Цветовые измерения. Исследование спектральной чувствительности глаза (Лабораторная работа № 8)

Лабораторная работа № 8

Цветовые измерения

Цель работы: Исследование спектральной чувствительности глаза.

Приборы и принадлежности: Фотоколориметр, набор интерференционных светофильтров.

Вводная часть

          Среди различных приёмников излучения особое место занимает человеческий глаз. Посредством зрения человек воспринимает основную долю информации об окружающем мире, поэтому важное значение имеет изучение характеристик глаза как оптического прибора. Одной из важнейших характеристик является спектральная чувствительность, т.е. зависимость уровня зрительного ощущения (светлоты) от длины волны монохроматического излучения (при постоянной освещённости).  Экспериментально эта характеристика определяется путём сравнения двух смежных участков поля зрения наблюдателя (полей сравнения). Такое сравнение можно производить тремя способами:

1)  способом постоянного поля сравнения, имеющего постоянную яркость и спектральный состав;

2)  способом малых ступеней, при котором длины волн сравниваемых монохроматических излучений подбираются достаточно близкими друг другу;

3)  способом мелькания, при котором наблюдатель видит поочерёдно два сравниваемых по светлоте поля сравнения.

При измерении спектральной чувствительности первым способом целесообразно постоянное поле сравнения заполнять таким монохроматическим излучением, чувствительность органа зрения к которому близка к максимальной. Можно также заполнять постоянное поле сравнения белым излучением с известным спектральным составом. Основной недостаток этого метода заключается в малой точности сравнения светлоты разноцветных полей. Для устранения этого недостатка пользуются вторым методом и производят последовательные сравнения светлот монохроматических излучений с длинами волн l₁ и l₂, l₂ и l₃, … l_к-1 и l_к при малых значениях  Dl_i=l_i-l_i-1. Так как Dl_i малы, то поля сравнения лишь незначительно различаются по цветности, что повышает точность измерений. В этом способе исходное поле сравнения на следующем шаге измерения становится полем измеряемого излучения. Недостаток этого способа заключается в возможности накопления ошибок измерения при переходе от одной ступени к другой. Способ мелькания основан на различии критических частот слияния мельканий цветности и яркости.  Из опытов известно, что критическая частота слияния мельканий цветности всегда меньше критической частоты слияния мельканий яркости. Поэтому для каждого уровня яркости полей сравнения можно найти такой интервал частот, при котором последовательное предъявление разноцветных и разноярких излучений зрительно воспринимается как мелькание яркости одноцветных полей сравнения. В этом интервале мелькание исчезает при уравнивании светлот полей сравнения.

Спектральная чувствительность обычно нормируется на своё максимальное значение, которое для глаза лежит в районе 550 нм. Такая нормированная характеристика называется относительной спектральной чувствительностью или функцией видности глаза. Эта функция изображена на рис.1. В данной работе производится определение функции видности методом постоянного поля сравнения и методом малых ступеней. Для этого используется прибор, называемый фотоколориметром, схема которого приведена на рис.2. Цифрами на рисунке обозначены:  1-осветительная система, 2-исследуемый объект, 3-диафрагмы, 4-призма, 5-окуляр, 6-светофильтры.

Рис.2

Порядок выполнения работы

1)  Установить на осветительной лампе напряжение 10 В. Установить на обоих регулировочных барабанах фотоколориметра значение коэффициента пропускания 10% (по чёрной шкале). Убедиться что в отсутствие светофильтров яркость обоих полей одинакова.

2)  В левое плечо фотоколориметра вставить светофильтр и уравнять яркости сравниваемых световых полей, вращая один из регулировочных барабанов. Записать значение длины волны в максимуме пропускания светофильтра и значение коэффициента пропускания. Повторить измерение с другими светофильтрами.

3)  Пользуясь полученными данными построить функцию видности. При этом необходимо учесть коэффициент пропускания светофильтров (см. приложение).

4)  Провести определение функции видности методом малых ступеней.

Дополнительные указания:

1)  измерения проводить отдельно для левого и правого глаза;

2)  при работе с синими светофильтрами необходимо ввести дополнительный синий светофильтр (№ 11) в оправе окуляра фотоколориметра.

Контрольные вопросы

1)  Что такое функция видности?

2)  В чём преимущества и недостатки различных методов определения спектральной чувствительности глаза?

3)  Почему необходимо учитывать коэффициенты пропускания светофильтров?

Литература

1.  В.В. Мешков, А.Б. Матвеев. Основы светотехники. Ч.2. М.: Энергоатомиздат. 1989.

2.  В.А. Зернов. Цветоведение. М.: Книга. 1972.

3.  Физический практикум. Электричество и оптика. Под ред. В.И. Ивероновой. С.665-671. М.: Наука. 1968.

Приложение:     данные светофильтров.   

№ светофильтра                длина волны (нм)      коэффициент пропускания

          11                                     670                                    1.0                          5                                       620                                    1.2

          10                                     590                                    1.0

          4                                       560                                    .60

          8                                       540                                    .76

          3                                       480                                    .63

          9                                       450                                    .55

          2                                       420                                    .46