Qu’est-ce que la radiométrie?
La radiométrie est la science de la mesure de la lumière dans n’importe quelle partie du spectre électromagnétique. En pratique, le terme est généralement limité à la mesure de la lumière infrarouge, visible et ultraviolette à l’aide d’instruments optiques. L’irradiance est l’intensité de la lumière et est mesurée en watts par mètre carré.
Qu’est-ce que la photométrie ?
La photométrie est la science de la mesure de la lumière visible en unités pondérées en fonction de la sensibilité de l’œil humain. C’est une science quantitative basée sur un modèle statistique de la réponse visuelle humaine à la lumière – c’est-à-dire notre perception de la lumière – dans des conditions soigneusement contrôlées. L’équivalent photométrique de l’Éclat est appelé Éclairement et est mesuré en Lumens par mètre carré (Lux).
Le système visuel humain
Le système visuel humain répond à la lumière dans le spectre électromagnétique avec des longueurs d’onde allant de 380 à 770 nanomètres (nm). Nous voyons la lumière de différentes longueurs d’onde comme un continuum de couleurs s’étendant à travers le spectre visible: 650 nm est rouge, 540 nm est vert, 450 nm est bleu, etc.
La sensibilité de l’œil humain à la lumière varie avec la longueur d’onde. Une source de lumière avec un rayonnement d’un Watt / m2 de lumière verte, par exemple, apparaît beaucoup plus lumineuse que la même source avec un rayonnement d’un Watt / m2 de lumière rouge ou bleue. En photométrie, nous ne mesurons pas les watts d’énergie rayonnante. Nous essayons plutôt de mesurer l’impression subjective produite en stimulant le système visuel œil-cerveau humain avec une énergie rayonnante.
Cette tâche est extrêmement compliquée par la réponse non linéaire de l’œil à la lumière. Elle varie non seulement avec la longueur d’onde mais aussi avec la quantité de flux rayonnant, que la lumière soit constante ou vacillante, la complexité spatiale de la scène perçue, l’adaptation de l’iris et de la rétine, l’état psychologique et physiologique de l’observateur et une foule d’autres variables
Néanmoins, l’impression subjective de voir peut être quantifiée pour des conditions de vision « normales ». En 1924, la Commission Internationale d’Éclairage (CIE) a demandé à plus d’une centaine d’observateurs de faire correspondre visuellement la « luminosité » des sources lumineuses monochromatiques de différentes longueurs d’onde dans des conditions contrôlées. La prise d’une moyenne des mesures donne la réponse dite photopique de l’observateur humain « moyen » perçu, comme le montre le graphique ci-dessous:
La courbe de gauche montre la réponse à de faibles niveaux de lumière. Le changement de sensibilité se produit parce que deux types de photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets, sont responsables de la réponse de l’œil à la lumière. La courbe de droite montre la réponse de l’œil dans des conditions d’éclairage normales et c’est ce qu’on appelle la réponse photopique. Les cônes réagissent à la lumière dans ces conditions et ils sont également responsables de la perception des couleurs humaines.
La courbe de gauche montre la réponse des yeux à de faibles niveaux de lumière et s’appelle la réponse scotopique. À faible niveau de lumière, les bâtonnets sont les plus actifs et l’œil humain est plus sensible à toute quantité de lumière présente, mais est moins sensible à la gamme de couleurs. Les tiges sont très sensibles à la lumière, mais sont composées d’un seul pigment photo, ce qui explique la perte de capacité à discriminer la couleur.
La conversion entre les unités photométriques qui tiennent compte de la physiologie humaine et les unités radiométriques droites est donnée par ce qui suit : (unité photométrique) = (unité radiométrique) x(683) x V(?) où V(?) est la « réponse photopique », montrée précédemment et nous indique essentiellement l’efficacité avec laquelle l’œil capte certaines longueurs d’onde de la lumière.
La réponse photopique est fonction de la longueur d’onde de la lumière et donc pour passer d’unités radiométriques à des unités photométriques, il faut d’abord connaître la source lumineuse. Si la source est spécifiée comme ayant une certaine température de couleur, nous pouvons supposer que son émission de radiance spectrale est la même qu’un radiateur à corps noir parfait et utiliser la loi de Planck définie précédemment.
Les sources artificielles en général n’ont pas la même distribution spectrale qu’un corps noir parfait, mais pour nos besoins, nous les considérerons comme égales. Le graphique ci-dessus représente le rayonnement spectral de plusieurs radiateurs à corps noir. Si l’on considère l’évaluation photopique d’un rayonnement de corps noir à une température de T = 2045K.
L’intégration du produit de l’émittance lumineuse par la fonction photopique permet la conversion d’un signal radiométrique en un signal photométrique.
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