In radiometria, fotometria e scienza del colore, una misurazione SPD (spectral power distribution) descrive la potenza per unità di superficie per unità di lunghezza d’onda di un’illuminazione (uscita radiante). Più in generale, il termine distribuzione di energia spettrale può riferirsi alla concentrazione, in funzione della lunghezza d’onda, di qualsiasi quantità radiometrica o fotometrica (ad esempio energia radiante, flusso radiante, intensità radiante, radianza, irraggiamento, uscita radiante, radiosità, luminanza, flusso luminoso , intensità luminosa, illuminamento, emissione luminosa).
La conoscenza dell’SPD è fondamentale per le applicazioni del sistema a sensori ottici. Le proprietà ottiche come la trasmittanza, la riflettività e l’assorbanza e la risposta del sensore dipendono in genere dalla lunghezza d’onda incidente.
Fisica di SPD
Matematicamente, per la distribuzione spettrale di potenza di un’uscita o irradianza radiante si può scrivere:
dove M (λ) è l’irradiamento spettrale (o uscita) della luce (unità SI: W / m3 = kg • m-1 • s-3); Φ è il flusso radiante della sorgente (unità SI: watt, W); A è l’area su cui è integrato il flusso radiante (unità SI: metro quadro, m2); e λ è la lunghezza d’onda (unità SI: metro, m). (Si noti che è più conveniente esprimere la lunghezza d’onda della luce in termini di nanometri, l’uscita spettrale sarebbe quindi espressa in unità di W • m-2 • nm-1.) L’approssimazione è valida quando l’area e l’intervallo di lunghezza d’onda sono piccoli .
SPD relativo
Il rapporto tra concentrazione spettrale (irradianza o uscita) a una data lunghezza d’onda rispetto alla concentrazione di una lunghezza d’onda di riferimento fornisce l’SPD relativo. Questo può essere scritto come:
Ad esempio, la luminanza degli apparecchi di illuminazione e di altre sorgenti luminose viene gestita separatamente, una distribuzione di energia spettrale può essere normalizzata in qualche modo, spesso all’unità a 555 o 560 nanometri, in concomitanza con il picco della funzione di luminosità dell’occhio.
responsività
L’SPD può essere utilizzato per determinare la risposta di un sensore a una lunghezza d’onda specificata. Questo confronta la potenza di uscita del sensore con la potenza in ingresso in funzione della lunghezza d’onda. Questo può essere generalizzato nella seguente formula:
La conoscenza della responsabilità è utile per la determinazione dell’illuminazione, dei componenti del materiale interattivo e dei componenti ottici per ottimizzare le prestazioni del progetto di un sistema.
SPD di origine e materia
La distribuzione di energia spettrale sullo spettro visibile da una sorgente può avere concentrazioni variabili di SPD relativi. Le interazioni tra luce e materia influenzano le proprietà di assorbimento e riflettanza dei materiali e producono successivamente un colore che varia con l’illuminazione della sorgente.
Ad esempio, la relativa distribuzione spettrale del sole produce un aspetto bianco se osservata direttamente, ma quando la luce del sole illumina l’atmosfera terrestre il cielo appare blu in normali condizioni di luce diurna. Questo deriva dal fenomeno ottico chiamato scattering di Rayleigh che produce una concentrazione di lunghezze d’onda più corte e quindi l’aspetto del colore blu.
SPD di origine e aspetto del colore
La risposta visiva umana si basa sulla tricromazia per elaborare l’aspetto del colore. Mentre la risposta visiva umana si integra su tutte le lunghezze d’onda, la relativa distribuzione della potenza spettrale fornirà informazioni sulla modellizzazione dell’aspetto del colore poiché la concentrazione della (e) banda (e) della lunghezza d’onda diventerà il principale contributore al colore percepito.
Ciò diventa utile in fotometria e colorimetria poiché il colore percepito cambia con l’illuminazione della sorgente e la distribuzione spettrale e coincide con i metamerismi in cui l’aspetto cromatico di un oggetto cambia.
La composizione spettrale della sorgente può anche coincidere con la temperatura del colore producendo differenze nell’aspetto del colore a causa della temperatura della sorgente.