon quantities. For example: USA Standard Letter Symbols for Illuminating Engineering USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
  2. ^ The symbols in this column denote dimensions; "L", "T" and "J" are for length, time and luminous intensity respectively, not the symbols for the units litre, tesla and joule.
  3. ^ a b c Alternative symbols sometimes seen: W for luminous energy, P or F for luminous flux, and ρ for luminous efficacy of a source.

References

  1. ^ "Luminance". Lighting Design Glossary. Retrieved Apr 13, 2009.
  2. ^ Dörband, Bernd; Gross, Herbert; Müller, Henriette (2012). Gross, Herbert (ed.). Handbook of Optical Systems. 5, Metrology of Optical Components and Systems. Wiley. p. 326. ISBN 978-3-527-40381-3.
  3. ^ "e-ILV : Luminance meter". CIE. Retrieved 20 February 2013.
  4. ^ Chaves, Julio (2015). Introduction to Nonimaging Optics, Second Edition. CRC Press. p. 679. ISBN 978-1482206739. Archived from the original on 2016-02-18.

External links