Яркость - важный параметр, характеризующий источники света и освещение. Разберемся в основных терминах, связанных с этой фотометрической величиной, и единицах ее измерения.
Определение яркости
Яркость численно выражает световой поток, испускаемый светящейся поверхностью в заданном направлении на единицу телесного угла. Иначе говоря, это интенсивность свечения поверхности в данной точке пространства и в данном направлении.
Яркость зависит от угла зрения - при его изменении она также меняется. Например, белый лист бумаги при рассеянном освещении имеет почти одинаковую яркость со всех направлений, а матовая лампа накаливания - только в направлении по нормали к ее поверхности.
Единицы измерения яркости
В Международной системе единиц (СИ) яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2).
Ранее использовалась единица яркости нит (нт) - она была равна 1 кд/м2. Однако в настоящее время применение термина "нит" стандартами СИ не предусмотрено.
Кроме того, для измерения яркости применялись внесистемные единицы:
- Стильб (сб)
- Апостильб (асб)
- Ламберт (Лб)
Связь яркости с другими светотехническими величинами
Яркость тесно связана с такими характеристиками источников света, как световой поток и сила света:
- Световой поток (измеряется в люменах) - полная мощность излучения источника во всех направлениях.
- Сила света (измеряется в канделах) - пространственная плотность светового потока, показывает, как он распределен в пространстве.
При неизменной площади светящейся поверхности яркость обратно пропорциональна квадрату расстояния от этой поверхности.
Яркость также зависит от светоотдачи источника света и коэффициента отражения освещаемой поверхности.
Измерение яркости
Для измерения яркости светящихся поверхностей используются специальные приборы - яркомеры или фотометры со встроенными фотоэлементами. Они позволяют определить этот параметр в заданной точке наблюдения и в выбранном направлении.
Существуют яркомеры для измерения яркости как внутри помещений, так и под открытым небом. Их применяют при проведении светотехнических испытаний источников света, разработке систем освещения, а также контроле параметров готовых осветительных установок.
Точные данные по яркости необходимы для обеспечения комфортного зрительного восприятия и оптимальных условий работы персонала в офисах, на производстве, в медицинских учреждениях и других местах.
Применение данных о яркости
Знание яркости необходимо при проектировании систем освещения, подборе конкретных источников света и световых приборов с учетом особенностей помещения и выполняемых в нем зрительных задач.
Например, для офисных помещений общего назначения достаточной считается яркость 300-500 кд/м2, а для черчения и высокоточных работ - 1000-1500 кд/м2.
Яркость также регламентируется СНиПами и санитарными нормами для различных типов освещения - общего, местного, аварийного, наружного и др.
Учет данного показателя необходим и при разработке систем отображения информации - дисплеев, табло, панелей управления. От яркости и равномерности распределения яркости по их поверхности зависит четкость и комфорт восприятия изображения.
Таким образом, яркость - ключевая характеристика любого источника оптического излучения. Знание принципов ее определения и грамотный учет при проектировании позволяют создавать эргономичные и эффективные системы освещения.
Стандартизация измерения яркости
Для получения достоверных и сопоставимых данных по яркости необходима стандартизация методов ее измерения. Существует ряд стандартов, регламентирующих основные требования к яркомерам и методикам измерений.
В частности, в стандартах оговариваются допустимые пределы погрешностей при измерении яркости, требования к спектральной чувствительности яркомеров, их пространственные характеристики, а также условия и порядок калибровки приборов с помощью специальных эталонов.
Измерение яркости небесных светил
Особую актуальность имеют точные измерения яркости для астрономии и астрофизики. Яркость небесных светил характеризует интенсивность их излучения и дает информацию об их природе, составе, температуре и других физических параметрах.
Для Солнца средняя яркость составляет около 1,6·109 кд/м2, для полной Луны - 2,5·103 кд/м2 на расстоянии 1 а.е. Яркость звезд измеряется в звездных величинах.
Яркость светодиодов
Одним из наиболее перспективных источников света в настоящее время являются светодиоды. Их яркостные характеристики непрерывно совершенствуются с ростом эффективности светодиодных чипов и световой отдачи оптических элементов.
Современные мощные светодиоды могут достигать яркости в диапазоне от 5000 до 50000 кд/м2 и выше в максимуме диаграммы направленности излучения. Это позволяет использовать их в различных системах освещения и визуализации информации.
Измерение яркости с применением ИКТ
Современные информационные технологии позволяют значительно автоматизировать процесс измерения яркости и обработки полученных данных.
Применяются цифровые яркомеры на основе фотодатчиков и видеокамер, с возможностью передачи показаний на компьютер для анализа и визуализации. Используются также дистанционные методы измерения яркости с помощью воздушных и космических аппаратов.
Расчет яркости в системах компьютерного моделирования
Специальные программы для 3D моделирования помещений позволяют рассчитывать распределение яркости при различных параметрах и конфигурациях осветительных систем еще на этапе проектирования.
Визуализация данных расчетов облегчает подбор необходимого количества и расположения световых приборов для получения требуемых показателей яркости в рабочих зонах помещения.
Измерение и регулирование яркости дисплеев
Для обеспечения четкого и комфортного изображения на экранах дисплеев их яркость должна соответствовать уровню внешнего освещения. С этой целью предусмотрены датчики освещенности и функции автоматической или ручной регулировки яркости.
Также специальными колориметрическими датчиками может контролироваться равномерность яркости и цветопередачи по всей площади экрана для калибровки отображения при необходимости.
Проблема бликов на ярком фоне
Высокая яркость поверхностей и источников света, особенно неравномерная, может вызывать нежелательные блики, ухудшая видимость объектов на их фоне.
Для борьбы с бликами применяются светорассеивающие и матирующие материалы и покрытия с направленным светорассеянием, оптические рассеиватели, световые экраны и жалюзи.
Яркость пульсаций
У источников света, питаемых переменным током, может наблюдаться мерцание светового потока - его периодические колебания с удвоенной частотой электрической сети.
Для количественной оценки мерцания вводится понятие яркости пульсаций - отношения размаха колебаний яркости к ее среднему значению, выраженного в процентах.
