دالة الكفاءة الضوئية

تمثل دالة كفاءة الإضاءة، أو دالة السطوع، متوسط ​​الحساسية الطيفية للإدراك البصري البشري للضوء . وتعتمد هذه الدالة على أحكام شخصية لتحديد أي من زوج من الأضواء ذات الألوان المختلفة أكثر سطوعًا، وذلك لوصف الحساسية النسبية للضوء ذي الأطوال الموجية المختلفة . وهي ليست مرجعًا مطلقًا لأي فرد بعينه، بل هي تمثيل معياري للحساسية البصرية للعين البشرية النظرية . وتُعد ذات قيمة كأساس للأغراض التجريبية، وفي قياس الألوان . وتُطبق دوال كفاءة إضاءة مختلفة في ظل ظروف إضاءة مختلفة، تتراوح من الرؤية النهارية في ظروف الإضاءة الساطعة، مرورًا بالرؤية المتوسطة، وصولًا إلى الرؤية الليلية في ظروف الإضاءة المنخفضة. وعند عدم تحديدها، تشير دالة كفاءة الإضاءة عمومًا إلى دالة كفاءة الإضاءة النهارية.

دالة كفاءة الإضاءة الضوئية CIE y (λ) أو V (λ) هي دالة قياسية وضعتها اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) وتم توحيدها بالتعاون مع المنظمة الدولية للمقاييس ( ISO ) ^{[ 1 ]} ، ويمكن استخدامها لتحويل الطاقة الإشعاعية إلى طاقة ضوئية (أي مرئية). كما أنها تشكل دالة مطابقة الألوان المركزية في فضاء ألوان CIE 1931 .

تُستخدم دالتان لقياس كفاءة الإضاءة بشكل شائع. في ظروف الإضاءة اليومية، تُعدّ دالة الإضاءة الضوئية الأقرب إلى استجابة العين البشرية. أما في ظروف الإضاءة المنخفضة، فتتغير استجابة العين البشرية، وتُطبّق دالة الإضاءة الليلية . وتُعتبر دالة الإضاءة الضوئية هي المنحنى القياسي للجنة الدولية للإضاءة (CIE) المستخدم في فضاء ألوان CIE 1931.

يُعرَّف التدفق الضوئي (أو القدرة المرئية) في مصدر ضوئي بدالة اللمعان الضوئي (بافتراض أنه ساطع بما يكفي لتنشيط الرؤية الضوئية في العينين). وتُحسب المعادلة التالية إجمالي التدفق الضوئي في مصدر ضوئي:

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v}}=683.002\ (\mathrm {lm/W} )\cdot \int _{0}^{\infty }{\overline {y}}(\lambda )\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda ,}$

أين

• Φ _v هو التدفق الضوئي ، بوحدة اللومن؛
• Φ _e,λ هو التدفق الإشعاعي الطيفي ، بالواط لكل نانومتر؛
• y ( λ )، والمعروفة أيضًا باسم V ( λ )، هي دالة الإضاءة، وهي عديمة الأبعاد؛
• λ هو الطول الموجي، بوحدة النانومتر.

رسميًا، يُعرَّف التكامل بأنه حاصل الضرب الداخلي لدالة اللمعان مع توزيع القدرة الطيفية . ^{[ 2 ]} عمليًا، يُستبدل التكامل بمجموع على أطوال موجية منفصلة تتوفر لها قيم مُجدولة لدالة كفاءة الإضاءة. تُوزِّع اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) جداول قياسية بقيم دالة اللمعان على فترات 5 نانومتر، من 380 نانومتر إلى 780 نانومتر . ^{[ cie 1 ]}

تُعايَر دالة الكفاءة الضوئية القياسية إلى قيمة قصوى تساوي واحدًا عند 555 نانومتر (انظر معامل الإضاءة ). وعادةً ما تُقرَّب قيمة الثابت أمام التكامل إلى أقرب عدد صحيح.683  لومن/واط . تأتي القيمة الكسرية الزائدة الصغيرة من عدم التطابق الطفيف بين تعريف اللومن وذروة دالة الإضاءة. يُعرَّف اللومن بأنه يساوي واحدًا عند طاقة إشعاعية قدرها 1/683 واط بتردد 540 تيراهيرتز ، وهو ما يتوافق مع طول موجة قياسي في الهواء يبلغ 555.016 نانومتر بدلاً من555  نانومتر ، وهي ذروة منحنى اللمعان. قيمة y ( λ ) هي0.999997 في​555.016  نانومتر ، لذا فإن القيمة 683/0.999997 = 683.002 هو الثابت الضربي. ^{[ 3 ]}

يرتبط الرقم 683 بالتعريف الحديث (1979) للكانديلا ، وهي وحدة قياس شدة الإضاءة . ^{[ cie 2 ]} وقد جعل هذا الرقم التعسفي التعريف الجديد يعطي أرقامًا مكافئة لتلك الموجودة في التعريف القديم للكانديلا.

لطالما اعتُرف بأن دالة الإضاءة الضوئية CIE 1924 V ( λ )، ^{[ cie 3 ]} والمُدرجة في دوال مطابقة الألوان CIE 1931 كدالة y ( λ )، تُقلل من تقدير مساهمة الطرف الأزرق من الطيف في الإضاءة المُدركة. وقد بُذلت محاولات عديدة لتحسين الدالة القياسية لجعلها أكثر تمثيلاً للرؤية البشرية. ففي عام 1951، قام جود ^{[ 4 ]} بتحسينها، ثم قام فوس بتحسينها في عام 1978 ^{[ 5 ]} ، مما أدى إلى دالة تُعرف باسم CIE VM ( _λ ) ^{[ 6 ]} . وفي الآونة الأخيرة، طوّر شارب وستوكمان وجاجلا وجاجل (2005) دالة تتوافق مع أساسيات مخروط ستوكمان وشارب ^{[ 7 ]} ، وقد رُسمت منحنياتهم في الشكل أعلاه.

وقد طوّر ستوكمان وشارب لاحقًا دالة محسّنة في عام 2011، مع مراعاة تأثيرات التكيف اللوني في ضوء النهار . ^{[ 8 ]} وكشفت دراستهم في عام 2008 ^{[ 9 ] أن "وظائف الكفاءة الضوئية أو V(l) تتغير بشكل كبير مع التكيف اللوني". [ 10 ]}

في حالات الإضاءة المنخفضة جدًا ( الرؤية الليلية )، تتوسط العصي حساسية العين، وليس المخاريط، وتتحول نحو اللون البنفسجي ، حيث تبلغ ذروتها عند حوالي 507 نانومتر في العيون الصغيرة؛ وتكون الحساسية مكافئة لـ1699  لومن/واط ^{[ 13 ]} أو1700  لومن/واط ^{[ 14 ]} عند هذه الذروة. اعتمدت اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) دالة كفاءة الإضاءة القياسية في ظروف الإضاءة الخافتة أو V ′ ( λ ) في عام 1951، استنادًا إلى قياسات أجراها كل من والد (1945) وكروفورد (1949). ^{[ 15 ]}

يُعدّ قياس الإضاءة في الرؤية الشفقية ، وهي نطاق انتقالي واسع بين الرؤية الليلية والرؤية النهارية، أقل توحيدًا. ويُجمع الرأي على إمكانية كتابة هذه الكفاءة الضوئية كمتوسط ​​مرجّح للإضاءة الليلية والشفقية، إلا أن المنظمات المختلفة تُقدّم عوامل ترجيح متباينة. ^{[ 16 ]}

• ترجيح A ومخطط تساوي شدة الصوت ، مفاهيم صوتية ذات صلة
• الحجم الظاهري
• رؤية الألوان
• الكفاءة الكمية ، ما يعادلها في مستشعر الصورة

• مختبر أبحاث ورؤية الألوان - جداول بيانات كفاءة الإضاءة