Distribución de potencia espectral

En radiometría , fotometría y ciencia del color , una medición de distribución de potencia espectral ( SPD ) describe la potencia por unidad de área por unidad de longitud de onda de una iluminación ( exitancia radiante ). De manera más general, el término distribución de potencia espectral puede referirse a la concentración, en función de la longitud de onda, de cualquier cantidad radiométrica o fotométrica (por ejemplo, energía radiante , flujo radiante , intensidad radiante , radiancia , irradiancia , exitancia radiante , radiosidad , luminancia , flujo luminoso , intensidad luminosa , iluminancia , emitancia luminosa ). ^[1]^[2]^[3]^[4]

El conocimiento de la SPD es crucial para las aplicaciones de sistemas de sensores ópticos. Las propiedades ópticas , como la transmitancia , la reflectividad y la absorbancia , así como la respuesta del sensor, suelen depender de la longitud de onda incidente. ^[3]

Física

Matemáticamente, para la distribución de potencia espectral de una excitancia o irradiancia radiante se puede escribir:

M(\lambda )={\frac {\parcial ^{2}\Phi }{\parcial A\,\parcial \lambda }}\approx {\frac {\Phi }{A\,\Delta \lambda }}

donde M ( λ ) es la irradiancia espectral (o exitancia) de la luz ( unidades SI : W /m ² = kg ·m ⁻¹ · s ⁻³ ); Φ es el flujo radiante de la fuente (unidad SI: vatio, W); A es el área sobre la cual se integra el flujo radiante (unidad SI: metro cuadrado, m ² ); y λ es la longitud de onda (unidad SI: metro, m). (Tenga en cuenta que es más conveniente expresar la longitud de onda de la luz en términos de nanómetros ; la exitancia espectral se expresaría entonces en unidades de W·m ⁻² ·nm ⁻¹ .) La aproximación es válida cuando el área y el intervalo de longitud de onda son pequeños. ^[5]

SPD relativo

Distribuciones espectrales de potencia (SPD) características de una lámpara incandescente (izquierda) y una lámpara fluorescente (derecha). Los ejes horizontales están en nanómetros y los ejes verticales muestran la intensidad relativa en unidades arbitrarias.

La relación entre la concentración espectral (irradiancia o exitancia) en una longitud de onda dada y la concentración de una longitud de onda de referencia proporciona la SPD relativa. ^[4] Esto se puede escribir como:

M_{\mathrm {rel}}(\lambda )={\frac {M(\lambda )}{M\left(\lambda _{0}\right)}}

Por ejemplo, la luminancia de las luminarias y otras fuentes de luz se manejan por separado, y una distribución de potencia espectral se puede normalizar de alguna manera, a menudo a la unidad en 555 o 560 nanómetros, coincidiendo con el pico de la función de luminosidad del ojo . ^[2]^[6]

Capacidad de respuesta

El SPD se puede utilizar para determinar la respuesta de un sensor a una longitud de onda específica. Esto compara la potencia de salida del sensor con la potencia de entrada en función de la longitud de onda. ^[7] Esto se puede generalizar en la siguiente fórmula:

R(\lambda )={\frac {S(\lambda )}{M(\lambda )}}

Conocer la capacidad de respuesta es beneficioso para determinar la iluminación, los componentes del material interactivo y los componentes ópticos para optimizar el rendimiento del diseño de un sistema.

Fuente SPD y materia

La distribución de potencia espectral en el espectro visible de una fuente puede tener concentraciones variables de SPD relativas. Las interacciones entre la luz y la materia afectan las propiedades de absorción y reflectancia de los materiales y, en consecuencia, producen un color que varía con la iluminación de la fuente. ^[8]

Por ejemplo, la distribución relativa de la potencia espectral del sol produce una apariencia blanca si se observa directamente, pero cuando la luz del sol ilumina la atmósfera de la Tierra, el cielo aparece azul en condiciones normales de luz diurna. Esto se debe al fenómeno óptico llamado dispersión de Rayleigh , que produce una concentración de longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, la apariencia de color azul. ^[3]

Fuente SPD y apariencia del color

Comparación de la temperatura de color de las lámparas eléctricas más comunes

La respuesta visual humana depende de la tricromacia para procesar la apariencia del color. Si bien la respuesta visual humana se integra en todas las longitudes de onda, la distribución de potencia espectral relativa proporcionará información de modelado de la apariencia del color , ya que la concentración de las bandas de longitud de onda se convertirá en el principal contribuyente al color percibido. ^[8]

Esto se vuelve útil en fotometría y colorimetría ya que el color percibido cambia con la iluminación de la fuente y la distribución espectral y coincide con los metamerismos donde cambia la apariencia del color de un objeto. ^[8]

La composición espectral de la fuente también puede coincidir con la temperatura del color, produciendo diferencias en la apariencia del color debido a la temperatura de la fuente. ^[4]

Véase también

Referencias

^ Mark D. Fairchild (2005). Modelos de apariencia de color. John Wiley and Sons . ISBN 0-470-01216-1.
^ de Michael R. Peres (2007). La enciclopedia de fotografía de Focal. Focal Press . ISBN 978-0-240-80740-9.
^ abc William Ross McCluney (1994). Introducción a la radiometría y la fotometría . Boston: Artech House. ISBN 0890066787.
^ abc Franc C. Grum (1979). Mediciones de radiación óptica (v. 1) . Nueva York: Academic Press. ISBN 0123049016.
^ Clair L. Wyatt (1987). Diseño de sistemas radiométricos . Nueva York: Macmillan. ISBN 0029488001.
^ Wyszecki, Günter; Stiles, Walter Stanley (1982). Ciencia del color: conceptos y métodos; datos cuantitativos y fórmulas (segunda edición). Nueva York: Wiley. ISBN 978-0-471-39918-6.
^ Robert W. Boyd (1983). Radiometría y detección de radiación óptica . Nueva York: Wiley. ISBN 047186188X.
^ abc William David Wright (1969). La medición del color . Nueva York: Van Nostrand Reinhold Co.

Enlaces externos

Curvas de distribución de potencia espectral, GE Lighting.