Источники оптического излучения

Телевизионные передачи проводятся в различных световых условиях, и только в студии может быть выдержано освещение со строго определенными характеристиками. Излучение источников света содержит составляющие многих длин волн. Лучистая энергия, излучаемая Солнцем, так же как и энергия, излучаемая раскаленными металлами (например, нить лампы накаливания), характеризуется непрерывным спектром, т. е. излучения этих источников содержат компоненты всех длин волн видимого диапазона. Газоразрядные лампы имеют линейчатый спектр, т. е. в их «излучениях содержатся составляющие дискретных длин волн. При внестудийных передачах освещение может создаваться разными источниками: лампочками накаливания, газоразрядными лампочками разных типов, естественное (солнечное) освещение может сочетаться с искусственным.

Качественная характеристика излучения источника света определяется его цветовой температурой, которая создается на основе законов теплового лучеиспускания. При нагревании тела сначала увеличивается испускание невидимых тепловых лучей; при дальнейшем увеличении температуры тело начинает испускать темно-красные лучи, потом красные, оранжевые, желтые и другие более коротковолновые лучи. В результате свечение из красного становится оранжевым, потом желтым и, наконец, белым, причем одновременно увеличивается общая яркость свечения. К температурным излучателям, т. е. к излучателям, подчиняющимся законам теплового излучения, относятся такие источники света, как Солнце, свечи, лампы накаливания и т. п.

Температурное излучение зависит не только от температуры тела, но и от его физических свойств. Чем больше тело поглощает падающую на него энергию, тем больше энергии оно испускает при нагревании. Наибольшей поглощательной способностью обладают черные тела. Тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию, называют абсолютно черным. При увеличении температуры абсолютно черного тела максимум излучения смещается в сторону более коротких волн и быстро возрастает по абсолютному значению. Для реальных температурных излучателей, так же как и для абсолютно черного тела, весь ход кривой спектрального распределения энергии в видимой части спектра полностью определяется их температурой. Но чтобы от излучателей, изготовленных из разных материалов, получить одинаковый (или близкий) спектральный состав излучения, нужно нагревать их до разной температуры. Поэтому для удобства сравнения спектров излучателей принято пользоваться понятием цветовой температуры излучения. Цветовой температурой излучения данного источника называют то значение температуры, до которого надо нагреть абсолютно черное тело, чтобы получить от него излучение того же цвета. Если данный источник является температурным излучателем, то совпадение по цвету его излучения и излучения абсолютно черного тела означает одинаковое распределение энергии обоих излучателей в видимой части спектра. Однако спектральное распределение энергии таких источников света, например, как газоразрядных и люминесцентных ламп или голубого неба, характеризующихся определенным значением цветовой температуры, не будет соответствовать спектральной кривой температурного излучателя при той же цветовой температуре, хотя цвета их свечения очень похожи.

Цветовую температуру принято выражать в градусах абсолютной шкалы и обозначать K. На рис. 1.1.1 для удобства сравнения ординаты кривых, соответствующих значению λ = 555 ммк, приняты за 100%.

Рис. 1.1.1. Спектральные распределения энергий температурных излучателей

Цветовая температура, K, для источников

Лампы накаливания

осветительные 100... 1000Вт.........2700...2950

прожекторные и кинопроекционные......2900...3300

Люминесцентные лампы

дневного ЛЛ................ 6000

холодного белого ЛХБ............ 4300

белого ЛБ................. 3450

теплого белого ЛТБ.............600

Солнце в летний день на широте Москвы..... 5100

Дневной свет при сплошной облачности..... 6300—67000

Международной осветительной комиссией в 1931г. для фотометрии и колориметрии были стандартизированы три цветовые температуры для источников A, B, C соответственно 2854, 4800, 6500 K. В цветном ТВ также применяют понятие стандартный источник с D с температурой 6500 K (рис. 1.1.2).

Рис. 1.1.2. Спектральные распределения энергий стандартных источников А, В, С

В качестве источника A применяют отобранные, отожженные и проградуированные лампы накаливания. Источники В и С получают с помощью установки светофильтров перед лампой, имеющей цветовую температуру 2854К. При передаче из студии обычно применяют источники света с цветовой температурой (3200±100)K с непрерывным спектром, т. е. близкие по спектральному распределению энергии к стандартному источнику белого света A. Принято считать, что при наблюдении цветного изображения на экране телевизора (в неосвещенной комнате) цветовое ощущение у зрителей лучше при освещении передаваемой сцены дневным светом (источник белого света C, 6500K). Цветные кинофильмы на пленке шириной 35мм также рассчитаны на применение в кинопроекторах источника света, близкого к C (ксеноновая лампа, 5600K). Кинофильмы на пленке шириной 16мм рассчитаны на источник света 3200K. Для получения нужного белого света на экране телевизора независимо от типа источника, освещающего передаваемую сцену, используют различные методы цветокоррекции либо в передающей камере набором соответствующих светофильтров, либо в усилительном тракте обработкой электрических сигналов.

Важной характеристикой источников света является цвет излучаемого света и качество передачи цветов освещаемых предметов. Цветность излучения источника света определяется цветовой температурой (T_c), измеряемой в кельвинах(K). Значение T_c представляет собой температуру, при которой излучение абсолютно черного тела («идеального» тела, которое поглощает весь падающий на него свет и отражение которого равно нулю) имеет цветность, совпадающую с данной. Отметим, что при повышении температуры нагрева абсолютно черное тело изменяет характер излучения, которое из красного становится желтым, белым и наконец синеватым, но никогда не бывает, например, зеленым или коричневым. Поэтому не все цветности могут быть достоверно охарактеризованы цветовой температурой. Величина T_cможет не иметь ничего общего с физической температурой излучателя. Так, приписывая некоторому типу люминесцентных ламп значение T_c=4850К, а синему небосводу T_c= 11000K, необходимо знать, что эти излучатели подобной температуры не имеют [9]. Поэтому цветовую температуру следует рассматривать как некоторый оценочный показатель цветности источников света. Чем большее значение имеет этот показатель, тем более близок к естественному цвет излучаемого источником света. Существуют три главные цветности света: тепло-белая (T_c<3300K), нейтрально-белая (T_c=3300-5000K) и белая дневного света (T_c>5000К). Однако лампы с одинаковой цветностью света могут по-разному передавать цвета освещаемых предметов, что объясняется отличием спектрального состава излучаемого ими света. Качество цветопередачи выражается общим индексом (коэффициентом) цветопередачи (Ra) который показывает соответствие зрительного восприятия цветного объекта, освещенного исследуемым и эталонным источниками света при определенных условиях наблюдения. Его максимальное значение составляет 100. Источники света, имеющие значение Ra =90-100, обладают очень хорошей цветопередачей, а уровень Ra =50 и менее соответствует слабой цветопередаче. Различные спектры излучения ламп, несмотря на одинаковую цветность, вызывают различное восприятие цвета. Если, например, в спектре ламп мало красного света, то красные цвета предмета будут переданы не в полной степени. Лампы с высоким индексом (90 и больше) передают все цвета натурально, при низком индексе цвета воспринимаются искаженно, например красные воспринимаются как оранжевые, зеленые - как желтые.

СТАНДАРТНЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Каждый многократно наблюдал снег при различных условиях освещения: в солнечный и пасмурный день, в утренние и вечерние сумерки. И всякий раз цвет снега воспринимается как белый. Правда, если на освещенный солнечным светом снег падает тень от предмета, то в тени снег кажется синеватым из-за освещения его только голубым светом неба. Цвет же основной части снега кажется белым.

Кривая распределения сил света в прямоугольных координатах.

Глаз человека не в состоянии опознать «истинно» белый цвет. Это происходит вследствие явления, называемого цветовой адаптацией, так как глаз принимает за белый любой малонасыщенный цвет, преобладающий в поле зрения. Другим примером этого явления служит свет ламп накаливания, воспринимаемый нами как белый.

В природе не существует чистого белого света. Белым принято считать свет облачного и безоблачного неба при различной высоте стояния солнца над горизонтом, хотя при этом спектральный состав света различен.

В 1931 г. Международная осветительная комиссия (МОК) в качестве стандартных приняла три источника белого света, обозначив их А, В, С. Цветовая температура этих источников равна: А — до 2800 К, В — 4800 К, С — 6500 К. При сравнении кривых спектрального распределения энергии для стандартных колориметрических источников (рис. 16) с кривыми спектрального распределения энергии других источников света можно увидеть, что кривая источника А близка кривым спектрального распределения энергии некоторых ламп накаливания; кривая источника В близка кривой распределения энергии полуденного света Солнца зимой; кривая источника С близка кривой распределения энергии света, излучаемого небом, полностью покрытым облаками.

Спектральная чувствительность различных цветофотографических материалов, а также различных технических приборов, связанных с поглощением и последующим преобразованием света с определенной длиной волны, должна быть согласована со спектральным распределением энергии одного из стандартных источников света. Так, для фотографических и кинематографических целей выпускаются пленки типа ЦНЛ, предназначенные для использования при освещении объекта съемки светом ламп накаливания; типа ЦНД, предназначенные для использования при освещении объекта съемки дневным светом. В телевидении за опорный белый свет принят источник типа С, который создает эффект несколько голубоватого освещения передаваемой сцены.

Посредством светофильтров, установленных между источником искусственного освещения и освещаемым предметом, или между предметом и регистратором отражаемого или излучаемого света (цветная фотопленка, цветоизмерительный прибор), можно изменять спектральный состав света в необходимых пределах.

Монохроматические и сложные излучения и восприятие цвета. Белый дневной свет, как известно, состоит из смеси всех спектральных цветов. Трехцветная теория зрения объясняет факты возникновения ощущений ахроматических и хроматических цветов. Ахроматический цвет — белый или серый — возникает в случаях, когда в красно-, зелено- и синечувствительных колбочках одинакова шла раздражения. Ощущения хроматического цвета возникают в случаях, когда один или два вида колбочек раздражены сильнее, чем, остальные. Самые большие различия могут вызвать при рассматривании спектра отдельные участки, называемые монохроматическими. Как известно, монохроматическими называются излучения, длина волны которых укладывается в пределах 10 нм. Таким образом, если из спектра белого света выделить, например, посредством щели участок, соответствующий красному цвету, то возбуждение красночувствительных колбочек будет максимальным при минимальном возбуждении зелено- и синечувствительных колбочек, а в мозгу возникнет ощущение чистого насыщенного цвета. Однако такие насыщенные цвета встречаются только в виде спектральных и обычно в природе не наблюдаются. Зато имеется ряд ахроматических цветов, пурпурных и различных малонасыщенных, отсутствующих в спектре. Ощущения этих цветов вызываются сложным светом, представляющим смесь различных монохроматических лучей. Имеющиеся в смеси монохроматические спектральные лучи раздражают красные, зеленые и синие колбочки. Все эти раздражения в каждом виде рецепторов (палочек или колбочек) суммируются, и величина конечного раздражения будет равна сумме раздражений рецептора всеми спектральными лучами, входящими в состав сложного цвета. Например, сумма раздражений от дневного света воспринимается в виде белого света.

В свете электрической лампы меньше синих лучей, поэтому ее свет по сравнению с дневным кажется желтоватым, так как преобладает раздражение красно- и зеленочувствительных колбочек.

Ощущение белого цвета можно достичь, смешивая три световых потока по зонам, соответствующим трети спектра (400— 490 нм — сине-фиолетовый цвет, 490—595 нм — зеленый цвет, 595—700 нм — красный цвет). Цвета таких основных потоков называют основными, или первичными, цветами.

В некоторых случаях под действием монохроматического излучения происходит возбуждение двух видов рецепторов. Так, спектральный желтый (580 нм) возбуждает в одинаковой степени красно- и зеленочувствительные колбочки и совсем не возбуждает синечувствительные. Спектральный синий (470 нм) возбуждает главным образом синечувствительные колбочки и лишь незначительно, но в равной степени, возбуждает красно- и зеленочувствительные колбочки. Пользуясь кривыми спектральной чувствительности красного, зеленого и синего приемников глаза (см. рис. 8), можно подобрать соотношение интенсивностей обоих лучей, при котором раздражения сравняются и возникнет ощущение белого света. Это произойдет, если взять примерно 45% сине-фиолетового и 55% желтого света.

Цвета двух излучений, образующих при сложении белый цвет, называют дополнительными. Такими излучениями будут, например, взятые в надлежащих пропорциях попарно красный с голубым, фиолетовый с желто-зеленым и др. Дополнительными цветами могут быть не только спектральные, но и цвета сложных излучений, составленные из лучей различных длин волн. Можно вместо спектрального желтого (580 нм) взять смесь из красных и зеленых лучей и, прибавив спектральный синий, также получить белый цвет. Пары дополнительных спектральных цветов определялись многими наблюдателями и приводятся в таблицах.

Таким образом, одному и тому же спектральному составу света всегда строго соответствует один и тот же цвет, но одному и тому же цвету может соответствовать множество различных спектральных составов. Причина в том, что одинаковое возбуждение колбочек глаза может возникнуть от различных комбинаций лучей в спектре.

Для излучений с длинами волн от 495 до 550 нм дополнительных излучений в спектре нет. Это вызвано тем, что в спектре отсутствуют пурпурные цвета, представляющие переход от красных к фиолетовым. Пурпурные цвета являются дополнительными к цветам от зелено-голубого до желто-зеленого.

Дата добавления: 2014-01-15