Косвенные методы измерения яркости

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся на практике косвенные методы измерения яркости.

1. Измерение яркости освещенных объектов.

Яркость освещенных объектов зависит не только от уровня их освещенности Е от какого-либо вешнего источника излучения, но также от коэффициента отражения  и рассеивающих свойств поверхности объекта.

Рассмотрим два случая:

а) В случае диффузно-рассеивающей² поверхности (рис.2,а) яркость может быть определена через освещенность следующим образом:

L_д = (4)

Следовательно, для определения яркости диффузно-рассеивающей поверхности достаточно знать освещенность Е в плоскости ее размещения и коэффициент отражения  .

б) В случае смешанного или направленно-рассеивающего отражения (рис.2,б) необходимо учитывать то обстоятельство, что яркость зависит не только от освещенности Е, но и от характера освещения и угла наблюдения поверхности. Для учета характера рассеяния в формулу (4) вводится коэффициент яркости В_:

L_ =  В_ (5)

Коэффициент яркости В_- безразмерная величина, которая определяется отношением яркости исследуемой отражающей поверхности в заданном направлении L_ к яркости одинаково освещенной с ней идеально диффузно-рассеивающей поверхности L_д , для которой _д  1 .

Учитывая, что L_д  , (см.ф-лу (4)) имеем:

В_   (6) Аналогичные формулы можно записать и для определения яркости рассеивающей поверхности на просвет (например, матового стекла), только в формулы (4) и (5) вместо коэффициента отражения  необходимо поставить коэффициент пропускания , если освещенность E определяется со стороны падающего излучения .

2. Измерение яркости светящегося тела

по создаваемой им освещенности.

В соответствии с формулой (1) яркость может быть определена, если известны сила света светящего тела и площадь его проекции на плоскость, перпендикулярную линии наблюдения. В некоторых случаях размеры светящегося тела (например, люминесцентной лампы) могут быть непосредственно измерены и площадь проекции S_пр может быть найдена путем последующего расчета. Сила света может быть найдена измерением освещенности Е, создаваемой этим светящимся телом в плоскости Э на расстоянии  от исследуемого светящегося тела³.

Освещенность в плоскости Э (рис.5) равна:

Е_  

Отсюда для яркости светящей поверхности имеем:

L_= ; (7)

где Е - освещенность в плоскости экрана, измеренная в люксах (лк);  - расстояние от источника до экрана (м); S_пр - площадь проекции излучающей поверхности (м²).

Для простейшего случая, когда излучателем является плоская равнояркая поверхность, выражение для нахождения её яркости, аналогично ф-ле (2), принимает вид:

L_= ; (8)

Однако подавляющее большинство реальных светящих тел имеют не плоскую, а объёмную, и часто очень сложную форму. Например, светящими телами в лампах накаливания являются вольфрамовые спирали, биспирали и триспирали, изогнутые в пространстве. Нахождение площади светящей поверхности, а тем более площади проекции таких тел является настолько сложным делом, что для практических измерений неприменимо.

При расчетах яркости тел, имеющих сложную форму, принято находить площадь проекции так называемого габаритного заместителя, представляющего собой какое-либо простое геометрическое тело (шар, параллелепипед, цилиндр, тор) с размерами, равными габаритным размерам светящего тела. Так, протяженную спираль можно условно заменить цилиндром, а свёрнутую в кольцо биспираль – тором, и т.д.. Яркость объекта, найденная с помощью такой замены, принято называть габаритной яркостью и обозначать - L_габ .

Формула (7) и понятие габаритной яркости применимы и для неравнояркого светящегося тела, когда распределение неравномерности яркости по поверхности светящего тела является несущественным и глаз визуально воспринимает такое светящееся тело как равнояркое. В этом случае определяют габаритную (среднюю) яркость. Тогда в (7) вместо площади проекции излучающей поверхности S_пр подставляется площадь проекции габаритного заместителя светящегося тела и находится L_габ .