спектр, параметры и их зависимость

Цветовая температура – это характеристика источника света, позволяющая оценить его цвет. Это простой и наглядный параметр, несмотря на туманные определения, излагаемые официальной наукой. Кажется, нельзя увязать температуру и цвет, но опытные кузнецы знают, что темно-вишнёвую заготовку уже допустимо ковать. Ниже по тексту подробно разъясняется, как физики пришли к указанной любопытной трактовке.

Спектр излучения и физиологические особенности глаза

Для полного понимания темы ознакомимся с понятием локуса цветов. Эту фигуру, напоминающую склонённую налево и перевёрнутую параболу, массово встречаем в литературе. Не даётся пояснений по поводу представленного изображения. Между тем схемы построения цветов, применяемые в телевидении и полиграфии, не взяты с неба. Всегда люди исходили из реалий.

Как считают учёные, зрением люди обязаны двум видам рецепторов: палочкам и колбочкам. Причём первые сегодня не интересуют, задействованы исключительно в темноте и цвета не воспринимают. Опытным путём установлено, что выделяется три вида колбочек:

1. Длинноволновые.
2. Средневолновые.
3. Коротковолновые.

На основе трудов двух учёных, Дэвида Райта и Джона Гилда, в 1931 году создана первая модель цветов. Она плотно соотносилась с физиологическими особенностями человеческого глаза, что часто пропускают в специализированной литературе. Видимый спектр, различаемый большинством людей (дальтоники не в счёт), ограничивается с участка нижних частот красным цветом, с части высоких – фиолетовым. В середине находятся жёлтый и зелёный. Итак, опытным путём установили, что:

Модель цветов Дэвида Райта и Джона Гилда

• Длинноволновые колбочки глаза проявляют максимум чувствительности в области 600 нм. Это близко к красному цвету. У биологических сенсоров наблюдается второй пик, теперь в районе 450 нм. Что близко к фиолетовому цвету.
• Чувствительность средневолновых находится приблизительно по центру. Там, в районе 550 нм, находится зелёный цвет.
• Коротковолновыми колбочками лучше воспринимается фиолетовый цвет. Обнаруживают максимальную (по амплитуде) чувствительность.

Указанные закономерности легли в основу создания локуса, потом в системы RGB, CMYK и прочие. Цвета существуют только в сознании человека. В физическом мире это просто определённый спектр излучений. Если говорить подробно, на указанную область приходится менее 0,04% оптического диапазона. Спектр радиоволн, рентгеновский и гамма-лучи занимают намного больше места. Но для человека 90% информации получается посредством зрительного канала.

Из сказанного следует, что чувствительность глаза к частотам неодинакова. К примеру, видеть ультрафиолет не дано никому, отдельные экстрасенсы наблюдают ауру. В среднем, чувствительность глаз любого человека колеблется в районе средних графиков колоколообразной формы с вершинами, координаты которых указаны в списке выше. Полиграфия, телевидение и прочие родственные отрасли ориентируются на большую часть населения. И попадают в точку.

В ходе исследований оказалось, что цвета, удовлетворяющие кривой Круитхофа, не причиняющие человеку боли и вреда, лежат в пределах конуса с подошвой в виде копыта лошади. По трём осям откладывается эффект излучения, производимый на означенные ранее виды колбочек. Человеку сложно в данный момент развития истории оперировать трёхмерными фигурами, поэтому распределение цветов оптимизировали для плоскости. Форма чуть искажается, но упрощается восприятие. Ввели величины:

Диапазон температуры

1. Х – интенсивность свечения низкочастотной части спектра. График в литературе красного цвета, чтобы лишний раз подчеркнуть расположение (см. выше про границы видимого диапазона). Как уже замечено, в эти «ворота» входит часть фиолетового потока, в относительно малой степени.
2. Y – вычисляется для средней части спектра, на графиках изображается зелёным.
3. Z – аналогичное, но для верхней части спектра. Цвет – синий.

Все три величины признаны интегральными, вычисляются по диапазону некой протяжённости вдоль оси частот (абсцисс). Представляют произведение чувствительности соответствующего вида колбочек на плотность потока мощности излучения источника в данной области. О тесной связи с физиологией замечено выше. Таким образом, принятая в 1931 году система цветов CIE1931 отражает характеристики объекта и способность колбочек вести приём излучений. Сообразно указанной концепции берутся две координаты – Х и Y – каждая включает полную светимость тела, Z учитывается косвенным образом (см. рис. из Википедии).

В формулах через греческую букву лямбда обозначается длина волны, под I понимается светимость тела (спектр). Напомним, что x, y и z характеризует различные виды колбочек человеческого глаза. А теперь поговорим о связи с цветовой температурой.

Абсолютно-чёрное тело

Гильбертом в 1912 году доказано, что в состоянии термодинамического равновесия излучение абсолютно-чёрного тела удовлетворяет закону Кирхгофа (см. рис.). Приближённо этому случаю подходят атмосферы большинства звёзд. Становится возможным определить их примерную температуру (и даже поле температур), проведя спектральный анализ. Кратко: абсолютно-чёрное тело излучает максимум плотности мощности, определяющемуся согласно закону смещения Вина, который в нынешней трактовке указывает на местоположение пика. Эта частота, являющаяся «вершиной горы» на графике, прямо связана с температурой (в Кельвинах).

Закон Кирхгофа

Спектр светимости абсолютно-чёрного тела определённым образом воспринимается глазом. Для каждой температуры он уникален, и читатели уже догадались, что это считается истинным определением рассматриваемой сегодня величине. За счёт суперпозиции полей (всех цветов видимого диапазона) получается некое среднее, однозначно отображаемое на локусе. На рисунке, взятом из Википедии, местоположение точек отображается в виде изогнутой темной линии. Насечками проставлены цветовые температуры.

Зависимость спектра от температуры и влияние параметра на циркадные ритмы человека

Установлено, что голубые звезды горячее красных, а Солнце находится в центре, удовлетворяя средним показателям. Сегодня, по данным науки, наше светило прошло приблизительно половину пути развития, которое закончится превращением в белого карлика. На основании результатов исследований сделаны выводы о времени существования Солнечной системы, близкому к 5 млрд. лет. Для любой цветовой температуры знатоки приводят поэтические сравнения, заводящие неискушённого новичка в тупик. К примеру, говорится, что значению 5000 К соответствует свет Солнца, находящегося в зените, а 9500 К – небе на северной стороне горизонта на восходе.

Сразу возникает вопрос – что бывает ярче, нежели Солнце в зените. Суть сводится к цвету. Просто таким цветом обладали бы более горячие звезды, нежели Солнце. В классификации северная сторона неба оказалась выше. Но плотность потока мощности её сравнительно невелика, глаз оно не ослепит. Следовательно, выбирая в магазине лампочку, не думайте, будто повышенная цветовая температура даст больше толку. Значение параметра не призвано характеризовать мощность.

Спектр температур

Иной пример: далёкая горячая голубая звезда ночью на небе не ярче светлячка. Хотя если приблизиться к светилу на короткую дистанцию, результат оказался бы предсказуемый. Для человека в дневное время считается оптимальной цветовая температура 5000 – 5500 К. И выбирать лампочку с большим значением нет смысла, разве что из декоративных соображений. Кстати, рассматриваемый вопрос тесно связан с понятием цветопередачи: уютнее человек чувствует себя, освещённый естественными лучами Солнца. Все прочее кажется неестественным либо пугающим. По указанной причине появились на свет лампы ДРЛ со скорректированными параметрами.

Давно доказано, что на биоритмы влияет освещённость. Установлено, что подстройка организмов идёт в некотором интервале. Биоритмы не выделяют чётких периодов, но значения изменяются в определённых пределах. На предмет освещённости существует правило Ашоффа, гласящее, что у ночных животных в темноте циркадные ритмы ускорены. Парадокс – у человека при схожих условиях все наоборот. Для доказательства профессор поместил в темной квартире двух сыновей (1962 год). Позднее выяснилось, что цикл сон-бодрствование растянут на полчаса в сравнении с привычным.

Науке известно, что гормон роста наиболее интенсивно вырабатывается в период с 23.00 до часу ночи. И время причём берётся местное! Не московское, не областное, а географическое. Таким образом, циркадные ритмы задают период сна и бодрствования и прочие важные моменты.

К примеру, если атлет не соблюдает график дня, рост мускулатуры непременно замедлится. На начало 60-х годов активные исследования циркадных ритмов приходятся не случайно. Тогда человечество осознало, что в космосе законы иные. К примеру, известная газета Спид-инфо публиковала заметку, что в условиях невесомости утрачивается функция размножения. Защита от растраты ресурсов?

Выделяются и полезные эффекты. Кур при помощи воздействия светом определённым образом заставляют нестись сверхурочно. После исчезновения внешнего фактора циркадные ритмы ненадолго сохраняются, благодаря инерционности и получили название (лат. Circa — приблизительный). Опытным путём установлено, что варьируя освещение, легко изменять фазу некоторых процессов. К примеру, вызывать сон после полуночи либо днём. При этом период остаётся практически неизменным. Предельные отклонения соответствуют 18 и 30 часам: для хомяков, к примеру, 21 – 26 часов.

Однако! В крайних положениях наблюдалась рассинхронизация отдельных циркадных ритмов одного организма. К примеру возможно прикрепить равноногих раков, окраска (пигментация) которых проявлялась неестественным образом. Установлено, что особенно неблагоприятным для циркадных ритмов становится непрерывное воздействие яркого света. Сейчас уже ясно, кроме указанных факторов, освещённость влияет на альфа-ритмы головного мозга. Цветовая температура способна усилить или замедлить работоспособность. Следует для спальни отдавать предпочтение значениям до 3000 К. Эта цветовая температура соответствует тёплому, жёлтому оттенку. Интенсивность не подразумевается слишком высокой.

Для обеспечения максимальной эффективности жизнедеятельности возможно проведение в период бодрствования стимуляции звуковыми и световыми факторами, варьированием цветовой температуры. Это особенно важно там, где от качества выполняемых действий многое зависит. В частности, уже упоминалось о космических проектах. Разумеется, мы не в состоянии привести конкретных рекомендаций, большинство данных засекречено. Но известно, к примеру, что при допросах используется непрерывный яркий свет, бьющий в глаза, а террористов периодически потчуют инфразвуком. И цветовая температура играет важную роль.

Как Кельвин для цветовой температуры соотносится с Кельвином для фактической температуры?

Как отмечают другие ответы, цветовая температура соответствует излучению черного тела при этой температуре.

Но почему мы заботимся об этом? Чтобы понять это, вы должны сначала спросить себя «Что такое белый?»

Физически белый не цвет. Нет такой длины волны света, которая соответствует «белому», точно так же, как нет ни одной, которая соответствует «черному», «серому» или «розовому» — все эти цвета являются просто «артефактами» человеческого восприятия. Физически они представляют собой смесь множества различных длин волн (в частности, в естественном свете белый по определению является смесью всех видимых длин волн Солнца).

Человеческое восприятие цвета зависит от смешивания интенсивности трех разных рецепторов света. Теперь каждая из них на самом деле охватывает широкий диапазон длин волн («физические цвета»), так что это немного сложнее, но у каждого из них есть пик на другой длине волны — мы обычно называем их красным, зеленым и синим соответственно. Вот как компьютеры могут отображать все цвета, которые мы можем видеть, просто смешивая три разные длины волны — какой-то разумный инопланетянин с другим зрением просто подумает, что мы все полны чепухи, потому что наши картинки

не похожи на реальные вещи. По сути, мы настраиваем интенсивности трех длин волн (которые приблизительно соответствуют пикам), чтобы создать то же возбуждение в фоторецепторах, что и реальный свет.

В этой модели «белый» означает «100% красный + 100% зеленый + 100% синий». Однако, как я уже отмечал, естественный белый свет на самом деле не работает так, как он состоит из множества разных длин волн без таких симпатичных соотношений. Теперь мы подошли к эволюции: белый — это цвет, который не меняет оттенок. Цветовое восприятие сбалансировано, чтобы позволить нам видеть те же цвета даже при изменении условий освещения — например, при ходьбе под пологом леса или при работе с рассеянным светом (например, «в тени»). Это также означает, что естественная цветовая температура соответствует температуре фотосферы Солнца — по сути, солнце является белым

по определению , потому что это то, к чему нас приспособила эволюция (причина, по которой она выглядитжелтоватый цвет глаз объясняется тем, что часть синего света рассеивается атмосферой — наше зрение приспособлено видеть объекты, освещенные Солнцем (и атмосферой), а не видеть само Солнце).

Самое интересное, что это также позволяет нам использовать источники света, которые не так горячи, как Солнце. Простейшими примерами являются лампы накаливания, которые, как правило, имеют более низкую температуру, но используют один и тот же основной принцип — делают провод достаточно горячим, чтобы он излучал достаточно видимого света, чтобы баланс белого работал на людей. Светодиодные светильники используют принцип, более похожий на экран вашего компьютера — три различных (ну не совсем три, а «три узких диапазона») длины волны для получения любого цвета. Хорошо, что это гораздо эффективнее. Плохо то, что он может на самом деле производят явно различные световые эффекты, так что не

реально сопоставить с естественным освещением на всех.

Но суть в том, что светодиодные лампы далеко не соответствуют своей «цветовой температуре», так какое значение имеет цветовая температура в этом случае? Главное, что при разных температурах интенсивность сигналов, генерируемых на каждом из трех фоторецепторов, различна (для одних и тех же «цветов»). Когда вы изменяете цветовую температуру на вашем мониторе, вы в основном настраиваете, насколько интенсивен каждый из этих трех каналов по отношению к остальным — вот что дает вам «красноватый» или «голубоватый» оттенок. Вы моделируетевлияние различной температуры черного тела на человеческое зрение — и поскольку человеческое зрение игнорирует так много информации в свете, оно фактически работает довольно хорошо большую часть времени. Выполняя настройку на вашей камере, вы делаете прямо противоположное — вы пытаетесь сопоставить «сдвинутые» цвета с «объективными» красными + зелеными + синими данными. Причина, по которой в настройке обычно используется цветовая температура, заключается просто в том, что это то, что используется повсеместно — вы можете посмотреть цветовую температуру вашего освещения и использовать ее на своей камере.

Баланс белого и цветовая температура

Баланс белого — это то, что камеры потребительского уровня и камеры смартфонов теперь делают автоматически, но важно понимать, что это влечет за собой и почему это необходимо.

Цветовая температура

Баланс белого выполняется с учетом цветовой температуры, поэтому это хорошее место для начала. Термин цветовая температура происходит от нагрева идеального черного тела радиатора. Для контекста, черное тело — это объект, который не отражает и не пропускает падающий свет. Весь свет поглощается объектом, который придает ему черный вид.

С практической точки зрения все это означает, что если вы нагреваете объект, например черное тело, он начинает светиться. Как правило, он сначала кажется более красноватым, а затем становится «раскаленным», поскольку его температура продолжает расти. Температура поверхности объекта (в Кельвинах) будет отражать его цветовую температуру.

 

Как это влияет на баланс белого и когда вы столкнетесь с черным телом, нагретым до многих тысяч Кельвинов? Это всего лишь модель, так как многие источники света, такие как дневной свет и вольфрамовые клубы, настолько близко имитируют цвет нагретого черного тела, что мы можем приписать им цветовые температуры. В случае других источников света, которые не совсем точно отражают цветовые температуры истинного черного тела, таких как флуоресцентные лампы, используется коррелированная цветовая температура. В любом случае большинство источников света указывают свою фактическую или коррелированную цветовую температуру. В таблице ниже указаны несколько источников света и соответствующая им цветовая температура.

 

Источник света	Цветовая температура
Рассвет, закат, пламя свечи	1850 К
Мягкий белый свет компактной флуорисцентной лампы или LED лампы	2700 К
Флуорисцентная трубка, холодный белый	5000 К
Дневной свет	6500 К
Чистое голубое небо	15,000 — 27,000 К

 

Поскольку большинство используемого освещения обычно белого цвета, диапазон цветовой температуры отличается всего на несколько тысяч Кельвинов. Хотя это может быть нелогичным, «более холодные» источники света, которые испускают голубоватый свет, имеют более высокую цветовую температуру, в то время как «более теплые» источники света, которые испускают более желтый или оранжевый свет, имеют более низкую цветовую температуру.

---

Баланс белого

Причина, по которой баланс белого так важен, заключается в том, что он обеспечивает точность цветопередачи в изображении и устраняет цветовой оттенок. Это достигается путем небольшой корректировки значений усиления для каждого цветового канала, чтобы учесть цветовую температуру источника света, а также разницу в чувствительности каждого канала.

Если посмотреть на кривую квантовой эффективности цвета датчика (QE), то становится очевидным, что для получения одного и того же сигнала каждому каналу требуется разное количество света. Как правило, зеленый канал является наиболее чувствительным, за ним следует красный канал и, наконец, синий канал, что означает, что синий и красный каналы нуждаются в большем усилении, чем зеленый канал, чтобы точно изобразить серую поверхность, отражающую равное количество синего, зеленого, и красный свет. Однако, если источник света имеет более высокую цветовую температуру, а это означает, что он излучает голубовато-белый свет, камера должна будет применять меньшее усиление синего, поскольку в свете больше синего.

 

Поскольку большинство источников света публикуют свою цветовую температуру, это измерение можно подавать в камеру для выполнения баланса белого на основе света. Если точная цветовая температура неизвестна, для определения цветовой температуры сцены можно использовать общие профили, такие как флуоресцентный, лампа накаливания и дневной свет.

Все камеры имеют возможность выполнять баланс белого в зависимости от текущего освещения сцены. Это делается с помощью программного обеспечения: захватывает видеокадр, анализирует его, регулирует усиление цвета и повторяет до тех пор, пока цвета на изображении не будут сбалансированы (что приведет к равному количеству красного, синего и зеленого в изображении). Лучше поместить нейтральную цель (например, белую или серую бумагу) перед камерой перед выполнением цветового баланса. Для достижения наилучших результатов время экспозиции изображения должно быть отрегулировано таким образом, чтобы сцена не содержала насыщенных пикселей (значения при максимальной яркости).

Главное, что нужно сделать для балансировки белого, это то, что независимо от метода это необходимо сделать для обеспечения правильной цветопередачи. Это также следует повторить, если условия освещения меняются в процессе визуализации. Пользовательский баланс белого может дать лучшие результаты, особенно если известна цветовая температура источника света. Тем не менее, встроенные алгоритмы обычно работают хорошо, когда выполняются, как указано выше.

Для получения дополнительной информации о настройке параметров камеры для оптимальной производительности в вашем конкретном случае, пожалуйста, свяжитесь с нашими специалистами. Они также могут помочь с выбором камер, которые наилучшим образом соответствуют вашим требованиям. Свяжитесь с нами [email protected]

 

Как связаны яркость и цветовая температура света в его восприятии

Благодаря бурному росту популярности светодиодов разной цветовой температуры (от 2700К до 9000 К) у нас появилась возможность сделать домашнее или рабочее освещение более функциональным. Считается, что в офисе лучше использовать более холодный свет, а  дома — более теплый.  Но мало кто знает, откуда взялась такая информация и почему подобные советы не всегда работают.

Любопытные результаты о наиболее комфортной для глаза цветовой температуре получил голландский физик Ари Андрис Крюитоф. Он провел следующее исследование: демонстрировал людям различные источники света разной цветовой температуры и яркости и просил оценить насколько комфортным для глаз является свет.

В результате был получен график, где по горизонтальной оси указана цветовая температура источника света (K), по вертикали — освещенность (Lx), а на перечечении этих параметов указаны зоны комфортного и некомфортного освещения.

 

Кривая Круитхофа 

Оказалось, что восприятие цветовой температуры источника света изменяется взависимости от уровня освещенности. А комфортной для глаз является только средняя область на графике (белая).

Например, свет лампочки с цветовой температурой 2700К, обеспечивающей освещенность в 200 Лк, скорее всего будет приятен. Но, если вы выберете лампу в 2 мощнее, то ее свет, скорее всего, будет раздражать и казаться слишком желтым.

Результаты исследования говорят о том, что не учитывая яркость (световой поток) источника света нельзя однозначно утверждать, например, следующее: «теплые светодиодные лампы или ленты подходят для дома, а холодные для офиса».

Почему человеческий глаз по-разному реагирует на разные условия освещенности?

Опыты опытами, но в науке принято объяснять эмпирически полученные результаты теорией.

Уровни освещения на открытом пространстве и внутри помещений различаются в десятки и более раз. Реагируя на эти изменения, радужная оболочка глаза быстро расширяется и сокращается. Благодаря этому она контролирует количество света, достигающего сетчатки глаза, которая содержит светочувствительные фоторецепторы — колбочки и палочки, ответственные за зрение. Свет, попадающий на сетчатку, пропорционален квадрату диаметра зрачка.

Если зрачок расширяется вдвое, то количество света, попадающего  в глаз, увеличивается в четыре раза. При тусклом освещении радужная оболочка может раскрыться до 8мм и сузиться до 2мм при ярком свете. Такое четырехкратное изменение диаметра соответствует шестнадцатикратному изменению яркости на самой сетчатке глаза, а ведь уровень света в музее и на открытом воздухе в солнечный день в Рочестере отличается в 680 раз. Такую разницу в освещенности в 42.5 раза  не может откорректировать глазная радужная оболочка, что приводит к активному динамическому взаимодействию между парами колбочек и палочек сетчатки.

Более шести миллионов колбочек и 119 млн. палочек неравномерно распределены на сетчатке. Колбочки конической формы в основном сосредоточены в ее центре, в области, называемой Ямкой, и имеют максимальную чувствительность, как показано на рисунке, в 555нм (зеленый спектр). До недавнего времени именно им приписывали ответственность за цветное зрение. Палочки, чей максимум чувствительности приходится на 508нм (синий спектр), традиционно связывали только с ночным зрением.

Что это все значит для человека, смотрящего на картины на открытом воздухе, в обычном помещении или в музее? Яркий уличный свет становится причиной сужения зрачка, однако, изменений в его диаметре недостаточно, чтобы компенсировать высокий уровень освещенности. При его увеличении чувствительность колбочек является доминирующей, а  вклад палочек в общую реакцию ощущается в меньшей степени. При этом цвет большого количества света, достигающего глаза, кажется белым.

Попадая в помещение, зрачок увеличивается в размере, пропорционально пропуская больше света. И опять радужная оболочка не может поддержать требуемый уровень освещения сетчатки. В условиях такой пониженной освещенности палочки с чувствительностью к голубому спектру становятся более активными, и свет силой 6000К, который выглядел на открытом воздухе белым, приобретает синий цвет, а силой в 4700К — начинает казаться белым. Посещая музей, мы снижаем уровень освещенности в десятки раз, и теперь и свет силой 4700К приобретает холодный голубоватый оттенок, а белым становится уровень в 3500К.

Важное значение имеет и то, что радужная оболочка зрачков, сокращаясь,  и пропускает меньше света в глаза, но при этом размер изображения на сетчатке не изменяется. Таким образом, для  определенной области восприятия всегда одинаковое количество палочек и колбочек подвергается воздействию света, который оказывает большее влиянии на колбочки при высоком уровне освещения и на палочки — при низком.

Взаимодействие между радужной оболочкой, палочками и колбочками дает правдоподобное объяснение нашим наблюдениям, когда люди называют прямой солнечный свет в 6000К белым и видят в нем синие оттенки при недостаточной освещенности.

Цветовая адаптация

В то время как кривая комфортности Круитхофа характеризует физиологические условия, влияющие на восприятие цвета, цветовая адаптация определяет психологические особенности, также играющие важную роль. Цветовая адаптация — восстановление равновесия чувствительности глаза к цвету как к спектральной композиции появляющихся изменений. Мозг постоянно обрабатывает потоки информации, поступающей в него через глаза. Иногда мозг как бы «массирует» полученные данные. Без этой способности большинство источников света, при которых мы работаем и играем, могли бы доставить нам неприятности. Возьмем, например, лампы дневного света: глазу комната кажется освещенной в прохладном  белом свете, однако, фотографии сделанные в этом же помещении, показывают зеленый оттенок.

Сочетание факторов цветовой адаптации с высокими перепадами освещенности вызывает порой весьма интересные эффекты. Например, ночью фары автомобиля кажутся яркими и белыми, но они же при дневном освещении выглядят тусклыми и желтыми.  В противоположность этому примеру — маленький луч солнечного света, просочившийся в помещение, освещенное лампой накаливания. В то время как комната кажется  белой, луч будет иметь синий оттенок. Если же этот же луч рассматривать на улице при дневном свете, он будет абсолютно белым, а вот лампа накаливания — желтой.

Вернемся к первоначальному вопросу о том, что же действительно синее, а что белое? Очевидно, что однозначного ответа тут нет, поскольку все зависит от уровня освещенности источника света и окружающей среды. При высоком уровне освещения, например, на улице дневной свет  цветовой температуры в диапазоне 4500-6000К кажется мозгу белым, на промежуточных уровнях в закрытых помещениях 6000К кажутся синими, а 3000-4700К — белыми.

Дизайнеры, освещающие области или объекты дневным светом, должны обязательно учитывать совокупность аспектов — насколько ярко уже освещено пространство, какую адаптацию прошли  глаза зрителей и, конечно, что же именно они собираются подсветить.

Назад

Цвет. Температура

Понимание цветовой температуры приходит с приобретением определённого жизненного опыта в детстве. Будучи детьми каждый узнаёт, что огонь горячий, а лёд холодный. Соответственно оранжевый и красный цвет являются тёплыми, а синий и голубой – холодными. Подобные ассоциации очень сильное влияние оказывают на то, как мы воспринимаем различные сцены. Этим пользуются фотографы и режиссёры фильмов. Именно это помогает создавать определённую атмосферу.

Основой всех цветов является белый, хотя именно он долгое время путал учёных. В XVII веке Исаак Ньютон доказал при помощи призмы, что белый цвет – это соединение всех остальных цветов. В 1900 году Планк открыл закономерность, которая описывала пропорции соединения различных цветов для получения нового цвета и оттенков.

Макс Планк является немецким физиком. Он выполнял заказ производителей ламп накаливания. Его задача заключалась в выяснении наилучшей температуры для нити накаливания, которая обеспечила бы максимальную яркость и минимальные затраты энергии.

Современные теории не позволяли Планку понять природу света. Со временем он понял, что свет излучается и поглощается порциями. Это позволяет видеть различные цвета.

Когда температура тела увеличивается оно начинает выделять больше тепла или электромагнитных волн. Очень сильный нагрев заставляет тело излучать видимый свет. Свечение тела начинается при прохождении телом определённой отметке температур. Описывает это закон Планка. Именно этот закон может описывать цветовую температуру. Он определяет отношение положения белого цвета к черному при конкретной температуре.

Исследования Макса Планка позволили выяснить оптимальную цветовую температуру в 3200К для лампы накаливания.

Температура цвета поверхности Солнца около 5800K. Проходя ряд природных фильтров в атмосфере свет солнца изменяет свою температуру от 2800K во время заката и восхода до 6500К при пасмурной погоде. 5600K является общепринятым значением сбалансированного дневного света.

Цветовая температура и фотография

Для любого фотографа важно знать, что температура цвета при освещении лампами накаливания составляет 3200К, а в яркий солнечный день она составляет 5600K.

Большинство фотоаппаратов позволяют вручную настраивать баланс белого с использованием серой карты. Для этого надо расположить перед объективом объект белого или серого цвета и при помощи функции в камере сообщить устройству, чот данный цвет является нейтральным. Все следующие фотографии будут корректироваться согласно заданного эталона.

Более точный контроль обеспечивает функция ручной настройки баланса белого. Такая корректировка позволяет в пару нажатий добавить фотографии больше тёплых или холодных оттенков. Увеличение цветовой температуры сделает фотографии теплее. Уменьшение – наоборот охладит сцену.

Съёмка в формате RAW позволит регулировать температуру цвета в графическом редакторе. Вы сможете привести снимок к естественному виду или придать интересный творческий эффект пламени или мороза.

Большой проблемой является наличие различных источников цвета при фотографировании. В одном помещении может быть свет из окна, лампы накаливания и люминесцентные светильники. Каждый источник создаст свою температуру и если мы настроимся по одному из них, цвета предметов, освещённых другими источниками будут искажены.

В том случае, если нет возможности использовать одинаковые источники света для освещения всей сцены, применяют цветные гели для вспышки. Они способны откорректировать цветовую температуру и облегчат корректировку снимка во время обработки в графическом редакторе.

Если вас не заботит передача естественных цветов, если вы не снимаете интерьер для демонстрации заказчику, а занимаетесь творческой фотографией, можете смело использовать различные источники света с разнообразной температурой. С их помощью можно добиться различных творческих эффектов.

Также нужно знать, что температуру галогенной лампы можно регулировать при помощи регулировки яркости. Снижение напряжения электрического тока на контактах сделает свет более тёплым.

Современна фотография очень многогранна и необычна. Любое явление можно использовать во благо, а при обработке снимков на компьютере можно создавать различные комбинации цветовой температуры искусственно. Но это всё не значит, что можно забыть о данном явлении. Зная механизм работы цветовой температуры, её природу и психологическое влияние на зрителя это можно осознанно использовать для создания более интересных работ.

Температура цвета и установки освещения в кинематографе.

Кино и видео, это не только работа со сценой и с настройками камеры, но и работа со светом. И тут важное значение имеет понятие температуры света.

Что такое температура цвета?

Температура цвета — это описание тепла или холода источника света. Когда кусок металла нагревается, цвет света, который он излучает, изменится. Этот цвет начинается с темно красного цвета и переходит в оранжевый, желтый, белый, а затем из сине-белого в глубокий синий.

Температура этого металла — это физическая мера в градусах Кельвина или абсолютная температура. Хотя лампы, отличные от ламп накаливания, такие как светодиоды, точно не имитируют мощность этого куска металла, мы используем цветовую температуру (или Кельвины), чтобы описать внешний вид этого источника света, так как он относится к внешнему виду куска металла.

По соглашению, желто-красные цвета (например, пламя огня) считаются теплыми, а сине-зеленые цвета (например, свет от пасмурного неба) — прохладными. Забавно, что более высокие температуры Кельвина (3600–5500 K) — это то, что мы считаем прохладными, а более низкие цветовые температуры (2700–3000 K) — теплыми.

Как работает температура цвета.

Лампа, излучающая желтовато-белый свет, будет иметь цветовую температуру около 2700K. При увеличении цветовой температуры до 3000–3500 К цвет света становится менее желтым и более белым. Когда цветовая температура составляет 5000 К или выше, излучаемый свет становится голубовато-белым. Цветовая температура дневного света варьируется, но обычно находится в диапазоне от 5000К до 7000К.

2700-2800K — теплый свет

Когда желаемый эффект освещения «теплый», используйте источники света в диапазоне 2700–2800K. Наиболее распространенные лампы накаливания производят свет в этом диапазоне цветовой температуры.

3500-4000K — нейтральный яркий свет

Когда желаемый эффект — нейтральный или ярко-белый, используйте источники света в диапазоне 3000–3500K. Для немного более «синего» эффекта используйте 4000K.

5000-6500K — имитация дневного света

Цветовая температура дневного света в полдень составляет 5600 К, но цветовая температура солнечного света может широко варьироваться в зависимости от времени суток и погодных условий. Чтобы имитировать дневной свет (голубовато-белый свет), используйте источники света с цветовой температурой 5000К или выше.

Для создания нужной температуры, в кинематографе используются различные установки освещения.

Вольфрамовые (~ 3200К)

Их свет близок к лампам накаливания, которые можно встретить дома. Но профессиональные установки освещения дают больше света и зачастую имеют встроенные регуляторы интенсивности освещения.

Металлогалогенные ~5600K (HMI)

Это наиболее часто встречаемый вид освещения на съемочной площадке. Но в тоже время, из-за особенностей работы, для работы с этим видом освещения нужен грамотный осветитель.

Флуоресцентные (2700K — 6500K)

Раньше эти лампы были проблемными, они мерцали и имели очень уродливый оранжево-зеленый оттенок. Новые осветители не имеют этих недостатков и предлагают несколько цветовых температур. Они имеют очень мягкий свет, который более эффективен, чем от ламп накаливания и могут обеспечивать мощность, аналогичную HMI-лампам.

Светодиодные (LED) – белый цвет: 3000K — 5600K

Светодиодные лампы в последнее время стали намного более распространенными на небольших установках освещения. Белые светодиодные осветители являются самыми популярными, но на самом деле они производятся в любом цвете. Этот свет предназначен для обеспечения направленного света. Он очень эффективен, но все еще ограничен в общем объеме производства, поэтому его, как правило, используют только в небольших бюджетных проектах.

Светодиоды могут излучать свет только с одной длиной волны, поэтому для создания белого света требуется комбинация красного, зеленого и синего (RGB) светодиодов. Белый также может быть создан с помощью комбинации люминофоров и ультрафиолетового светодиода. Поскольку большинство светодиодных светильников используют RGB, были разработаны новые «умные лампочки» для изменения цвета по команде.

Светодиодные фонари предлагают мягкое и равномерное освещение. Они невероятно эффективны и могут работать от батареи. Их можно легко затемнить и просто перемещать по цветовой гамме. Они имеют долгий срок службы и не взорвутся.

Цветовая температура и индекс цветопередачи

Свет, который мы видим, отличается оттенком, а освещаемые предметы – четкостью. За данные характеристики отвечают такие параметры освещения, как индекс цветопередачи и цветовая температура.

Чтобы подобрать светодиодный светильник, независимо, бытовой, промышленный или светильник светодиодный уличный с оптимальными параметрами, необходимо разобраться, от чего зависят индекс цветопередачи и цветовая температура. А также, что подразумевают под собой эти понятия, в чем измеряется и какая бывает цветовая температура, как ее определить.

Цветовая температура является одной из основных характеристик светодиодного светильника, которая определяет спектральный состав светового излучения и объективность восприятия его человеком. Измеряется цветовая температура в миредах (обратных микроградусах) или кельвинах, и для этого используется специальный прибор – колориметр. Потребителю нет необходимости осуществлять эту процедуру, для него достаточно знать диапазон цветовой температуры светодиодных светильников, который приведен в таблице. Этот показатель идентичен также и для других источников света.

Если цветовая температура находится в пределах 5000К, спектральный состав света более сбалансирован и по своему составу практически идентичен «белому» или дневному солнечному свету, и CRI (индекс цветопередачи)=100. Чем ниже цветовая температура, тем меньше доля синего цвета и больше – красного. Этим легко объясняется тот факт, что при освещении, которая дает лампа накаливания, все освещаемые предметы имеют красноватый оттенок. И наоборот, чем выше цветовая температура, тем больше доля зеленого и синего цветов.

Практически все качественные светодиодные светильники с любой цветовой температурой дают качественный белый цвет, но остальные оттенки не всегда правильно передаются. Это и является основным отличием ламп с равным индексом цветопередачи и разной цветовой температурой, где под индексом цветопередачи (CRI — colour rendering index) подразумевается параметр, который характеризует уровень соответствия естественного цвета предмета кажущемуся при его освещении.

В зависимости от коэффициента цветовой температуры различают три вида ламп:

1. 2700-3500К – тип света получается теплый белый – например, лампа накаливания;
2. 3500-5000К – нейтральный или нормальный белый – утренний солнечный свет;
3. 5000-7000К – дневной или холодный белый – дневной яркий свет.

Диапазон цветовой температуры	Тип света	Примеры источника света
2700 – 3500 К	Теплый белый	Лампа накаливания
3500 – 5000 К	Нейтральный белый/нормальный белый	Солнечный свет после восхода
5000 – 7000 К	Холодный белый/ дневной	Яркий дневной свет

Таким образом, если цветовая температура не равна 5000К, все оттенки, кроме белого, будут теплыми (при большем 5000К будет больше красных оттенков), или холодными (при меньшем 5000К будет больше синих оттенков). Поэтому, в зависимости от назначения светодиодной лампы, следует подбирать наиболее подходящие показатели индекса цветопередачи.

Характеристика цветопередачи	Степень цветопередачи	Индекс цветопередачи, CRI	Пример ламп
Отличный	1А	Более 90	светодиодные лампы, галогенные лампы
Очень хороший	1В	80-89	светодиодные лампы, люминесцентные лампы
Хороший	2А	70-79	светодиодные лампы, люминесцентные лампы, МГЛ
Нормальный	2В	60-69	светодиодные лампы, люминесцентные лампы, лампы МГЛ
Достаточный	3	40-59	лампы ДРЛ (ртутные)
Низкий	4	Менее 39	лампы ДНат (натриевые)

Температурная зависимость показателя цветопередачи люминофорного белого светодиода: AIP Advances: Том 9, № 1

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ << II. ЭКСПЕРИМЕНТ III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ... IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ В последнее время использование источников белого света на основе полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД) значительно расширилось в области общего освещения и дисплеев благодаря их высокой эффективности и экологичности. ^1–3 1. P. Pust, P. J. Schmidt, W. Schnick, Nat. Матер. 14 , 454 (2015). https://doi.org/10.1038/nmat42702. J. Bhardwaj, J. M. Cesaratto, I. H. Wildeson, H. Choy, A. Tandon, W. A. ​​Soer, P. J. Schmidt, B. Spinger, P. Deb, O. B. Shchekin, W. Götz, Phys. Статус Solidi A 214 , 1600826 (2017). https://doi.org/10.1002/pssa.2016008263. Дж. Чо, Дж. Х. Парк, Дж. К. Ким и Э. Ф. Шуберт, Laser Photonics Rev 11 , 1600147 (2017). https://doi.org/10.1002 / lpor.201600147 Эффективность белых светодиодов повышена до уровня, позволяющего быстро заменить твердотельные лампы обычными лампами освещения. Существует два основных подхода к реализации источников белого света с использованием светодиодов. ^3–7 3. Дж. Чо, Дж. Х. Парк, Дж. К. Ким и Э. Ф. Шуберт, Laser Photonics Rev 11 , 1600147 (2017). https://doi.org/10.1002/lpor.2016001474. Л. Ван, Р. Дж. Се, Т. Суэхиро, Т. Такеда и Н. Хиросаки, Chem Rev 118 , 1951 (2018).https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b002845. S. Muthu, F. J. P. Schuurmans и M. D. Pashley, IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 8 , 333 (2002). https://doi.org/10.1109/2944.9991886. Э. Ф. Шуберт и Дж. К. Ким, Science 308 , 1274 (2005). https://doi.org/10.1126/science.11087127. М. Х. Кроуфорд, IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 5 , 1028 (2009). Первый — это многочиповый (MC) светодиод, объединяющий три отдельных красных, зеленых и синих светодиодных чипов. Второй называется белый светодиод с преобразованием люминофора (ПК), который состоит из люминофоров в качестве люминесцентных материалов с понижением частоты и синего или ультрафиолетового светодиодного чипа в качестве основного источника света.Световая отдача источника белого света является одним из ключевых показателей экономии энергии. Ожидается, что белые светодиоды MC будут демонстрировать высокую светоотдачу из-за отсутствия фундаментальных ограничений эффективности в светодиодных микросхемах. Однако низкая внутренняя квантовая эффективность материалов InGaN в зеленой области длин волн ограничивает практическое применение белых светодиодов MC. ^8–11 8. М. Питер, А. Лаубш, В. Бергбауэр, Т. Мейер, М. Сабатил, Дж. Баур и Б. Хан, Phys. Статус Solidi A 206 , 1125 (2009 г.).https://doi.org/10.1002/pssa.2008809269. S. Saito, R. Hashimoto, J. Hwang, S. Nunoue, Appl. Phys. Экспресс 6 , 111004 (2013). https://doi.org/10.7567/apex.6.11100410. M. A. Maur, A. Pecchia, G. Penazzi, W. Rodrigues, A. D. Carlo, Phys. Rev. Lett. 116 , 027401 (2016) .11. Y.H. Choi, G.H. Ryu, H.Y. Ryu, Curr. Опт. Фотон. 1 , 626 (2017). https://doi.org/10.1103/physrevlett.116.027401 Белые светодиоды ПК страдают от больших потерь сдвига Стокса. Тем не менее, они стали основным направлением на рынке светодиодов благодаря простой конструкции, низкой стоимости и относительно высокой светоотдаче.Алюминиевый гранат иттрия (Y ₃ Al ₅ O ₁₂ или YAG), легированный Ce ³⁺ (YAG: Ce), является наиболее широко используемым люминофорным материалом в белых светодиодах для ПК. является важным показателем качества источника света, используемого в осветительных приборах. ⁶ 6. Э. Ф. Шуберт и Дж. К. Ким, Science 308 , 1274 (2005). https://doi.org/10.1126/science.1108712 Индекс цветопередачи (CRI) — это мера того, насколько истинные объекты могут отображаться с помощью искусственных источников света. ¹² 12. M. S. Rea, J. P. Freyssinier-Nova, Color Res. Прил. 33 , 192 (2008). https://doi.org/10.1002/col.20399 Для белых светодиодов MC значение CRI можно увеличить за счет оптимизации спектрального распределения каждого светодиодного чипа. Однако хорошо известно, что существует фундаментальный компромисс между CRI и световой эффективностью излучения. ¹³ 13. А. Жукаускас, Р. Вайцекаускас, Ф. Иванаускас, Р. Гаска, М. С. Шур, Appl. Phys. Lett. 80 , 234 (2002). https: // doi.org / 10.1063 / 1.1432107 Для белых светодиодов MC с тремя или более светодиодными чипами общий CRI ( R _a ) может быть> 80. R _a — это среднее значение CRI от R ₁ до R ₈ . ^13,14 13. А. Жукаускас, Р. Вайцекаускас, Ф. Иванаускас, Р. Гаска, М. С. Шур, Appl. Phys. Lett. 80 , 234 (2002). https://doi.org/10.1063/1.143210714. С. Чхаджед, Ю. Си, Ю. Л. Ли, Т. Гессманн, Э.F. Schubert, J. Appl. Phys. 97 , 054506 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1852073 Белые светодиоды для ПК также могут иметь высокий R из> 80 в результате широкого спектрального распределения, а R _a можно увеличить на спектральная оптимизация. ^15–19 15. Хе Г., Ян Х., Опт. Экспресс 19 , 2519 (2011). https://doi.org/10.1364/oe.19.00251916. А. Жукаускас, Р. Вайцекаускас, Ф. Иванаускас, Х. Вайткявичюс, М.С. Шур, Прил. Phys. Lett. 93 , 021109 (2008). https://doi.org/10.1063/1.295584317. Ю. Линь, З. Дэн, З. Го, З. Лю, Х. Лан, Ю. Лу, Ю. Цао, Opt. Экспресс 22 , A1029 (2014). https://doi.org/10.1364/oe.22.0a102918. М. Р. Крамес, О. Б. Щекин, Р. Мюллер-Мах, Г. О. Мюллер, Л. Чжоу, Г. Харберс и М. Г. Крэфорд, J. Display Technol. 3 , 160 (2007). https://doi.org/10.1109/jdt.2007.89533919. Г. Хе, Дж. Сюй и Х. Ян, AIP Advances 1 , 032160 (2011).https://doi.org/10.1063/1.3644342 Однако белые светодиоды для ПК с люминофором YAG страдают от низкого значения R ₉ , которое представляет свойство цветопередачи для темно-красного цвета. ^18,19 18. М. Р. Крамес, О. Б. Щекин, Р. Мюллер-Мах, Г. О. Мюллер, Л. Чжоу, Г. Харберс, М. Г. Крафорд, J. Display Technol. 3 , 160 (2007). https://doi.org/10.1109/jdt.2007.89533919. Г. Хе, Дж. Сюй и Х. Ян, AIP Advances 1 , 032160 (2011). https://doi.org/10.1063 / 1.3644342 Кроме того, температура светодиодов в устройстве может иметь сильное влияние на электрические и оптические характеристики, такие как мощность излучения, рабочее напряжение, пиковая длина волны и спектральная ширина. ⁶ 6. Э. Ф. Шуберт и Дж. К. Ким, Science 308 , 1274 (2005). https://doi.org/10.1126/science.1108712 В результате точка цветности, коррелированная цветовая температура (CCT), CRI и эффективность светодиодных источников света дрейфуют по мере увеличения температуры окружающей среды устройства.Для белого светодиода MC на основе трехцветных светодиодов сообщалось, что CCT увеличилась с 6500 до 7200 K, а CRI снизилась с 84 до 72 при повышении температуры с 20 до 80 ° C. ¹⁴ 14. S. Chhajed, Y. Xi, Y. L. Li, Th. Gessmann, E. F. Schubert, J. Appl. Phys. 97 , 054506 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1852073 Это большое снижение индекса цветопередачи объясняется значительным изменением спектрального распределения по сравнению с оптимальными цветовыми условиями с повышением температуры, особенно для красного светодиода.Уменьшение индекса цветопередачи, вызванное повышением температуры устройства, может быть проблематичным для определенных приложений. Однако исследований температурной зависимости коэффициента цветопередачи для белых светодиодов для ПК проводилось мало.

В этой статье мы сообщаем об экспериментальном исследовании температурно-зависимого коэффициента цветопередачи для белого светодиода ПК с люминофором YAG. Спектральное распределение мощности измеряется при изменении температуры от 20 до 80 ° C, и получаются зависящие от температуры значения CRI от R ₁ до R ₁₅ .Будет продемонстрировано, что значения CRI белого светодиода ПК увеличиваются с увеличением температуры, в отличие от белых светодиодов MC. На основе температурной зависимости спектрального распределения мощности проанализированы экспериментальные результаты температурно-зависимых CRI белого светодиода ПК.

II. ЭКСПЕРИМЕНТ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ЭКСПЕРИМЕНТ << III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ... IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ

Образец белого светодиода для экспериментов состоял из синего светодиода и YAG: Ce люминофора с желтым светом.Эпизодическая пластина для изготовления синего светодиодного чипа была выращена на сапфировой подложке с плоскостью c с помощью химического осаждения из газовой фазы из металлоорганических соединений. Светодиодные эпислойные структуры состояли из легированного кремнием слоя n-GaN, активных слоев InGaN / GaN с множественными квантовыми ямами и слоя p-GaN, легированного магнием. Структуры активного слоя были разработаны для излучения синего света с центром в 450 нм. Чипы синих светодиодов изготавливались вертикально инжекторного типа с размерами 1 × 1 мм ² . Затем светодиодный чип был установлен на выводной рамке размером 8 × 8 мм ² и залит прозрачной эпоксидной смолой, содержащей люминофор YAG.Упакованный образец белого светодиода был припаян к металлической печатной плате (PCB) для хорошего рассеивания тепла. Затем металлическая печатная плата была установлена ​​на медном радиаторе, а температура контролировалась системой термоэлектрического охладителя (ТЕС). Повышение температуры перехода для нашего светодиодного корпуса составило всего ∼12 K при токе 350 мА.

Оптические и электрические характеристики изготовленного образца белого светодиода для ПК были измерены с помощью системы определения характеристик светодиодов с калиброванной интегрирующей сферой.Образец СИД работал в условиях импульсного ввода тока с длительностью импульса 1,0 мс и рабочим циклом 1% для минимизации эффектов самонагрева. Температура радиатора поддерживалась в диапазоне от 20 до 80 ° C с помощью системы TEC. При таких условиях ширины импульса и рабочего цикла повышение температуры может быть незначительным, и, следовательно, измеренный образец светодиода может быть свободен от эффектов самонагрева. ^20–22 20. Дж. К. Чжан, Ю. Х. Чжу, Т. Эгава, С. Сумия, М. Миёси и М. Танака, Appl.Phys. Lett. 92 , 191917 (2008). https://doi.org/10.1063/1.293169821. D. S. Kim, B. Han, J. Appl. Phys. 119 , 125104 (2016). https://doi.org/10.1063/1.494480022. Y.H. Choi, G.H. Ryu, H.Y. Ryu, J. Korean Phys. Soc. 69 , 1286 (2016). https://doi.org/10.3938/jkps.69.1286 Выходная световая мощность и спектральное распределение мощности (SPD) были измерены при увеличении тока до 350 мА. На основе измеренных SPD были рассчитаны фотометрические и колориметрические величины в соответствии с процедурой, определенной CIE. ^23,24 23. Публикация CIE, Метод измерения и определения свойств цветопередачи источников света, 13.3 (1995) .24. EF Schubert, Light-Emitting Diodes (2-е издание, Cambridge University Press, Нью-Йорк, 2006), главы 19 и 20. На рисунке 1 (a) показано SPD измеренного образца белого светодиода ПК при температурах 20, 40, 60 и 80 ° C. Спектральные данные на рис. 1 (а) были измерены при 350 мА. SPD образца белого светодиода показывает два спектральных пика, каждый из которых соответствует синему свету, утекающему из светодиодного чипа, и желтому свету, излучаемому люминофором, соответственно.Пиковая длина волны синего света увеличивается с 450 до 453 нм при повышении температуры от 20 до 80 ° C, в то время как длина волны желтого света остается на уровне 555 нм, почти не меняясь с температурой. Мощность излучения как в синей, так и в желтой областях спектра уменьшается с повышением температуры. На рис. 1 (б) показана температурная зависимость световой отдачи (LE) измеренного образца белого светодиода. При повышении температуры от 20 до 80 ° C пик LE, который возникает при ∼30 мА, уменьшается со 135 до 121 лм / Вт, а LE при 350 мА уменьшается с 98 до 89 лм / Вт.Уменьшение LE с температурой может быть связано с уменьшением как эффективности стенной розетки синего светодиодного чипа, так и эффективности преобразования люминофора YAG. Рисунок 2 показывает изменение координат цветности на диаграмме цветности CIE 1931 xy и CCT с температурой для образца белого светодиода ПК на рис. 1. Точки цветности сместились от (0,324, 0,332) до (0,317, 0,324) при повышении температуры от 20 до 80 ° C. Относительное изменение точки цветности составило ∼2%.В этом диапазоне температур CCT увеличилась с 5922 до 6302 K, что соответствует относительному изменению ∼6%. Это изменение температуры в координатах цветности и CCT измеренного белого светодиода ПК составляет примерно половину от белого светодиода MC в Ref. 1414. S. Chhajed, Y. Xi, Y. L. Li, Th. Gessmann, E. F. Schubert, J. Appl. Phys. 97 , 054506 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1852073, подразумевая, что белые светодиоды ПК с люминофором YAG более устойчивы к изменению температуры по сравнению с белыми светодиодами MC.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ЭКСПЕРИМЕНТ III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ … << IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ На рисунке 3 (а) показаны графики значений CRI от R ₁ до R ₈ в зависимости от температуры от 20 до 80 ° C. При повышении температуры значения R ₂ и R ₃ увеличиваются относительно быстро. В частности, R ₃ увеличивается с 84.3 до 91,8 при повышении температуры от 20 до 80 ° C, что соответствует относительному увеличению на ~ 8,5%. Напротив, R ₇ и R ₈ уменьшаются с температурой. R ₇ показывает наибольшее снижение с температурой. Однако относительное уменьшение R ₇ составляет всего ∼1,5% в диапазоне температур от 20 до 80 ° C. Другие значения CRI не демонстрируют заметной температурной зависимости. Тестовые образцы цветов R ₂ и R ₃ соответствуют цвету желтого и зеленого, а образцы R ₇ и R ₈ соответствуют цвету фиолетового и фиолетовый.Будет показано, что спектральная мощность желто-зеленых волн увеличивается с температурой, тогда как спектральная мощность фиолетовых длин волн уменьшается с повышением температуры. На рис. 3 (b) общий индекс цветопередачи, R, , _{, ,} , который получается путем усреднения значений CRI от R ₁ до R ₈ , показан как функция температуры. R _a немного увеличивается с 84,6 до 86,1 при повышении температуры с 20 до 80 ° C.Этот термостойкий R _a белого светодиода ПК противоречит случаю белого светодиода MC, где R _a , как сообщалось, уменьшились с 84 до 72 при той же температуре. диапазон. ¹⁴ 14. S. Chhajed, Y. Xi, Y. L. Li, Th. Gessmann, E. F. Schubert, J. Appl. Phys. 97 , 054506 (2005). На рисунке 4 показаны специальные значения CRI от R ₉ до R ₁₅ в зависимости от температуры.Все специальные CRI демонстрируют возрастающее поведение при температуре от 20 до 80 ° C. В частности, R ₁₀ быстро увеличивается с 59,5 до 71, что соответствует относительному увеличению на ~ 18%. Кроме того, низкое значение R ₉ улучшается с 30,2 до 33,5 при повышении температуры. Хотя R ₉ все еще остается низким значением при повышенной температуре, относительное увеличение R ₉ составляет более 10% от 20 до 80 ° C.Следовательно, общий коэффициент цветопередачи и все специальные коэффициенты цветопередачи белого светодиода ПК с люминофором YAG увеличиваются с повышением температуры, что впервые продемонстрировано в наших экспериментах. LED количественно проанализирована температурная зависимость SPD. На рисунке 5 (а) показано относительное SPD образца белого светодиода ПК при температурах 20, 40, 60 и 80 ° C. Относительное значение SPD для каждой температуры было получено путем деления SPD на рис.1 (а) его пиковой спектральной мощностью около 450 нм. Наблюдается увеличение SPD в диапазоне длин волн от 460 до 520 нм при повышении температуры, что объясняется красным сдвигом спектра синего светодиода и расширением спектра люминофора с повышением температуры. Увеличение спектральной мощности в этой области длин волн, как полагают, способствует общему увеличению R _a и специальных CRI с повышением температуры, особенно для R ₂ , R ₃ , и R ₁₀ .Напротив, спектральная мощность ниже 450 нм немного уменьшается с повышением температуры из-за красного сдвига спектра синего светодиода, что привело к уменьшению R ₇ и R ₈ с температурой. Широко признано, что непрерывное и широкое SPD в видимом диапазоне длин волн является основным требованием для достижения высокого коэффициента цветопередачи. ^13,24–26 13. А. Жукаускас, Р. Вайцекаускас, Ф. Иванаускас, Р. Гаска, М. С. Шур, Appl.Phys. Lett. 80 , 234 (2002). https://doi.org/10.1063/1.143210724. E. F. Schubert, Light-Emitting Diodes (2-е издание, Cambridge University Press, Нью-Йорк, 2006), главы 19 и 20.25. Р. Мирхоссейни, М. Ф. Шуберт, С. Чхаджед, Дж. Чо, Дж. К. Ким и Э. Ф. Шуберт, Opt. Экспресс 17 , 10806 (2009). https://doi.org/10.1364/oe.17.01080626. P. C. Hung и J. Y. Tsao, J. Disp. Technol. 9 , 405 (2013). https://doi.org/10.1109/jdt.2012.2224638 В белых светодиодах для ПК SPD становится все более непрерывным и расширяется с повышением температуры, главным образом из-за относительного увеличения SPD в диапазоне длин волн от 460 до 520 нм.Кроме того, считается, что тот факт, что термическая деградация синего светодиодного чипа InGaN и люминофора YAG не столь значительна вплоть до 80 ° C, также способствует термостабильному коэффициенту цветопередачи. В белых светодиодах MC, напротив, SPD становится менее непрерывным с повышением температуры из-за значительного спектрального красного сдвига и деградации красного светодиода на основе AlGaInP. SPD в красной составляющей существенно уменьшается с повышением температуры, что привело к общему снижению CRI в белых светодиодах MC.Температурно-зависимый SPD также анализируется статистически. Среднее и стандартное отклонение SPD были рассчитаны для каждой температуры. На рисунке 5 (b) показано относительное стандартное отклонение (RSD), которое определяется как отношение стандартного отклонения к среднему значению SPD. RSD будет увеличиваться по мере расширения SPD. Следовательно, ожидается, что связь между RSD и CRI будет иметь положительную корреляцию. RSD SPD на рис. 5 (а) увеличивается с 0,135 до 0,139 при повышении температуры от 20 до 80 ° C.Относительное увеличение RSD составляет ~ 2,5%. Увеличение RSD с температурой означает, что спектральное уширение способствовало общему увеличению CRI белого светодиода ПК с увеличением температуры.

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ЭКСПЕРИМЕНТ III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ … IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ << СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В данной работе мы исследовали температурную зависимость CRI белого светодиода ПК с люминофором YAG от 20 до 80 ° C.Было обнаружено, что большинство значений CRI увеличиваются с увеличением температуры. При повышении температуры с 20 до 80 ° C значения R _и были увеличены с 84,6 до 86,1, а R ₉ увеличились более чем на 10%. В частности, большое увеличение CRI с 59,5 до 71 наблюдалось для R ₁₀ в этом диапазоне температур. Улучшение CRI с температурой объясняется относительным увеличением SPD в диапазоне длин волн от 460 до 520 нм и общим расширением SPD с повышением температуры.Ожидается, что повышенный индекс цветопередачи с температурой для белого светодиода ПК будет преимущественно использоваться для стабильной высокотемпературной работы светодиодных источников света.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность компании AMOLEDS, Inc. за изготовление мощных керамических корпусов светодиодов, использованных в данной работе. Эта работа была поддержана Программой развития технологий наноматериалов через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемой Министерством науки, ИКТ и планирования будущего (2015M3A7B7045490), и Программой фундаментальных научных исследований через NRF Кореи, финансируемой Министерством Образование (2016R1D1A1B03932092).

Праймер для микроскопии молекулярных выражений: свет и цвет

Цветовая температура

Модель цветовой температуры основана на соотношении между температурой теоретического стандартизированного материала, известного как излучатель черного тела , и распределением энергии излучаемого им света, когда температура радиатора переводится от абсолютного нуля к все более высоким температурам. Как следует из названия, излучатели черного тела полностью поглощают все излучение без какой-либо передачи или отражения, а затем повторно излучают всю падающую энергию в виде непрерывного спектра света, представляющего все частоты в электромагнитном спектре.Хотя излучателя черного тела на самом деле не существует, поведение многих металлов очень похоже на поведение теоретического излучателя.

Представьте, что радиатор черного тела нагревается до температуры замерзающей воды, равной 273 кельвина (или K ), нулю градусов Цельсия или 32 градусам Фаренгейта. Явной разницы во внешнем виде радиатора нет. Затем черное тело нагревают до температуры кипящей воды: 373 кельвина, 100 градусов по Цельсию или 212 градусов по Фаренгейту.Тем не менее, никаких изменений внешнего вида не происходит. Однако, если черное тело продолжать нагревать, оно начнет светиться и излучать собственный свет. Когда температура достигнет 3200 кельвинов, излучатель будет излучать свет с диапазоном длин волн видимого света, эквивалентным цветовой температуре спектра, создаваемого вольфрамовой нитью накала, типичного для ламп микроскопов. Нагревание черного тела до еще более высоких температур приведет к излучению широкого спектра цветов, природа которого зависит от температуры.

Абсолютная температура радиатора черного тела выражается в кельвинах (обычно сокращенно K без ссылки на градусы), что эквивалентно градусам Цельсия плюс 273 градуса. Например, 1000 кельвинов (или K) равняются 727 градусам Цельсия. Следовательно, мы можем определить цветовую температуру источника света как значение абсолютной температуры излучателя черного тела, когда цветовой спектр излучателя или цветность совпадает со спектром источника света.В случае люминесцентных ламп, которые могут только приблизительно оценить цветность черного тела, скорректированный член коррелированная цветовая температура применяется через вычисленное значение цветности.

Используя черный металлический горшок в качестве модели радиатора черного тела (см. Рисунок 1), изменения цвета сначала проявляются, когда горшок начинает светиться тускло-красным при нагревании до температуры около 900 К. При повышении температуры до В диапазоне от 1500 K до 2000 K цвет горшка меняет цвет от желтоватого до ярко-красного.При дальнейшем повышении температуры до диапазона выше 3000 К цвет преобразуется в желто-белый (цветовая температура вольфрамовой нити), а при 5000 К и выше у основания горшка появляется голубовато-белый цвет ( цветовая температура дневного света). Постепенное повышение температуры черного тела приводит к смещению большей части излучаемого света в более высокочастотные области (более короткие длины волн) видимого светового спектра.

	Интерактивное учебное пособие по Java

При исследовании явлений цветовой температуры следует учитывать два важных момента.Значение цветовой температуры источника света относится только к внешнему виду источника, но не обязательно описывает эффект, который этот источник будет оказывать на фотографии или цифровые изображения. Кроме того, цветовая температура не учитывает спектральное распределение источника видимого света. В случаях, когда источник света, такой как люминесцентная лампа, дуговая горелка, лазер или газоразрядная лампа, не имеет спектрального распределения, аналогичного спектральному распределению излучателя черного тела, его цветовая температура сама по себе не является надежным средством выбор подходящих фильтров или создание справочных таблиц для корректировок цветового баланса.Следовательно, хотя два разных источника света могут быть описаны как имеющие одинаковую цветовую температуру, экспонированные фотографические эмульсии или цифровые изображения, не имеющие надлежащего баланса белого , настройки базовой линии могут по-разному реагировать на источники. При использовании люминесцентных ламп или аналогичных источников света часто требуется сравнение чувствительности и спектрального выхода по длине волны, чтобы определить правильные фильтры для баланса цветовой температуры.

Концепция цветовой температуры очень важна в традиционной фотографии, где эмульсии пленки должны быть сбалансированы для точной передачи цвета с использованием различных источников света.Например, пленки, предназначенные для использования на улице при обычном дневном свете, флуоресцентном и импульсном освещении, сбалансированы во время производства для цветовой температуры 5500 K, в то время как пленки, предназначенные для использования в помещениях с вольфрамовыми лампами, сбалансированы для цветовой температуры от 3200 K до 3400 K. Среднее значение цветового спектра Солнца в 5 500 К меняется в разные периоды дня, а также зависит от сезона и широты. Ранним утром и поздним вечером цветовая температура упадет до 5000 K и ниже, что приведет к сдвигу цвета, в результате чего цветопередача станет более теплой (красной), известной некоторым фотографам как «золотые часы».Хотя этот широкий разброс цветовой температуры не критичен для приложений оптической микроскопии, он указывает на колебания, которые необходимо учитывать в общих сценариях фотографии и фотографического освещения.

Большинство лампочек, которые используются для внутреннего освещения, имеют ту или иную форму вольфрамовой нити (за исключением люминесцентных ламп) и излучают спектр длин волн с центром в области цветовой температуры 3200 К. Обычные люминесцентные лампы для внутреннего освещения имеют диапазон цветовой температуры от 4000 K до 5000 K, что более близко соответствует условиям дневного освещения.Использование пленок со сбалансированным дневным светом при вольфрамовом освещении сместит все цветовые тона в сторону явно желтого оттенка. Точно так же использование пленок со сбалансированным вольфрамом при дневном освещении сместит цветовые тона в сторону более голубого оттенка. Все основные производители пленки имеют одну или несколько пленок 3200 K, доступных в формате прозрачности 35 мм. Прозрачная пленка предпочтительнее цветной негативной по нескольким причинам. Во-первых, все цветные негативы сбалансированы по цвету для 5500 K, и во время печати с ними нужно работать, чтобы избежать желтого оттенка, упомянутого выше.Большинство фотопроцессоров не могут (или не будут) давать удовлетворительные результаты с микрофотографиями на цветной негативной пленке. Кроме того, контрастность и насыщенность цвета прозрачной пленки не может сравниться с цветной негативной пленкой.

Фотографии клоунов, представленные на рисунке 2, иллюстрируют правильное использование цветового баланса между пленочными эмульсиями и источниками освещения. Клоун в центре (рис. 2 (b)) был сфотографирован при естественном солнечном свете с использованием сбалансированного дневного света (5500 K) Fujichrome Velvia.Используя ту же пленку, клоун слева (рис. 2 (а)) был сфотографирован при вольфрамовом освещении. Обратите внимание, что все оттенки смещены в сторону более длинных волн, и все изображение имеет отчетливый желтый оттенок. Клоун справа (рис. 2 (c)) был сфотографирован при естественном солнечном свете, но на этот раз пленка была сбалансированной по вольфрамовой смеси (3200 K) Fujichrome 64T. В этих условиях изображение имеет общий синий оттенок и выглядит очень неестественно. Тщательно согласовывая условия освещения с пленочной эмульсией, большинство фотографов могут легко получать красивые изображения, которые точно воспроизводят фактические цвета объекта.

Подробная диаграмма цветовой температуры (см. Таблицу 1) может быть ценным ресурсом, помогающим проиллюстрировать диапазон цветов, создаваемых внутренними (искусственными) и внешними (естественный солнечный свет) источниками света. Значения, падающие ниже 3500 K, обычно считаются находящимися в диапазоне tungsten , и нейтральные цвета, просматриваемые при таком освещении, часто кажутся более красными ( теплее ), чем при естественном дневном свете. При цифровой обработке изображений с использованием видеоламп и ПЗС-датчиков цветовая температура становится менее важной, поскольку цифровые технологии устраняют необходимость в фотопленках и присущей им чувствительности к цветовой температуре.Однако электронное оборудование, используемое для захвата цифровых изображений, должно содержать функции, позволяющие регулировать настройку баланса белого для установления базовой линии для цветовой температуры.

Принятая конвенция для оценки источников света в отношении требований к фильтрам для настройки цветового баланса использует обратную величину цветовой температуры, которая обозначается как микровзаимодействующих градусов (или майредов , умноженных на миллион) .Этот количественный подход полезен, потому что данная сумма взаимных единиц приблизительно соответствует одной и той же разнице в цвете для большинства источников света, излучающих в видимом спектре (в диапазоне от 1000 K до 10 000 K). Например, фильтр преобразования цвета, который приводит к снижению цветовой температуры на 100 К в источнике света на 3200 К, будет производить снижение примерно на 1000 К в источнике света на 10000 К. Хотя разница цветовой температуры между преобразованием источников света 10000 K и 3200 K составляет 1000 K и 100 K соответственно, фактическая разница в фильтрации практически такая же, по сравнению с модулями майреда (10 против 11 майредов).

Совсем недавно термин взаимных мегакельвинов ( 1 / MK ) использовался компанией Kodak и другими для замены майредов. Величины цветовой температуры, выраженные в обратных мегакельвинах, имеют то же значение, что и майреды, но число определяется, сначала выражая цветовую температуру в мегакельвинах ( 1 MK = 1 000 000 K ) и взяв обратную величину.

Цветовые температуры обычных источников света

Источники дневного света Цветовая температура (K) Мансардное окно 12000 — 18000 Пасмурное небо 7000 Полдень Солнце / Ясное Летнее Небо 5000 до 7000 Полдень Солнце / Ясное зимнее небо 5500 до 6000 Фотографический дневной свет 5500 Полдень, солнечный свет (дата зависит от даты) 4900 до 5800 Средний солнечный свет в полдень (Северное полушарие) 5400 Солнечный свет на высоте 30 градусов 4500 Солнечный свет на высоте 20 градусов 4000 Солнечный свет на высоте 10 градусов 3500 Восход и закат 3000 Искусственные источники Цветовая температура (K) Белый светодиод 6500 до 9500 Электронная вспышка 5500 до 6500 Ксеноновая горелка 6000 Углеродная дуга белого пламени 5000 Теплые белые люминесцентные трубки 4000 Лампы-вспышки с алюминиевым наполнением (M2, 5 и 25) 3800 500 Вт 3400 K Photoflood 3400 12 В / 100 Вт Вольфрам-галоген при 9 В 3200 12 В / 50 Вт Вольфрам-галоген при 9 В 3200 Бытовая лампа 100 Вт 2900 Бытовая лампа 40 Вт 2650 Газовый свет 2000 до 2200 Свечи (британский стандарт) 2900

Таблица 1

Важный вопрос для микроскописта — как обеспечить, чтобы цветовая температура света, достигающего пленки или датчика изображения, соответствовала цветовой температуре пленки или попадала в диапазон цифровых справочных таблиц.Цветовая температура света, излучаемого нагретой катушкой вольфрамово-галогенной лампы, зависит от напряжения, подаваемого на лампу, чтобы нагреть ее нить. Вольфрамовые и вольфрамово-галогенные лампы излучают непрерывного спектра энергии, что проявляется в относительно постоянной выходной мощности для каждой длины волны. Большая часть энергии, излучаемой этими лампами, находится в длинноволновой части спектра (красный и выше), и впоследствии они выделяют огромное количество тепла, которое не используется для освещения.Фактически, около 90 процентов энергии, излучаемой вольфрамовыми и вольфрамово-галогенными лампами, выделяется в виде инфракрасного излучения и тепла, которое не способствует освещению в видимой области. Ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный спектр типичной вольфрамовой лампы показан на рисунке 3 для трех конкретных цветовых температур. Обратите внимание, что спектральные распределения одинаковы для каждой цветовой температуры, причем соотношение синего и красного увеличивается по мере увеличения цветовой температуры за счет повышения напряжения, подаваемого на лампу.

В таблице 1 указана цветовая температура нескольких распространенных ламп микроскопов и множества других источников света, обеспечивающих естественное или искусственное освещение. Для вольфрамовых и вольфрамово-галогенных ламп, чем больше уставка напряжения понижающего трансформатора микроскопа, тем выше цветовая температура излучаемого света. При повышении напряжения белый свет становится более голубоватым; по мере снижения напряжения свет становится более красновато-желтым. После того, как напряжение для цветной микрофотографии или цифрового изображения было правильно установлено, регулятор напряжения больше не используется для регулировки яркости, потому что такая регулировка повлияет на цветовую температуру пленки или баланс белого на цифровом датчике изображения.Белые светоизлучающие диоды высокой и сверхвысокой интенсивности недавно были представлены в качестве источников света для оптической микроскопии и имеют цветовую температуру в диапазоне от 6500 K до 9500 K, конкурируя с дневным светом (см. Таблицу 1).

Проверка правильно сбалансированного света, соответствующего дизайну пленки или справочной таблице цифровой камеры, заключается в том, чтобы чистый фон микрофотографии или цифрового изображения казался белым. Голубоватый фон указывает на слишком высокую цветовую температуру, а желтоватый фон означает слишком низкую цветовую температуру (см. Рисунки 2 и 7).Чтобы облегчить получение правильных настроек для микрофотографии или цифрового изображения, многие современные микроскопы имеют кнопку фотоэдс , которая при нажатии автоматически устанавливает 12-вольтовую 100-ваттную галогенную лампу на 9 вольт или галогенную лампу 6 вольт 20 ватт на От 5 до 6 вольт для получения света примерно 3200 K. Хотя наиболее распространенные лампы (12 вольт, 100-ваттная галогенная; или 6-вольтовая, 20-ваттная или 30-ваттная галогенная) могут быть настроены на цветовую температуру, близкую к 3200 K, ни одна из этих ламп (кроме ксеноновой и ртутной) не может излучать свет, подходящий для пленок со сбалансированным дневным светом.Чтобы создать свет, имитирующий качество дневного света, на световом пути должен быть установлен фильтр преобразования цвета либо на световом отверстии микроскопа, либо во встроенном держателе.

Фильтры преобразования цвета и балансировки

Наиболее распространенной разновидностью преобразовательных фильтров (создающих большие скачки цветовой температуры) является фильтр Kodak 80A (от 3 200 K до 5 500 K) или соответствующие серии фильтров 80B, 80C, 80D (см. Рисунок 4). Для микроскопов Olympus эквивалентный фильтр со сбалансированным дневным светом называется фильтром LBD, а для микроскопов Nikon фильтр называется фильтром NCB.Преобразовательные фильтры Kodak серии 80 отображают максимум поглощения с центром в области 600-650 видимого спектра, который включает большую часть желтых и красных длин волн. Фильтр 80A имеет самый высокий коэффициент ослабления и, таким образом, поглощая больше красного и желтого света, будет производить наибольший сдвиг эффективной цветовой температуры, за ним следуют фильтры 80B, 80C и 80D.

Для небольшого увеличения цветовой температуры можно использовать голубые фильтры Kodak серии 82. И наоборот, при небольших перепадах цветовой температуры используются светло-желтые фильтры Kodak серии 81.При попытке преобразовать цветовую температуру источника света микроскопа со сбалансированным дневным светом, такого как ксеноновая лампа или импульсная лампа, для использования с цветной пленкой со сбалансированным вольфрамом, вставляется один из подходящих желтых фильтров Kodak серии 85. Хотя гораздо практичнее использовать микроскоп, оснащенный вольфрамово-галогенным источником света, особенно для критической микрофотографии, эти фильтры будут служить в тех случаях, когда невозможно использовать другие лампы (например, микроскопы, оснащенные дуговой горелкой или вспышкой. трубки).

Фильтры «тонкой настройки» (Kodak серии 81, 82 и аналогичные фильтры), полезные для внесения меньших корректировок (от 100 K до 600 K) в цветовую температуру, называются фильтрами балансировки цвета в отличие от цветных фильтров преобразования , которые вызывают большие изменения (несколько тысяч кельвинов) цветовой температуры. Номограмма цветовой температуры может определить соответствующий выбор фильтра, необходимый для преобразования известной начальной цветовой температуры в желаемую цветовую температуру (Рисунок 5).Чтобы использовать этот тип графика, линейка с прямым краем помещается на цветовую температуру исходного источника и поворачивается, чтобы установить желаемую цветовую температуру. Область, где линейка пересекает центральную ось, определяет фильтр, необходимый для преобразования цвета. Более удобный метод определения подходящего фильтра преобразования цветовой температуры для настройки цветового баланса использует калькулятор преобразования цветовой температуры, который можно найти в различных справочных томах по данной теме.

Светло-голубые фильтры Kodak серии 82 (рис. 6) полезны для небольшого постепенного увеличения цветовой температуры источников света, обеспечивающих цветовой баланс от 3200 K до 3400 K. Фильтры этого типа не работают. фактически изменяют цветовую температуру источника света, но полезны для имитации более высокой цветовой температуры в целях микрофотографии. В этой серии четыре фильтра: 82, 82A, 82B и 82C (см. Рисунок 6 для профилей пропускания в видимой области), и каждый последующий фильтр в серии повышает цветовую температуру на дополнительные 100 К.Например, если цветовая температура источника света составляет 3000 K (часто встречается в старых микроскопах с вольфрамовой лампой), микроскопист может отрегулировать видимую цветовую температуру до 3200 K с фильтром 82A для использования с вольфрамовой сбалансированной пленкой типа B. или до 3400 K с фильтром 82C для использования с пленкой типа A. Эти фильтры должны быть неотъемлемой частью набора инструментов любого фотографа.

В ситуациях, когда цветовая температура источника света слишком высока для конкретной пленки, Kodak предлагает фильтры серии 81 (рис. 6).Эти фильтры имеют светло-желтый цвет и создают имитацию постепенного снижения цветовой температуры аналогичным, но противоположным образом, по сравнению с фильтрами серии 82. Поскольку цветовая температура в источниках света микроскопов редко бывает слишком высокой, эти фильтры редко используются в микрофотографии. Исключением является применение фильтров серии 81 для точной настройки микрофотографий, сделанных на пленке со сбалансированным вольфрамом, при использовании источника дневного света, такого как ксеноновая лампа или электронная импульсная лампа.

Некоторые микроскопы оснащены фильтром , синим светом . Этот фильтр не предназначен для микрофотографии, он предназначен для создания серо-голубого фона в поле зрения для комфортного наблюдения. Всегда удаляйте дневные синие фильтры во время сеансов микрофотографии и цифровой обработки изображений или при попытке точной настройки источника света с помощью фильтров балансировки цвета.

Фильтры балансировки цвета и фильтры преобразования цвета можно приобрести в виде стеклянных фильтров различного диаметра или в виде относительно недорогих фильтров Kodak Wratten, которые доступны в тонких, покрытых лаком желатиновых квадратах размером 2 дюйма или 3 дюйма.Фильтры Wratten производятся путем растворения подходящих органических красителей в жидком желатине и покрытия поверхности оптической стеклянной пластины тонкой пленкой раствора. После высыхания желатиновая пленка снимается со стеклянной пластины и покрывается лаком. Изготовленные таким образом желатиновые фильтры имеют толщину 0,1 миллиметра и 0,01 миллиметра и демонстрируют равномерное распределение толщины по ширине, что делает их пригодными для точной работы в оптической микроскопии с незначительным влиянием на качество изображения и практически без увеличения длины оптического пути.

В современных микроскопах, в которых используются вольфрамово-галогенные лампы, цветовая температура, создаваемая лампой, обычно очень близка к 3200 К, но часто снижается с возрастом. Более старые микроскопы, в которых может использоваться ряд различных вольфрамовых или вольфрамово-галогенных ламп на 6 или 12 В от различных производителей, часто отклоняются (иногда заметно) от 3200 К. цветовая температура. В этом случае фактическая цветовая температура источника света обычно неизвестна. Другими факторами, которые могут влиять на цветовую температуру, являются оптическое поглощение, диффузия от фильтров и отражения в оптической системе микроскопа и системе освещения.При возникновении любого из этих обстоятельств цветовая температура освещения на плоскости пленки или поверхности цифрового датчика изображения может заметно отличаться (до 200 K) от температуры, излучаемой лампой. Обычно изменения цветовой температуры, вызванные артефактами в оптической системе микроскопа, имеют тенденцию к снижению (а не к повышению) цветовой температуры.

На практике микроскописты обычно определяют правильные фильтры для регулировки цветовой температуры методом проб и ошибок, особенно при попытке преобразовать освещенность из неизвестного значения около 3200 К в 5500 К для пленок со сбалансированным дневным светом.Хорошей отправной точкой для микроскопов с вольфрамовыми или вольфрамово-галогеновыми лампами являются свето-балансные фильтры Kodak серии 82. Эти фильтры имеют спектры поглощения, которые отображают максимумы с относительно высокими коэффициентами экстинкции в области 625-700 нанометров (см. Рисунок 6), которая покрывает большую часть желтых и красных длин волн видимого спектра. Поглощая более высокий процент падающих на фильтр длинных (красных) видимых длин волн, фильтры Kodak серии 82 способны повышать эффективную цветовую температуру света.

Фильтры серии 81 способны снижать эффективную цветовую температуру света за счет поглощения длин волн в синей (350-500 нанометров; рис. 6) области видимого спектра. Максимум поглощения на 400 нанометров возникает для каждого из фильтров серии 81, причем коэффициент экстинкции для этого максимума периодически увеличивается по мере увеличения плотности фильтра от фильтра 81 до фильтра 81EF. Каждое постепенное увеличение коэффициента ослабления соответствует изменению цветовой температуры примерно на 100 К.Такое же последовательное увеличение коэффициента экстинкции наблюдается в фильтрах серии 82, что также соответствует изменению цветовой температуры на 100 К для этой серии фильтров.

Если начальная цветовая температура неизвестна, следует провести серию тестов (как брекетинг экспозиции в фотографии), чтобы определить точную степень фильтрации, необходимую для приведения источника света микроскопа в желаемый баланс. При использовании пленки со сбалансированным вольфрамом не следует добавлять другие фильтры, но при использовании пленки со сбалансированным дневным светом необходимо вставить фильтр Kodak 80A, Olympus LBD или Nikon NCB в световой тракт до экспериментов с фильтрами Kodak серии 82 для тонкой очистки. -Настройка цветовой температуры.

	Интерактивное учебное пособие по Java

Некоторые микрофотографические камеры более высокого класса (Olympus PM-20 и PM-30) имеют аксессуар для измерения цветовой температуры, который можно использовать для считывания цветовой температуры, когда на пути света размещены различные фильтры, даже при низком уровне освещенности. Шкала на светодиодах ( LED ) указывает контрольную точку, относительно которой будут откалиброваны показания.Модуль цветовой температуры Olympus будет измерять цветовую температуру в диапазоне от 2 500 K до 10 000 K. Измерения цветовой температуры проводятся с образцом, временно удаленным с пути света. Несмотря на свою дороговизну, этот ценный вариант позволяет без всяких догадок определить точную цветовую температуру.

Несколько мест можно использовать для добавления фильтров балансировки цвета на оптический путь микроскопа, но эти фильтры всегда следует добавлять где-нибудь между источником света и конденсатором подэтапа.Некоторые микроскопы оснащены фильтрующим лотком между фонарем и полевой линзой, который может содержать диффузионные фильтры, теплопоглощающие фильтры и фильтры цветокоррекции. Новые микроскопы часто имеют встроенный преобразовательный фильтр дневного света ( LBD для Olympus и NCB для Nikon), расположенный в основании микроскопа, который можно переключать на оптический путь и из него. Многие старые микроскопы имеют фильтрующий лоток, встроенный в основание конденсатора подэтапа, который может содержать один или несколько фильтров цветокоррекции.Во избежание загрязнения и дефектов на поверхности фильтра, отображаемых в плоскости образца, следует уделять особое внимание размещению фильтров на достаточном расстоянии от полевой диафрагмы или любых других сопряженных плоскостей, формирующих изображение.

Калибровка баланса белого в цифровом изображении

Как обсуждалось ранее, на цветовой баланс цифрового изображения сильно влияет спектр длин волн, собранный датчиком изображения CCD или CMOS, независимо от того, размещен ли датчик в камере, телескопе, лазерной скамье или микроскопе.В цветных цифровых камерах, в которых используются эти твердотельные устройства, часто требуется ряд настроек баланса для получения приемлемых цветных изображений, соответствующих цветовой температуре источника освещения.

Человеческий глаз легко приспосабливается к изменяющимся условиям освещения, чтобы идентифицировать белый объект как белый, даже когда окружающая интенсивность и цветовая температура колеблются. Напротив, цифровые камеры требуют тщательного изучения и регулировки амплитуд красного, зеленого и синего ( RGB ) сигналов для получения аналогичных результатов.Большинство цифровых камер требуют измерения и регулировки цветовой температуры, чтобы гарантировать, что белый объект записывается как белый, и чтобы гарантировать, что другие цвета находятся в допустимых пределах. Этот процесс часто называют настройкой баланса белого и является программным и / или аппаратным вариантом на многих цифровых камерах.

Чтобы проиллюстрировать эту точку зрения, на рисунке 7 представлен типичный пример ошибок цветовой температуры (или цветового баланса) в цифровых изображениях, полученных с помощью микроскопа.Светлопольное изображение окрашенной ткани Lumbricus terrestris (обыкновенного дождевого червя) было получено до и после настройки справочных таблиц баланса белого. Перед настройкой баланса белого (рис. 7 (а)) изображение имеет общий зеленый оттенок, который смягчает пятно эозина и гематоксилина и маскирует цвет фона (который должен выглядеть белым или светло-нейтральным серым). После настройки справочных таблиц баланса белого микроскопа яркие цвета пятен лишены каких-либо оттенков и показывают равномерное распределение в ткани (рис. 7 (b)).Кроме того, фон был изменен на очень светлый нейтральный цвет, который обычно наблюдается при визуализации образцов при освещении светлым полем.

Наилучшая коррекция баланса белого часто достигается, когда цифровая камера направлена ​​на белую карту, а не на цветной объект, или образец полностью удален со столика микроскопа для получения равномерно освещенного фона. Установка баланса белого с установленным образцом может привести к тому, что изображения приобретут цветовой оттенок, что может серьезно ухудшить контраст изображения и привести к тому, что цвета будут отличаться от цветов объекта или образца.Кроме того, изображения, просматриваемые в поляризованном свете, дифференциальном интерференционном контрасте, флуоресценции или других методах повышения контрастности, могут представлять большие трудности при настройке цветового баланса. Обычно это происходит, когда фон приобретает оттенок из-за оптической конфигурации камеры или микроскопа. Например, когда в микроскопии поляризованного света между поляризатором и анализатором вставляется пластина замедления первого порядка, все поле обзора становится пурпурным, что очень затрудняет настройку баланса белого или черного.Аналогичный эффект наблюдается при дифференциальной интерференционно-контрастной микроскопии. Во многих случаях значение баланса черного установить намного проще, что приводит к гораздо более резким изображениям с угольно-черным фоном и значительному улучшению общей контрастности изображения.

	Интерактивное учебное пособие по Java

Современные бытовые и научные системы цифровых ПЗС-камер обычно содержат эталонную схему, которая содержит схему цифрового сигнального процессора ( DSP ), предназначенную для электронной регулировки цветового баланса изображений, записываемых датчиком.Схема обработки обеспечивает серию справочных таблиц, которые используются программным обеспечением для настройки красного, зеленого и синего сигналов, чтобы достичь надлежащего цветового баланса для определенной интенсивности освещения и цветовой температуры. Часто справочные таблицы содержат информацию о вольфрамово-галогенных лампах (с различными цветовыми температурами), ртутных и ксеноновых дуговых горелках, импульсных лампах, светодиодах и других распространенных источниках освещения. Система RGB — одна из основных цветовых моделей, используемых для определения и представления цветов в камерах и программном обеспечении с компьютерным управлением.Белый цвет получается путем объединения равных частей всех трех цветов (красного, зеленого и синего) на уровне 100 процентов. Регулировку цветовой температуры можно легко выполнить, отрегулировав уровень интенсивности одного или нескольких из этих основных цветов.

В дополнение к системе камеры компьютер или видеомонитор, используемый для просмотра изображений, часто требует соответствующей регулировки цветовой температуры, чтобы соответствовать информации о цвете, собранной цифровой камерой. Многие пакеты компьютерного программного обеспечения содержат алгоритм точки белого , который позволяет настроить программное обеспечение в соответствии с цветовой температурой, но часто приходится настраивать и оборудование.Компьютерные мониторы обычно имеют внешние настройки, которые позволяют пользователю переключаться между несколькими вариантами цветовой температуры в диапазоне от примерно 9000 K до 5000 K. Эти настройки могут быть изменены для соответствия стандартным условиям просмотра и для обеспечения правильного отображения изображения на экране. представляет собой снимок, сделанный камерой.

В заключение, отсутствие надлежащего баланса цветовой температуры между источником света микроскопа и пленочной эмульсией или датчиком изображения является наиболее частой причиной неожиданных цветовых сдвигов при микрофотографии и цифровой обработке изображений.Если цветовая температура источника света слишком низкая для пленки, микрофотографии будут иметь общий желтоватый или красноватый оттенок и будут выглядеть теплыми . С другой стороны, когда цветовая температура источника света слишком высока для пленки, микрофотографии будут иметь синий оттенок и будут выглядеть холодно . Степень несоответствия будет определять степень этих цветовых сдвигов, при этом большие несоответствия приводят к крайним значениям цветовых вариаций. Возможно, лучшим примером является пленка дневного света, используемая в микроскопе, оборудованном вольфрамово-галогеновым источником освещения без использования фильтров балансировки цвета.В этом случае микрофотографии будут иметь довольно большой сдвиг цвета в сторону более теплых красноватых и желтоватых оттенков. Какими бы проблематичными ни казались эти цветовые сдвиги, их всегда легко исправить с помощью правильного использования фильтров преобразования и балансировки света.

Соавторы

Мортимер Абрамовиц — Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.

Томас Дж.Fellers и Майкл В. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор философии, Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.

---

НАЗАД К ЦВЕТОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1998-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей.Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт поддерживается нашей командой

по графике и веб-программированию
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.

Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18

Счетчик доступа с 1 июня 1998 г .: 74589

Для получения дополнительной информации о производителях микроскопов,

используйте кнопки ниже для перехода на их веб-сайты:

квантовой механики — Как температура связана с цветом?

Позвольте мне порекомендовать статью в Википедии о цветовой температуре, но предупреждаю вас, что, хотя эта статья неплохая, в ней есть несколько вводящих в заблуждение вещей, и, как обычно, вы можете посетить библиотеку или провести более обширное онлайн-исследование.Если вы хотите узнать математику о том, как цвет и температура соотносятся в тепловом излучении, посмотрите отличную статью о законе смещения Вина. (Спойлер: это пиковая длина волны света = постоянная / температура или пиковая частота света = другая, но связанная константа * температура)

1) Если один объект выглядит синим, а другой — красным. Это не всегда означает, что синий объект горячее красного? Это верно?

Совершенно верно.Фактически, большинство цветов, которые мы видим вокруг себя в ходе нормальной жизни, не связаны с температурой таким образом. Физики обнаружили, что спектр излучения, испускаемого объектом, коррелирует с температурой объекта. Если объект достаточно горячий, он излучает видимый свет. Цветовая температура, о которой мы здесь говорим, — это температура, при которой идеальный (черный) излучатель будет излучать излучение той же средней частоты.

Если да, то почему? Большая часть света, который мы видим вокруг себя, не является тепловым; его цвет обусловлен различиями в свойствах различных материалов.Например, молекулы воздуха над нашими головами рассеивают синий свет примерно в восемь раз быстрее, чем красный свет, поэтому мы видим ярко-синий цвет. Чтобы получить свет от чисто теплового источника, который был в некотором среднем смысле «одинаково синим», вам нужно было бы нагреть этот источник примерно до температуры, в четыре раза превышающей температуру фотосферы нашего Солнца.

Единственные источники тепла, которые вы видите в повседневной жизни, — это такие вещи, как провода тостеров или нагревательные змеевики духовки, которые становятся раскаленными, Солнце и неподвижные звезды, а также лампы накаливания.
Все, что вы видите в отраженном свете (включая планеты и Луну, а также все, что вы видите на Земле, что не является раскаленным или более горячим), или рассеянным светом (например, голубым небом), или различными видами не -тепловое излучение (лазеры, светодиоды, люминесцентные лампы, молния). Даже открытое пламя — свет свечей и костра — не является термическим, свеча не находится там, где ее цвет, казалось бы, указывает на тысячи градусов; Если вы хотите увидеть, как работают термокрасители, хороший способ — понаблюдать за работой стеклодувов и заглянуть через маленькое окошко в их печь.

Если вы используете инфракрасные камеры или очки, вы можете увидеть изображение теплового излучения таких объектов, как люди или деревья, или теплый выхлоп автомобиля. Найдите «тепловизионное изображение» в поисковой системе или в библиотеке, и вы найдете несколько изображений, на которых теплые вещи отображаются как яркие, а холодные — темные. Помните, что цвета, которые вы видите на таких изображениях, являются «ложными», вы не можете видеть эти цвета своими глазами, хотя вы можете чувствовать их на своей коже, а некоторые животные, такие как гадюки, могут «видеть» их напрямую с помощью адаптированных органов чувств. к инфракрасному свету.

Примечание:
Как ни странно, когда люди говорят о «цветовой температуре», они могут иметь в виду несколько разных вещей, особенно:

1. коррелированная цветовая температура (CCT) — то есть температура, до которой необходимо нагреть черное тело (идеальный тепловой радиатор), чтобы излучать свет того же среднего цвета.

2. Какая-то «воспринимаемая цветовая температура», которая меняется в зависимости от того, кто выполняет отображение цвета / температуры. Обычно кажется, что это запускает назад из CCT, так что красный и оранжевый являются «горячими» цветами, а синий, фиолетовый и зеленый называются «холодными» цветами, но это не обязательно должна быть простая обратная карта; например, красный цвет может быть назван «теплым», оранжевый — «горячим», зеленый — «холодным», а синий — «холодным».Не существует универсального списка того, как люди оценивают цвета в психологическом или художественном отношении с точки зрения температуры, на самом деле, по мнению визуальных дизайнеров, есть «теплые серые» и «холодные серые», которые не подошли бы даже к шкале CCT. Это означает, что если вы читаете книгу и в ней говорится о горячих или холодных цветах, у вас может не быть реального способа узнать, что это за цвет, если вы не извлечете его из контекста этой конкретной книги.

---

Кроме того, люди видят цвет совсем иначе, чем простой анализатор спектра; наше видение сильно зависит от предыстории и истории.Та же самая частота, которая кажется нам желтой в одном контексте, может казаться зеленой или оранжевой в другом: прочтите «цветовое восприятие» как тему, чтобы узнать больше об этом.

Небо кажется голубым, значит ли это, что оно жаркое?

Нет, здесь ваши сомнения вполне оправданы. Голубое небо не является тепловым источником света. На самом деле, присвоить ему тепловую температуру — это немного лукавит, поскольку есть другой способ измерить «температуру неба» с помощью телескопа, который дает гораздо более разумный ответ.(вы наводите телескоп на участок неба и помещаете своего рода термометр в фокус — уверяю вас, вы не получите 27000 градусов для участка голубого неба таким образом, но вы получите правильную температуру для Солнца .) Было бы лучше просто сказать: «Если вы измеряете профиль интенсивности света в зависимости от частоты для света от этого участка голубого неба, пиковая интенсивность будет бла-бла, что совпадает с пиковой частотой света. испускается чисто тепловым излучением звезды с температурой поверхности 25 000 градусов Цельсия, разве это не интересно? » Или какую-то такую ​​конструкцию.

Обратите внимание, что свет действительно имеет измеряемую температуру еще одним способом, который зависит как от средней частоты света, так и от того, насколько он «термализован». В этом смысле свет от тепловых источников, таких как Солнце или печь, имеет именно ту температуру, о которой вы читали, прежде чем задать вопрос, но свет от других источников, как правило, «холоднее». Флуоресцентный свет будет «холодным», а лазерный свет «очень холодным». Это чувство на самом деле является наиболее последовательным и полезным способом, который я знаю, чтобы говорить о свете и температуре, но, похоже, мало кто использует его, кроме людей, которые на самом деле используют или изучают атомную физику или лазерную физику.Я считаю, что в будущем он, вероятно, станет более популярным, и тогда люди будут гораздо реже говорить непонятные и глупые вещи о температуре голубого неба и так далее.

404

Выберите CountryAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos-Килинг IslandsColombiaComorosCongoCongo Демократической RepublicCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCuraçaoCypressCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard остров и McDonald IslandHondurasHong KongHungaryIcela ndIndiaIndonesiaIran Исламская Республика ofIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyIvory CoastJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKosovoKuwaitKyrgyzstanLao (Народная Демократическая Республика) LatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLithuaniaLuxembourgMacaoMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotte IslandMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorth KoreaNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestine (штат) PanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunion IslandRomaniaRussiaRwandaSaint BarthelemySaint Елены, Вознесения и Тристан-да CunhaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSaint MartinSaint Винсент и GrenadinesSan MarinoSao Томе и ПринсипиСаудовская АравияРеспублика СенегалСербия (Республика) Сейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСинт-МартенСловакияСловенияSol OMON IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth KoreaSouth SudanSpainSri LankaSt Пьер и MiquelonSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyriaTaiwanTajikistanThailandTimor LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабского EmiratesUnited KingdomUnited StatesUnited Штаты Экваторияльная IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVatican cityVenezuelaViet NamVirgin остров, BritishVirgin остров, U.Острова Южный Уоллис и Футуна Западное СамоаЙеменЗамбияЗимбабве Страна / регион * Необходимый

Для чего нужна физика?

«Для чего нужна физика?» Дополнительный кредит доступен в конце этой страницы.Пожалуйста, ответьте до 9:00, вторник, 5 сентября -е , 2000. Цвет и температура Еще одна вещь физика хороша тем, что устанавливает связи между явно не связанными друг с другом предметами. Физика должна все объяснять, верно? Так что все связано ко всему остальному через физику (звучит немного религиозно, не так ли?). Поехали. Цвет связан с частотой (или длина волны) света.Видимый спектр начинается с красного, длина волны = 700 нм и f = 4,3 x 10 14 синий, длина волны = 400 нм и f = 7,5 x 10 14 . Но температура также связана с цветом. Это потому, что горячие вещи излучают свет (например, нить накаливания). Температура объекта влияет на цвет излучаемого света. «Красный «горячие» вещи светятся красным, «раскаленные добела» — белыми. Как это работает? Есть несколько сложных деталей, но вот основа: как мы обсуждали в классе, температура — это мера внутренней энергии материала.Чем горячее материал, тем быстрее его атомы движутся. Но при зарядке излучается свет частицы вибрируют. Если электрон или ион (ядро атома, в том числе его внутренние электроны, но не те, которые связаны со связью) быстро колеблются достаточно, он может излучать свет. Понятно, что чем горячее объект, тем чаще это произойдет, и чем выше будут задействованные частоты. Таким образом, горячий объект, который кажется тускло-красным, холоднее, чем ярко-оранжевый. Еще более горячий объект будет излучать излучение во всем видимом диапазоне. спектр, приводящий к появлению белого цвета (например, нить накала в лампа накаливания).Точное распределение цветов, излучаемых материалом при данной температуре, немного зависит от состава материала. Однако в значительной степени это не так. «Идеальный» спектр известен как «излучение черного тела» или «спектр черного тела». Для абсолютно черного тела с заданной температурой спектр имеет пик на определенной длине волны. Чем горячее тело, тем короче («синее») длина волны на пике. Пример показан на графике Отношение цвет / температура чрезвычайно полезно и имеет много разных процессы и устройства используют взаимосвязь между температурой и цвет.Один из примеров — фотопленка и осветительное оборудование. Цветная пленка содержит светочувствительные химические вещества, которые фиксируют падающий на них свет. Различные химические вещества чувствительны к разным цветам света. Смесь количество этих химикатов на пленке влияет на то, насколько чувствительна пленка видимый спектр. Вам нужен «сбалансированный» фильм, т. Е. он чувствителен к разным цветам в тех же пропорциях, которые присутствуют. Но эти пропорции зависят от источника света! Пленка сбалансирована для солнечного света отличается от пленки, сбалансированной для вспышки.Лампы накаливания разные еще. Производители пленки (Kodak, Fuji и др.) указать баланс пленки, указав температуру света. Например, солнечный свет имеет температуру 5500 К. Ученые также используют цвет как визуальный индикатор температуры, интенсивности излучения или других свойств. Изображения, полученные с помощью радиотелескопов, инфракрасных детекторов или других инструменты могут иметь «цветовую кодировку», чтобы данные можно было легче интерпретировать.На изображении слева показаны данные по «Эль-Ниньо» 1997-98 гг. Это явление, повышение температуры поверхностных вод в восточной части Тихого океана, может нанести серьезный экономический ущерб США и другим странам из-за наводнений и других климатических изменений. Металлурги и другие лица, которым необходимо нагревать материалы до определенной температуры диапазоны используют соотношение температура / цвет, чтобы визуально определить, когда материал «достаточно горячий». Есть довольно стандартная номенклатура: Оранжевый , едва видимый на солнце Температура (° C) Цвет 480 Едва красный в темноте 600 Темно-красный 800 Вишнево-красный 1100 Оранжево-желтый, видимый при ярком солнечном свете 1300 Светло-желтый, почти слепящий, требуются сварочные очки. 1500 Почти белый, слепящий Последний пример — категория устройств, известных как «оптические пирометры». Это тип термометра, который измеряет температуру объекта. измеряя цвет исходящего от него света. То есть это устройство который в количественном отношении выполняет ту же работу, что и ваш глаз качественно. при использовании схемы выше. Вы можете получить больше информации по этой теме в Интернете.Вот несколько поисковых систем 1. Альта Виста 2. Google 3. Северное сияние 4. Спросите Дживса 5. Infoseek И вот несколько хороших ссылок, с которых можно начать. 1. 2. 3. 4. исследовательских вопросов (1 балл за каждый дополнительный балл!) Какая температура имеет «вольфрамовый свет» (который исходит от лампы накаливания) Что такое «Закон смещения Вейна» При каких условиях пирометр будет лучшим выбором для измерения температуры? Что означает «лампа накаливания». Создание этого сайта стало возможным благодаря финансированию Национального научного фонда (DUE-9981111). © 2001 А. Гаврин и Г. Новак, все права защищены.

Излучение черного тела и цветовая температура

Излучение черного тела и цветовая температура

---

---

Введение

Так называемое «излучение черного тела» — очень интересный явление: каждый объект излучает (и поглощает) электромагнитные волны.Спектр этого излучения не зависит от химического состава. материи, но определяется только ее абсолютной температурой T. Термин «черное тело» происходит от теоретической модели объекта, поглощающего все падающее излучение, которое используется для построения уравнений квантовой механики. Оказывается, все объекты ведут себя как черные тела, независимо от того, на самом деле черные или нет.

При температуре окружающей среды большая часть излучаемого спектра находится в длинном диапазоне. волна инфракрасного излучения, которая не видна.С повышением температуры спектр смещается в сторону более коротких волн. При температуре около 900 К часть излучения становится видимой. поскольку присутствуют длины волн в диапазоне 700 нм и объект запускается казаться «раскаленным докрасна».

Если вы представите кузнеца, обрабатывающего раскаленное железо, оно станет красным. потому что его температура составляет около 1000 К, но уголь в печь светится того же цвета, потому что она имеет примерно одинаковую температуру, даже если углерод и железо химически очень разные.

При более высоких температурах цвет излучения будет желтым, белым. и бело-голубой, примерно в соответствии с таблицей ниже. Учтите, что восприятие цвета субъективно и по-разному. авторы сообщают немного разные цвета.

1’000 К	Красный
1’500 К	Красновато-оранжевый
2’000 К	Желтовато-оранжевый
2’800 К	Желтый
3’500 К	Желтовато-белый
4’500 К	Тёплый белый
5’500 К	Белый

На картинке ниже показан гвоздь, раскаленный докрасна при нагревании пропаном. факел: хорошо видно, что самая горячая часть ногтя светится желтым, часть, которая находится за пределами пламени, светится красным, а остальные черные потому что обычные камеры не видят инфракрасное излучение.Красивый синий цвет пламени не из-за излучения черного тела: температура пропановой горелки составляет около 3000 К, поэтому пламя должно светится желтым, но происходящая химическая реакция испускает гораздо более сильный синее излучение, маскирующее слабое желтое свечение. Этот синий цвет зависит от используемых химикатов и могут гореть разные газы. с разными цветами пламени.

---

Спектр черного тела

Спектр излучения черного тела имеет типичную форму колокола, а излучаемые энергия (интеграл кривой) пропорциональна четвертой степени абсолютная температура (T ⁴ ): более горячие тела излучают намного больше.На следующем графике показан спектр для температур от 273 К (От 0 ° C) до 453 K (180 ° C) с шагом 20 ° C.

Спектр излучения задней части тела при 273, 293, 313, 333, 373, 393, 413, 433 и 453 K

Как видно, большая часть излучения находится в длинноволновом инфракрасном диапазоне, значительно больше 5 мкм. В видимом спектре почти ничего не излучается (примерно от 400 до 700 нм). Если бы наши глаза могли видеть длины волн около 10 мкм, не было бы такое понятие, как темнота, так как все предметы при температуре окружающей среды сильно излучает и поглощает в этом диапазоне.

Спектр описывается уравнением Планка:

Где:

На следующем графике показано то же уравнение, построенное для температур от От 1000 К (727 ° C) до 3’250 К (2977 ° C) в С шагом 250 ° C. Более высокие температуры нанесены на отдельный рисунок, чем на предыдущем рисунке. один из-за зависимости T ⁴ : они настолько сильнее, что было бы сложно ценить все вместе.

Спектр излучения задней части тела при 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2250, 2500, 2750, 3000 и 3250 К.

Опять же, большая часть излучения все еще находится в невидимом инфракрасном диапазоне, но теперь значительная часть находится в видимом диапазоне, и свечение можно наблюдаемый.

Чтобы лучше оценить цвет раскаленного объекта как функцию его температуры, на рисунке ниже в увеличенном масштабе показано то же уравнение Планка, показывающее часть видимого спектра и часть ближнего инфракрасного.

Излучение задней части тела в видимой области спектра при 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 и 1250 К.

Как видно, при повышении температуры участок короткого длина излучаемой волны также увеличивается. При 800 К видны только некоторые красные длины волн, но при более высоких температуры начинают проявляться оранжевым и желтым, а при 1250 К наблюдается также немного зеленого и голубого. Воспринимаемый цвет меняется от темно-красного до ярко-красного, оранжевого, желтого и белый, поскольку спектр заполняется всеми цветами.

Обычные горячие тела имеют максимальную температуру ниже 3’500 К, самые горячие находящиеся, вероятно, накаливания (галогенные) лампочки; они излучают желтовато-белый свет.Но есть исключение: у Солнца температура поверхности намного выше, около 5’800 К. Спектр солнечного света похож на черное тело примерно такой же температуры. и мы видим это как белый свет.

---

Вена сменная

Длина волны пика излучения абсолютно черного тела пропорциональна 1 / T и называется «смещением Вина» или «смещением Вина». закон». Другими словами, чем горячее тело, тем короче длина волны. Уравнение Вина приведено ниже:

При построении графика получается следующая гипербола:

Пиковая длина волны излучения абсолютно черного тела как функция температуры.

Это кривая, изображенная синей пунктирной линией над колоколообразной линией. спектры черного тела показаны выше.

---

Цветовая температура

Поскольку в качестве источников света очень часто используются горячие тела, используется цветовая температура. чтобы описать цвет света. Например солнце, лампочка накаливания, свечу, и многие другие источники света можно рассматривать как Радиаторы «черный корпус».

Цветовая температура в фотографии просто измеряется путем сравнения синего и синего цветов. красные компоненты света без точного измерения его спектра, но это все еще выражается в Кельвинах, а значения очень похожи на температуру черное тело.

В следующей таблице приведены несколько примеров цветовой температуры некоторых источников света. источники:

1’500 К	При свечах
2’700 К	Лампа накаливания
3’200 К	Восход / заход солнца
3’400 К	Галогенная лампа накаливания
5’500 К	Солнечный день около полудня
6’000 К	Электронная фотовспышка
7’000 К	Пасмурное небо
10’000 К	Голубое небо

Цветовая температура не обязательно относится к горячему телу: у голубого неба есть очень высокая цветовая температура из-за синего цвета его света, но это просто потому, что красный и желтый свет были отфильтрованы, небо физически очень холодно.Под цветовой температурой следует понимать температуру тела, которое будет генерировать очень похожий цвет света.

Обратите внимание, что горячие тела имеют холодную цветовую температуру и наоборот. Это потому, что мы думаем, что красные предметы горячие, потому что они напоминают нам об огне. и пламя, и мы думаем о синих предметах как о холодных, потому что они напоминают нам о вода и лед. Излучение абсолютно черного тела — это наоборот: светящиеся сине-белые объекты намного горячее, чем красные светящиеся.

---

Заключение

Кратко описаны излучение черного тела и цветовая температура. Речь идет о явлениях, которые довольно обширны и включают много физики: подробнее подробности Я настоятельно рекомендую ознакомиться с книгами, указанными в библиографии раздел.

---

Библиография и дополнительная литература

[1]	Пол А. Типлер. Физический колледж. Worth Publishers Inc., 1987 г., Раздел 29.1.
[2]	Ричард П. Фейнман, Роберт Б. Лейтон и Мэтью Сэндс. Лекции по физике. Окончательное издание, том III, Эддисон – Уэсли, 2006 г., Раздел 4-5.
[3]	А. Даешлер, Г. Кампоново. Elettrotecnica. Edizioni Casagrande, Беллинцона, 1974 г., sezione 11.1.3.

---

---

Учебное пособие по управлению цветом, цветовая температура

Цвет Температура…

Цветовая температура это температура в градусах Кельвина черного тела (свет, излучаемый источником), нагретого для получения определенный цвет света. Это способ описать, как синий или красный источник света есть. Например, свет свечи, имеющий цветовую температуру около 2000K, ближе к красному краю шкалы и считается источник теплого (красноватого) света. Солнечный свет в полдень достигает примерно 5500K и намного холоднее (синее), чем при свечах.Если вы когда-нибудь наблюдал за костром, возможно, вы заметили, что новое пламя приближается от куска дерева обычно красноватые, а угли глубокие в огне имеют тенденцию производить более голубоватое пламя, это происходит потому, что угли горят при более высокой температуре, чем свежее горящие дрова.

Вот базовый диаграмма, показывающая цветовую температуру и ее влияние на цвет изображений.При наведении курсора мыши на любое из четырех изображений внизу шкала слева укажет приблизительный цвет температура для этой сцены. Эти изображения были сфотографированы с цифровая камера установлена ​​на рекордную температуру 5500 Кельвинов. Если бы вы попробовали этот же тест с цифровой камерой, настроенной на автоматический баланс белого, ваша камера автоматически исправит изображения и попытается дать у них у всех нейтральный баланс белого (чтобы они выглядели одинаково).

Цвет яблока и банана меняется в зависимости от цветовой температуры света они рассматриваются при смене теплого на холодный? Как бы изменить Влияние цветовой температуры на вашу способность оценивать цвет цифровая струйная печать?

Базовый понимание цветовой температуры необходимо для правильной оценки и управлять цветом. Невозможно управлять цветом под неправильные условия освещения, особенно отпечатки.

Последний товар о цвете и цветовосприятии. Есть этот мерзкий маленький термин назвал Метамеризм , что многие из вас, возможно, уже слышали. Вы, скорее всего, слышали он упоминается в отношении вывода цифровых изображений, в частности, чернил струйные принтеры. Метамерия — это состояние, при котором два образца с разные спектральные качества выглядят одинаково при разном освещении условия, IE: цветовые температуры.

Важнее термин для понимания здесь — метамеры. Метамеры — два образцы цветов, которые выглядят по-разному в разных условиях освещения. Например, вы делаете струйную печать, которая отлично смотрится (по цвету). под вольфрамовыми лампами, но когда вы смотрите на него на улице при дневном свете условия, в которых проявляется нежелательный цветовой оттенок, просмотрите распечатайте под лампами накаливания, и он снова будет выглядеть нормально.Наш глаз интерпретирует одни и те же чернила на бумаге по-разному в зависимости от условий освещения, а именно цветовая температура.

Цветовая температура и метамерия — важные термины, которые нужно понимать и учитывать в рабочий процесс с управлением цветом. Следующая цветовая тема, которую мы собираемся изучить это цветовых моделей .

Ключ Понятия и терминология… Для дальнейшего обзор всего материала, описанного в этом учебном пособии, проверка Из этой формы обзора

Цвет температура — это способ описать, как синий или красный источник света, он измеряется в градусах Кельвина. No related posts. alexxlab Разное Простые раскраски для детей 2 лет: развиваем мелкую моторику и творческие способности alexxlab 24.11.2024 0 Разное Почему грудничок психует во время кормления: причины и решения alexxlab 23.11.2024 0 Разное Кишечная инфекция при беременности: причины, симптомы, лечение alexxlab 19.11.2024 0 Разное Компот из чернослива для грудничка: польза, рецепты и советы по приготовлению alexxlab 17.11.2024 0 Разное Двойня: особенности родов и выбор между естественными и кесаревым сечением alexxlab 16.11.2024 0 Разное Физиологический насморк у грудничка: симптомы, причины и особенности alexxlab 15.11.2024 0 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт