ZÁKLADNÍ FOTOMETRICKÉ VELIČINY Ing. Petr Žák
VÝVOJ ČLOVĚKA vývoj člověka přizpůsobení okolnímu prostředí (adaptace) příjem informací o okolním prostředí smyslové orgány rozhraní pro příjem informací
SMYSLOVÉ ORGÁNY vývoj člověka adaptace organismu na okolní prostředí adaptace organismu vývoj smyslových orgánů smyslové orgány zdroje informací o okolním prostředí zrak sluch hmat čich chuť Nejdůležitější smyslový orgán zrak umožňuje získat více než 80 % informací o okolním prostředí
ZMĚNA Základní fotometrické veličiny PŘÍRODNÍ SVĚTELNÉ PODMÍNKY DEN hlavní zdroj světla: Slunce dynamické světelné prostředí osvětlenost: 10 100 000 lx teplota chromatičnosti: 2 000 20 000 K směr světla: převážně směrové difúzní NOC hlavní zdroj světla: Měsíc, hvězdy nízké hladiny osvětlenosti 0,001 1 lx teplota chromatičnosti: ~ 4 000 K směr světla: směrové
PŘIZPŮSOBENÍ ORGANISMU PŘÍRODNÍM SVĚTELNÝM PODMÍNKÁM I. příjem a zpracování informací II. řízení biologických pochodů
PŘÍJEM A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ Denní (fotopické) vidění fotoreceptory převážně čípky vnímání barev velký adaptační rozsah Noční (skotopické) vidění fotoreceptory převážně tyčinky citlivost posunuta ke kratším λ (nm) větší citlivost než čípky 1600 1400 K (l ) - skotopické vidění K (507) max = 1700 lm /W 1200 K (lm /W ) 1000 800 600 l m = 555 nm K (l ) - fotopické vidění K (555) max = 683 lm /W 400 200 0 400 450 500 550 600 650 700 l (nm ) Vidění za šera (mezopické vidění) tyčinky + čípky
ŘÍZENÍ BIOLOGICKÝCH POCHODŮ V LIDSKÉM TĚLE DEN blokace hormonu melatoninu tvorba hormonu kortizolu aktivace organismu NOC vylučování hormonu melatonin rozpouštění hormonu kortizolu útlum organismu C(l) V (l) V(l) Poměrná spektrální citlivost receptorů zraku při denním a nočním vidění a cirkadiánního čidla 1 0.9 0.8 poměrná spektrální citlivost (-) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 vlnová délka (nm) V(lambda) V (lambda) circadianní čidlo Pravidelné změny přírodních světelných podmínek (den / noc) registrují čidla centrálních biologických hodin tzv. cirkadiánní čidla C(l)
VÝVOJ CIVILIZACE ZMĚNA PŘIROZENÝCH SVĚTELNÝH PODMÍNEK Budování umělých sídel ochrana před vlivy prostředí nižší úrovně osvětlení Sdružování sídel využívání venkovního prostoru noční osvětlení Hledání přijatelných minimálních osvětleností ve dne a maximálních v noci
ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ Paprsek Složka elmag. záření se sinusovým průběhem: vlnová délka nebo kmitočet; rychlost šíření; energie; směr šíření; polarizace; fáze Svazek paprsků Zářivý tok e = dw e / dt Energie přenášená zářením za 1 s Soubor paprsků různých vlnových délek
OPTICKÉ ZÁŘENÍ UV, VIZ, IR UV záření: UV-A: 315 400 nm UV-B: 280 315 nm UV-C: 100 280 nm VIZ - viditelné záření: modrá: 380 490 nm zeleno žlutá: 490 590 nm oranžovo červená: 590 780 nm IR záření: IR-A: 780 1400 nm IR-B: 1400 3000 nm IR-C: 3000 nm 1mm Viditelné záření
ZRAKOVÝ ORGÁN A PROCES VIDĚNÍ Zrakový orgán - oko část optická - rohovka, přední komora, duhovka se zornicí, čočka - zprostředkovává příjem informace; část nervová - sítnice (fotoreceptory, gangliové a další nervové buňky, vzájemné vazby), zrakový nerv, mozková centra vidění - vazby s ostatními centry Vidění příjem informace přinášené světelným podnětem oko (čidlo zraku) zpracování, výběr a zakódování informace (optic.podněty v nerv.vzruchy přenos do mozkových center vidění vzniká zrakový počitek syntéza počitků vytváří se zrakový vjem zatřídění vjemu ve vědomí a) k bezprostřednímu využití b) k uchování v paměti pozdější aplikace
SVĚTLO, SPEKTRÁLNÍ CITLIVOST LIDSKÉHO OKA Světelný tok (světlo) viditelné záření zhodnocené zrakem pozorovatele podle spektrální citlivosti zraku k záření různých vlnových délek 1700 1600 Světelná účinnost záření ( lm / W ) 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 K (l) - skotopické vidění max. 1700 lm/w při 507 nm K (l) - - mezopické vidění vidění adaptační jas 0,1 cd.m -2 adaptační max. 756 lm/w jas 0,1 při cd.m 532 nm - 2 K(l) - fotopické vidění max. 683 lm/w při 555 nm K (l) - mezopické vidění adaptační jas 1 cd.m -2 max. 695 lm/w při 545 nm 0 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 vlnová délka (nm)
VLASTNOSTI SVĚTELNÉHO PROSTŘEDÍ A JEJICH POPIS I. Kvantitativní veličiny hodnocení množství světla a jeho míry (dostatečnost, nadměrnost): světelný tok, osvětlenost, svítivost, jas. II. Spektrální veličiny: hodnocení spektrálních (barevných) vlastností osvětlení: teplota chromatičnosti, index podání barev. III. Směrové veličiny: Hodnocení směrových vlastností světla a schopnosti tvorby stínů (3D objekty): světelný vektor, činitel podání tvaru.
GEOMETRICKÉ VELIČINY Kontrolní plocha A (m 2 ) Kontrolní plocha je libovolná, zpravidla rovinná část prostoru, která je součástí konkrétního povrchu nebo imaginární volnou plochou, libovolně umístěnou v prostoru. Prostorový úhel (sr) Prostorový úhel je určen velikostí plochy, vyťaté obecnou kuželovou plochou, se středem v pozorovacím bodě, na povrchu jednotkové koule. ( max = 4)
SVĚTELNÝ TOK el (W) K l (lm/w) Světelný tok (lm) zářivý tok (W) zhodnocený zrakem podle spektrální citlivosti oka l (lm) 683 0 d e l dl l V l dl Využití: vyjádření množství světla vyzářeného světelnými zdroji Příklad: světelný tok sodíkové výbojky 70 W je 6 600 lm
OSVĚTLENOST E A Osvětlenost E (lx) plošná hustota světelného toku Využití: hodnocení osvětlení zrakového úkolu nebo prostoru Příklad: osvětlení venkovních komunikací se pohybuje v rozsahu 1 30 lx.
SVÍTIVOST Svítivost I (cd) Prostorová hustota světelného toku I = prostorový úhel (sr) velikost plochy vyťaté obecnou kuželovou plochou na povrchu jednotkové koule Příklad: svítidlo pro komunikace 70 W může mít osovou svítivost 1000 cd.
SVÍTIVOST Využití: popis vyzařování svítidel - způsob vyzáření světelného toku do okolí Příklad: svítidlo pro komunikace 70 W může mít osovou svítivost 1000 cd.
JAS Jas L (cd/m 2 ) Prostorová a plošná hustota světelného toku L I A p L OP E N Využití: hodnocení úrovně osvětlení (ulice) nebo pro hodnocení oslnění Příklad: jas pozemních komunikací se pohybuje v rozsahu 0,35 2 cd/m 2
TEPLOTA CHROMATIČNOSTI Teplota chromatičnosti T c (K) Barevný tón bílého světla. Využití: popis barevného tónu světla (chromatičnosti) Příklad: vysokotlaká sodíková výbojka má T cn ~ 2 000 K
TEPLOTA CHROMATIČNOSTI Teplota chromatičnosti T c (K) teplota černého zářiče, jehož záření má tutéž barevnou jakost [např. tytéž souřadnice x, y] jako uvažované záření. Barevný tón bílého světla teple bílý neutrálně bílý chladně bílý Teplota chromatičnosti T c (K) < 3 300 K 3 300 5 300 K > 5 300 K Čára teplotních zářičů s hodnotami teploty chromatičnosti T c [křivka 2]
INDEX PODÁNÍ BAREV Index podání barev R a (-) charakterizuje vliv spektrálního složení světla zdrojů na vjem barvy osvětlených předmětů. Věrný vjem barev je v denním světle a ve světle teplotních zdrojů. Věrný vjem barev R a = 100, barvy nelze rozlišit R a = 0 Využití: hodnocení podání barev ve světle posuzovaného světelného zdroje Příklad: vysokotlaká sodíková výbojka R a = 25
SVĚTELNÝ VEKTOR Světelný vektor (lx) popisuje převažující směr světelného toku v daném bodě prostoru
STŘEDNÍ KULOVÁ OSVĚTLENOST Střední kulová osvětlenost E 4 (lx) popisuje, zda je prostor dostatečně prosvětlen, nasycen světlem.
ČINITEL PODÁNÍ TVARU P = 0 Činitel podání tvaru P ( - ) vyjádření směrových vlastností osvětlení související s tvorbou stínů P=0 4. P E 4