Ludzki wzrok zależy od światła. Światło odbija się od powierzchni i wpada do oka, przechodząc przez rogówkę i źrenicę tworzy obraz na siatkówce. Oko jest wrażliwe na bardzo szeroki zakres natężenia światła, ale przy niskich poziomach traci zdolność rozróżniania szczegółów. Dlatego właśnie prace precyzyjne, takie jak operacje chirurgiczne, pomiary czy montaż, najlepiej wykonywać przy jasnym świetle. Praca przy słabym oświetleniu powoduje zmęczenie i błędy. Wypadki przy pracy zdarzają się częściej, gdy poziom oświetlenia jest niski. Ponadto, dobre oświetlenie decyduje o tym, jak dobrze ludzie mogą obserwować przedstawienie i robić wysokiej jakości zdjęcia. Aby pomóc w zrozumieniu pomiaru natężenia światła, ta Biała Księga od OMEGA Engineering omawia:
- Czym jest światło?
- Jak mierzy się światło?
- Sytuacje wymagające pomiaru światła
- Technologia pomiaru światła
- Sprzęt do pomiaru światła
Co to jest światło?
Światło jest formą energii elektromagnetycznej, która przemieszcza się w przestrzeni jako fala. Podobnie jak mikrofale i promieniowanie rentgenowskie, fale te mają długość fali i częstotliwość. Różnica polega na tym, że człowiek posiada receptory zdolne do wyczuwania energii o długości fali pomiędzy 400 a 700 nm i przekształcania jej w obrazy. oszczególne długości fal odpowiadają różnym kolorom. Światło o długości fali około 420 nm jest postrzegane jako niebieskie, 525 nm to kolor zielony, a 635 nm to kolor czerwony. Dłuższe fale określane są jako podczerwień (która jest odczuwana jako ciepło), a krótsze to ultrafiolet, a następnie promieniowanie rentgenowskie.
Źródła światła oparte na cieple (źródła żarowe) emitują energię elektromagnetyczną we wszystkich długościach fal, dlatego wydają się białe. Rzeczywisty rozkład długości fal w tym świetle zależy od temperatury źródła. Lampy fluorescencyjne wydają się białe tylko w wyniku fluorescencji z powłoki na szkle lub rurce, a diody LED emitują światło tylko o jednej określonej długości fali.
Jak mierzy się światło?
Źródło światła, jak żarnik żarówki, emituje światło we wszystkich kierunkach. W rzeczywistości znajduje się ono w centrum sfery promieniowania świetlnego (dlatego jednostki światła odnoszą się do steradianów). Całkowita energia całego emitowanego światła jest określana jako „strumień świetlny”.
Podstawową jednostką światła jest kandela, nominalnie światło emitowane przez jedną świecę, lub bardziej precyzyjnie, „źródło, które emituje promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540 x 1012 herców i które ma natężenie promieniowania w tym kierunku 1/683 wata na steradian”.
Jedna kandela na steradian jest określany jako lumen, który jest miarą intensywności światła ludzie są najbardziej znane. Jednak to, co ma największe znaczenie w zakresie pomiaru natężenia światła jest liczba lumenów padających na powierzchnię, która jest wyrażona jako luks. Tak więc jeden luks to jeden lumen na metr kwadratowy, co odnosi jasność do odległości od źródła. (W USA powszechne jest wyrażanie natężenia światła w jednostkach foot-candle. Jeden foot-candle jest równoważny jednemu lumenowi na stopę kwadratową).
Podsumowując, podczas gdy strumień świetlny wyrażany jest w lumenach, natężenie światła mierzy się w lumenach na metr kwadratowy lub luksach.
Sytuacje wymagające pomiaru światła
Studio fotograficzne Główne powody pomiaru natężenia światła to zapewnienie, że spełnione są minimalne standardy oświetlenia oraz określenie odpowiednich czasów ekspozycji w fotografii i kinematografii. Poniżej przedstawiono cztery powszechnie spotykane sytuacje.
1. Ergonomia i bezpieczeństwo
Minimalne poziomy oświetlenia są zalecane dla wielu środowisk. Podczas gdy niektóre, takie jak budownictwo i stocznie, mają bardzo szczegółowe wymagania OSHA, dla ogólnych zastosowań przemysłowych OSHA odnosi się do normy ANSI/IESNA RP-7-2001, „Praktyka oświetlenia przemysłowego”. Określa ona minimalne natężenie światła wymagane do bezpiecznego i dokładnego wykonywania szeregu zadań.
W niektórych organizacjach natężenie światła jest mierzone tylko reaktywnie, zazwyczaj po upadku lub innym wypadku. Rozsądniejszym podejściem jest wykonanie pomiaru oświetlenia, dokumentującego poziomy oświetlenia w całym miejscu pracy. W przypadku stwierdzenia obszarów poniżej minimalnych dopuszczalnych poziomów można wdrożyć plan poprawy.
2) Fotografia i kinematografia
Intensywność światła jest istotą fotografii. Niskie światło zmusza fotografa do wydłużenia czasu naświetlania lub otwarcia przysłony obiektywu, a czasami obu. Chociaż wiele nowoczesnych aparatów ma wbudowany pomiar światła, nadal korzystnie jest znać poziomy światła wokół obiektu, zwłaszcza w przypadku fotografii studyjnej lub portretowej. najomość poziomów światła pomaga również zapewnić powtarzalność ujęcia, co jest istotną kwestią w kinematografii. Dzięki pomiarowi poziomów światła kamerzysta może uzyskać spójne wyniki, zapewniając zachowanie ciągłości.
3. monitorowanie pogody
Jak wiele mierników światła są skonfigurowane do światła żarowego, są one nadal przydatne do dostarczania porównań na zewnątrz. Miernik może na przykład tworzyć zapisy pokazujące różnicę w natężeniu światła między przesileniem letnim i zimowym. Mapowanie natężenia światła na obszarze przeznaczonym pod baterie słoneczne może pomóc w określeniu optymalnej lokalizacji dla każdego panelu. Osoby zajmujące się rolnictwem mogą skorzystać z identyfikacji obszarów o niższym natężeniu światła w szklarni. óżnice w intensywności światła to skuteczny sposób na skierowanie uwagi widzów. Scenograf może chcieć, aby konkretny rekwizyt lub aktor został rzucony w cieniu dla jednej sceny i podświetlony dla następnej. Podobnie, projektant wnętrz wykorzysta różnice w natężeniu światła, aby stworzyć określony wygląd i nastrój. Ustalenie poziomów światła pomaga również zapewnić powtarzalność określonego wyglądu i nastroju, jak również potwierdza, że jest wystarczająco dużo światła, aby publiczność mogła zobaczyć cechy aktorów.
Technologia pomiaru światła
Światło pada na czujnik, gdzie energia fotonów jest przekształcana na ładunek elektryczny. Im więcej światła pada na powierzchnię, tym więcej ładunku jest gromadzone. Ogólnie rzecz biorąc, oba te zjawiska są skorelowane. Kalibracja w elektronice pomiarowej przekształca prąd lub napięcie na wartość luksów.
Komplikując sprawy, ludzkie oko nie jest jednakowo wrażliwe na wszystkie długości fal światła i ma większą wrażliwość na zielony. Jeśli więc na miernik padają jednakowe natężenia światła niebieskiego i zielonego, podczas gdy wartość luksów może być taka sama, ludzki obserwator dostrzeże więcej światła zielonego. Aby rozwiązać ten problem, luksomierze są skonfigurowane tak, aby oczekiwały światła o rozkładzie spektralnym typowym dla domowego oświetlenia z włóknami wolframowymi. Jest to zdefiniowane jako iluminant A w standardzie CIE i koryguje surowy pomiar natężenia światła, aby lepiej odpowiadał ludzkiemu postrzeganiu jasności. Iluminant A w standardzie CIE jest zalecany do stosowania we wszystkich aplikacjach wykorzystujących oświetlenie żarowe.
Mierniki do pomiaru światła
Środowisko pracy wewnątrz pomieszczeń Ręczne mierniki środowiskowe do pomiaru natężenia i światła zostały zaprojektowane jako łatwe w użyciu ręczne przyrządy do pomiaru natężenia światła. W oparciu o standard CIE iluminant A, urządzenia te są idealne do stosowania w obszarach oświetlenia żarowego i zapewniają odczyt w oświetleniu fluorescencyjnym z niewielkim błędem w zakresie pomiarowym od 1 do 200 000 luksów (0 do 18 580 stóp świec).
Te instrumenty są idealne dla każdego, kto musi sprawdzić poziom oświetlenia w środowiskach pracy wewnątrz pomieszczeń, dla fotografii, scenografii teatralnej, projektowania wnętrz i kinematografii. Może być stosowany na zewnątrz, gdzie wystarczające są wartości porównawcze lub współczynniki, ale nie powinien być stosowany do dokładnych wartości natężenia światła ze względu na kalibrację CIE.