Elementos de Fotometria

Apresentação em tema: "Elementos de Fotometria"— Transcrição da apresentação:

1 Elementos de Fotometria
PTC Televisão Digital Guido Stolfi – 2013

2 Elementos de Fotometria
Emissão de Luz Corpo Negro Descarga em Gás Fluorescência Junções em Semicondutores Medição da Luz Propriedades Descritivas da Luz Funções de Luminosidade Grandezas Fotométricas Exemplos de Situações Fotométricas Fotometria de Sistemas Ópticos

3 Radiação Eletromagnética Emitida por um Corpo Negro Aquecido
Equação de Planck:

4 Emissão de Fótons de um Corpo Negro Aquecido

5 Luz Incandescente Emitância de Corpo Negro a 3000 K (A) e de 1 cm2 de Tungstênio a 3000 K (B e B')

6 Emitância Espectral da Luz Solar
Densidade Espectral de Potência da Energia Radiante Solar Incidente na Superfície da Terra (ao nível do mar)

7 Emitância Visível da Luz Solar

8 Colorimetria de um Corpo Negro Aquecido

9 Iluminantes Padrão CIE
A = Corpo Negro a 3200 oK (obsoleto) C = Luz do dia (obsoleto) D50 a D75 = Luz do dia ~ 7500 oK CIE = Commission Internationale d’Eclairage

10 Variação das Características de Lâmpadas Incandescentes com a Tensão Aplicada

11 Emitância Espectral para Lâmpadas a Gás
(a)Lâmpada de Mercúrio; (b) Mercúrio com revestimento fosforescente; (c) Idem com revestimento aprimorado; (d) Lâmpada de Sódio/Tálio/Índio/Iodo; (e) Sódio de Alta Pressão

12 Coordenadas de Cromaticidade para Lâmpadas de Gás
Lâmpada de Sódio Alta Pressão x = y = 0.459 Lâmpada de Sódio/Tálio/Índio/Iodo x = y = 0.405

13 Lâmpadas Fluorescentes
Lâmpadas Fluorescentes: Branca Fria Normal (esq.) e com melhoria de reprodução de cores (dir).

14 Emissão por Fluorescência
Conversão de energia incidente (elétrons, fótons ultravioleta) em luz visível Cristais inorgânicos (ex.: CdS, Y2O2S, ZnS, ZnSiO4, Y2O3) Dopados com ativadores (Ag, Cu, Al, Eu, Tb, Mn) Conhecidos como “Fósforos”; P1, P2, P45...

15 Características de “Fósforos”

16 Primários Usados em Cinescópios (NTSC)

17 Coordenadas de Cromaticidade dos Primários (NTSC e P22)

18 Emissão de Luz por Junções pn
Diodo LED (Light Emitting Diode) Fótons são emitidos quando elétrons perdem energia ao cruzarem barreira de potencial

19 Materiais para Diodos LED
Material Barreira de Potencial (eV) Comprimento de Onda (nm) GaAs 1.43 910 GaAs0.6P0.4 1.91 650 Al0.35Ga0.65As 1.93 645 GaAs0.35P0.65 2.09 635 GaAs0.2P0.8 2.16 600 GaAs0.1P0.9 2.21 583 GaP:N 2.26 568 GaP 555 SiC 2.99 480

20 Emitância Espectral de LED ‘s

21 Colorimetria de LED’s RGB
LED Nichia NSCM315C

22 LED Branco

23 LED de Alto Brilho Estrutura fotônica superficial para aumento de eficiência no acoplamento luminoso entre o LED e o ar (Luminus Devices, Inc.)

24 Grandezas Fotométricas

25 Propriedades Descritivas da Luz
Físicas Psicofísicas Subjetivas Densidade Espectral Comprimento de Onda Dominante Tonalidade de Cor Seletividade Pureza de Excitação Saturação Radiância Luminância Brilho Coeficiente de Transmissão ou Reflexão Transmitância Refletância Luminosas Claro/Escuro Potência Radiante Fluxo Luminoso Intensidade de Luz

26 Grandezas Subjetivas x Objetivas
Brilho (Luminância) P()  Tonalidade (Comprimento de Onda Dominante) P()  Saturação (Pureza Espectral) P() 

27 Funções de Luminosidade
Função de Luminosidade Fotópica Função de Luminosidade Escotópica

28 Funções de Luminosidade

29 Grandezas Fotométricas
Fluxo Luminoso:

30 Grandezas Fotométricas
Intensidade Luminosa: F

31 Grandezas Fotométricas
Iluminamento:

32 Grandezas Fotométricas
Luminância: NHK

33 Grandezas Fotométricas
Iluminamento Retinal:

34 Grandezas Fotométricas
Transmitância:

35 Grandezas Fotométricas
Refletância:

36 Grandezas Fotométricas
Refletância do Difusor Padrão:  

37 Situações Fotométricas

38 Exemplo: Projeção , I F d S, B
Área da Tela: S = 15 m2 ; Refletância:  = 0,9 ; Distância: d = 20 m Ângulo sólido do feixe de projeção:  = S / d2 = 0,038 esteroradianos Iluminamento necessário para obter Luminância B = 40 nits na tela: B =   E  1/  E = B   /  = 140 Lux = 140 Lumens / m2 Fluxo luminoso fornecido pelo projetor: F = E  S = Lumens Intensidade Luminosa do projetor: I = F /  = candelas

39 Rendimento Luminoso de Algumas Lâmpadas
Tipo de Lâmpada Potência Vida Útil Lumens / Watt Incandescente Comum 100 W 750 h 17,5 Incandescente Alta Pot. 1.000 W 1.000 h 23,7 Incandescente Halógena 2.000 h 23,4 Fluorescente Comum 40 W h 76,2 Fluorescente Compacta 13 W h 69,2 Fluorescente HO 110 W h 80,9 LED Branco Alto Brilho 2 W h 100 Sódio Alta Pressão 400 W h 118,8 Sódio Baixa Pressão 180 W h 183,3

40 Limites para o Rendimento Luminoso
Luz Monocromática: 683 Lumens / W (  ~ 550 nm ) Luz branca (emitância espectral uniforme): ~220 Lumens / W

41 Fidelidade de Reprodução Cromática
2 objetos com refletâncias espectrais diferentes Iluminação com lâmpada de vapores metálicos

42 Níveis de Iluminamento Recomendados
Ambiente ou Atividade Iluminamento (Lux) Iluminamento Máximo da Luz Solar até Montagem / Inspeção Industrial Muito Detalhada 5.000 ~ Mesa de Operação Cirúrgica Leitura de Textos Manuscritos 500 ~ 2.000 Sala de Cirurgia 1.000 ~ 2.000 Sala de Aula 300 ~ 600 Leitura de Textos Impressos 200 ~ 1000 Montagem / Inspeção Industrial: Simples 200 ~ 500 Sala de Estar 100 ~ 200 Mínimo Absoluto para Segurança Visual 5 ~ 50

43 Luminâncias de Alguns Objetos
Superfície do Sol ao meio-dia 1,65 x 10 9 Objeto branco ideal exposto ao sol 31.800 Lâmpada fluorescente 6.000 ~ Lua cheia 7.600 Céu nublado 3.000 ~ 7.000 Céu claro 2.000 ~ 6.000 Tela de TV 200 ~ 300 Tela de Cinema 40

44 Luminância de Referência
Recomendação SMPTE para Monitores de Vídeo para Estúdios: Luminância (branco 100%) = 103 nits Cromaticidade: CIE D65 SMPTE : Society of Motion Picture and Television Engineers

45 Contraste Relação entre Luminâncias Máxima e Mínima de uma imagem (contraste simultâneo) Relação entre Luminâncias em imagens não simultâneas (contraste seqüencial) Percepção visual: 1000:1 máx; 100:1 aceitável Situações típicas: Cinema: 80:1 (simultâneo); :1 (seqüencial) Televisão (ambiente doméstico): 20:1

46 Exemplo: Contraste em uma Tela de Projeção
BP Refletância da tela:  = 0,9 Luminância da tela devida à projeção: BP = 40 Nits Luminância residual devida ao iluminamento ambiente: BR =   E  1/ Iluminamento ambiente máximo para contraste de 1000:1 : BR / BP =  BR = 0,04 Nits  EM = BR   /  = 0,14 Lux

47 Fotometria de Sistemas Ópticos
Ou

48 Exposição de Filme Fotográfico
E = Et (iluminamento  tempo de exposição)

49 Filme Positivo Colorido

50 Tarefa do Fotógrafo - Ajustar a Exposição E de modo que a distribuição das luminâncias na cena esteja compreendida na região linear do sensor PB B T, F, E ,t D Log E Recursos: Tempo de Exposição Abertura da lente Filtros Neutros Iluminação

51 Limite de Reciprocidade
E = Et (Iluminamento  Tempo de Exposição) Vale dentro de uma determinada faixa de tempos de exposição (típico: ¼ a 1/1000 de segundo).

52 Laerte

53 Terra vista da Lua