Guido Stolfi 1/52 Elementos de Fotometria Televisão Digital Guido Stolfi – 4 / 2008.

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1 Guido Stolfi 1/52 Elementos de Fotometria Televisão Digital Guido Stolfi – 4 / 2008

2 Guido Stolfi 2/52 Radiação Eletromagnética Emitida por um Corpo Negro Aquecido Equação de Planck:

3 Guido Stolfi 3/52 Emissão de Fótons de um Corpo Negro Aquecido

4 Guido Stolfi 4/52 Luz Incandescente Emitância de Corpo Negro a 3000 K ( A ) e de 1 cm 2 de Tungstênio a 3000 K ( B e B' )

5 Guido Stolfi 5/52 Emitância Espectral da Luz Solar Densidade Espectral de Potência da Energia Radiante Solar Incidente na Superfície da Terra (ao nível do mar)

6 Guido Stolfi 6/52 Emitância Visível da Luz Solar

7 Guido Stolfi 7/52 Colorimetria de um Corpo Negro Aquecido

8 Guido Stolfi 8/52 Iluminantes Padrão CIE A = Corpo Negro a 3200 o K (obsoleto) C = Luz do dia (obsoleto) D50 a D75 = Luz do dia 5000 ~ 7500 o K CIE = Commission Internationale d’Eclairage

9 Guido Stolfi 9/52 Variação das Características de Lâmpadas Incandescentes com a Tensão Aplicada

10 Guido Stolfi 10/52 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

11 Guido Stolfi 11/52 Coordenadas de Cromaticidade para Lâmpadas de Gás Lâmpada de Sódio Alta Pressão x = 0.468 y = 0.459 Lâmpada de Sódio/Tálio/Índio/Iodo x = 0.317 y = 0.405

12 Guido Stolfi 12/52 Lâmpadas Fluorescentes Lâmpadas Fluorescentes: Branca Fria Normal (esq.) e com melhoria de reprodução de cores (dir).

13 Guido Stolfi 13/52 Emissão por Fluorescência Conversão de energia incidente (elétrons, fótons ultravioleta) em luz visível Cristais inorgânicos (ex.: CdS, Y 2 O 2 S, ZnS, ZnSiO 4, Y 2 O 3 ) Dopados com ativadores (Ag, Cu, Al, Eu, Tb, Mn) Conhecidos como “Fósforos”; P1, P2, P45...

14 Guido Stolfi 14/52 Características de “Fósforos”

15 Guido Stolfi 15/52 Primários Usados em Cinescópios (NTSC)

16 Guido Stolfi 16/52 Coordenadas de Cromaticidade dos Primários (NTSC e P22)

17 Guido Stolfi 17/52 Emissão de Luz por Junções pn Diodo LED (Light Emitting Diode) Fótons são emitidos quando elétrons perdem energia ao cruzarem barreira de potencial

18 Guido Stolfi 18/52 Materiais para Diodos LED MaterialBarreira de Potencial (eV) Comprimento de Onda (nm) GaAs1.43910 GaAs 0.6 P 0.4 1.91650 Al 0.35 Ga 0.65 As1.93645 GaAs 0.35 P 0.65 2.09635 GaAs 0.2 P 0.8 2.16600 GaAs 0.1 P 0. 92.21583 GaP:N2.26568 GaP2.26555 SiC2.99480

19 Guido Stolfi 19/52 Emitância Espectral de LED ‘s

20 Guido Stolfi 20/52 Colorimetria de LED’s RGB LED Nichia NSCM315C

21 Guido Stolfi 21/52 LED Branco

22 Guido Stolfi 22/52 Grandezas Fotométricas

23 Guido Stolfi 23/52 Propriedades Descritivas da Luz FísicasPsicofísicasSubjetivas Densidade Espectral Comprimento de Onda Dominante Tonalidade de Cor SeletividadePureza de ExcitaçãoSaturação RadiânciaLuminânciaBrilho Coeficiente de Transmissão ou Reflexão Transmitância Refletância Luminosas Claro/Escuro Potência Radiante Fluxo LuminosoIntensidade de Luz

24 Guido Stolfi 24/52 Grandezas Subjetivas x Objetivas Brilho (Luminância) P( ) Tonalidade (Comprimento de Onda Dominante) P( ) Saturação (Pureza Espectral) P( )

25 Guido Stolfi 25/52 Funções de Luminosidade Função de Luminosidade Fotópica Função de Luminosidade Escotópica

26 Guido Stolfi 26/52 Funções de Luminosidade

27 Guido Stolfi 27/52 Grandezas Fotométricas Fluxo Luminoso:

28 Guido Stolfi 28/52 Grandezas Fotométricas Intensidade Luminosa: F

29 Guido Stolfi 29/52 Grandezas Fotométricas Iluminamento:

30 Guido Stolfi 30/52 Grandezas Fotométricas NHK Luminância:

31 Guido Stolfi 31/52 Grandezas Fotométricas Iluminamento Retinal:

32 Guido Stolfi 32/52 Grandezas Fotométricas Transmitância:

33 Guido Stolfi 33/52 Grandezas Fotométricas Refletância:

34 Guido Stolfi 34/52 Grandezas Fotométricas Refletância do Difusor Padrão:  

35 Guido Stolfi 35/52 Situações Fotométricas

36 Guido Stolfi 36/52 Exemplo: Projeção Área da Tela: S = 15 m 2 ; Refletância:  = 0,9 ; Distância: d = 20 m Ângulo sólido do feixe de projeção:  = S / d 2 = 0,038 esteroradianos Iluminamento necessário para obter Luminância B = 40 nits na tela: – B =   E  1/   E = B   /  = 140 Lux = 140 Lumens / m 2 Fluxo luminoso fornecido pelo projetor: – F = E  S = 2100 Lumens Intensidade Luminosa do projetor: – I = F /  = 56000 candelas S, B F , I d

37 Guido Stolfi 37/52 Rendimento Luminoso de Algumas Lâmpadas Tipo de LâmpadaPotênciaVida ÚtilLumens / Watt Incandescente Comum100 W750 h17,5 Incandescente Alta Pot.1.000 W1.000 h23,7 Incandescente Halógena1.000 W2.000 h23,4 Fluorescente Comum40 W20.000 h76,2 Fluorescente Compacta13 W10.000 h69,2 Fluorescente HO110 W12.000 h80,9 LED Branco Alto Brilho1 W100.000 h30 Sódio Alta Pressão400 W24.000 h118,8 Sódio Baixa Pressão180 W25.000 h183,3

38 Guido Stolfi 38/52 Limites para o Rendimento Luminoso Luz Monocromática: – 683 Lumens / W ( ~ 550 nm ) Luz branca (emitância espectral uniforme): – ~220 Lumens / W

39 Guido Stolfi 39/52 Níveis de Iluminamento Recomendados Ambiente ou AtividadeIluminamento (Lux) Iluminamento Máximo da Luz Solaraté 100.000 Montagem / Inspeção Industrial Muito Detalhada5.000 ~ 10.000 Mesa de Operação Cirúrgica5.000 ~ 10.000 Leitura de Textos Manuscritos500 ~ 2.000 Sala de Cirurgia1.000 ~ 2.000 Sala de Aula300 ~ 600 Leitura de Textos Impressos200 ~ 1000 Montagem / Inspeção Industrial: Simples200 ~ 500 Sala de Estar100 ~ 200 Mínimo Absoluto para Segurança Visual5 ~ 50

40 Guido Stolfi 40/52 Luminâncias de Alguns Objetos Superfície do Sol ao meio-dia1,65 x 10 9 Objeto branco ideal exposto ao sol31.800 Lâmpada fluorescente6.000 ~ 14.000 Lua cheia7.600 Céu nublado3.000 ~ 7.000 Céu claro2.000 ~ 6.000 Tela de TV200 ~ 300 Tela de Cinema40

41 Guido Stolfi 41/52 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

42 Guido Stolfi 42/52 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); 1000:1 (seqüencial) –Televisão (ambiente doméstico): 20:1

43 Guido Stolfi 43/52 Exemplo: Contraste em uma Tela de Projeção Refletância da tela:  = 0,9 Luminância da tela devida à projeção: B P = 40 Nits Luminância residual devida ao iluminamento ambiente: B R =   E  1/  Iluminamento ambiente máximo para contraste de 1000:1 : – B R / B P = 1000  B R = 0,04 Nits  E M = B R   /  = 0,14 Lux BPBP EMEM

44 Guido Stolfi 44/52 Fidelidade de Reprodução Cromática Ex.: Refletância de um ObjetoCoordenadas de Cromaticidade de iluminação RGB (LED’s)

45 Guido Stolfi 45/52 Fidelidade de Reprodução Cromática Coordenadas de Cromaticidade (Luz Branca) Coordenadas de Cromaticidade (Luz RGB)

46 Guido Stolfi 46/52 Colorimetria da Função de Luminosidade (!) Emitância Espectral igual a V( )… … Corresponde à cor verde (x = 0,398, y = 0,542 )

47 Guido Stolfi 47/52 Fotometria de Sistemas Ópticos Ou

48 Guido Stolfi 48/52 Exposição de Filme Fotográfico E = E  t (iluminamento  tempo de exposição)

49 Guido Stolfi 49/52 Filme Positivo Colorido

50 Guido Stolfi 50/52 Tarefa do Fotógrafo - Ajustar a Exposição E de modo que a distribuição das luminâncias na cena esteja compreendida na região linear do filme B PBPB D Log E Recursos: - Tempo de Exposição - Abertura da lente - Filtros Neutros - Iluminação T, F, E,  t

51 Guido Stolfi 51/52 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 Guido Stolfi 52/52 Laerte