2.2. Яркость

К более сложному и интересному вопросу процесса формирования изображения относятся факторы, определяющие яркость каждой конкретной его точки. Яркость — это неформальный термин, употребляемый для обозначения по крайней мере двух различных понятий: яркости изображения и яркости сцены. При рассмотрении изображения яркость связана с потоком энергии, падающим на плоскость изображения; его величина может измеряться несколькими способами. Здесь вместо неформального понятия яркость изображения мы введем термин освещенность изображения. Освещенность — это мощность (световой) энергии, падающей на поверхность, отнесенная к единице площади — ватт на квадратный метр) (рис. 2.3, а). На рисунке Е обозначает освещенность, а — мощность потока энергии, падающего на бесконечно малый участок поверхности площадью Например, почернение пленки в фото- или киноаппарате — есть результат действия освещенности. (Как будет показано позже, величина яркости изображения зависит также от спектральной чувствительности измерительного прибора.) В каждой конкретной точке изображения освещенность будет зависеть от количества света, попадающего в нее из соответствующей точки

Рис. 2.3. а — освещенность, являющаяся мощностью энергии, падающей на единицу площади поверхности энергетическая яркость, являющаяся мощностью энергии, излучаемой единицей поверхности и заключенной внутри конуса направлений, имеющего единичный телесный угол . Термин яркость неформально относят к обоим понятиям.

объекта (эта точка находится путем прослеживания луча, выходящего из точки изображения и идущего через зрачок оптической системы до пересечения с поверхностью объекта).

При рассмотрении сцены яркость связана с потоком энергии, излучаемым поверхностью. Разные точки на объектах, расположенных перед зрительной системой, будут иметь различную яркость, зависящую от их освещенности и способности отражать свет. Для замены неформального понятия яркость сцены мы введем термин энергетическая яркость поверхности. Она равна мощности энергии, излучаемой единицей площади поверхности внутри единичного телесного угла — ватт на квадратный метр на стерадиан) (рис. 2.3, б). На рисунке обозначает энергетическую яркость, а — мощность энергии, излучаемой бесконечно малым участком поверхности площади внутри бесконечно малого телесного угла Кажущаяся сложность определения яркости поверхности проистекает из того, что множество возможных направлений излучения света поверхностью образует полусферу, и потому величина яркости оказывается ненулевой лишь при рассмотрении конечного телесного угла этих направлений. В общем случае яркость поверхности будет изменяться в зависимости от направления, под которым наблюдается объект. Вопросы фотометрии мы обсудим детально позже, когда будет введено понятие карты отражательной способности.

Яркость участков поверхности объекта нас интересует постольку, поскольку мы измеряем освещенность изображения, которая, как будет показано позже, пропорциональна яркости сцены. Коэффициент

пропорциональности зависит от свойств оптической системы. Чтобы собрать на экране конечное количество света, необходимо иметь апертуру конечных размеров. Рассмотренное в предыдущем разделе точечное отверстие должно иметь ненулевой диаметр. Поэтому изученная выше упрощенная схема проектирования отныне становится неприемлема, поскольку точка сцены изображается теперь в виде небольшого кружка. Последнее вытекает из рассмотрения лучей, проходящих через круглую апертуру, которые образуют конус с вершиной в точке объекта.

Мы не можем сделать апертуру слишком малой и по другой причине. Ввиду волновой природы света на ее краях возникает явление дифракции, и свет «растекается» по всему изображению. По мере уменьшения диаметра апертуры все более значительная часть проходящего света отклоняется от первоначального направления.