Słownik barwy światła, chromatyczności i fotometrii

To kompendium przeznaczone jest dla profesjonalistów, inżynierów i naukowców zajmujących się oświetleniem, inżynierią optyczną i nauką o barwie. Każde hasło zawiera precyzyjną definicję, teorię, metodykę pomiaru oraz praktyczne zastosowania w lotnictwie, w odniesieniu do ICAO, CIE i innych autorytatywnych źródeł.

A

Absorpcja (światła)

Absorpcja to proces, w którym materiał pochłania padające promieniowanie elektromagnetyczne (w tym światło widzialne), przekształcając jego energię—zwykle w ciepło, czasem w energię fotochemiczną. Stopień absorpcji zależy od właściwości materiału, długości fali i kąta padania.

Zastosowanie:
Absorpcja wpływa na skład widmowy światła w oświetleniu, fotometrii i kolorymetrii. Na przykład w oświetleniu kabiny samolotu wybiera się materiały o niskiej absorpcji światła widzialnego dla efektywności, a powłoki mogą być tak dobrane, by selektywnie pochłaniały światło w celu redukcji olśnienia lub UV.

Pomiar:
Wyrażana współczynnikiem absorpcji; mierzona spektrofotometrami lub kulami całkującymi. Normy ICAO (Aneks 14) wymagają badania materiałów powierzchniowych dla oświetlenia dróg startowych pod kątem absorpcji, by zapewnić widoczność i wierność barw.

Przykład:
Filtry szare i okulary przeciwsłoneczne wykorzystują kontrolowaną absorpcję do tłumienia światła. W fotometrii stosuje się poprawki związane z absorpcją dla dokładnych pomiarów strumienia świetlnego lub chromatyczności.

B

Ciało doskonale czarne (promiennik Plancka)

Ciało doskonale czarne to idealizowany obiekt, który pochłania całe padające na niego promieniowanie i emituje energię zgodnie z prawem Plancka. Widmo promieniowania zależne jest wyłącznie od temperatury, a długość fali szczytowej przesuwa się odwrotnie proporcjonalnie do temperatury zgodnie z prawem przesunięć Wiena.

Zastosowanie:
Promieniowanie ciała doskonale czarnego stanowi podstawę definicji temperatury barwowej. ICAO określa chromatyczności ciała doskonale czarnego dla oświetlenia lotnisk, zapewniając globalną spójność. Locus Plancka na diagramach chromatyczności służy do określania skorelowanej temperatury barwowej (CCT).

Pomiar:
Źródła ciała doskonale czarnego (np. lampy wolframowe) służą do kalibracji przyrządów fotometrycznych. Ich rozkład mocy widmowej porównuje się ze źródłami rzeczywistymi w celu określenia CCT.

Przykład:
Standardowy iluminant CIE A (2856 K) jest wzorcem opartym na ciele doskonale czarnym do kalibracji i oceny oddawania barw. Wyświetlacze kokpitów korzystają z odniesień do ciała doskonale czarnego dla spójnej bieli.

Jasność

Jasność to subiektywna cecha opisująca, jak jasno dany obszar postrzega ludzki obserwator, niezależnie od jego fizycznej luminancji. Wpływają na nią natężenie światła, adaptacja oka, tło i kontrast; jasność jest zjawiskiem percepcyjnym, nie bezpośrednio mierzalną wartością fizyczną.

Zastosowanie:
Luminancja (cd/m²) jest fizycznym odpowiednikiem, ale percepcja ludzka może się różnić w wyniku efektu Purkiniego czy olśnienia. ICAO określa minimalną luminancję i jednolitość dla oświetlenia lotnisk, by zapewnić wymaganą jasność z punktu widzenia pilota.

Pomiar:
Luminancjometry lub fotometry obrazowe dostarczają obiektywnych pomiarów. Testy psychofizyczne badają zależność postrzeganej jasności od luminancji.

Przykład:
Światła krawędzi pasa startowego muszą spełniać minimalne wartości luminancji dla widoczności, z uwzględnieniem tłumienia atmosferycznego. Jasność oświetlenia kokpitu jest regulowana, by zapobiec olśnieniu i zachować widzenie nocne.

C

Kandela (cd)

Kandela (cd) to podstawowa jednostka SI światłości—mocy światła emitowanej przez źródło w określonym kierunku na jednostkę kąta bryłowego (steradian), z uwzględnieniem funkcji świetlnej V(λ) dla widzenia fotopowego człowieka.

Zastosowanie:
Kandela określa kierunkową emisję świateł sygnałowych i nawigacyjnych. ICAO ustala minimalne/maksymalne wartości kandeli dla oświetlenia lotniczego, by zapewnić widoczność i unikać olśnienia.

Pomiar:
Mierzona za pomocą goniofotometrów lub stanowisk fotometrycznych, ustawiając czujnik pod określonymi kątami i mierząc strumień na jednostkę kąta bryłowego.

Przykład:
Światła osi pasa startowego muszą emitować co najmniej 200 cd w głównym kierunku wiązki, zgodnie z ICAO Aneks 14. Światła antykolizyjne samolotów są oceniane w kandelach dla widoczności pod określonymi kątami.

Chromatyczność

Chromatyczność określa właściwości barwy niezależnie od luminancji—precyzuje odcień i nasycenie. Przedstawiana przez pary współrzędnych (x, y) w CIE 1931 lub (u’, v’) w CIE 1976.

Zastosowanie:
Kluczowa dla specyfikacji barwy w oświetleniu, wyświetlaczach i nauce o materiałach. Normy lotnicze definiują obszary chromatyczności świateł sygnałowych, by zapewnić rozróżnialność barw ze względów bezpieczeństwa.

Pomiar:
Wyznaczana na podstawie wartości trójbodźcowych (X, Y, Z) przy użyciu funkcji zgodności barw CIE. Przyrządy takie jak spektroradiometry mierzą rozkład mocy widmowej w celu obliczenia chromatyczności.

Przykład:
ICAO definiuje granice chromatyczności zieleni dla świateł dróg kołowania. Produkcja LED wymaga ścisłej kontroli chromatyczności, by uniknąć widocznych różnic barw.

Współrzędne chromatyczności

Wartości liczbowe określające położenie barwy w diagramie chromatyczności—(x, y) w CIE 1931, (u’, v’) w CIE 1976 UCS.

Zastosowanie:
Umożliwiają precyzyjne komunikowanie i określanie tolerancji barw w produkcji i regulacjach. ICAO definiuje dopuszczalne współrzędne dla zgodności oświetlenia lotniczego.

Obliczanie:
Na podstawie wartości trójbodźcowych:

• x = X/(X+Y+Z)
• y = Y/(X+Y+Z)
• u’ = 4X/(X+15Y+3Z)
• v’ = 9Y/(X+15Y+3Z)

Przykład:
Moduły LED do wnętrz samolotów są testowane pod kątem współrzędnych (x, y) dla zapewnienia jednorodności barwy.

Diagram chromatyczności

Dwuwymiarowa graficzna reprezentacja wszystkich postrzegalnych chromatyczności. Najpopularniejsze są diagramy CIE 1931 (x, y) i CIE 1976 (u’, v’). Locus spektralny wyznacza granicę barw widmowych.

Zastosowanie:
Stosowany w projektowaniu, kalibracji i regulacji oświetlenia oraz wyświetlaczy. Normy ICAO i CIE definiują obszary barw dla zgodności.

Wizualizacja:
Diagram CIE 1931 ma kształt podkowy; locus Plancka wyznacza przebieg temperatur barwowych.

Przykład:
Certyfikacja nowych świateł LED do pasa startowego obejmuje wykreślenie ich chromatyczności dla potwierdzenia zgodności z granicami ICAO.

CIE (Commission Internationale de l’Éclairage)

CIE to międzynarodowy autorytet w dziedzinie norm dotyczących światła i barwy. Ustanawia systemy i nazewnictwo dla fotometrii, kolorymetrii i radiometrii, będąc podstawą dla norm ICAO, ISO i IES.

Kluczowe osiągnięcia:

• Standardowy obserwator CIE 1931 i funkcje zgodności barw
• Standardowe iluminanty (A, D65 itd.)
• Definicje chromatyczności, temperatury barwowej, oddawania barw
• Protokoły pomiarowe dla jednostek fotometrycznych

Przykład:
Specyfikacje barw ICAO dla oświetlenia dróg startowych oparte są na normach CIE, zapewniając globalną spójność i bezpieczeństwo.

Standardowy obserwator CIE 1931

Matematyczny model średniej odpowiedzi oka ludzkiego na barwy w warunkach widzenia fotopowego (dziennego), oparty na funkcjach zgodności barw (x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)) dla pola widzenia 2° (obszar dołka środkowego).

Zastosowanie:
Podstawa wszystkich obliczeń kolorymetrycznych—wartości XYZ, współrzędnych chromatyczności oraz przestrzeni barw. ICAO wymaga stosowania obserwatora CIE 1931 przy certyfikacji oświetlenia lotniczego.

Pomiar:
Przyrządy kolorymetryczne wykorzystują te funkcje do wyznaczania wartości XYZ na podstawie pomiarów widmowych.

Przykład:
Spektroradiometr mierzy SPD świateł nawigacyjnych, stosując funkcje CIE 1931 do obliczenia współrzędnych barw zgodnie z wymaganiami regulacyjnymi.

Współrzędna barwy

Wartość liczbowa (lub zestaw) określająca położenie bodźca barwowego w przestrzeni barw lub diagramie chromatyczności—(x, y) w CIE 1931, (u’, v’) w CIE 1976, (L*, a*, b*) w CIE Lab*.

Zastosowanie:
Stosowana do specyfikacji barw, produkcji, projektowania oświetlenia i zgodności z normami. Światła lotnicze są określone przez konkretne współrzędne barw w dokumentach ICAO.

Przykład:
Światła dróg kołowania są testowane w partiach pod kątem współrzędnych (x, y), by potwierdzić emisję określonego odcienia zieleni.

Funkcje zgodności barw

Znormalizowane krzywe czułości spektralnej (x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)) opisujące odpowiedź standardowego obserwatora CIE na światło monochromatyczne. Określają, ile każdego z barw podstawowych potrzeba do wyrównania danej długości fali.

Zastosowanie:
Stanowią matematyczną podstawę przekształcania SPD na wartości trójbodźcowe XYZ, używane w obliczeniach kolorymetrycznych.

Pomiar:
Stosowane jako współczynniki wagowe do mierzonych SPD w zakresie 380–780 nm.

Przykład:
SPD świateł ostrzegawczych samolotu jest mnożony przez funkcje zgodności barw, by potwierdzić zgodność chromatyczności.

Kolorymetria

Nauka o ilościowym opisie i pomiarze postrzegania barw przez człowieka z użyciem znormalizowanych systemów i wartości liczbowych. Obejmuje przestrzenie barw, metody pomiarowe oraz przekształcenia matematyczne łączące światło fizyczne z percepcją barwy.

Zastosowanie:
Podstawa specyfikacji i kontroli jakości barw w oświetleniu i wyświetlaczach. Normy ICAO i CIE wykorzystują metody kolorymetryczne do określania dopuszczalnych parametrów oświetlenia lotniczego.

Pomiar:
Obejmuje pomiar SPD, zastosowanie funkcji zgodności barw oraz obliczanie wartości trójbodźcowych, chromatyczności i skorelowanej temperatury barwowej.

Przykład:
Światła nawigacyjne LED są oceniane kolorymetrycznie pod kątem zgodności z ICAO.

Oddawanie barw (Wskaźnik oddawania barw, CRI)

Oddawanie barw opisuje, jak wiernie źródło światła odwzorowuje barwy obiektów w porównaniu do wzorca. Wskaźnik oddawania barw (CRI, Ra) to miara CIE (0–100) określająca tę właściwość.

Zastosowanie:
Kluczowe w środowiskach, gdzie dokładność postrzegania barw jest istotna—kabiny samolotów, centra sterowania, oznakowanie. ICAO i IES zalecają minimalny CRI dla oświetlenia wnętrz/na zewnątrz ze względów bezpieczeństwa i czytelności.

Pomiar:
Oceniany przez oświetlanie standardowych próbek barwnych, pomiar różnic koloru względem wzorca i uśrednianie pierwszych ośmiu barw testowych.

Przykład:
Oświetlenie kabin pasażerskich w samolotach ma określony CRI powyżej 80, dla komfortu i prawidłowego postrzegania kolorów oznaczeń bezpieczeństwa.

Przestrzeń barw

Matematyczny system definiujący zbiór barw jako kombinacje współrzędnych. Najczęstsze przestrzenie: CIE XYZ (niezależna od urządzeń), sRGB (wyświetlacze), CIE Lab* (percepcyjnie jednorodna).

Zastosowanie:
Ułatwia spójną komunikację barw pomiędzy urządzeniami i mediami. Oświetlenie lotnicze, wyświetlacze i materiały odwołują się do przestrzeni barw przy specyfikacji technicznej i zgodności.

Przykład:
Wyświetlacze kokpitów samolotów kalibrowane są w sRGB dla prawidłowej prezentacji symboli i ostrzeżeń.

Temperatura barwowa

Temperatura w kelwinach (K) ciała doskonale czarnego, które emituje światło o barwie najbardziej zbliżonej do badanego źródła. Opisuje odcień światła białego, od ciepłego (niskie K) do chłodnego (wysokie K).

Zastosowanie:
Określa odcień białego światła w projektowaniu oświetlenia. ICAO odnosi się do temperatury barwowej w rozróżnianiu klas białego oświetlenia lotnisk.

Pomiar:
Wyznaczana przez dopasowanie chromatyczności źródła do locus Plancka na diagramie chromatyczności.

Przykład:
Światła krawędzi pasów startowych mogą być określone na 4000–6500 K dla neutralnej lub chłodnej bieli, maksymalizując widoczność.

Skorelowana temperatura barwowa (CCT)

CCT to temperatura ciała doskonale czarnego, którego chromatyczność jest najbliższa chromatyczności źródła niebędącego ciałem doskonale czarnym (np. LED), wyrażana w kelwinach (K). Służy do opisu odcienia światła białego, gdy źródło nie emituje idealnego promieniowania ciała czarnego.

Zastosowanie:
CCT określa “biel” diod LED, świetlówek czy innych źródeł projektowanych. W lotnictwie CCT gwarantuje spójny wygląd świateł sygnałowych i pasa startowego, nawet przy nowoczesnych źródłach niebędących ciałem czarnym.

Pomiar:
Chromatyczność źródła jest nanoszona na diagram, a CCT wyznacza się jako najbliższy punkt na locus Plancka.

Przykład:
Światła LED na pasach startowych mają określone CCT, by ich biel odpowiadała istniejącym systemom żarowym.

Ten słownik będzie rozwijany wraz z rozwojem technologii oświetleniowej, nauki o pomiarach i norm.