Eficiencia luminosa espectral

La eficiencia luminosa espectral es una función que expresa, para una determinada longitud de onda, la relación entre el flujo de energía de la radiación electromagnética recibida y la percepción del flujo luminoso que este flujo induce para la visión humana . Caracteriza la sensibilidad del sistema visual humano a diferentes longitudes de onda. Se expresa en el Sistema Internacional de unidades en lúmenes por vatio (lm / W).

La eficiencia luminosa espectral relaciona las cantidades fotométricas con las radiométricas .

La Comisión Internacional de Iluminación ha estandarizado varias funciones tabuladas  ; definen al observador de referencia en diferentes condiciones: visión diurna o nocturna, ángulo de visión de 2 ° o 10 °. El más antiguo de ellos, señalado (CIE 1924), es el más extendido en la práctica. A pesar de sus deficiencias y, de manera más general, la imposibilidad de definir con precisión la percepción humana en toda la diversidad de condiciones de observación, la función se utiliza convencionalmente para el cálculo y por dispositivos de medición fotométrica. V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}

Visión humana y magnitud fotométrica

Mientras que el objeto de la radiometría es la medición de la radiación sobre todo o parte del espectro electromagnético , la fotometría se ocupa únicamente de la radiación visible y cuantifica la impresión visual que causa. Las fuentes de idénticas potencias radiadas, pero cuyas distribuciones espectrales difieren, pueden percibirse con brillos muy diferentes. En particular, las fuentes infrarrojas o ultravioleta no son visibles, sea cual sea su potencia. Además, la primera evaluación de la sensibilidad del sistema visual humano, longitud de onda por longitud de onda, es decir, color puro por color puro, a través de la primera función de eficiencia lumínica, fue un acto fundacional de la fotometría. Desde entonces, otras tres funciones de eficiencia luminosa espectral tabuladas han sido estandarizadas posteriormente por la CIE . Otros se han publicado pero aún no están estandarizados.

En el campo fotópico:

• V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}(CIE 1924) el primero de ellos, define el observador de referencia en visión diurna para un campo visual de 2 °; también es la función colorimétrica del sistema CIE XYZ 1931 .y¯(λ){\ Displaystyle {\ overline {y}} (\ lambda)}
• VMETRO(λ){\ Displaystyle V_ {M} (\ lambda)} (CIE 1988) hace una corrección al anterior.
• V10(λ){\ Displaystyle V_ {10} (\ lambda)}(CIE 1964) define el observador de referencia en visión diurna para un ángulo de 10 °; también es la función colorimétrica del sistema CIE X 10 Y 10 Z 10 1964.y¯10(λ){\ Displaystyle {\ overline {y}} _ {10} (\ lambda)}

En el área escotópica:

• V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}(CIE 1951) define el observador de referencia en visión nocturna .

La función de eficiencia luminosa espectral permite calcular una cantidad fotométrica (v para visual): flujo, intensidad, luminancia, etc. -, a partir de la densidad espectral de su análogo radiométrico (e de energía). Como tal, la función es, con mucho, la más utilizada, como en la siguiente expresión. Xv{\ Displaystyle X _ {\ mathrm {v}}} Xmi,λ{\ Displaystyle X _ {\ mathrm {e}, \ lambda}}V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}

Xv=∫0∞Xmi,λ(λ)K(λ)Dλ=Kmetro∫0∞Xmi,λ(λ)V(λ)Dλ{\ Displaystyle X _ {\ mathrm {v}} = \ int _ {0} ^ {\ infty} X _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) K (\ lambda) \, \ mathrm { d} \ lambda = K _ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} X _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) V (\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda}.

o

• K(λ){\ Displaystyle K (\ lambda)}, es la eficiencia luminosa espectral  ;

• V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}, es la eficiencia luminosa espectral relativa  ;
• Kmetro{\ Displaystyle K _ {\ mathrm {m}}}es la máxima eficiencia luminosa espectral , su valor se acerca a 683  lm W −1 para las funciones del dominio fotópico, ya 1700  lm W −1 para la función del dominio escotópico.

En la práctica, la medición de la densidad espectral se realiza a intervalos regulares sobre las longitudes de onda (nanómetro por nanómetro por ejemplo) y la integral debe interpretarse como una suma por pasos regulares . Las funciones de eficiencia espectral relativa normalizadas generalmente se tabulan en pasos de 5 nm. Δλ{\ Displaystyle \ Delta \ lambda}

Xv=∑0∞Xmi,λ(λ)K(λ)Δλ=Kmetro∑0∞Xmi,λ(λ)V(λ)Δλ{\ Displaystyle X _ {\ mathrm {v}} = \ sum _ {0} ^ {\ infty} X _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) K (\ lambda) \, \ Delta \ lambda = K _ {\ mathrm {m}} \ sum _ {0} ^ {\ infty} X _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) V (\ lambda) \, \ Delta \ lambda}.

Funciones estandarizadas

En la visión fotópica, más frecuentemente llamada visión diurna en el lenguaje cotidiano, solo los conos permiten la visión.

2 ° campo visual: yV(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}VMETRO(λ){\ Displaystyle V_ {M} (\ lambda)}

La función de eficiencia espectral fotópica medida en un ángulo de campo visual de 2 ° se normalizó en 1924 y se anotó . V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}

• En primer lugar, la eficiencia luminosa espectral máxima, relacionada con la definición de la candela, es de aproximadamente 683,002  lm / W , correspondiente a a a una longitud de onda de 555  nm en el aire (amarillo - verde). Este valor a menudo se redondea a 683  lm / W , teniendo en cuenta que el umbral de discriminación de luminancia humana es, en el mejor de los casos, del 1%.
• A continuación, los valores tabulados de la función de eficiencia luminosa espectral relativa se dan en la siguiente tabla. Fijan la máxima sensibilidad del observador de referencia a una longitud de onda de 555 nm. Se definen de 360 ​​nm a 830 nm en pasos de 5 nm, pero los métodos de interpolación permiten obtener valores en pasos de 1 nm. Estos valores también se utilizan para definir la función colorimétrica del sistema CIE XYZ 1931 .V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}y¯(λ){\ Displaystyle {\ overline {y}} (\ lambda)}

Fue propuesto por Gibson y Tyndall en 1923 a partir de mediciones realizadas en diferentes condiciones que condujeron a resultados a veces muy diferentes. Por eso, siguiendo el trabajo de DB Judd (1951) y luego de Vos (1978), en 1988 se modificó la función de eficiencia luminosa espectral relativa entre 380 y 460 nm: se nota  ; la máxima eficiencia de luz espectral sigue siendo la misma. A pesar de sus ventajas, esta función sigue siendo poco utilizada fuera de los laboratorios de investigación. VMETRO(λ){\ Displaystyle V_ {M} (\ lambda)}

Valores tabulados de las funciones de eficiencia luminosa espectral relativa yV(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}VMETRO(λ){\ Displaystyle V_ {M} (\ lambda)} Eficiencia luminosa espectral relativa

λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}	VMETRO(λ){\ Displaystyle V_ {M} (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}	VMETRO(λ){\ Displaystyle V_ {M} (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V(λ){\ Displaystyle V (\ lambda)}
			400	0,000 039	0,002,800	500	0.323 00	600	0.631 00	700	0,004 102	800	0,000 004
			405	0.000 640	0,004 656	505	0,407 30	605	0,566 80	705	0,002 929	805	0,000 003
			410	0,001 21	0,007 400	510	0.503 00	610	0.503 00	710	0,002,091	810	0.000 002
			415	0,002 18	0,011 779	515	0,608 20	615	0,441 20	715	0,001 484	815	0.000 001
			420	0,004 00	0,017 500	520	0,710 00	620	0.381 00	720	0,001 047	820	0.000 001
			425	0,007 30	0,022 678	525	0,793 20	625	0.321 00	725	0,000 740	825	0.000 001
			430	0,011 60	0,027 300	530	0.862 00	630	0.265 00	730	0,000 520	830	0,000,000
			435	0,016 80	0,032 584	535	0,914 90	635	0.217 00	735	0,000 361
			440	0.023 00	0,037 900	540	0.954 00	640	0.175 00	740	0,000 249
			445	0,029 80	0,042 391	545	0,980 30	645	0,138 20	745	0.000 172
			450	0.038 00	0,046 800	550	0,994 95	650	0.107 00	750	0,000 120
			455	0.048 00	0,052 122	555	1.000 00	655	0,081 60	755	0,000 085
360	0,000 004		460	0.060 00	0.060.000	560	0.995 00	660	0.061 00	760	0,000 060
365	0,000 007		465	0,073 90		565	0,978 60	665	0,044 60	765	0,000 042
370	0,000 012		470	0,090 98		570	0.952 00	670	0.032 00	770	0,000 030
375	0,000 022		475	0,112 60		575	0,915 40	675	0,023 20	775	0,000 021
380	0,000 039	0,000 200	480	0.139 02		580	0.870 00	680	0.017 00	780	0,000 015
385	0,000 064	0,000 396	485	0,169 30		585	0,816 30	685	0,011 90	785	0,000 011
390	0,000 120	0.000 800	490	0,208 02		590	0,757 00	690	0,008 21	790	0,000 007
395	0,000 217	0,001 550	495	0,258 60		595	0,694 90	695	0,005 723	795	0,000 005

Los colores representados son indicativos y obviamente no corresponden a luces monocromáticas: se han calculado para presentar una longitud de onda dominante igual a la longitud de onda a representar.

  Campo visual de 10 °: V10(λ){\ Displaystyle V_ {10} (\ lambda)}

La función de eficiencia espectral fotópica medida en un ángulo de campo visual de 10 °, señaló , se estandarizó en 1964 al mismo tiempo que el sistema colorimétrico CIE X 10 Y 10 Z 10 de 1964 , del cual también es la función colorimétrica. , basado en el trabajo de Stiles y Burch (1959). La eficacia luminosa relativa máxima se fija en 683,6  lm / W , correspondiente a una longitud de onda de 557  nm en el aire.V10(λ){\ Displaystyle V_ {10} (\ lambda)}y¯10(λ){\ Displaystyle {\ overline {y}} _ {10} (\ lambda)}

Valores tabulados de la función de eficiencia luminosa espectral relativa V10(λ){\ Displaystyle V_ {10} (\ lambda)}

λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V10(λ){\ Displaystyle V_ {1} 0 (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V10(λ){\ Displaystyle V_ {1} 0 (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V10(λ){\ Displaystyle V_ {1} 0 (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V10(λ){\ Displaystyle V_ {1} 0 (\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V10(λ){\ Displaystyle V_ {1} 0 (\ lambda)}
		400	0,002,004	500	0,460 777	600	0,658 341	700	0,003 718
		405	0,004 509	505	0.531 360	605	0,593 878	705	0,002 565
		410	0,008 756	510	0,606 741	610	0,527 963	710	0,001 768
		415	0,014 456	515	0,685 660	615	0,461 834	715	0,001 222
		420	0,021 391	520	0,761 757	620	0.398 057	720	0,000 846
		425	0,029 497	525	0,823 330	625	0,339 554	725	0,000 586
		430	0,038 676	530	0,875 211	630	0,283 493	730	0,000 407
		435	0,049 602	535	0,923 810	635	0,228 254	735	0,000 284
		440	0,062 077	540	0,961 988	640	0,179 828	740	0,000 199
		445	0,074 704	545	0,982 200	645	0,140 211	745	0,000 140
		450	0,089 456	550	0,991 761	650	0.107 633	750	0,000 098
		455	0.106 256	555	0,999 110	655	0,081 187	755	0,000 070
		460	0,128 201	560	0,997 340	660	0,060 281	760	0,000 050
		465	0,152 761	565	0,982 380	665	0.044 096	765	0,000 036
		470	0,185 190	570	0,955 552	670	0,031 800	770	0,000 025
		475	0,219 940	575	0,915 175	675	0,022 602	775	0,000 018
380	0,000 017	480	0,253 589	580	0,868 934	680	0,015 905	780	0,000 013
385	0,000 072	485	0,297 665	585	0,825 623	685	0,011 130
390	0,000 253	490	0,339 133	590	0,777 405	690	0,007 749
395	0.000 769	495	0,395 379	595	0,720 353	695	0,005 375

 

La formulación es la misma que para la visión fotópica, pero la sensibilidad del ojo humano es diferente para la visión nocturna, solo los bastones permiten la visión. La eficacia luminosa relativa máxima se fija en 1700  lm / W , correspondiente a una longitud de onda de 507  nm en el aire. Se anota la eficiencia luminosa espectral relativa y sus valores se tabulan en pasos de 5 nm entre 380 y 780 nm. V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}

Valores tabulados de la función de eficiencia luminosa espectral relativa V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}

λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}	λ(nometro){\ Displaystyle \ lambda (\ mathrm {nm})}	V′(λ){\ Displaystyle V '(\ lambda)}
		400	0,009 29	500	0,982	600	0,033 15	700	0,000 017 8
		405	0,018 52	505	0,998	605	0,023 12	705	0,000 012 73
		410	0,034 84	510	0,997	610	0,015 93	710	0,000 009 14
		415	0,060 4	515	0,975	615	0,010 88	715	0.000 006 6
		420	0,096 6	520	0,935	620	0,007 37	720	0.000 004 78
		425	0,1436	525	0,880	625	0,004 97	725	0,000 003 482
		430	0,199 8	530	0,811	630	0,003 335	730	0,000 002546
		435	0,262 5	535	0,733	635	0,002 235	735	0,000 001 87
		440	0,328 1	540	0,650	640	0,001 497	740	0,000 001379
		445	0.393 1	545	0.564	645	0,001 005	745	0,000 001022
		450	0,455	550	0,481	650	0,000 677	750	0,000 000 76
		455	0.513	555	0.402	655	0,000 459	755	0,000 000 567
		460	0.567	560	0,328 8	660	0,000 312 9	760	0,000 000 425
		465	0,620	565	0,263 9	665	0,000 214 6	765	0,000 000 320
		470	0,676	570	0,207 6	670	0,000 148	770	0,000 000 241
		475	0,734	575	0,160 2	675	0,000 102 6	775	0,000 000 183
380	0,000 589	480	0,793	580	0,121 2	680	0,000 071 5	780	0,000 000 139
385	0,001 108	485	0,851	585	0,089 9	685	0,000 050 1
390	0,002 209	490	0,904	590	0,065 5	690	0,000 035 33
395	0,004 53	495	0,949	595	0,046 9	695	0.000 0250 1

La luminancia gris de la mesa es proporcional a los coeficientes.

 

Medición de la eficiencia de la luz espectral

La medición se realiza comparando dos luces monocromáticas de diferentes longitudes de onda. El primero sirviendo de referencia, un observador modifica la luminancia energética del segundo hasta igualar la sensación de luminosidad de los dos colores. En el dominio escotópico, sin visión de color, el establecimiento de curvas de sensibilidad espectral se realiza, después de un largo retraso de adaptación visual a luz débil, ajustando el resplandor de luces monocromáticas de varias longitudes de onda, para que su brillo sea igual. En la visión fotópica, en cambio, solo podemos avanzar paso a paso. Comparar el brillo de dos luces monocromáticas con longitudes de onda muy diferentes es realmente muy difícil, es imposible ecualizar de manera precisa y repetible dos colores muy diferentes, y dos pruebas consecutivas a menudo conducen a resultados diferentes. La medición de la eficiencia luminosa espectral se complica por el hecho de que los resultados difieren considerablemente según los diferentes métodos, pero también según los diferentes individuos ensayados.

Hay o ha habido muchos métodos: comparación directa heterocrómica del brillo, comparación paso a paso del brillo, distinción mínima de bordes, comparación del parpadeo heterocrómico, etc. - cuyos principios fundamentales se especifican a continuación.

Comparación directaSe presentan dos rangos, cuyo brillo puede variar el sujeto, generalmente variando la distancia desde la fuente de luz, sobre un fondo uniformemente iluminado con un brillo marcadamente diferente. Debido a la ley del contraste simultáneo de colores , la diferencia es más notoria y, por lo tanto, el ajuste es más fino si los rangos son contiguos.Comparación de parpadeoEvitamos el efecto de contraste simultáneo, que juega en todos los casos con el fondo, alternando rápidamente las dos luces a comparar. Buscamos la frecuencia de alternancia que causa la mayor impresión de parpadeo ( (en) parpadeo ), luego buscamos la diferencia de radiancia entre las dos longitudes de onda para las que este parpadeo es menos visible.

Apéndices

Bibliografía

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Artículos relacionados

• Espectro de luz
• Efecto Purkinje
• Color
• Eficacia luminosa de una fuente

enlaces externos

• Valores tabulados accesibles en formatos .csv o .xml: (en) “  Eficiencia luminosa  ” , en cvrl.org

Referencias

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