Photometry is so confusing!!!

Transkript

1 Photometry is so confusing!!! footlambert cd lux lumen stilb phot footcandle nit apostilb Don t Panic! There is The Hitchhiker s Guide to Radiometry & Photometry

2 Finns på kurswebben. Utdelas på tentamen.

3

4 Begreppet rymdvinkel Sfärisk yta Godtyckligt föremål som svävar i rymden (t.ex. en potatis) R P Randstrålar från föremålet skär igenom sfäriska ytan, varvid en area A (streckade ytan) avgränsas på sfärens yta.

5 Radiometri = Strålningsmätning (röntgen, UV, synligt ljus, infrarött) Fotometri = Ljusmätning (ljus = det vi ser med ögonen) Vi börjar med radiometri:

6 A P P = Effekt A = Area = Rymdvinkel Illustration av begreppet radians ( utstrålning ). Radiansen kan skrivas som: Sort: Watt per m 2 och steradian. Om vi låter storleken på yt- och rymdvinkelelementen gå mot noll får vi:

7 Utstrålningens riktningsberoende ges av (= matt yta, t.ex. svartkroppsstrålare) för diffus källa För att ta hänsyn till detta definieras radiansen enl. formeln: För en svartkroppsstrålare beror R bara på temperaturen:

8 Exempel: Hur stor strålningseffekt i watt sänder Vänerns yta ut mot månen en ljummen sommarnatt med 20 grader i vattnet? Månen står 45 grader över horisonten. Måne 45 o P =? Utgå från A = 5648 km 2 (Totalt utstrålad effekt motsv kärnkraftverk!)

9 P A Irradians handlar om instrålning (summerat över alla riktningar) Sort: Watt per m 2

10 Fotometri = Mätning av ljus (ljus = det vi ser med ögonen) Steg 1: Omvandla effekt (Watt) till ljusflöde med hjälp av ögats spektrala känslighetskurva. R( ) K( ) X (nm) (nm) Spektralfördelning av strålningen Ögats känslighet Ljusflöde, Enhet Lumen (lm)

11 Steg 2: Byt ut effekt, P, mot ljusflöde,, i alla radiometriska storheter vi får motsvarande fotometriska storheter. Radians (W m -2 sr -1 ) Luminans (lm m -2 sr -1 )

12 Irradians (W m -2 ) Belysning (lm m -2 = lux) Exempel: En 60 W glödlampa har ljusflödet 710 lumen, och strålar isotropt i alla riktningar. Den hänger 2.0 meter över ett golv. Hur hög är belysningen på golvet rakt under lampan? R = 2.0 m Lägg en sfärisk yta med radie 2.0 m runt lampan. Belysningen på sfäriska ytan blir Golv lux

13 Finns på kurshemsidan. Utdelas på tentamen

14

15 Uppgift 11 i exempelsamlingen Solens totala ljusflöde är lumen, och den befinner sig på avståndet m från jorden. Hur hög blir belysningen på en horisontell markyta på jorden som funktion av solhöjden (mätt som vinkel) över horisonten? Försumma ljusabsorption i atmosfären och rymden, samt ljusbrytning i atmosfären.

16 IRIS-bländare Metall-lameller Öppning som släpper in ljus. Diametern kan varieras.

17 Bländarplacering Hur hög blir belysningen, E, i kamerans bildplan? Vilka faktorer påverkar?

18

19 Brännvidd Bländartal, Bländaröppningens diameter Vi såg att belysningen i bildplanet (för motivavstånd >> f): L = motivluminans & F = bländartalet

20 Bländartalsskala Faktor 2 mellan talen = Ett bländarsteg Fördubbling av belysningen... 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, Halvering av belysningen Ett bländarsteg = Ändring i sensorbelysning med en faktor 2 (Dessutom kan ofta halva eller tredjedelssteg mellan dessa tal väljas)

21 Objektivets ljusstyrka = = lägsta bländartal, F min Ljusstyrka & brännvidd anges på objektiv, t.ex. 1.8/50 Ljusstyrka Brännvidd i mm

22 Belysningen i sensorplanet regleras med bländaren Exponeringstiden regleras med slutaren Vanliga slutartyper: Centralslutare & Ridåslutare

23 Centralslutare Används framförallt i kameror som ej har utbytbar optik. Sitter inbyggd i objektivet. Metall-lameller Tidsaxel Öppningsförlopp Klarar inte extremt korta exponeringstider Lamellerna är utformade så att bländaröppningens storlek så lite som möjligt ska påverka effektiva exponeringstiden.

24 Ridåslutare Används framförallt i kameror som har utbytbar optik, typ spegelreflexkameror. Pentaprisma Bländare Mattskiva Objektiv Rörlig spegel Ridåslutare Sensor

25 Kamerahus sett framifrån (Med borttaget objektiv) PENTAX PENTAX PENTAX Ridå Stängd Kort slutartid Lång slutartid Tillåter mycket korta exponeringstider Hela sensorn exponeras inte samtidigt distorsion vid snabbt rörliga motiv Blixtfotografering kräver ofta lite längre slutartider

26 Exponering, (sort luxsekunder) Belysningen i sensorplanet. Regleras med bländaren. Exponeringstiden (den tid sensorn utsätts för belysningen E). Regleras med slutaren. Tänk på: Skärpedjup Rörelseoskärpa Vid val av bländar/tid kombination

27 Uppgift 13 i exempelsamlingen Lämplig räkna-själv uppgift En digitalkamera har ett objektiv med brännvidden 25 mm och ljusstyrkan 2.0. Bländartalet kan varieras mellan 2.0 och 11, och exponeringstiden kan varieras från 10 s till 1/1000 s. a) Med hur stor faktor kan belysningen i sensorplanet förändras genom att variera bländarinställningen? b) Hur mycket kan man variera exponeringen genom att variera både bländarinställning och exponeringstid (ange förhållandet mellan högsta och lägsta exponering)? c) Det finns en stor mängd kombinationer av bländarinställning och exponeringstid som ger samma exponering. Ange minst tre olika kombinationer av bländarinställning och exponeringstid som ger samma exponering. d) Samma exponering kan erhållas genom att att använda en stor bländaröppning och kort exponeringstid, eller liten bländaröppning och lång tid. Ge ett exempel på när det kan vara fördelaktigt att använda den första varianten, och ett exempel på när det är fördelaktigt att använda den andra varianten.