Co to jest luminancja? Jaki jest wskaźnik, miernik i współczynnik luminancji?
Luminancja to pojęcie, które może wydawać się tajemnicze, ale stykamy się z nią częściej, niż sądzimy. Patrząc na ekran monitora, ale też każdy inny przedmiot, który jest źródłem światła lub posiada umiejętność jego odbicia. Czym więc jest luminancja? Jaki jest wskaźnik luminancji? Jak zmierzyć luminancję? Dziś odpowiemy na wszystkie te pytania.
Co to jest światło i światłość?
Luminancja jest pojęciem, które ściśle związane jest z dwoma innymi: światłem i światłością. Światło to forma energii elektromagnetycznej w postaci fali o określonej długości i częstotliwości. Nauki ścisłe określają światło jako promieniowanie optyczne podlegające prawom optyki geometrycznej oraz falowej. Brzmi skomplikowanie? Światło jest po prostu widzialną częścią promieniowania elektromagnetycznego. Oko człowieka może wyczuć falę światła o długości od 400 do 700 nanometrów. W zależności od długości tej fali, postrzegamy je w różnych kolorach. Na przykład światło o fali o długości 420 nm jest widziane jako niebieskie, zielone światło odpowiada fali długości 525 nm, czerwone zaś 635 nm. Dłuższe fale określane są jako podczerwień, która odczuwana jest przez człowieka w postaci ciepła. Krótsze fale, które nie są widoczne dla ludzkiego oka to promieniowanie ultrafioletowe, a najkrótsze promieniowanie rentgenowskie oraz gamma.
Jednym z pojęć związanych zarówno ze światłem jak i luminancją jest światłość, której jednostką jest kandela [cd]. Najprościej rzecz ujmując jest to natężenie światła płynącego bezpośrednio ze źródła, na przykład żarówki z lampy sufitowej. Z naukowego punktu widzenia światłość charakteryzuje wizualną jasność źródła światła, im dalej człowiek się od niego znajduje, tym światło wydaje się być słabsze. Światłość określa więc, jak daleko możesz stać od źródła światła i nadal je dostrzegać. Ze względu na pewne podobieństwa, światłość bywa mylona z luminancją.
Zobacz również: Lux – co to jest natężenie światła?
Co to jest luminancja?
Z naukowego punktu widzenia, luminancja jest wielkością fotometryczną stanowiąca miarę natężenia oświetlenia padającego w danym kierunku. Inaczej mówiąc, to miara wrażenia wzrokowego ze świecącej powierzchni, która wytwarza własne światło (jak żarówka), przechodzi poprzez ustaloną powierzchnię (na przykład przez klosz lampy) lub jest odbijana od danego obiektu. To luminancja obiektów, jej poziom, proporcje i rozkład przestrzenny, a nie natężenie oświetlenia, jest parametrem bezpośrednio decydującym o jakości widzenia i subiektywnym wrażeniu świetlnym. Do widzenia różnych obiektów niezbędne jest źródło światła o danym natężeniu oraz luminancja tychże obiektów. Powierzchnia może wydawać się jasna lub ciemna w zależności od tego, co jeszcze znajduje się w polu widzenia. Nasze oczy dostosowują się do najjaśniejszego widzianego przedmiotu. Jeśli zabraknie źródła światła lub luminancji, obiekty staną się mniej widoczne lub zupełnie niewidoczne (na przykład w nocy). Ponadto konieczny jest kontrast, czyli różnica luminancji lub barwy obiektu i tła, na którym obiekt jest obserwowany. Jednostką luminancji jest kandela na metr kwadratowy [cd/m2].
Różne obiekty mogą posiadać różną luminancję, która decyduje o wrażeniu wzrokowym obserwatora. I tak na przykład lampa z mlecznym kloszem będzie wizualnie nieco mniej jasna od kryształowego plafonu Cristal M, nawet przy użyciu identycznego źródła światła. Wszystko przez to, że światło w pierwszym przypadku będzie przechodzić przez mleczny klosz o mniejszej luminacji niż kryształki w plafonie, które to światło odbijają. Luminancja wyraża więc, ile światła dociera do oczu obserwatora. Luminancja zmienia się jednak zależnie od kąta widzenia, a sposób odbicia światła zależy od faktury powierzchni, współczynnika odbicia oraz barwy tej powierzchni (np. biała kartka papieru odbija światło inaczej niż czarna farba, a wypolerowane srebro odbije je inaczej niż szorstka tkanina).
Luminancja a światłość
Zarówno w pojęciu luminancji jak i światłości pojawia się natężenie światła. Ponadto tak luminancja jak i światłość (kandela) zależą od kierunku i im większy poziom natężenia światła, tym wyższa jest luminancja danego obiektu. Są to jednak dwa różne pojęcia. Luminancja opisuje bowiem ilość światła, która nie tylko jest emitowana przez dane źródło, ale także zostaje od niego odbita. Inaczej mówiąc, pewną luminancję mogą posiadać te obiekty, które same w sobie nie są źródłem światła. Poza tym luminancja, w przeciwieństwie do światłości, nie zależy odległości danego obiektu od obserwatora. Najlepiej obrazuje to poniższa grafika.
Lumen a luminancja
Jak widać na załączonej grafice, poza światłością i luminancją, widoczny jest również strumień świetlny w lumenach [lm]. Choć lumen i luminancja brzmią jakby były ze sobą ściśle powiązane, to są to dwa różne zjawiska, które jednak związane są ze światłem. Lumen to jednostka strumienia świetlnego. Im więcej lumenów ma dana lampa lub żarówka, tym więcej światła będzie ona emitowała. Strumień świetlny jest bowiem jednostką fizyczną z zakresu fotometrii, która określa moc światła emitowanego w ciągu sekundy przez konkretne źródło i może wywołać określone wrażenie wzrokowe. Więcej na ten temat można przeczytać w artykule Lumen – co to jest strumień świetlny
Mierniki, wskaźnik i współczynnik luminancji
Luminancja jest wartością wektorową, ale często trudno określić ją ilościowo ze względu na fakt, że zmienia się zależnie od kąta widzenia. Oblicza się ją przy pomocy programów modelowania komputerowego. Innym miernikiem luminancji jest detektor jednoelementowy, który mierzy ilość emitowanego lub odbitego światła. Luminancję można zmierzyć za pomocą światłomierza, który jednak służy głównie do pomiaru natężenia światła. Mierniki luminancji przetwarzają światło padające na jego powierzchnię na sygnał elektryczny. Mierniki luminancji uwzględniają tylko światło pochodzące z małego obszaru, w małym stożku. Odpowiednie filtry dostosowują czułość czujnika do czułości ludzkiego wzroku, a otrzymane natężenie oświetlenia jest proporcjonalne do luminancji powierzchni docelowej.
Współczynnik luminancji charakteryzuje powierzchnię w celu jej definicji kolorymetrycznej: jest to stosunek luminancji obiektu do luminancji doskonale oświetlonego i obserwowanego w tych samych warunkach dyfuzora. Wskaźnik luminancji to z kolei zbiór wektorów dla danego elementu powierzchniowego i oświetlenia. Moduł tych wektorów jest równy luminancji danej powierzchni w jej kierunku.
Gdzie wykorzystuje się luminancję?
Nieodpowiedni poziom luminancji niektórych obiektów może skutkować uszkodzeniem wzroku, dlatego tak ważne jest wykorzystywanie jej na przykład do charakteryzowania opraw świetlnych i powierzchni w pomieszczeniach w celu uniknięcia oślepiającego blasku. Z luminancją mamy więc do czynienia za każdym razem, gdy patrzymy na monitor, ekran telewizora czy telefon. Ponadto za pomocą luminancji określa się właściwe oświetlenie drogowe, znaków ewakuacyjnych i telebimów. Także w fotografii luminancja odgrywa ważną rolę – zarówno zbyt wysokie jak i niskie poziomy luminancji mogą pogorszyć jakość wykonywanych zdjęć, dlatego wiele aparatów i aplikacji do robienia zdjęć posiada możliwość ustawiania poziomu luminancji.
