Метрология света. 
Цветоведение и основы колориметрии

Классификация метрологических систем в зависимости от природы света

Известно, что при зеркальном отражении наблюдается блик. В зависимости от степени отражения поверхности блик может быть сильнее или слабее. Точно так же лоск бумаги в зависимости от степени ее каландрирования (выглаживания) может быть сильнее или слабее. Свет, прошедший через реальную светопоглощающую пластину, в зависимости от степени поглощения пластины может быть ярче или слабее.

Все это качественные характеристики световых явлений. Достаточно ли нам качественных характеристик светового потока? Можем ли мы удержать в памяти, запомнить количество света, падающего на поверхность? А в ряде отраслей науки и техники нам необходимо точно знать количество света, падающего на поверхность физического тела либо отраженного от поверхности тела. Например, в фотографии неправильно определенное количество света ведет либо к недодержке негатива, либо к передержке. В итоге мы не получим качественной фотографической карточки.

Э. Г. Вебер (1795—1878, Германия) и Г. Т. Фехнер (1801—1887, Германия) установили, что реакция глаза логарифмически (нелинейно) связана с яркостью объекта (рис. 3.1). Эта связь, выраженная математически, получила название психофизиологического закона Вебера — Фехнера. Экспериментальным путем была установлена связь между яркостью В и уровнем реакции глаза W:

где кис — экспериментально определенные коэффициенты для среднего нормального наблюдателя.

Проиллюстрировать график на рис. 3.1 и формулу (3.1) можно следующим примером. Наверняка, многие наблюдали рассвет. Черное вначале, небо постепенно светлеет, при этом каждые 10—15 мин можно заметить изменение его яркости и тональности. Это соответствует левой ветви графика: она показывает, что реакция глаза меняется с большой скоростью, отвечая на небольшие изменения яркости.

А можем ли мы заметить изменения яркости, допустим, между 11 и 14 ч в ясную солнечную погоду? Маловероятно, поскольку «глаз» как бы насыщается, приближаясь к некоторому пределу (правая ветвь графика).

Рис. 3.1. Графическая интерпретация закона Вебера — Фехнера

Таким образом, закон Вебера — Фехнера не позволяет запоминать абсолютные значения яркости. Единственно, что может сделать наблюдатель, — это оценить равенство или неравенство двух яркостей. На этом принципе построено измерение света с помощью универсального фотометра, описанного в главе 4.

Но уравнивание яркостей ничего не говорит о свойствах световых явлений, их оценке. Да и сами термины «яркость», «количество света», приведенные выше, не поясняются. Значит, необходимо выяснить, какими параметрами можно охарактеризовать световой поток, световые явления с тем, чтобы их можно было бы количественно оценить.

В предыдущей главе мы узнали, что свет имеет двойственную, дуалистическую природу. Свет образован потоком фотонов, которые, как электроны, протоны и пр., проявляют свойства, характерные для частиц, и свойства, характерные для волн. Из двойственной природы фотонов вытекает следствие о том, что световые явления можно классифицировать на два вида: связанные с корпускулярными и с волновыми свойствами фотона, иначе — с распространением света как потока частиц и как потока энергии.

Рассмотрим метрологические системы с позиции распространения света как потока частиц и как волн.