In der Radiometrie, Photometrie und Farbwissenschaft beschreibt eine Messung der spektralen Energieverteilung (SPD) die Leistung pro Flächeneinheit pro Wellenlänge einer Beleuchtung (Strahlungsausstrahlung). Allgemeiner kann der Begriff spektrale Energieverteilung sich auf die Konzentration einer radiometrischen oder photometrischen Größe (z. B. Strahlungsenergie, Strahlungsfluss, Strahlungsintensität, Strahldichte, Bestrahlungsstärke, Strahlungsausgangsstärke, Radiosität, Leuchtdichte, Lichtstrom) als Funktion der Wellenlänge beziehen Lichtstärke, Beleuchtungsstärke, Leuchtdichte).
Die Kenntnis der SPD ist entscheidend für optische Sensorsysteme. Optische Eigenschaften wie Transmission, Reflektivität und Extinktion sowie die Sensorantwort hängen typischerweise von der einfallenden Wellenlänge ab.
Physik der SPD
Mathematisch kann man für die spektrale Energieverteilung einer Strahlungsausstrahlung oder Bestrahlungsstärke schreiben:
wobei M (λ) die spektrale Bestrahlungsstärke (oder Extinktion) des Lichts ist (SI-Einheiten: W / m3 = kg · m-1 · s-3); Φ ist der Strahlungsfluss der Quelle (SI-Einheit: Watt, W); A ist der Bereich, über den der Strahlungsfluss integriert ist (SI-Einheit: Quadratmeter, m2); und λ ist die Wellenlänge (SI-Einheit: Meter, m). (Es sei angemerkt, dass es praktischer ist, die Wellenlänge des Lichts in Nanometern auszudrücken; die spektrale Extinktion würde dann in Einheiten von W · m-2 · nm-1 ausgedrückt werden.) Die Näherung ist gültig, wenn die Fläche und das Wellenlängenintervall klein sind .
Relative SPD
Das Verhältnis der spektralen Konzentration (Bestrahlungsstärke oder Extinktion) bei einer gegebenen Wellenlänge zu der Konzentration einer Referenzwellenlänge liefert das relative SPD. Dies kann geschrieben werden als:
Zum Beispiel wird die Leuchtdichte von Beleuchtungskörpern und anderen Lichtquellen getrennt gehandhabt, eine spektrale Leistungsverteilung kann auf irgendeine Weise normalisiert werden, oft auf Eins bei 555 oder 560 Nanometer, wobei sie mit der Spitze der Helligkeitsfunktion des Auges übereinstimmt.
Reaktionsfähigkeit
Das SPD kann verwendet werden, um die Antwort eines Sensors bei einer bestimmten Wellenlänge zu bestimmen. Dies vergleicht die Ausgangsleistung des Sensors mit der Eingangsleistung als Funktion der Wellenlänge. Dies kann in der folgenden Formel verallgemeinert werden:
Die Kenntnis der Ansprechempfindlichkeit ist vorteilhaft für die Bestimmung der Beleuchtung, der interaktiven Materialkomponenten und der optischen Komponenten, um die Leistung des Systemdesigns zu optimieren.
Quelle SPD und Materie
Die spektrale Leistungsverteilung über das sichtbare Spektrum von einer Quelle kann unterschiedliche Konzentrationen von relativen SPDs aufweisen. Die Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie beeinflussen die Absorptions- und Reflexionseigenschaften von Materialien und erzeugen anschließend eine Farbe, die mit der Lichtquellenbeleuchtung variiert.
Zum Beispiel erzeugt die relative spektrale Energieverteilung der Sonne eine weiße Erscheinung, wenn sie direkt beobachtet wird, aber wenn das Sonnenlicht die Erdatmosphäre beleuchtet, erscheint der Himmel unter normalen Tageslichtbedingungen blau. Dies rührt von dem optischen Phänomen her, das Rayleigh-Streuung genannt wird, das eine Konzentration von kürzeren Wellenlängen und daher das Aussehen der blauen Farbe erzeugt.
Quell-SPD und Farbdarstellung
Die visuelle Reaktion des Menschen beruht auf der Trichromie, um das Farbaussehen zu verarbeiten. Während die visuelle Reaktion des Menschen über alle Wellenlängen integriert ist, wird die relative spektrale Energieverteilung eine Farbbild-Modellierungsinformation bereitstellen, da die Konzentration der Wellenlängenbande (n) der primäre Beitrag zu der wahrgenommenen Farbe wird.
Dies wird nützlich in der Photometrie und Kolorimetrie, wenn sich die wahrgenommene Farbe mit der Quellenbeleuchtung und der Spektralverteilung ändert und mit Metamerismen zusammenfällt, bei denen sich das Aussehen eines Objekts ändert.
Die spektrale Zusammensetzung der Quelle kann auch mit der Farbtemperatur übereinstimmen, was Unterschiede in der Farbdarstellung aufgrund der Temperatur der Quelle erzeugt.