۱۳۹۹/۰۶/۰۷ ۱۷:۰۱ ۸۲
طبقه بندی: داده ها و سنجنده ها
چچ
واحدهای تابش الکترومغناطیسی

واحدهای تابش الکترومغناطیسی

روابط تابش‌سنجی و نورسنجی بین صحنه و سامانه تصویربرداری از ملاحظات اولیه طراحی سامانه‌های ‏اپتیکی به همراه سیگنال های خروجی و روابط بین آنها و همچنین ملاحظات مربوط به ساخت تجهیزات اپتیکی ‏آشکارسازها و نمایشگرها موضوع این مبحث و این مطالعه است که در این نگارش به آن پرداخته شده است.‏

  • واحد های تابش الکترومغناطیسی

روابط تابش‌ سنجی و نورسنجی بین صحنه و سامانه تصویربرداری از ملاحظات اولیه طراحی سامانه‌ های ‏اپتیکی است. این روابط سیگنال خروجی را تعیین می‌ کنند. دیگر ملاحظه، تطبیق بین خروجی طیفی ‏نمایشگر و پاسخ طیفی چشم است. سازندگان نمایشگر این جزئیات را لحاظ می‌ کنند و این موضوع وظایف ‏طراحان سیستم را کاهش می‌دهد. فضای تجاری نیز، رقابت چشمگیری بین شرکت‌ های تولید کننده ‏نمایشگر جهت ارتقاء کیفیت محصولات با استفاده از فناوری‌ های نوین ایجاد نموده است؛ شکل ذیل ‏طرح‌ واره‌ای از ساختار نمایشگر کریستال مایع (‏LCD‏) شامل الکترودها، قطبشگرها و فیلترهای رنگی ‏نمایش تصویر را نشان می‌ دهد. بااین‌حال تصویر نمایش داده‌ شده بازسازی دقیقی از منظره ارائه نمی‌ نماید. ‏علی‌رغم اینکه تصویر نمایش داده‌ شده معمولاً با جزئیات مکانی ارائه می‌گردد لیکن شدت و پرداخت آن ‏ممکن است متفاوت باشد. اهداف هنگامی آشکارساز می‌شوند که تفاوت انعکاس بین هدف و زمینه وجود ‏داشته باشد؛ خروجی سامانه تصویربرداری به رابطه بین محتوای طیفی منظره و پاسخ طیفی آن سامانه ‏وابسته است.‏


طرح‌واره ساختار نمایشگر کریستال مایع (‏LCD‏)‏

شکل 1 – طرح‌واره ساختار نمایشگر کریستال مایع (‏LCD‏)‏


تابش‌ سنجی، انتقال توان یا انرژی از منبع به آشکارساز را توصیف می‌کند. هنگامی‌ که تابش‌سنجی به پاسخ ‏چشم بهنجار شود، واحد های نورسنجی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. یکای بنیادی توان تابشی در ‏نورسنجی، لومن است. لومن بنا به تعریف، شار درخششی گسیل‌ شده در یک زاویه فضایی یک استرادیانی ‏از یک چشمه نقطه‌ای است که شدتش 1.60 شدت یک سانتی‌متر مربع جسم سیاهی در دمای انجماد ‏پلاتینیوم (‏K‏2042) است. ازآنجایی‌ که چشم انسان به بازه کوچکی از طیف الکترومغناطیس حساس است ‏و پاسخ آن به طول‌ موج‌ های مختلف در این بازه متفاوت است، اگر تابع توان طیفی یک چشمه تابشی ‏P(‎)‎‏ باشد، اثر دیدگانی این تابش از ضرب آن در تابع پاسخ دیدگانی چشم حاصل می‌شود.‏
شکل ذیل منحنی حساسیت چشم، (میانگین حساسیت چشم انسان‌ها به نور) را در طول‌ موج‌ های‎ ‎مختلف ‏مشخص می‌کند، نشان می‌دهد. برای سطح نورهای روز، تابع درخشندگی دید کافی (فتوپیک) دارای ‏بهترین تقریب برای پاسخ‌ دهی چشم انسان است. برای سطح نورهای پایین، پاسخ‌ دهی چشم انسان تغییر ‏می‌کند و منحنی شب‌بینی (اسکوتوپیک) به کار می‌رود. مقدار پیک منحنی فتوپیک (‍0.555‏‎~‎‏ میکرون) ‏‏683 لومن بر وات و مقدار پیک منحنی اسکوتوپیک (‍0.505‏‎~‎‏ میکرون) 1764 لومن بر وات می‌باشد.‏


حساسیت نسبی‎ ‎چشم به طول‌موج‌های مختلف برای سطح طبیعی‎

شکل 2- حساسیت نسبی‎ ‎چشم به طول‌ موج‌ های مختلف برای سطح طبیعی ‎نور (فتوپیک)‏‎ ‎و در شرایط تاریک (اسکوتوپیک)‏


یکای شدت فروزشی (‏luminous‏) را کندلا یا شمع می‌نامند و دلیل نام‌گذاری این است که استاندارد اولیه ‏شدت، شمع واقعی بوده است. یک چشمه نقطه‌ای با توان یک کندل،‌ چشمه‌ای است که در یک زاویه ‏فضایی یک استرادیانی، ‌یک لومن انرژی گسیل می‌کند. چشمه‌ای با شدت یک کندل که در همه جهات ‏به‌طور یکنواخت تابش می‌کند، ‏‎4π‏ لومن انرژی گسیل می‌ کند. بدیهی است طبق تعریف لومن، شدت یک ‏سانتی‌متر مربع جسم سیاه در دمای 2042 کلوین برابر 60 کندل است. ‏
برافروزندگی (‏illuminance‏) نیز، شار فروزشی بر یکای مساحت است که روی سطحی فرود آید. رایج‌ترین ‏یکای برافروزش فوت - کندل است. یک فوت-کندل برافروزشی است که از فرود یک لومن روی یک فوت ‏حاصل می‌شود. واژه برافروزش در نورسنجی با برتابندگی (‏irradiance‏) در تابش سنجی هم‌ارز می‌ شود.‏


طرح‌واره روابط در نورسنجی و تابش‌ سنجی

شکل 3– طرح‌واره روابط در نورسنجی و تابش‌سنجی


واژه درخشندگی (‏brightness‏) یا فروزندگی (‏luminance‏) با واژه تابندگی (‏radiance‏) هم‌ارز است. ‏درخشندگی، شار فروزشی گسیلی از یک سطح بر یکای زاویه فضایی بر یکای مساحت (برافکنده شده ‏روی صفحه عمود به خط دید) است. چندین یکای متداول برای درخشندگی وجود دارد. کندل بر ‏سانتی‌متر مربع با یک لومن گسیلی بر استرادیان بر سانتی‌متر مربع برابر است. لمبرت با 1-π کندل بر ‏سانتی‌متر مربع برابر است. فوت-لمبرت با 1-π کندل بر فوت مربع برابر است. فوت-لمبرت واحد مناسبی ‏در کارهای مهندسی برافروزشی است، چون فوت-لمبرت درخشندگی حاصل از یک فوت-کندل برافروزش ‏است که روی یک سطح پخشنده کامل فرود می‌آید.‏
رایج‌ترین معیار در مهندسی سنجش‌ از دور، رادیانس طیفی است؛ این معیار که با واحد وات بر مترمربع ‏استرادیان میکرون (‏W·m−2.sr−1·um−1‎‏) معرفی می‌شود، مشخصه‌ای از گسیل و بازتاب الکترومغناطیسی ‏عوارض برحسب طول‌موج ارائه می‌دهد. به‌عبارتی‌دیگر، رادیانس طیفی، میزان انرژی رسیده به سنجنده در ‏واحد سطح و در یک زاویه فضایی مشخص برحسب طول‌موج را نشان می‌دهد.‏
اصطلاحات نورسنجی ماحصل کاربردهای مهندسی هستند و از طریق آن‌ها گسترش‌ یافته‌اند، از این‌ رو ‏عاری از نظم و ترتیب می‌باشند. برخی از واژه‌های خاص از کاربرد بخصوصی برداشت‌ شده‌اند و بسیاری از ‏آن‌ها ماندگار شده‌اند. هرگاه لازم باشد که داده‌های آغازی و پایانی یک محاسبه برحسب واحد خاص ‏نورسنجی داده شوند، هر رابطه نیاز به سازه تبدیل دارد؛ یک راه ساده برای پرهیز از این مشکل، آن است ‏که داده‌های اولیه به لومن، استرادیان و سانتی‌متر مربع تبدیل شوند و پس از انجام محاسبات، نتایج ‏مجدداً به واحدهای مطلوب تبدیل شوند.‏


آدرس کوتاه شده: