Distribución de potencia espectral – HiSoUR Arte Cultura Historia

En radiometría, fotometría y ciencia del color, una medición de distribución de potencia espectral (SPD) describe la potencia por unidad de área por unidad de longitud de onda de una iluminación (salida radiante). De manera más general, el término distribución de potencia espectral puede referirse a la concentración, en función de la longitud de onda, de cualquier cantidad radiométrica o fotométrica (por ejemplo, energía radiante, flujo radiante, intensidad radiante, radiancia, irradiancia, salida radiante, radiosidad, luminancia, flujo luminoso). , intensidad luminosa, iluminancia, emitancia luminosa).

El conocimiento del SPD es crucial para las aplicaciones de sistemas de sensores ópticos. Las propiedades ópticas, como la transmitancia, la reflectividad y la absorbancia, así como la respuesta del sensor, típicamente dependen de la longitud de onda incidente.

Física de SPD
Matemáticamente, para la distribución de potencia espectral de una salida o irradiancia radiante, se puede escribir:

$M(\lambda )={\frac {\partial ^{2}\Phi }{\partial A\,\partial \lambda }}\approx {\frac {\Phi }{A\,\Delta \lambda }}$
donde M (λ) es la irradiancia espectral (o salida) de la luz (unidades SI: W / m3 = kg • m-1 • s-3); Φ es el flujo radiante de la fuente (unidad SI: vatios, W); A es el área sobre la cual se integra el flujo radiante (unidad SI: metro cuadrado, m2); y λ es la longitud de onda (unidad SI: metro, m). (Tenga en cuenta que es más conveniente expresar la longitud de onda de la luz en términos de nanómetros, la salida espectral se expresaría en unidades de W • m-2 • nm-1.) La aproximación es válida cuando el área y el intervalo de longitud de onda son pequeños .

SPD relativo

La relación de concentración espectral (irradiancia o salida) a una longitud de onda dada a la concentración de una longitud de onda de referencia proporciona la DPS relativa. Esto se puede escribir como:

$M_{\mathrm {rel} }(\lambda )={\frac {M(\lambda )}{M\left(\lambda _{0}\right)}}$
Por ejemplo, la luminancia de los dispositivos de iluminación y otras fuentes de luz se manejan por separado, una distribución de potencia espectral puede normalizarse de alguna manera, a menudo a la unidad a 555 o 560 nanómetros, coincidiendo con el pico de la función de luminosidad del ojo.

Responsividad
El SPD puede usarse para determinar la respuesta de un sensor a una longitud de onda especificada. Esto compara la potencia de salida del sensor con la potencia de entrada en función de la longitud de onda. Esto se puede generalizar en la siguiente fórmula:

$R(\lambda)=\frac{S(\lambda)}{M(\lambda)}$
Conocer la responsabilidad es beneficioso para la determinación de la iluminación, los componentes interactivos del material y los componentes ópticos para optimizar el rendimiento del diseño de un sistema.

Fuente SPD y materia
La distribución de potencia espectral sobre el espectro visible desde una fuente puede tener concentraciones variables de SPD relativos. Las interacciones entre la luz y la materia afectan las propiedades de absorción y reflectancia de los materiales y, posteriormente, producen un color que varía con la iluminación de la fuente.

Por ejemplo, la distribución de potencia espectral relativa del sol produce una apariencia blanca si se observa directamente, pero cuando la luz del sol ilumina la atmósfera de la Tierra, el cielo aparece azul en condiciones normales de luz diurna. Esto se debe al fenómeno óptico llamado dispersión de Rayleigh que produce una concentración de longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, la apariencia de color azul.

Fuente SPD y apariencia del color
La respuesta visual humana se basa en la tricromacia para procesar la apariencia del color. Mientras que la respuesta visual humana se integra en todas las longitudes de onda, la distribución de potencia espectral relativa proporcionará información de modelado de la apariencia del color ya que la concentración de la (s) banda (s) de longitud de onda se convertirá en la principal contribuyente al color percibido.

Esto se vuelve útil en fotometría y colorimetría cuando el color percibido cambia con la iluminación de la fuente y la distribución espectral y coincide con los metamerismos en los que cambia la apariencia del color de un objeto.

La composición espectral de la fuente también puede coincidir con la temperatura de color produciendo diferencias en la apariencia del color debido a la temperatura de la fuente.