Che cos’è la radiometria?
La radiometria è la scienza di misurare la luce in qualsiasi parte dello spettro elettromagnetico. In pratica, il termine è solitamente limitato alla misurazione della luce infrarossa, visibile e ultravioletta utilizzando strumenti ottici. L’irradianza è l’intensità della luce ed è misurata in watt per metro quadrato.
Che cos’è la fotometria?
La fotometria è la scienza di misurare la luce visibile in unità ponderate in base alla sensibilità dell’occhio umano. È una scienza quantitativa basata su un modello statistico della risposta visiva umana alla luce – cioè la nostra percezione della luce – in condizioni attentamente controllate. L’equivalente fotometrico della Luminosità è chiamato Illuminamento e viene misurato in Lumen per metro quadrato (Lux).
Il sistema visivo umano
Il sistema visivo umano risponde alla luce nello spettro elettromagnetico con lunghezze d’onda che vanno da 380 a 770 nanometri (nm). Vediamo la luce di diverse lunghezze d’onda come un continuum di colori che vanno attraverso lo spettro visibile: 650 nm è rosso, 540 nm è verde, 450 nm è blu e così via.
La sensibilità dell’occhio umano alla luce varia con la lunghezza d’onda. Una sorgente luminosa con un irraggiamento di un Watt/m2 di luce verde, ad esempio, appare molto più luminosa della stessa sorgente con un irraggiamento di un Watt/m2 di luce rossa o blu. In fotometria, non misuriamo Watt di energia radiante. Piuttosto, cerchiamo di misurare l’impressione soggettiva prodotta stimolando il sistema visivo occhio-cervello umano con energia radiante.
Questo compito è complicato immensamente dalla risposta non lineare dell’occhio alla luce. Varia non solo con la lunghezza d’onda, ma anche con la quantità di flusso radiante, se la luce è costante o intermittente, la complessità spaziale della scena percepita, l’adattamento dell’iride e della retina, lo stato psicologico e fisiologico dell’osservatore, e una miriade di altre variabili
Tuttavia, l’impressione soggettiva di vedere può essere quantificato in “normali” condizioni di visualizzazione. Nel 1924, la Commission Internationale d’Eclairage (Commissione Internazionale sull’illuminazione, o CIE) chiese a oltre cento osservatori di abbinare visivamente la “luminosità” delle sorgenti luminose monocromatiche con diverse lunghezze d’onda in condizioni controllate. Prendendo una media delle misurazioni si ottiene la cosiddetta risposta fotopica dell’osservatore umano “medio” percepito come mostrato nel grafico seguente:
La curva a sinistra mostra la risposta a bassi livelli di luce. Lo spostamento della sensibilità si verifica perché due tipi di fotorecettori, coni e bastoncelli, sono responsabili della risposta dell’occhio alla luce. La curva a destra mostra la risposta dell’occhio in condizioni di illuminazione normali e questa è chiamata risposta fotopica. I coni rispondono alla luce in queste condizioni e sono anche responsabili della percezione del colore umano.
La curva a sinistra mostra la risposta degli occhi a bassi livelli di luce ed è chiamata risposta scotopica. A basso livello di luce, le aste sono più attive e l’occhio umano è più sensibile a qualsiasi quantità di luce presente, ma è meno sensibile alla gamma di colori. Le aste sono altamente sensibili alla luce ma sono composte da un singolo pigmento fotografico, che rappresenta la perdita di capacità di discriminare il colore.
La conversione tra unità fotometriche che tengono conto della fisiologia umana e unità radiometriche diritte è data dalla seguente: (unità fotometrica) = (unità radiometrica) x (683) x V (?) dove V (?) è la ‘Risposta fotopica’, mostrata in precedenza e fondamentalmente ci dice quanto efficientemente l’occhio raccoglie determinate lunghezze d’onda della luce.
La risposta fotopica è una funzione della lunghezza d’onda della luce e quindi convertire da unità radiometriche a unità fotometriche richiede prima la conoscenza della sorgente luminosa. Se la sorgente è specificata come avente una certa temperatura di colore, possiamo supporre che la sua emissione di radianza spettrale sia la stessa di un radiatore a corpo nero perfetto e utilizzare la legge di Planck definita in precedenza.
Le fonti artificiali in generale non hanno la stessa distribuzione spettrale di un corpo nero perfetto, ma per i nostri scopi le considereremo uguali. Il grafico sopra mostra la luminosità spettrale di diversi radiatori a corpo nero. Se consideriamo la valutazione fotopica di una radiazione del corpo nero ad una temperatura di T=2045K.
L’integrazione del prodotto dell’emissione luminosa con la funzione fotopica fornisce la conversione da un segnale radiometrico a un fotometrico.
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