الإشعاع والإضاءة - Radiance and Luminance

ما هو الإشعاع – Radiance؟

يُطلق على التدفق الإشعاعي (radiant flux) المنبعث من مصدر نقطي في اتجاه معين لكل وحدة زاوية صلبة لكل وحدة مساحة متعامدة مع الاتجاه المحدد باسم “الإشعاع”، يتم الإشارة إلى الإشعاع بواسطة الرمز (L_e,λ)، وهو يساوي المشتق المزدوج لتدفق الإشعاع فيما يتعلق بمساحة السطح المسقطة (A_s)، والزاوية الصلبة (ω_s):

So, L_e,λ = (d²φ_e,λ)/(dω_sdA_scosθ)

حيث: (ÆŸ) هي الزاوية بين الاتجاه العمودي للعنصر والاتجاه المحدد، (dA_s) هي منطقة العنصر (elemental area) و(dω_s) هي الزاوية الصلبة للعنصر التي تحتوي على الاتجاه المعطى، وحدة الإشعاع (W/sr-m²).

ما هي الإضاءة – Luminance؟

في حالة الكمية الضوئية (photometric quantity)، يُطلق على الإشعاع اسم (Luminance)، يمكننا استخدام معادلة التحويل للحصول على الإضاءة من الإشعاع (luminance from radiance)، كالتالي:

L_υ = K_m ∫L_e,λ V(λ)dλ

حيث: (K_m) هو الثابت الذي يسمّى فعالية الإضاءة الطيفية القصوى وقيمته (683 lm/W)، إذن، (Luminance) هو التدفق الضوئي المشع من مصدر ضوء نقطي لكل وحدة زاوية صلبة ولكل وحدة مساحة مسقطة عموديًا على الاتجاه المحدد، يتم الإشارة إلى الإضاءة بواسطة:

L_υ = d²φ_υ/(dω_sdA_scosθ)

وحدة الإضاءة هي: (Lm/sr-m²) أو (Cd/m²)، إذا أخذنا تحليلًا بشأن الحفاظ على الإشعاع والإضاءة، فإنّنا نرى أنّ سطوع الإشعاع أو الإنارة من المصدر والإضاءة من الكاشف هو نفسه، أي أنّه:

L_S = d²φ_s/(dω_sdA_scosθ) = L_D = d²φ_D/(dω_sdA_scosθ)

لأنّه، إذا اعتبرنا أنّ الإشعاع لا يكتسب أو يفقد في الوسط الذي يحدث فيه انتشار الطاقة بين المصدر والكاشف، فيجب أن يكون (Φ_s = Φ_D).

خصائص الإضاءة:

• الإضاءة هي الكمية المحفوظة في النظام.

• الإضاءة هي نفسها من المصدر ومن الكاشف.

• الإضاءة ليست كمية المصدر ولا كمية الكاشف.

• الإضاءة هي كمية هندسية بحتة للشعاع الذي يربط بين المصدر والكاشف، الحفاظ على الإضاءة صحيح أيضًا لوجود العدسات أو البصريات الأخرى.

• العلاقة الأساسية بين الإضاءة والتدفق الضوئي، هي كالتالي:

Φ = LG

(G) هي الزاوية الهندسية، وتقاس ب “ستيراديان” (steradian).

العلاقة بين الإشعاع والإضاءة:

الإشعاع والإضاءة لهما علاقة كالتالي:

L_υ = K_m ∫ L_e,λ V(λ) dλ

حيث: (K_m) هو الثابت الذي يسمّى فعالية الإضاءة الطيفية القصوى وقيمته (683 lm/W)، (L_v) هو السطوع الذي تمّ قياسه بوحدة (cd/m²) و (L_e,λ)، هو الإشعاع المقاس بـوحدة (W/m₂-sr).

السطوع هو الإضاءة – Brightness is the Luminance:

لا يمكن زيادة الإضاءة أو إنقاصها بواسطة أي نظام بصري، يمكن للنظام إعادة توجيه التدفق الضوئي فقط، لنفترض على سبيل المثال، أنّه تمّ النظر إلى صفحة من الكتاب بدرجة معينة من الإضاءة، ثمّ يمكننا اتباع المعادلة التالية أدناه:

E_R = dφ/dA_D = L. dω. cosθ

هنا، (E_R) هو الإضاءة على الكتاب الذي يعيد التوجيه إلى شبكية العين، تعني هذه المعادلة أنّ عيننا تحول الإنارة إلى إضاءة على شبكية العين، جميع أجهزة الكشف الأخرى تفعل نفس ما تفعله شبكية العين، تتفاعل الشبكية مع كثافة تدفق المجال المشع، أي للإضاءة، يرتبط الإحساس الفسيولوجي الأساسي للسطوع بإضاءة المصدر الذي نبحث عنه.