En radiométrie, en photométrie et en science des couleurs, une mesure de la distribution de puissance spectrale (SPD) décrit la puissance par unité de surface par unité de longueur d’onde d’une illumination (exitance radiante). Plus généralement, le terme distribution spectrale de puissance peut désigner la concentration, en fonction de la longueur d’onde, de toute grandeur radiométrique ou photométrique (énergie rayonnante, flux rayonnant, intensité rayonnante, rayonnement, irradiance, sortie radiante, radiosité, luminance, flux lumineux , intensité lumineuse, éclairement, émittance lumineuse).

La connaissance du SPD est cruciale pour les applications de systèmes de capteurs optiques. Les propriétés optiques telles que la transmittance, la réflectivité et l’absorbance ainsi que la réponse du capteur dépendent généralement de la longueur d’onde incidente.

Physique du SPD
Mathématiquement, pour la distribution de puissance spectrale d’une sortie rayonnante ou irradiance on peut écrire:

où M (λ) est l’irradiance spectrale (ou la sortie) de la lumière (unités SI: W / m3 = kg • m-1 • s-3); Φ est le flux radiant de la source (unité SI: watt, W); A est la zone sur laquelle le flux radiant est intégré (unité SI: mètre carré, m2); et λ est la longueur d’onde (unité SI: mètre, m). (Notez qu’il est plus pratique d’exprimer la longueur d’onde de la lumière en termes de nanomètres, la sortie spectrale serait alors exprimée en unités de W • m-2 • nm-1.) L’approximation est valide lorsque la zone et l’intervalle de longueur d’onde sont petits .

SPD relatif

Le rapport de la concentration spectrale (irradiance ou exitance) à une longueur d’onde donnée à la concentration d’une longueur d’onde de référence fournit le SPD relatif. Cela peut être écrit comme:

Par exemple, la luminance des appareils d’éclairage et d’autres sources lumineuses est traitée séparément, une distribution de puissance spectrale peut être normalisée d’une certaine manière, souvent à l’unité à 555 ou 560 nanomètres, coïncidant avec le pic de luminosité de l’œil.

Réceptivité
Le SPD peut être utilisé pour déterminer la réponse d’un capteur à une longueur d’onde spécifiée. Ceci compare la puissance de sortie du capteur à la puissance d’entrée en fonction de la longueur d’onde. Cela peut être généralisé dans la formule suivante:

Connaître la sensibilité est bénéfique pour la détermination de l’éclairage, des composants de matériaux interactifs et des composants optiques pour optimiser la performance de la conception d’un système.

Source SPD et matière
La distribution de puissance spectrale sur le spectre visible d’une source peut avoir des concentrations variables de SPD relatifs. Les interactions entre la lumière et la matière affectent les propriétés d’absorption et de réflectance des matériaux et produisent ensuite une couleur qui varie avec l’éclairage de la source.

Par exemple, la distribution de puissance spectrale relative du soleil produit une apparence blanche si elle est observée directement, mais lorsque la lumière du soleil illumine l’atmosphère de la Terre, le ciel apparaît bleu dans des conditions normales de lumière du jour. Cela provient du phénomène optique appelé diffusion Rayleigh qui produit une concentration de longueurs d’onde plus courtes et, par conséquent, l’apparence de la couleur bleue.

Source SPD et apparence de la couleur
La réponse visuelle humaine repose sur la trichromie pour traiter l’apparence des couleurs. Alors que la réponse visuelle humaine s’intègre à toutes les longueurs d’onde, la distribution de puissance spectrale relative fournira des informations de modélisation de l’apparence des couleurs car la concentration de la ou des bandes de longueur d’onde deviendra le principal contributeur à la couleur perçue.

Cela devient utile en photométrie et en colorimétrie car la couleur perçue change avec l’illumination de la source et la distribution spectrale et coïncide avec les métamérismes où l’apparence de la couleur d’un objet change.

La composition spectrale de la source peut également coïncider avec la température de couleur, produisant des différences d’aspect de couleur dues à la température de la source.