Luminancia

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No confundir con Luma (video), Luminescence o Illuminance. Para otros usos, consulte Luminancia (desambiguación).

Una vela de tipo té, fotografiada con una cámara de luminancia; los colores falsos indican los niveles de luminancia según la barra de la derecha (cd / m ²)

La luminancia es una medida fotométrica de la intensidad luminosa por unidad de área de luz que viaja en una dirección determinada. Describe la cantidad de luz que atraviesa, se emite o se refleja en un área en 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 candela por metro cuadrado (cd / m ²), según lo definido por el estándar del Sistema Internacional de Unidades (SI es del sistema francés Système international d'unités) para el sistema métrico moderno. Un término que no pertenece al SI para la misma unidad es nit. La unidad en el sistema de unidades Centímetro-gramo-segundo (CGS) (que es anterior al sistema SI) es el stilb, que es igual a una candela por centímetro cuadrado o 10 kcd / m ².

Contenido

1 descripción
2 efectos sobre la salud
3 Medidor de luminancia
4 Definición matemática
5 Relación con la iluminancia
6 Unidades
7 Véase también
- 7.1 Tabla de unidades SI relacionadas con la luz
8 referencias
9 Enlaces externos

Descripción

La luminancia se utiliza a menudo para caracterizar la emisión o el reflejo de superficies planas y difusas. Los niveles de luminancia indican cuánta potencia luminosa podría ser detectada por el ojo humano mirando una superficie particular desde un ángulo de visión particular. La luminancia es, por tanto, un indicador del brillo de la superficie. En este caso, el ángulo sólido de interés es el ángulo sólido subtendido por la pupila del ojo.

La luminancia se utiliza en la industria del video para caracterizar el brillo de las pantallas. Una pantalla de computadora típica emite entre 50 y300 cd / m ². El sol tiene una luminancia de aproximadamente1,6 × 10 ⁹ cd / m ² al mediodía.

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

Para sistemas ópticos pasivos reales, la luminancia de salida es como máximo igual a la entrada. Por ejemplo, si uno 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 más alta 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, asumiendo que no hay pérdida en la lente. La imagen nunca puede ser "más brillante" que la fuente.

Efectos en la salud

Más información: seguridad láser

El daño a la retina puede ocurrir cuando el ojo está expuesto a una alta luminosidad. 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, está definida por la derivada

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

L v= D 2 Φ v D Σ D Ω Σ porque ⁡ θ Σ

{\ Displaystyle L _ {\ mathrm {v}} = {\ frac {\ mathrm {d} ^ {2} \ Phi _ {\ mathrm {v}}} {\ mathrm {d} \ Sigma \, \ mathrm {d } \ Omega _ {\ Sigma} \ cos \ theta _ {\ Sigma}}}}

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

dónde

Lv es la luminancia ( cd / m ² ),
d ²Φv es el flujo luminoso ( lm ) que sale del área d Σ en cualquier dirección contenida dentro del ángulo sólido d ΩΣ,
d Σ es un área infinitesimal ( m ² ) de la fuente que contiene el punto especificado,
d ΩΣ es un ángulo sólido infinitesimal ( sr ) que contiene la dirección especificada,
θΣ es el ángulo entre la normal n Σ a la superficie d Σ 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 determinado. Cuando el rayo cruza una superficie arbitraria S, la luminancia viene dada por

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

L v= D 2 Φ v D S D Ω S porque ⁡ θ S

{\ Displaystyle L _ {\ mathrm {v}} = {\ frac {\ mathrm {d} ^ {2} \ Phi _ {\ mathrm {v}}} {\ mathrm {d} S \, \ mathrm {d} \ Omega _ {S} \ cos \ theta _ {S}}}}

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

dónde

d S es el área infinitesimal de S vista desde la fuente dentro del ángulo sólido d ΩΣ,
d ΩS es el ángulo sólido infinitesimal subtendido por d Σ visto desde d S,
θS es el ángulo entre la normal n S ad S y la dirección de la luz.

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

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

L v= norte 2 D Φ v D GRAMO

{\ Displaystyle L _ {\ mathrm {v}} = n ^ {2} {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {v}}} {\ mathrm {d} G}}}

L _ {\ mathrm {v}} = n ^ {2} {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {v}}} {\ mathrm {d} G}}

dónde

d G es el etendue de un haz infinitesimalmente estrecho que contiene el rayo especificado,
d Φv es el flujo luminoso transportado por este haz,
n es el índice de refracción del medio.

Relación con la iluminancia

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

{\begin{aligned}\int _{\Omega _{\Sigma }}L_{\mathrm {v} }\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }amp;=M_{\mathrm {v} }\\amp;=E_{\mathrm {v} }R\end{aligned}}

∫ Ω Σ L v D Ω Σ porque ⁡ θ Σ = METRO v = mi v R

{\ Displaystyle {\ begin {alineado} \ int _ {\ Omega _ {\ Sigma}} L _ {\ mathrm {v}} \ mathrm {d} \ Omega _ {\ Sigma} \ cos \ theta _ {\ Sigma} amp; = M _ {\ mathrm {v}} \\ amp; = E _ {\ mathrm {v}} R \ end {alineado}}}

{\ Displaystyle {\ begin {alineado} \ int _ {\ Omega _ {\ Sigma}} L _ {\ mathrm {v}} \ mathrm {d} \ Omega _ {\ Sigma} \ cos \ theta _ {\ Sigma} amp; = M _ {\ mathrm {v}} \\ amp; = E _ {\ mathrm {v}} R \ end {alineado}}}

donde la integral cubre todas las direcciones de emisión Ω Σ, y

Mv es la salida luminosa de la superficie
Ev es la iluminancia recibida, y
R es la reflectancia.

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

L_{\mathrm {v} }=E_{\mathrm {v} }R/\pi

L v= mi vR /π

{\ Displaystyle L _ {\ mathrm {v}} = E _ {\ mathrm {v}} R / \ pi}

{\ Displaystyle L _ {\ mathrm {v}} = E _ {\ mathrm {v}} R / \ pi}

Unidades

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

Una candela por metro cuadrado es igual a:

10 ⁻⁴ stilbs (la unidad de luminancia CGS )
π apostilbs
π × 10 ⁻⁴ lamberts
0.292 pie-lamberts

Ver también

Luminancia relativa
Órdenes de magnitud (luminancia)
Reflexión difusa
Etendue
Valor de exposición § EV como medida de luminancia e iluminancia
Reflectancia lambertiana
Ligereza (color)
Luma, la representación de la luminancia en un monitor de video
Lumen (unidad)
Radiancia, cantidad radiométrica análoga a la luminancia
Brillo, la impresión subjetiva de luminancia.
Deslumbramiento (visión)

Tabla de unidades SI relacionadas con la luz

Cantidades de fotometría SI

v

t

mi
Cantidad		Unidad		Dimensión	Notas
Nombre	Símbolo	Nombre	Símbolo	Símbolo	Notas
Energía luminosa	Q v	lumen segundo	lm ⋅s	T J	El segundo lumen a veces se llama talbot.
Flujo luminoso, potencia luminosa	Φ v	lumen (= candela estereorradián )	lm (= cd⋅sr)	J	Energía luminosa por unidad de tiempo
Intensidad luminosa	Yo v	candela (= lumen por estereorradián)	cd (= lm / sr)	J	Flujo luminoso por unidad de ángulo sólido
Luminancia	L v	candela por metro cuadrado	cd / m ² (= lm / (sr⋅m ²))	L ⁻²J	Flujo luminoso por unidad de ángulo sólido por unidad de área de fuente proyectada. La candela por metro cuadrado a veces se llama liendre.
Iluminancia	E v	lux (= lumen por metro cuadrado)	lx (= lm / m ²)	L ⁻²J	Incidente de flujo luminoso en una superficie
Exitance luminoso, emitancia luminosa	M v	lumen por metro cuadrado	lm / m ²	L ⁻²J	Flujo luminoso emitido desde una superficie
Exposición luminosa	H v	lux segundo	lx⋅s	L ⁻²T J	Iluminancia integrada en el tiempo
Densidad de energía luminosa	ω v	segundo lumen por metro cúbico	lm⋅s / m ³	L ⁻³T J
Eficacia luminosa (de radiación)	K	lumen por vatio	lm / W	M ⁻¹L ⁻²T ³J	Relación de flujo luminoso a flujo radiante
Eficacia luminosa (de una fuente)	η	lumen por vatio	lm / W	M ⁻¹L ⁻²T ³J	Relación entre el flujo luminoso y el consumo de energía
Eficiencia luminosa, coeficiente luminoso.	V			1	Eficacia luminosa normalizada por la máxima eficacia posible
Ver también: SI Fotometría Radiometría

Referencias

^ "Luminancia". Glosario de diseño de iluminación. Consultado el 13 de abril de 2009.
^ Dörband, Bernd; Gross, Herbert; Müller, Henriette (2012). Gross, Herbert (ed.). Manual de sistemas ópticos. 5, Metrología de componentes y sistemas ópticos. Wiley. pag. 326. ISBN 978-3-527-40381-3.
^ "e-ILV: medidor de luminancia". CIE. Consultado el 20 de febrero de 2013.
^ Chaves, Julio (2015). Introducción a la óptica sin imágenes, segunda edición. Prensa CRC. pag. 679. ISBN 978-1482206739. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2016.

enlaces externos

Una guía de Kodak para estimar la luminancia y la iluminancia con el medidor de exposición de una cámara. También disponible en formato PDF.
Autodesk Design Academy Medición de niveles de luz