Luminancia

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Medida fotométrica

Una vela tipo te, con una cámara de luminancia; los colores falsos indican los niveles de luminancia por la barra a la derecha (cd/md²)

Luminancia es una medida fotométrica de la intensidad luminosa por unidad de área de luz que viaja en una dirección dada. Describe la cantidad de luz que pasa, se emite o se refleja en un área particular y cae dentro de un ángulo sólido determinado.

Brillo es el término para la impresión subjetiva del estándar de medición de luminancia objetivo (consulte Objetividad (ciencia) § Objetividad en la medición para conocer la importancia de este contraste).

La unidad SI para la luminancia es la candela por metro cuadrado (cd/m²). Un término que no pertenece al SI para la misma unidad es el nit. La unidad en el sistema de unidades centímetro-gramo-segundo (CGS) (anterior al sistema SI) es el stilb, que equivale a una candela por centímetro cuadrado o 10 kcd/m².

Descripción

La luminancia se usa a menudo para caracterizar la emisión o reflexión de superficies planas y difusas. Los niveles de luminancia indican cuánta potencia luminosa podría detectar el ojo humano al observar una superficie particular desde un ángulo de visión particular. La luminancia es, por lo tanto, un indicador de qué tan brillante aparecerá la superficie. En este caso, el ángulo sólido de interés es el ángulo sólido subtendido por la pupila del ojo.

La luminancia se usa en la industria del video para caracterizar el brillo de las pantallas. Una pantalla de computadora típica emite entre 50 y 300 cd/m². El sol tiene una luminancia de alrededor de 1.6×10⁹ cd/m² al mediodía.

La luminancia es invariable en óptica geométrica. Esto significa que para un sistema óptico ideal, la luminancia a la salida es la misma que la luminancia a la entrada.

Para sistemas ópticos pasivos reales, la luminancia de salida es como máximo igual a la entrada. Como ejemplo, si se usa una lente para formar una imagen que es más pequeña que el objeto fuente, la potencia luminosa se concentra en un área más pequeña, lo que significa que la iluminancia es mayor en la imagen. Sin embargo, la luz en el plano de la imagen llena un ángulo sólido más grande, por lo que la luminancia resulta ser la misma suponiendo que no haya pérdida en la lente. La imagen nunca puede ser "más brillante" que la fuente.

Efectos sobre la salud

Pueden producirse daños en la retina cuando el ojo se expone a una alta luminancia. El daño puede ocurrir debido al calentamiento local de la retina. Los efectos fotoquímicos también pueden causar daños, especialmente en longitudes de onda cortas.

Medidor de luminancia

Un medidor de luminancia es un dispositivo utilizado en fotometría que puede medir la luminancia en una dirección particular y con un ángulo sólido particular. Los dispositivos más simples miden la luminancia en una sola dirección, mientras que los medidores de luminancia de imágenes miden la luminancia de una manera similar a la forma en que una cámara digital registra imágenes en color.

Definición matemática

Parámetros para definir la luminancia

La luminancia de un punto específico de una fuente de luz, en una dirección específica, se define por la derivada

{displaystyle L_{mathrm {v} }={frac {mathrm {d} ^{2}Phi _{mathrm {v} }}{mathrm {d} Sigma ,mathrm {d} Omega _{Sigma }cos theta _{Sigma }}}}

L_v es la luminancia (cd/m2),
d²CCPR_v es el flujo luminoso (lm) que sale del área d. en cualquier dirección contenida dentro del ángulo sólido dΩ_.,
d. es un área infinitesimal (m2) de la fuente que contiene el punto especificado,
dΩ_. es un ángulo sólido infinitesimal (sr) que contiene la dirección especificada,
Silencio_. es el ángulo entre lo normal n_. a la superficie d. y la dirección especificada.

Si la luz viaja a través de un medio sin pérdidas, la luminancia no cambia a lo largo de un rayo de luz dado. Cuando el rayo cruza una superficie arbitraria S, la luminancia viene dada por

{displaystyle L_{mathrm {v} }={frac {mathrm {d} ^{2}Phi _{mathrm {v} }}{mathrm {d} S,mathrm {d} Omega _{S}cos theta _{S}}}}

dS es el área infinitesimal de S visto desde la fuente dentro del ángulo sólido dΩ_.,
dΩ_S es el ángulo sólido infinitesimal subtenido por d. como se ve desde dS,
Silencio_S es el ángulo entre lo normal n_S a dS y la dirección de la luz.

De manera más general, la luminancia a lo largo de un rayo de luz se puede definir como

{displaystyle L_{mathrm {v} }=n^{2}{frac {mathrm {d} Phi _{mathrm {v} }}{mathrm {d} G}}}

dG es el etendue de un rayo infinitamente estrecho que contiene el rayo especificado,
dCCPR_v es el flujo luminoso llevado por este rayo,
n es el índice de refracción del medio.

Relación con la iluminancia

Comparación de las cantidades fotométricas y radiométricas

La luminancia de una superficie reflectante está relacionada con la iluminancia que recibe:

{displaystyle int _{Omega _{Sigma }}L_{text{v}}mathrm {d} Omega _{Sigma }cos theta _{Sigma }=M_{text{v}}=E_{text{v}}R,}

Ω .

M_v es la salida luminosa de la superficie,
E_v es la iluminación recibida,
R es la reflexión.

En el caso de un reflector perfectamente difuso (también llamado reflector lambertiano), la luminancia es isotrópica, según la ley del coseno de Lambert. Entonces la relación es simplemente

{displaystyle L_{text{v}}={frac {E_{text{v}}R}{pi }}.}

Unidades

Se han utilizado una variedad de unidades para la luminancia, además de la candela por metro cuadrado.

Unidades de luminancia
v t e		cd/m2 (unidad de ISI) Nit Im/m²/sr	stilb (sb) (Unidad CGS) ngel cd/cm²	apostilb (asb) rubia	Brill	skot (sk)	lambert (L)	foot-lambert (fL) = 1⁄ $π$ cd/ft²
1 cd/m²	=	1	10⁻⁴	$π$ . 3.142	10⁷ $π$ . 3.142×10⁷	10³ $π$ . 3.142×10³	10⁻⁴ $π$ . 3.142×10⁻⁴	0.3048² $π$ Entendido 0,2919
1 sb	=	10⁴	1	10⁴ $π$ . 3.142×10⁴	10¹¹ $π$ . 3.142×10¹¹	10⁷ $π$ . 3.142×10⁷	$π$ . 3.142	30.48² $π$ Entendido 2919
1 asb	=	1⁄4 $π$ . 0,3183	10⁻⁴. $π$ . 3.183×10^{; 5 -}	1	10⁷	10³	10⁻⁴	0.3048² Entendido 0,09290
1 bril	=	10⁻⁷. $π$ . 3.183×10⁻⁸	10^{−11 -}. $π$ . 3.183×10⁻¹²	10⁻⁷	1	10⁻⁴	10^{−11 -}	0.3048²×10⁻⁷ ■ 9.290×10⁻⁹
1 sk	=	10⁻³. $π$ . 3.183×10⁻⁴	10⁻⁷. $π$ . 3.183×10⁻⁸	10⁻³	10⁴	1	10⁻⁷	0.3048²×10⁻³ ■ 9.290×10^{; 5 -}
1 L	=	10⁴. $π$ . 3183	1⁄4 $π$ . 0,3183	10⁴	10¹¹	10⁷	1	0.3048²×10⁴ Entendido 929.0
1 fL	=	1⁄ 0,3048². $π$ ■ 3.426	1 ⁄ 30,48². $π$ ■ 3.426×10⁻⁴	1⁄ 0,3048² Entendido 10.76	10⁷ ⁄ 0,3048² Entendido 1.076×10⁸	10³ ⁄ 0,3048² Entendido 1.076×10⁴	10⁻⁴ ⁄ 0,3048² Entendido 1.076×10⁻³	1

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