3.1. ИСТОЧНИКИ СВЕТА кратко

Привет, сегодня поговорим про источники света, обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое источники света , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Цифровая обработка изображений.

Источник света — любой объект, излучающий электромагнитную энергию в видимой области спектра . По своей природе подразделяются на искусственные и естественные.

В физике идеализированы моделями точечных и непрерывных источников света.

Возникновение света

Излучение фотона света при переходе атома с зарядом ядра +Ze с третьего энергетического уровня во второй. ---- До 1923 года большинство физиков отказывались верить в то, что электромагнитное излучение обладает квантовыми свойствами. Вместо этого они склонны были объяснять поведение фотонов квантованием материи, как, например, в модели атома водорода, предложенной Бором. Хотя все полуклассические модели были опровергнуты экспериментами, они привели к созданию квантовой механики.

Хорошо известно, что при нагревании до определенных температур вещества начинают излучать свет: будь то вольфрамовый волосок в электрической лампочке или наше небесное светило, температура на поверхности которого составляет около шести тысяч градусов Цельсия .

Учеными было установлено, что энергия атомов носит дискретный характер и изменяется определенными скачками, свойственными для каждого атома. Эти установленные возможные значения энергий атомов получили названия энергетических или квантовых уровней. Электроны, находясь на одном из высших энергетических уровней, самопроизвольно переходят на более низшие через промежуток времени порядка 10⁻⁸ секунды. При этом самопроизвольный переход из низшего состояния в любое другое невозможен. Этот уровень называется основным, в то время, как остальные — возбужденными. В нормальных условиях все атомы находятся в своих основных энергетических состояниях. Для того, чтобы возбудить атом, ему необходимо сообщить некоторую энергию, причем для каждого атома существует определенная наименьшая порция энергии, переводящая из основного состояния в возбужденное (так для водорода эта величина равна 10,1 эВ — это расстояние между его первым и вторым энергетическими уровнями).

При переходе из более высоких состояний в более низкие испускается порция энергии — фотон. Согласно формуле Планка испускаемая энергия рассчитывается так:

,

где h — постоянная Планка, а ν_nm — частота фотона при переходе из уровня n на уровень m (n>m), которую можно рассчитать через энергии этих уровней:

С ростом температуры тела излучение дополняется все более высокими частотами. Таким образом, излучение тела, нагретого до нескольких тысяч градусов, будет представлять сплошной спектр: от инфракрасного до ультрафиолетового.

Источник лучистой энергии описывается спектральной плотностью - скоростью испускания энергии в единичном интервале длин волн. Полная мощность излучения источника определяется интеграломспектральной плотности – лучистым потоком

(3.1.1)

Эта величина обычно измеряется в ваттах.

Тело, имеющее более высокую температуру, чем окружающая среда, излучает электромагнитную энергию. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Чем выше температура, тем сильнее излучение. Идеальный тепловой излучатель называется абсолютно черным телом. Лучистый поток абсолютно черного тела при любом значении длины волны достигает максимума, возможного для заданной температуры. Спектральная плотность излучения определяется законом Планка

(3.1.2)

где - длина волны излучения, - температура тела, , - постоянные. На рис. 3.1.1, а показаны графики спектральной плотности для разных значений температуры. В видимой области электромагнитного спектраспектральная плотность излучения абсолютно черного тела может быть аппроксимирована законом Вина :

(3.1.3)

График функции Вина для видимой области спектра приведен на рис. 3.1.1, б.

Главнейшим источником света является, конечно, солнце. На рис. 2.1.1, приведен график измеренного спектрального распределения энергии солнечного света . Пунктирная линия на этом рисунке, аппроксимирующая результаты измерений, представляет собой график спектральной плотности излучения абсолютно черного тела при К . Лампы накаливания также часто приближенно рассматривают как абсолютно черное тело при К .

Рис. 3.1.1 Излучение абсолютно черного тела : а - закон Планка; б - закон Вина.

Международная комиссия по освещению (МКО) утвердила несколько стандартных источников света, спектральные плотности излучения которых графически представлены на рис. 3.1.2 . Источник есть лампа накаливания с вольфрамовой нитью. Источник дает свет, близкий к прямому солнечному свету в диапазоне 400-700 нм. Свет источника близок к свету при облачном небе. Источник с равномерной спектральной плотностью излучения часто применяется при колориметрических расчетах.

В системах обработки изображений в качестве источников света часто используются люминофоры кинескопов. На рис. 3.1.3 представлены спектральные плотности излучения нескольких обычных люминофоров .

Рис. 3.1.2. Стандартные источники МКО .

Рис. 3.1.3. Спектральная плотность излучения люминофоров кинескопов .

В одноцветных телевизионных приемниках обычно применяют люминофор Р4, который обеспечивает воспроизведение довольно яркой голубовато-белой картинки. Люминофор Р16 используется в видеодатчиках бегущего луча, так как имеет короткое послесвечение. Для видеодатчиков бегущего луча цветного телевидения выбирают люминофор Р24, излучающий в относительно широкой спектральной полосе и имеющий довольно короткое послесвечение. В приемниках цветного телевидения используют кинескопы с красным, зеленым и синим люминофорами, расположенными в виде триад точек или полос. Люминофор Р22 представляет собой типичную комбинацию трех люминофоров.

Интенсивность света

Любой источник света характеризуется своей интенсивностью — средним по времени значением величины вектора Пойнтинга:

Таким образом, интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний электромагнитного поля:

Через значение напряженности электрического поля ее можно выразить следующим образом:

,

где — диэлектрическая постоянная, — электродинамическая постоянная (скорость света в вакууме), — показатель преломления среды, — магнитная проницаемость вещества, — диэлектрическая проницаемость вещества.

Оперируя понятием среднего по времени значения величины вектора Пойнтинга, обычно подразумевают, что усреднение проводится либо по бесконечному промежутку времени, либо по интервалу существенно превышающему характерное время изменения напряженности электрического поля. Однако, при регистрации интенсивности время усреднения определяется временем интегрирования фотоприемника, а для устройств, работающих в режиме накопления сигнала (фотокамеры, фотопленка и т. п.), временем экспозиции. Поэтому приемники излучения оптического диапазона реагируют на среднее значение потока энергии лишь в некотором интервале. То есть сигнал с фотоприемника пропорционален:

Так как в большинстве случаев физической оптики, например в задачах связанных с интерференцией и дифракцией света, исследуется в основном пространственное положение максимумов и минимумов и их относительная интенсивность, постоянные множители, не зависящие от пространственных координат, часто не учитываются. По этой причине часто полагают:

Моделирование источников света в виртуальных пространства

В приложениях компьютерной графики реального времени, например в компьютерных играх, выделяют три основных вида источников света :

• Точечные источники света
• Бесконечно удаленные (направленные) источники света
• Прожекторы

Они лишь приближенно описывают свои аналоги в физическом мире, тем не менее в сочетании с качественными моделями затенения, например затенением по Фонгу они позволяют создавать вполне реалистичные изображения.

Смотрите также

• Автомобильное освещение
• люминофор , люминесценция , фосфоресценция ,
• Баллистический фотон
• Цветовая температура
• Принцип Ферма
• Принцип Гюйгенса
• Журнал люминесценции
• Световое искусство
• Световой луч - в частности, световые лучи, видимые сбоку
• Светлый фантаст (сериал)
• Легкая мельница
• Светопись
• Световое загрязнение
• Световая терапия
• Освещение
• Список источников света
• Фотический рефлекс чихания
• Право на свет
• Риски и преимущества пребывания на солнце
• Спектроскопия

Надеюсь, эта статья об увлекательном мире источники света, была вам интересна и не так сложна для восприятия как могло показаться. Желаю вам бесконечной удачи в ваших начинаниях, будьте свободными от ограничений восприятия и позвольте себе делать больше активности в изученном направлени . Надеюсь, что теперь ты понял что такое источники света и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Цифровая обработка изображений