نور شناسی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فام رنگ Hue

یکی از سه ویژگی اصلی هر رنگ (به همراه روشنایی و اشباع) است که طبق تعریف نشان‌دهندهٔ شباهت یا تفاوت یک رنگ از یکی از عوامل اصلی، آبی،قرمز، زرد و سبز است.

معمولاً رنگهای هم پرده با استفاده از روشنی از هم تفکیک می‌شوند، همچون آبی روشن، آبی تیره و سبز پررنگ. رنگهایی همچون قهوه‌ای، که شکلی از نارنجی تیره است و صورتی را می‌توان از این تعریف مستثنا کرد.

فام‌داری

در دانش رنگ‌شناسی، به کیفیت یک رنگ که نه بر اساس درخشندگی (lumens) بلکه برپایهٔ فام (Hue) و اشباع تعریف شود، فام‌داری (Chromaticity) گفته می‌شود.

درخشندگی

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/m²) 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/ m² .

 

 درخشندگی بر حسب cd/m^۲،

 ɸ{\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }} شار نوری یا توان نوری بر حسب lm,

{\displaystyle \theta } θزاویهٔ بین خط نرمال سطح و جهت مورد نظر،

{\displaystyle A} Aمساحت سطح m²

 Ω{\displaystyle \Omega }زاویه فضایی بر حسب sr  است.

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 ۱٫۶×۱۰^۹ cd/m^۲ است.

درخشندگی در نورشناسی هندسی یک کمیت ناوردا است. این یعنی در یک سامانهٔ نوری ایدئال، 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 بمعنای 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 درخشان‌ترباشد.

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.

فامداری

در رنگ‌شناسی، نقطهٔ سفید یک روشنگر یا یک صفحهٔ نمایش را معیار اولیه در نظر می‌گیرند. به این معیار اولیه یک فام‌داری مشخصی نسبت می‌دهند. برای نمونه، نقطهٔ سفیدِ یک نمایشگر با استاندارد اس‌آرجی‌بی (SRGB یا استاندارد سرخ‌سبزآبی) یک فام‌داری x،y به مقدار ۰٫۳۱۲۷ ٬ ۰٫۳۲۹۰ دارد. سپس تمامیِ فام‌داری‌ها را می‌توان به‌نسبتِ این فام‌داری و با استفاده از مختصات قطبی تعیین کرد.

فام‌داری x,y سی‌آی‌ای ۱۹۳۱. این نمودار همچنین فام‌داری یک روشنگر سیاه را در دماهای گوناگون و خطوط ثابت دمای رنگ را نشان می‌دهد.

پارامترهای نورسنجی CIE

سلول‌های مخروطی یا مخروط‌ها، یکی از سه نوع سلول‌های فتوگرامتر شبکیه چشم پستانداران می‌باشند (به عنوان نمونه چشم انسان). وظیفه این سلول‌ها - برخلاف سلول‌های استوانه‌ای که در نور کم کارایی بهتری دارند – دید رنگی و عملکرد بهتر در نور نسبتاً درخشان است. مخروطی‌ها نسبت به سلول‌های استوانه‌ای شبکیه چشم (که از دید در شرایط کم نور پشتیبانی می‌کنند) کمتر به روشنایی حساس اند، اما ادراک رنگ را ممکن می‌کنند. همچنین مخروطی‌ها قادر به درک جزئیاتِ بهتر و تغییرات سریع تصاویر هستند، زیرا نسبت به استوانه‌ای‌ها پاسخگویی و واکنش سریعتری به محرک‌ها دارند. ه‌طور معمول مخروطی‌ها یکی از سه نوع سلول‌های فتوگرامتراند که هر یک، رنگدانهٔ متفاوتی دارند: مخروطی‌های M ,S وL . بنابراین هر مخروطی به ترتیب به موج نور قابل رویت با طول کوتاه short-wavelength، طول متوسط medium-wavelength  و طول بلندlong-wavelength  حساس‌اند.

طیف پاسخ نرمال از سلول های مخروطی انسان برای سلول های S, M, و L

که در آن S", 420 nm – 440 nm), ("M", 530 nm – 540 nm), ("L", 560 nm – 580 nm))  طول موج طیف های بلند ، متوسط و کوتاه می باشد. بدین منظور برای مطالعه رنگ ها با توجه به ادراک انسانی از فضای سه بعدی LMS و یا فضای سه بعدی XYZ استفاده می شود. ر برخی از فضاهای رنگی، از جمله فضاهای LMS و XYZ، رنگ های اولیه مورد استفاده رنگ های واقعی نیستند به این معنا که در هیچ طیف نوری نمی توان آن ها را تولید کرد. فضای رنگ CIE XYZ تمام حس های رنگی را در بر می گیرد که برای فردی با بینایی متوسط قابل مشاهده است. به همین دلیل است که CIE XYZ  دستگاه غیر قابل تغییری از رنگ است.

دستگاه X,Y,Z

انسان ها هنگام قضاوت در مورد درخشش نسبی (لومن) رنگ های مختلف در موقعیت هایی با نور مناسب، تمایل دارند نور درون بخش های طیف سبز را روشن تر از نور های قرمز و یا آبی -که همگی در یک مقدار برابر هستند-ببینند. تابع درخشش تغریف شده که روشنایی های درک شده در طول موج های مختلف را توصیف می کند  نزدیکی بسیاری خوبی با حساسیت سلول های مخروطی M دارد.

مقایسه بین حساسیت طیفی مخروط M نرمال معمولی و تابع در نورانیت CIE 1931 برای یک ناظر استاندارد در دید فتوپیک.

در مدل ,CIE Y به عنوان درخشندگی  Z شبه برابر آبی، یا پاسخ مخروط S ، و X ترکیبی از منحنی های پاسخ انتخاب شده غیر منفی است.