Нестандартные фотометрические единицы

а) Нестандартные единицы яркости: стильб (сб), миллистильб (мсб), децимиллистильб (дмсб), апостильб (асб), радлюкс (рлк), нит (нт), ламберт (ламб), футламберт (фламб). Соотношения между этими единицами следующие:

1 сб = 1 кл/см² = 10⁴ кд/м² = 3140 асб = 3,14 ламб = 10⁴ нт;

1 мсб = 10^–3 сб; 1 дмсб = 10^–4 сб = 1 нт;

1 асб = 0,318 нт = 0,0318 мсб = 0,0001 ламб;

1 рлк = 1 асб;

1 ламб = 1/π кд/см² = 0,318 сб = 10⁴ асб = 3180 нт;

1 нт = 0,0001 сб = 0,1 мсб = 3,14 асб = 0,000314 ламб;

1 фламб = 1,076 миллиламб = 10,746 асб = 3,425 нт.

б) Нестандартные единицы освещенности: фот, футсвеча (фсвеча), фотон (фн). Соотношения между ними следующие:

1 фот = 1 лм/см² = 10⁴ лк;

1 фсвеча = 10 лк;

1 фотон – единица освещенности сетчатки глаза при наблюдении поверхности с яркостью 1 кд/м² и площади зрачка глаза 1 мм².

Фотон также применяется для измерении энергии квантов света. В этом случае 1 фотон = 1 кванту света = h υ = эрг, где 1 эрг = 10^–7 Дж; 1 Дж/с = 1 Вт; h = 6,63·10^–34 Дж·с – постоянная Планка; – частота света, Гц; λ – длина волны света, см; с – скорость света в вакууме, равная 3·10¹⁰ см/с.

Таким образом, энергия в одном фотоне зависит от частоты υ.

Поток белого света 1 лм создается мощностью 1,3·10¹⁶ фотон. Световой поток занимает спектр от 380 нм (частота υ = 0,8·10⁶ ГГц) до 780 нм (частота υ = 0,38·10⁶ ГГц).

Троланд (trl) – единица оценки светового потока, воздействующего на глаз. Если глаз смотрит на поверхность с равномерной яркостью, то число троландов равно произведению площади зрачка (мм²) на яркость этой поверхности (кд/м²) (диаметр зрачка равен 8 мм). Если умножить число троландов на 0,5, то получим число приведенных троландов. При коэффициенте потерь, равном 1, один троланд создает на сетчатке глаза освещенность 2·10^–3 лк.

в) Нестандартные единицы длины и площади:

1 дюйм = 25,4 мм;

1 фут = 12 дюймов = 30,48 см;

1 кв.фут = 929 кв.см;

1 кв.м = 10,76 кв.футов.

За­да­ние:

Задача 1.1. Энергетические интегральные характеристики световой энергии.

Поток лучистой энергии Р = N×10 Вт излучается с поверхности S = N× 0,5 м² в телесном угле ω = 2 ср в направлении ОА (см. рис.1.1), составляющим угол α = 30º с перпендикуляром к поверхности S.

Определить величины M_e, I_e и L_e.

Задача 1.2. Энергетическая и интегральная плотность облучения.

На поверхность S = N× 0,5 м² падает поток лучистой энергии Р_пад = N×10 Вт.

Определить энергетическую интегральную плотность облучения этой поверхности.

Задача 1.3. Энергетические спектральные характеристики лучистой энергии.

Монохроматическое излучение с поверхности S = N×0,4 м² имеет спектр шириной d λ = 2 нм и мощностью dР_изл = N×1 Вт в телесном угле 2 ср в направлении ОА, составляющем угол α = 30º с перпендикуляром к поверхности S.

Определить энергетические спектральные характеристики: плотность мощности P _λ, светимость М_{е λ}, силу излучения I_{e λ}, яркость излучения L_{e l}.

Задача 1.4. Энергетическая спектральная мощность облучения.

На поверхность S = N×0,4 м² падает монохроматический поток лучистой энергии dP_пад = N×10 Вт со спектром шириной 2 нм.

Определить энергетическую спектральную плотность облучения этой поверхности E_{e l}.

Задача 1.5. Энергетическая величина светового потока.

Задан монохроматический поток лучистой энергии dP = N×4 Вт на волне l = 600 нм. Определить величину светового потока этого излучения.

Задача 1.6. Световой поток.

Даны два монохроматических источника излучения, которые имеют одинаковую излучаемую мощность dP = N×20 Вт. Источник 1 излучает на волне l₁ = 500 нм, источник 2 излучает на волне l₂ = 650 нм.

Определить энергетический световой поток d F _v и световой поток dF для каждого источника.

Задача 1.7. Коэффициент пропускания света и оптическая плотность среды.

На полупрозрачную пластину падает поток лучистой энергии P_пад = N×20 Вт. Из этой пластины, пройдя через нее, выходит лучистый поток Р_вых = N×4 Вт.

Определить коэффициент пропускания пластины t и ее оптическую плотность D (отражением от пластины можно пренебречь).

Задача 1.8. Оптическая плотность среды.

Оптическая плотность полупрозрачной среды (пластины) D = N× 0,05.

Определить ее коэффициент пропускания t.

Задача 1.9. Закон Ламберта.

Поверхность S = N×0,4 м² излучает диффузно по закону Ламберта и создает в направлении, перпендикулярном к ней, силу света I₀ = N×1 кд.

Определить яркость этой поверхности L и излучаемый ею в полусферу световой поток F_изл, а также силу света I (в канделах) в направлении ОА, образующем угол a = 30° с перпендикуляром к поверхности S.

Задача 1.10. Яркость освещаемой диффузно-отражающей поверхности.

Освещенность поверхности, отражающей свет по закону Ламберта, Е = N×10 лк, коэффициент отражения этой поверхности r = 0,5.

Найти яркость L этой поверхности.

Задача 1.11. Яркость излучающей поверхности.

Поверхность S = N×1м² излучает в полусферу по закону Ламберта световой поток F_изл = N×10 лм.

Определить яркость этой поверхности L и ее светимость М.

Задача 1.12. Яркость свечения экрана кинескопа.

Изображение на экране кинескопа имеет площадь S_э = N× 0,05 м², ток электронного луча на белых участках изображения I_л = N×20 мкА, светоотдача люминофора экрана s = 5 лм/Вт, напряжение на втором аноде кинескопа U_а2 = 20 кВ.

Определить световой поток F_л, излучаемый экраном в полусферу на белых участках изображения, и яркость свечения этих участков экрана L_и.

Задача 1.13. Световой поток.

Мощность монохроматического излучения dP = N×10 Вт.

Определить световой поток этого излучения dF_v и световой поток dF на волнах l₁ = 450 нм и l₂ = 600 нм.

Задача 1.14. Лучистый поток.

Лучистая энергия dQ = N×0,5 Дж переносится через данную поверхность за dt = 5c.

Определить величину лучистого потока Р для этого случая.

Задача 1.15. Световой поток и яркость поверхности при не диффузном излучении.

Поверхность S = N×0,2 м² излучает в направлении ОА силу света I = N×0,4 кд в телесном угле w = 2 ср. Поверхность S образует с направлением ОА угол b = 60°.

Определить световой поток F, излучаемый в направлении ОА, яркость L и светимость М этой поверхности также в направлении ОА.

Задача 1.16. Освещенность поверхности.

На поверхность S = N×0,2 м² падает световой поток F_пад = N×4 лм.

Определить освещенность Е этой поверхности.

Задача 1.17. Спектральный коэффициент отражения.

На поверхность падает монохроматический световой поток dР_пад = N×5 Вт. Отраженный от этой поверхности световой поток dР_отраж = 5 Вт.

Определить спектральный коэффициент отражения этой поверхности.

Задача 1.18. Спектральный коэффициент пропускания среды.

На поверхность полупрозрачной пластины падает монохроматический световой поток dР_пад = N×0,8 Вт. Пройдя через пластину, он выходит из нее и образует поток dР_вых = N×0,2 Вт.

Определить спектральный коэффициент пропускания этой пластины.

Задача 1.19. Отражение и пропускание света.

На поверхность пластинки падает световой поток Р_пад = N×1 Вт. Отраженный от нее поток Р_отраж = N×0,2 Вт; пройдя через пластинку поток Р_вых = N×0,7 Вт.

Определить коэффициенты отражения и пропускания этой пластинки.

Задача 1.20. Закон Ламберта.

Поверхность излучает диффузно силу света I₀ = N×1,5 кд в направлении, перпендикулярном к ней.

Определить световой поток, излучаемый этой поверхностью в полусферу.

Задача 1.21. Закон Ламберта.

Диффузно-отражающая поверхность имеет коэффициент отражения r = 0,5; ее освещенность Е = N× 40 лк.

Определить яркость этой поверхности L.

Задача 1.22. Светоотдача люминофора на экране кинескопа.

Светоотдача люминофора s = N×1 лм/Вт.

Определить светоотдачу К₁ этого люминофора (кд/Вт).

Задача 1.23. Освещенность на светочувствительной мишени

передающей телевизионной трубки.

Высота объекта на сцене у₀ = N×18 см, высота изображения этого объекта на мишени у_и = 9 мм, диаметр входного зрачка съемочного объектива передающей камеры d = 20 мм, фокусное расстояние этого объектива f = 150 мм, коэффициент пропускания t₀ = 0,6. Коэффициент отражения объекта на сцен на белом равен r = 0,8.

Определить освещенность Е_и на белом участке оптического изображения на мишени передающей трубки, если освещенность на сцене на белом участке Е₀ = N× 200 лк.

Задача 1.24. Нестандартные единицы освещенности и яркости.

Задана освещенность поверхности Е = N×0,8 лк и ее яркость L = N×0,4 кд/м².

Определить освещенность (в фотах и футсвечах) и яркость (в стильбах, миллистильбах, апостильбах, ламбертах, футламбертах, нитах).

Задача 1.25. Энергетические и фотометрические величины светового потока.

Дан монохроматический световой поток dP = N×40 Вт на длине волны 450 нм.

Определить энергетическую d F _v и фотометрическую dF величины этого потока.

Задача 1.26. Фотон.

На сетчатку глаза за время t = 0,5 с приходят (N×10) фотонов (квантов света) на волне l = 555 нм.

Определить энергию и мощность этого светового потока.

Задача 1.27. Число фотонов.

Число фотонов в (N×0,1) Дж. Определить, сколько фотонов содержится в (N×0,1) Дж энергии на длине волны 555 нм.

Задача 1.28. Троланд.

Наблюдатель смотрит на поверхность с равномерной яркостью L = N×10 кд/м². Диаметр зрачка его глаза d = 8 мм, коэффициент потерь света в зрачке равен 1 (т.е. потерь нет).

Определить световой поток F_трл (в троландах), воздействующий на глаз.

Методические указания по выполнению работы

При решении задач в качестве числа N надо подставить число, получившееся в результате вычисления выражения

N = AB × 0,1,

в котором, AB - две последние цифры номера студенческого билета.

Расчётное задание №2. Изучение принципов ма­те­ма­ти­че­ского опи­са­ния объ­ек­тов пе­ре­да­чи.

Цель работы

Це­лью дан­но­го за­да­ния яв­ля­ет­ся прак­ти­че­ское оз­на­ком­ле­ние с ос­нов­ны­ми по­ня­тия­ми и ме­то­да­ми фо­то­мет­ри­че­ских (све­то­тех­ни­че­ских) рас­че­тов, в ре­зуль­та­те ко­то­рых сту­ден­ты по­зна­ко­мят­ся с:

- фо­то­мет­ри­че­ски­ми (све­то­тех­ни­че­ски­ми) па­ра­мет­ра­ми объ­ек­тов пе­ре­да­чи;

- спек­траль­ной чув­ст­ви­тель­но­стью человеческого гла­за;

- ме­то­ди­кой рас­че­та зна­че­ния ви­део­сиг­на­ла на вы­хо­де те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры для раз­личных объ­ек­тов пе­ре­да­чи.

За­да­ние:

Пред­по­ла­га­ет­ся, что в ка­че­ст­ве те­ле­ви­зи­он­ной сис­те­мы ис­поль­зу­ет­ся двух­ка­мер­ная сис­те­ма. Ха­рак­те­ри­сти­ки ка­ж­дой из ка­мер за­да­ны. Тре­бу­ет­ся оп­ре­де­лить "элек­три­че­ский кон­траст" на вы­хо­де ка­ж­дой из ка­мер при на­блю­де­нии ин­ди­ви­ду­аль­но заданного со­че­та­ния объ­ек­тов пе­ре­да­чи.

Пе­ред на­ча­лом вы­пол­не­ния за­да­ния ре­ко­мен­ду­ет­ся вос­поль­зо­вать­ся литературой Г.Ю. Кви­ринг. При­клад­ное те­ле­ви­де­ние. - М.: МИС, 1989, -90 с. на стр. 3...14 и 18...36.

Ме­то­ди­че­ские ука­за­ния

"Элек­три­че­ский кон­траст" на вы­хо­де те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем

,

причем сиг­нал на вы­хо­де те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры мо­жет быть представлен в ви­де:

,

в ко­то­ром: - ко­эф­фи­ци­ент про­пор­цио­наль­но­сти;

- но­мер объ­ек­та на­блю­де­ния;

- по­ряд­ко­вый но­мер те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры;

- спек­траль­ный ко­эф­фи­ци­ент лу­чи­сто­сти i -ого объ­ек­та;

- при­ве­ден­ная спек­траль­ная ха­рак­те­ри­сти­ка j -ой те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры.

При­ве­ден­ная спек­траль­ная ха­рак­те­ри­сти­ка пер­вой те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры представляет со­бой П-об­раз­ную функ­цию, определяемою вы­ра­же­ни­ем

.

Ве­ли­чи­ны и за­да­ют­ся ин­ди­ви­ду­аль­но в со­от­вет­ст­вии с дву­мя по­след­ни­ми циф­ра­ми но­ме­ра сту­ден­че­ско­го би­ле­та.

В ка­че­ст­ве вто­рой те­ле­ви­зи­он­ной пе­ре­даю­щей ка­ме­ры, ис­поль­зу­ет­ся стан­дарт­ная те­ле­ви­зи­он­ная пе­ре­даю­щая ка­ме­ра чер­но-бе­ло­го те­ле­ви­де­ния с ха­рак­те­ри­сти­кой спек­­траль­ной чув­ст­ви­тель­но­сти со­от­вет­ст­вую­щей кри­вой вид­но­сти (Лит.1 стр. 12 рис. 4).

В ка­че­ст­ве объ­ек­тов на­блю­де­ния ис­поль­зу­ют­ся наи­бо­лее типичные при­род­ные об­ра­зо­ва­ния. Их спек­траль­ные ко­эф­фи­ци­ен­ты лу­чи­сто­сти (по клас­си­фи­ка­ции Е.Л. Кри­но­ва) при­ве­де­ны на рис 16 Лит. 1 стр.35.

По­ря­док вы­пол­не­ния за­да­ния

1. На от­дель­ном ли­ст­ке мил­ли­мет­ро­вой бу­ма­ги в удобном мас­шта­бе стро­ят­ся функ­ции , и . Да­лее ме­то­дом чис­лен­но­го ин­тег­ри­ро­ва­ния оп­ре­де­ля­ют­ся и в условных еди­ни­цах, а за­тем рас­счи­ты­ва­ет­ся зна­че­ние

2. На дру­гом ли­ст­ке мил­ли­мет­ро­вой бу­ма­ги в удобном мас­шта­бе стро­ят­ся функ­ции (Лит. Г.Ю. Кви­ринг. При­клад­ное те­ле­ви­де­ние. - М.: МИС, 1989, -90 с. на стр.4), и . Да­лее, как и в пунк­те 1 вы­чис­ля­ют­ся зна­че­ния , и .

3. Ре­зуль­та­ты по­лу­чен­ных рас­че­тов сле­ду­ет све­сти в таб­ли­цы.

Варианты выполнения задания

Вариант

Вариант

1 (51)

I - 1

III - 1

0.4... 0.5 мкм

26 (76)

I - 4

III - 2

0.4... 0.6 мкм

2 (52)

I - 1

III - 1

0.5... 0.6 мкм

27 (77)

I - 4

III - 2

0.6... 0.8 мкм

3 (53)

I - 1

III - 1

0.6... 0.7 мкм

28 (78)

I - 4

III - 2

0.4... 0.7 мкм

4 (54)

I - 1

III - 1

0.7... 0.8 мкм

29 (79)

II - 2

III - 2

0.4... 0.5 мкм

5 (55)

I - 1

III - 1

0.4... 0.6 мкм

30 (80)

II - 2

III - 2

0.5... 0.6 мкм

6 (56)

I - 1

III - 1

0.6... 0.8 мкм

31 (81)

II - 2

III - 2

0.6... 0.7 мкм

7 (57)

I - 1

III - 1

0.4... 0.7 мкм

32 (82)

II - 2

III - 2

0.7... 0.8 мкм

8 (58)

I - 2

III - 1

0.4... 0.5 мкм

33 (83)

II - 2

III - 2

0.4... 0.6 мкм

9 (59)

I - 2

III - 1

0.5... 0.6 мкм

34 (84)

II - 2

III - 2

0.6... 0.6 мкм

10 (60)

I - 2

III - 1

0.6... 0.7 мкм

35 (85)

II - 2

III - 2

0.4... 0.7 мкм

11 (61)

I - 2

III - 1

0.7... 0.8 мкм

36 (86)

II - 3

III - 2

0.4... 0.5 мкм

12 (62)

I - 2

III - 1

0.4... 0.6 мкм

37 (87)

II - 3

III - 2

0.5... 0.6 мкм

13 (63)

I - 2

III - 1

0.6... 0.6 мкм

38 (88)

II - 3

III - 2

0.6... 0.7 мкм

14 (64)

I - 2

III - 1

0.4... 0.7 мкм

39 (89)

II - 3

III - 2

0.7... 0.8 мкм

15 (65)

I - 3

III - 1

0.4... 0.5 мкм

40 (90)

II - 3

III - 2

0.4... 0.6 мкм

16 (66)

I - 3

III - 1

0.5... 0.6 мкм

41 (91)

II - 3

III - 2

0.6... 0.8 мкм

17 (67)

I - 3

III - 1

0.6... 0.7 мкм

42 (92)

II - 3

III - 2

0.4... 0.7 мкм

18 (68)

I - 3

III - 1

0.7... 0.8 мкм

43 (93)

II -4

III - 2

0.4... 0.5 мкм

19 (69)

I - 3

III - 1

0.4... 0.6 мкм

44 (94)

II -4

III - 2

0.5... 0.6 мкм

20 (70)

I - 3

III - 1

0.6... 0.8 мкм

45 (95)

II -4

III - 2

0.6... 0.7 мкм

21 (71)

I - 3

III - 1

0.4... 0.7 мкм

46 (96)

II -4

III - 2

0.7... 0.8 мкм

22 (72)

I - 4

III - 1

0.4... 0.5 мкм

47 (97)

II -4

III - 2

0.4... 0.6 мкм

23 (73)

I - 4

III - 1

0.5... 0.6 мкм

48 (98)

II -4

III - 2

0.6... 0.8 мкм

24 (74)

I - 4

III - 1

0.6... 0.7 мкм

49 (99)

II -4

III - 2

0.4... 0.7 мкм

25 (75)

I - 4

III - 1

0.7... 0.8 мкм

50 (100)

II -4

III - 2

0.4... 0.8 мкм

Вариант выполнения индивидуального задания выбирается по двум последним цифрам номера студенческого билета.

Расчетное задание №3. Изучение развертки растра и спектра видеосигнала.

Цель работы

Це­лью дан­но­го за­да­ния яв­ля­ет­ся прак­ти­че­ское оз­на­ком­ле­ние с ос­нов­ны­ми по­ня­тия­ми о развёртки телевизионного растра и микроструктурой спектра видеосигнала.

Дата добавления: 2015-11-26