Slovník farby svetla, chromatickosti a fotometrie

Táto referenčná príručka je určená pre odborníkov, inžinierov a vedcov v oblasti osvetlenia, optického inžinierstva a vedy o farbách. Každý pojem ponúka presnú definíciu, teóriu, metodológiu merania a praktické letecké aplikácie s odkazom na ICAO, CIE a ďalšie autoritatívne zdroje.

A

Absorpcia (svetla)

Absorpcia je proces, pri ktorom materiál zachytáva dopadajúce elektromagnetické žiarenie (vrátane viditeľného svetla) a premieňa jeho energiu—zvyčajne na teplo, niekedy na fotochemickú energiu. Miera absorpcie závisí od vlastností materiálu, vlnovej dĺžky žiarenia a uhla dopadu.

Aplikácia:
Absorpcia ovplyvňuje spektrálne zloženie svetla v osvetlení, fotometrii a kolorimetrii. Napríklad pri osvetlení kabíny lietadla sa na účinnosť vyberajú materiály s nízkou absorbciou viditeľného svetla, kým povrchové úpravy môžu cielene absorbovať určité zložky na zníženie oslnenia alebo UV žiarenia.

Meranie:
Kvantifikuje sa absorpčným koeficientom; meria sa spektrofotometrami alebo integračnými guľami. Normy ICAO (Príloha 14) vyžadujú testovanie povrchových materiálov pre osvetlenie dráh na absorpciu, aby bola zaistená viditeľnosť a vernosť farieb.

Príklad:
Neutrálne hustotné filtre a slnečné okuliare využívajú riadenú absorpciu na tlmenie svetla. Vo fotometrii sa vykonávajú korekcie na absorpciu pre presnosť merania svetelného toku alebo chromatickosti.

B

Čierne teleso (Planckov radiátor)

Čierne teleso je idealizovaný objekt, ktorý absorbuje všetko dopadajúce žiarenie a znovu vyžaruje energiu podľa Planckovho zákona. Jeho vyžarované spektrum je určené výlučne teplotou, pričom maximálna vlnová dĺžka sa mení nepriamo úmerne teplote podľa Wienovho posuvného zákona.

Aplikácia:
Žiarenie čierneho telesa je základom pre definície farebnej teploty. ICAO stanovuje chromatickosti čierneho telesa pre osvetlenie letísk, čím zabezpečuje globálnu konzistenciu. Planckova trajektória v chromatických diagramoch sa používa na určenie korelovanej farebnej teploty (CCT).

Meranie:
Zdrojmi čierneho telesa (napr. volfrámové lampy) sa kalibrujú fotometrické prístroje. Ich spektrálne rozloženie sa porovnáva so skutočnými zdrojmi na určenie CCT.

Príklad:
CIE štandardný iluminant A (2856 K) je referenčný zdroj založený na čiernom telese pre kalibráciu a hodnotenie podania farieb. Displeje v kokpite používajú referencie čierneho telesa na dosiahnutie konzistentnej bielej.

Jas

Jas je subjektívna vlastnosť popisujúca, ako svetelne sa oblasť javí ľudskému pozorovateľovi, bez ohľadu na jej fyzikálnu luminanciu. Je ovplyvnený intenzitou svetla, adaptáciou pozorovateľa, pozadím a kontrastom; jas je vnímaný jav, nie priamo merateľná fyzikálna veličina.

Aplikácia:
Luminancia (cd/m²) je fyzikálnou veličinou, ale ľudské vnímanie sa môže líšiť vplyvom javov ako Purkyňov efekt alebo oslnenie. ICAO stanovuje minimálnu luminanciu a rovnomernosť pre osvetlenie letísk, aby bola zaistená vnímaná jasnosť a bezpečnosť pilotov.

Meranie:
Luminančné metre alebo obrazové fotometre poskytujú objektívne hodnoty. Psychofyzikálne testy vzťahujú vnímaný jas k luminancii vo výskume.

Príklad:
Bočné svetlá dráhy musia dosahovať minimálnu luminanciu kvôli viditeľnosti, pričom sa zohľadňuje atmosférické zoslabovanie. Jas osvetlenia v kokpite sa nastavuje, aby sa predišlo oslneniu a zachovalo nočné videnie.

C

Kandela (cd)

Kandela (cd) je základná jednotka SI pre svietivosť—svetelný výkon vyžarovaný zdrojom v určitom smere na jednotkový priestorový uhol (steradián), vážený podľa funkcie V(λ) pre fotopické videnie človeka.

Aplikácia:
Kandela kvantifikuje smerový výkon signalizačných a navigačných svetiel. ICAO určuje minimálne a maximálne hodnoty v kandeloch pre letecké osvetlenie kvôli zabezpečeniu viditeľnosti aj prevencie oslnenia.

Meranie:
Meria sa goniometrami alebo fotometrickými stolmi, pričom senzor sa nastavuje do konkrétnych uhlov a kvantifikuje sa tok na priestorový uhol.

Príklad:
Stredové svetlá dráhy musia vyžarovať aspoň 200 cd v hlavnom zväzku podľa ICAO Prílohy 14. Protisrážkové svetlá lietadiel sa hodnotia v kandeloch podľa viditeľnosti z určených uhlov.

Chromatickosť

Chromatickosť určuje kvalitu farby nezávisle od jasu—definuje odtieň a sýtosť. Vyjadruje sa dvojicou súradníc (x, y) v CIE 1931 alebo (u’, v’) v CIE 1976 diagramoch.

Aplikácia:
Základ pre špecifikáciu farieb v osvetlení, displejoch a materiálovom inžinierstve. Letecké normy definujú chromatické oblasti pre signalizačné svetlá, aby boli farby rozlíšiteľné pre bezpečnosť.

Meranie:
Odvodené z tristimulových hodnôt (X, Y, Z) pomocou CIE funkcií zhodnosti farieb. Prístroje ako spektro-radiometre merajú spektrálne rozloženia výkonu na výpočet chromatickosti.

Príklad:
ICAO definuje hranice chromatickosti zelenej pre svetlá pojazdných dráh. Výroba LED vyžaduje presnú kontrolu chromatickosti, aby sa predišlo viditeľným farebným rozdielom.

Chromatické súradnice

Číselné hodnoty, ktoré určujú polohu farby v chromatickom diagrame—(x, y) v CIE 1931, (u’, v’) v CIE 1976 UCS.

Aplikácia:
Používajú sa na presnú komunikáciu a špecifikáciu tolerancií farieb vo výrobe a regulácii. ICAO stanovuje povolené súradnice pre zhodu leteckého osvetlenia.

Výpočet:
Z tristimulových hodnôt:

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

Príklad:
LED moduly pre interiéry lietadiel sa testujú na (x, y) súradnice pre zabezpečenie farebnej jednotnosti.

Chromatický diagram

Dvojrozmerné grafické znázornenie všetkých vnímateľných chromatickostí. Najbežnejšie sú diagramy CIE 1931 (x, y) a CIE 1976 (u’, v’). Spektrálny obvod tvorí hranicu čistých spektrálnych farieb.

Aplikácia:
Používa sa v návrhu, kalibrácii a regulácii osvetlenia a displejov. Normy ICAO a CIE definujú farebné oblasti pre súlad s predpismi.

Vizualizácia:
Diagram CIE 1931 má tvar podkovy; Planckova trajektória zobrazuje priebeh farebnej teploty.

Príklad:
Certifikácia nových LED svetiel dráh zahŕňa vykreslenie ich chromatickosti pre overenie splnenia hraníc ICAO.

CIE (Commission Internationale de l’Éclairage)

CIE je medzinárodnou autoritou pre normy merania svetla a farieb. Stanovuje systémy a názvoslovie pre fotometriu, kolorimetriu a radiometriu, ktoré tvoria základ noriem ICAO, ISO a IES.

Kľúčové príspevky:

• CIE 1931 štandardný pozorovateľ a funkcie zhodnosti farieb
• Štandardné iluminanty (A, D65, atď.)
• Definície chromatickosti, farebnej teploty, podania farieb
• Metodiky merania fotometrických jednotiek

Príklad:
Farebné špecifikácie ICAO pre osvetlenie dráh vychádzajú z noriem CIE, čím zaisťujú globálnu zhodu a bezpečnosť.

CIE 1931 štandardný pozorovateľ

Matematický model priemernej farebnej odozvy ľudského oka za fotopických (denných) podmienok, založený na funkciách zhodnosti farieb (x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)) pre 2° zorné pole (foveálna oblasť).

Aplikácia:
Referenčný model pre všetky kolorimetrické výpočty—hodnoty XYZ, chromatické súradnice a farebné priestory. ICAO vyžaduje použitie CIE 1931 pozorovateľa pre certifikáciu leteckého osvetlenia.

Meranie:
Kolorimetrické prístroje používajú tieto funkcie na odvodenie hodnôt XYZ zo spektrálnych meraní.

Príklad:
Spektroradiometer meria SPD navigačných svetiel a aplikuje funkcie CIE 1931 na výpočet farebných súradníc pre regulačný súlad.

Farebná súradnica

Číselná hodnota (alebo súbor hodnôt) určujúca polohu farebného podnetu v priestore farieb alebo chromatickom diagrame—(x, y) v CIE 1931, (u’, v’) v CIE 1976, (L*, a*, b*) v CIE Lab*.

Aplikácia:
Používa sa na špecifikáciu farieb, výrobu, návrh osvetlenia a súlad s normami. Letecké svetlá sú definované konkrétnymi farebnými súradnicami v dokumentoch ICAO.

Príklad:
Svetlá pojazdných dráh sa testujú v dávkach na (x, y) súradnice na potvrdenie emisnej zelenej podľa špecifikácie.

Funkcie zhodnosti farieb

Štandardizované spektrálne krivky citlivosti (x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)), ktoré predstavujú odozvu CIE štandardného pozorovateľa na monochromatické svetlo. Určujú, koľko primárnych zložiek je potrebných na zhodu s danou vlnovou dĺžkou.

Aplikácia:
Tvoria matematický základ na premenu SPD na tristimulové hodnoty XYZ používané vo všetkých kolorimetrických výpočtoch.

Meranie:
Aplikujú sa ako váhové faktory na merané SPD v rozsahu 380–780 nm.

Príklad:
SPD výstražných svetiel lietadiel sa násobia funkciami zhodnosti, aby sa overila chromatická zhoda.

Kolorimetria

Veda o kvantifikácii a popise ľudského vnímania farieb pomocou štandardizovaných systémov a číselných deskriptorov. Zahŕňa farebné priestory, metodiky merania a matematické transformácie spájajúce fyzikálne svetlo s vnímanou farbou.

Aplikácia:
Základ pre špecifikáciu a kontrolu kvality farieb v osvetlení a displejoch. ICAO a CIE normy používajú kolorimetrické metódy na definovanie prijateľných parametrov leteckého osvetlenia.

Meranie:
Zahŕňa meranie SPD, aplikáciu funkcií zhodnosti farieb a výpočet tristimulových hodnôt, chromatickosti a korelovanej farebnej teploty.

Príklad:
LED navigačné svetlá sa hodnotia kolorimetrickou analýzou na zaistenie zhody s ICAO.

Podanie farieb (Index podania farieb, CRI)

Podanie farieb popisuje, ako verne svetelný zdroj reprodukuje farby predmetov v porovnaní s referenčným zdrojom. Index podania farieb (CRI, Ra) je metrika CIE (0–100), ktorá túto vlastnosť kvantifikuje.

Aplikácia:
Kľúčové v prostrediach, kde záleží na presnosti farieb—kabíny lietadiel, riadiace miestnosti a značenie. ICAO a IES odporúčajú minimálnu hodnotu CRI pre vnútorné/vonkajšie osvetlenie na podporu bezpečnosti a vizuálnej jasnosti.

Meranie:
Hodnotí sa osvetlením štandardných farebných vzoriek, meraním farebných rozdielov oproti referenčnému zdroju a spriemerovaním prvých ôsmich testovacích farieb.

Príklad:
Osvetlenie kabíny osobných lietadiel je špecifikované s CRI nad 80 pre komfort a presné vnímanie farieb bezpečnostných označení.

Farebný priestor

Matematický systém definujúci množinu farieb ako kombinácie súradníc. Bežné priestory: CIE XYZ (nezávislý od zariadenia), sRGB (displeje), CIE Lab* (perceptuálne jednotný).

Aplikácia:
Umožňuje konzistentnú komunikáciu farieb naprieč zariadeniami a médiami. Letecké osvetlenie, displeje a materiály odkazujú na farebné priestory pre technickú špecifikáciu a súlad.

Príklad:
Displeje v kokpite lietadla sa kalibrujú v sRGB, aby bol vzhľad symbolov a výstrah správny.

Farebná teplota

Teplota v kelvinoch (K) čierneho telesa, ktoré vyžaruje svetlo s farbou najpodobnejšou danému svetelnému zdroju. Popisuje odtieň bieleho svetla od teplého (nízke K) po studené (vysoké K).

Aplikácia:
Špecifikuje odtieň bieleho svetelného zdroja v návrhu osvetlenia. ICAO používa farebnú teplotu na rozlíšenie tried bieleho osvetlenia letísk.

Meranie:
Určuje sa priradením chromatickosti zdroja k Planckovej trajektórii v chromatickom diagrame.

Príklad:
Bočné svetlá dráh môžu byť špecifikované v rozmedzí 4000–6500 K pre neutrálnu až studenú bielu a maximálnu viditeľnosť.

Korelovaná farebná teplota (CCT)

CCT je teplota čierneho telesa, ktorého chromatickosť najviac zodpovedá chromatickosti zdroja, ktorý nie je čiernym telesom (napr. LED), vyjadrená v kelvinoch (K). Používa sa na opis odtieňa bieleho svetla pri zdrojoch, ktoré nevyžarujú dokonalé žiarenie čierneho telesa.

Aplikácia:
CCT určuje „belosť“ LED, žiariviek alebo iných technických svetiel. V letectve CCT zabezpečuje konzistentný vzhľad signalizačných a dráhových svetiel aj pri moderných zdrojoch, ktoré nie sú čiernym telesom.

Meranie:
Chromatickosť zdroja sa vykreslí do diagramu a CCT sa určí podľa najbližšieho bodu na Planckovej trajektórii.

Príklad:
LED dráhové svetlá sú špecifikované podľa CCT, aby ich biela korešpondovala s existujúcimi žiarovkovými systémami.

Tento slovník bude naďalej rozširovaný s vývojom technológií osvetlenia, meracích vied a noriem.