الإضاءة

اللمعان هو مقياس ضوئي لشدة الإضاءة لكل وحدة مساحة من الضوء المنتقل في اتجاه معين. ^{[ 1 ]} وهو يصف كمية الضوء التي تمر عبر منطقة معينة، أو تنبعث منها، أو تنعكس عنها، وتقع ضمن زاوية مجسمة معينة .

تم توحيد إجراء التحويل من الإشعاع الطيفي إلى الإضاءة بواسطة CIE و ISO . ^{[ 2 ]}

السطوع هو المصطلح الذي يشير إلى الانطباع الذاتي لمعيار قياس الإضاءة الموضوعي (انظر الموضوعية (العلم) §  الموضوعية في القياس لأهمية هذا التباين).

وحدة قياس الإضاءة في النظام الدولي للوحدات هي الكانديلا لكل متر مربع (cd/m² ⁾ . ويُطلق على هذه الوحدة أيضاً اسم النيت (nit ). أما في نظام السنتيمتر-غرام-ثانية (CGS) (الذي سبق النظام الدولي للوحدات)، فالوحدة هي الستيلب ( stilb )، وهي تساوي كانديلا واحدة لكل سنتيمتر مربع أو 10  كيلو كانديلا/ ^م² .

يُستخدم قياس الإضاءة عادةً لوصف الانبعاث أو الانعكاس من الأسطح المستوية ذات الإضاءة المنتشرة . تشير مستويات الإضاءة إلى مقدار الطاقة الضوئية التي يمكن للعين البشرية رصدها عند النظر إلى سطح معين من زاوية رؤية محددة . وبالتالي، تُعد الإضاءة مؤشرًا على مدى سطوع السطح. في هذه الحالة، الزاوية المجسمة محل الاهتمام هي الزاوية المجسمة التي تشكلها بؤبؤة العين .

يُستخدم قياس السطوع في صناعة الفيديو لتحديد سطوع الشاشات. وتصدر شاشة الكمبيوتر النموذجية ما بين50 و300  شمعة/م² ^. تبلغ إضاءة الشمس حوالي1.6 × 10 ⁹  cd/m ² عند الظهر. ^{[ 3 ]}

الإضاءة ثابتة في البصريات الهندسية . ^{[ 4 ]} وهذا يعني أنه بالنسبة لنظام بصري مثالي، فإن الإضاءة عند المخرج هي نفسها الإضاءة عند المدخل.

في الأنظمة البصرية السلبية الحقيقية، يكون سطوع الخرج مساويًا على الأكثر لسطوع المدخل. على سبيل المثال، إذا استخدمنا عدسة لتكوين صورة أصغر من الجسم المصدر، فإن الطاقة الضوئية تتركز في مساحة أصغر، مما يعني أن الإضاءة تكون أعلى في الصورة. ومع ذلك، فإن الضوء في مستوى الصورة يملأ زاوية مجسمة أكبر، لذا يكون السطوع الناتج مساويًا لسطوع المدخل، بافتراض عدم وجود فقد في العدسة. لا يمكن أبدًا أن تكون الصورة "أكثر سطوعًا" من الجسم المصدر.

قد يحدث تلف في شبكية العين عند تعرضها لإضاءة عالية. وقد يحدث هذا التلف نتيجة التسخين الموضعي للشبكية. كما يمكن أن تُسبب التأثيرات الكيميائية الضوئية تلفًا، خاصةً عند الأطوال الموجية القصيرة. ^{[ 5 ]}

تُقدّم سلسلة معايير IEC 60825 إرشاداتٍ بشأن السلامة المتعلقة بتعريض العين لأشعة الليزر، وهي مصادر إضاءة عالية. بينما تُقدّم سلسلة معايير IEC 62471 إرشاداتٍ لتقييم السلامة الضوئية البيولوجية للمصابيح وأنظمة الإضاءة، بما في ذلك وحدات الإنارة. وتُحدّد هذه المعايير على وجه التحديد حدود التعرّض، وتقنية القياس المرجعية، ونظام التصنيف لتقييم ومراقبة المخاطر الضوئية البيولوجية الناتجة عن جميع مصادر الإشعاع الضوئي واسعة النطاق غير المتماسكة التي تعمل بالطاقة الكهربائية، بما في ذلك مصابيح LED ولكن باستثناء أشعة الليزر، في نطاق الأطوال الموجية من200  نانومتر​3000  نانومتر . تم إعداد هذا المعيار كمعيار CIE S 009:2002 من قبل اللجنة الدولية للإضاءة.

مقياس الإضاءة هو جهاز يُستخدم في القياس الضوئي لقياس الإضاءة في اتجاه معين وبزاوية مجسمة محددة . تقيس أبسط الأجهزة الإضاءة في اتجاه واحد، بينما تقيس مقاييس الإضاءة التصويرية الإضاءة بطريقة مشابهة لطريقة تسجيل الكاميرا الرقمية للصور الملونة. ^{[ 6 ]}

يتم تحديد إضاءة نقطة محددة من مصدر ضوئي، في اتجاه محدد، بواسطة المشتق الجزئي المختلط$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} \Sigma \,\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }}}}$$ أين

• L _v هي الإضاءة ( cd / m ² )؛
• d ² Φ _v هو التدفق الضوئي ( lm ) الخارج من المنطقة dΣ في أي اتجاه موجود داخل الزاوية الصلبة dΩ _Σ ؛
• dΣ هي مساحة متناهية الصغر (م ² ) من المصدر تحتوي على النقطة المحددة؛
• dΩ _Σ هي زاوية مجسمة متناهية الصغر ( sr ) تحتوي على الاتجاه المحدد؛ و
• θ _Σ هي الزاوية بين العمودي n _Σ على السطح dΣ والاتجاه المحدد. ^{[ 7 ]}

إذا انتقل الضوء عبر وسط عديم الفقد، فإن الإضاءة لا تتغير على طول شعاع ضوئي معين . وعندما يعبر الشعاع سطحًا عشوائيًا S ، تُعطى الإضاءة بالعلاقة التالية: $${\displaystyle L_{\mathrm {v}}={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} S\,\mathrm {d} \Omega _{S}\cos \theta _{S}}}}$$ أين

• d S هي المساحة المتناهية الصغر لـ S كما تُرى من المصدر داخل الزاوية المجسمة dΩ _Σ ؛
• dΩ _S هي الزاوية المجسمة المتناهية الصغر التي تشكلها dΣ كما تُرى من d S ؛ و
• θ _S هي الزاوية بين العمودي n _S إلى d S واتجاه الضوء.

وبشكل أعم، يمكن تعريف الإضاءة على طول شعاع ضوئي على النحو التالي: $${\displaystyle L_{\mathrm {v} }=n^{2}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} G}}}$$ أين

• d G هو امتداد حزمة ضيقة للغاية تحتوي على الشعاع المحدد؛
• يمثل dΦ _v التدفق الضوئي الذي يحمله هذا الشعاع؛ و
• n هو معامل انكسار الوسط.

يرتبط سطوع السطح العاكس بالإضاءة التي يتلقاها: $${\displaystyle \int _{\Omega _{\Sigma }}L_{\text{v}}\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }=M_{\text{v}}=E_{\text{v}}R,}$$ حيث يغطي التكامل جميع اتجاهات الانبعاث Ω _Σ ،

• M _v هو الإشعاع الضوئي للسطح؛
• E _v هي الإضاءة المستلمة؛ و
• R هي معامل الانعكاس .

في حالة العاكس المنتشر تمامًا (ويُسمى أيضًا عاكس لامبرت )، يكون اللمعان متساوي الخواص، وفقًا لقانون جيب التمام للامبرت . عندئذٍ تكون العلاقة ببساطة $${\displaystyle L_{\text{v}}={\frac {E_{\text{v}}R}{\pi }}.}$$

استُخدمت وحدات قياس متنوعة للسطوع، إلى جانب وحدة الكانديلا لكل متر مربع. ويُعدّ السطوع في جوهره مرادفًا لسطوع السطح ، وهو المصطلح المستخدم في علم الفلك. ويُقاس السطوع بمقياس لوغاريتمي، يُقاس بوحدات القدر لكل ثانية قوسية مربعة (MPSAS).

• الإضاءة النسبية
• رتب المقدار (السطوع)
• انعكاس منتشر
• إيتندي
• قيمة التعريض §  EV كمقياس للسطوع والإضاءة
• انعكاس لامبرتي
• السطوع (اللون)
• Luma ، تمثيل الإضاءة في شاشة الفيديو
• لومن (وحدة)
• الإشعاع ، كمية إشعاعية مماثلة للسطوع
• السطوع ، الانطباع الذاتي عن الإضاءة
• الوهج (الرؤية)

• دليل كوداك لتقدير الإضاءة والسطوع باستخدام مقياس التعريض الضوئي للكاميرا. متوفر أيضاً بصيغة PDF .
• أكاديمية أوتوديسك للتصميم: قياس مستويات الإضاءة (مؤرشف بتاريخ 1 يناير 2018 في أرشيف الإنترنت)