Fotometría (óptica)

En óptica, a fotometría é a parte desta ciencia que se encarga da medida da luz, como o brillo percibido polo ollo humano. É dicir, estuda a capacidade que ten a radiación electromagnética, comprendida no espectro visíbel, de estimular o sistema visual.

Para outras páxinas con títulos homónimos véxase: Fotometría.

Eficacias relativas das visións visión escotópica, CIE 1951 (en azul),^[1] e fotópica, 2° CIE 1924 (en vermello, trazo pleno)^[2] e 2° CIE 1988 (en vermello, liña de puntos).^[3][4]

Fotometría e radiometría

Non debe confundirse coa radiometría, que estuda a enerxía da radiación electromagnética, pero baséase nela, dado que a luz visíbel é un caso particular. Polo demais, os conceptos e as cantidades da fotometría son homólogas aos da radiometría.

Os campos de aplicación da fotometría son a iluminación, a arquitectura, a fotografía, os medios audiovisuais, a espectroscopia e a espectrofotometría etc.

O ollo humano e a fotometría

O ollo humano non ten a mesma sensibilidadr para todas as lonxitudes de onda que forman o espectro visíbel. A fotometría introduce este feito ponderando as diferentes magnitudes radiométricas medidas para cada lonxitude de onda por un factor que representa a sensibilidade do ollo para esa lonxitude.

A función que introduce estes fractores denomínase función de luminosidade ou función de eficiencia luminosa relativa dun ollo modelo, que se adoita notar como ${\displaystyle \scriptstyle {V_{\lambda }}}$, ${\displaystyle \scriptstyle {V(\lambda )}}$ ou ${\displaystyle \scriptstyle {{\bar {y}}(\lambda )}}$ (este modelo ou observador estándar é moi similar aos da colorimetría).

Esta función é diferente dependendo de que o ollo se encontre adaptado a condicións de boa iluminación (visión fotópica) ou de mala (visión escotópica). Así, en condicións fotópicas, a curva alcanza o seu pico para 555 nm, mentres que en condicións escotópicas o fai para 507 nm.

Relación coa radiometría

Considérese, por exemplo, a magnitude radiométrica da enerxía radiante, ${\displaystyle \scriptstyle {Q_{e}}}$, que describe a enerxía total medida por un detector "físico" ante a presenza de radiación eletromagnética. Interesa obter unha medida da enerxía que sería percibida por un ollo humano: cantidade de luz, ${\displaystyle \scriptstyle {Q_{V}}}$. Para iso, habería que coñecer a enerxía radiante correspondente a cada lonxitude de onda, multiplicar polos valores correspondentes da función de luminosidade e integrar a todas as lonxitudes de onda:

${\displaystyle Q_{V}=K\int _{visible}^{\ }Q_{E}(\lambda )V(\lambda )\,d\lambda }$

A enerxía radiante espectral, ${\displaystyle \scriptstyle {Q_{E}(\lambda )}}$, mídese no Sistema Internacional en unidades de J/m. En cambio, ${\displaystyle \scriptstyle {Q_{V}}}$ mídese en lm·s. A constante K toma o valor de 683 lm/W en condicións fotópicas e de 1700 lm/W para condicións escotópicas.

Eficacia luminosa

A eficacia luminosa dunha radiación defínese como o cociente entre unha magnitude fotométrica, por exemplo ${\displaystyle \scriptstyle {Q_{V}}}$, e a correspondente magnitude radiométrica, neste caso ${\displaystyle \scriptstyle {Q_{E}}}$. Así:

${\displaystyle K_{r}={\frac {Q_{V}}{Q_{E}}}=K{\frac {\int _{visible}^{\ }Q_{E}(\lambda )V(\lambda )\,d\lambda }{\int _{0}^{\infty \ }\ Q_{E}(\lambda )\,d\lambda }}\left({\frac {lm}{W}}\right)}$

Por exemplo, a eficacia luminosa dun láser infravermello sería igual a 0 lm/W, mentres que a de luz monocromática a 555 nm sería de 683 lm/W (para este caso, ${\displaystyle \scriptstyle {K_{r}=K}}$).

Principais magnitudes fotométricas

A seguinte táboa recolle as principais magnitudes fotométricas, a súa unidade de medida e a magnitude radiométrica asociada:

Magnitude fotométrica	Símbolo	Unidade	Abreviatura	Magnitude radiométrica asociada
Cantidade de luz ou enerxía lumínica	${\displaystyle \scriptstyle {Q_{v}}}$	lumen·segundo	lm·s	Enerxía radiante
Fluxo luminoso ou potencia luminosa	${\displaystyle \scriptstyle {F}}$	lumen (= cd·sr)	lm	Fluxo radiante ou potencia radiante
Intensidade luminosa	${\displaystyle \scriptstyle {I_{v}}}$	candela	cd	Intensidade radiante
Luminancia	${\displaystyle \scriptstyle {L_{v}}}$	candela /metro2	cd /m2	Radiancia
Iluminancia	${\displaystyle \scriptstyle {E_{v}}}$	lux	lx	Irradiancia
Emitancia luminosa	${\displaystyle \scriptstyle {M_{v}}}$	lux	lx	Emitancia

A candela é unha unidade básica do SI. As restantes unidades fotométricas pódense derivar de unidades básicas.

Notas

1. Color and Vision Research Laboratory: CIE Scotopic luminosity curve (1951)
2. CIE 1924 — Color and Vision Research Laboratory: CIE 2-deg photopic luminosity curve (1924)
3. CIE 1988 2° Spectral Luminous Efficiency Function for Photopic Vision
4. 1978 — Color and Vision Research Laboratory : Judd-Vos modified CIE 2-deg photopic luminosity curve (1978)

Véxase tamén

Bibliografía

• Wyszecki, Günter & Stiles, W. S. (1982): Color Science: Concepts, Methods and Formulae. Nova York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-02106-7.