Luminancia

La luminancia es una medida fotométrica de la intensidad luminosa por unidad de área de luz que viaja en una dirección determinada. ^{[ 1 ]} Describe la cantidad de luz que pasa a través de, es emitida por, o es reflejada por un área particular, y cae dentro de un ángulo sólido determinado .

El procedimiento para la conversión de radiancia espectral a luminancia está estandarizado por la CIE y la ISO . ^{[ 2 ]}

El brillo es el término que se utiliza para la impresión subjetiva del estándar objetivo de medición de la luminancia (véase Objetividad (ciencia) §  Objetividad en la medición para conocer la importancia de este contraste).

La unidad del SI para la luminancia es la candela por metro cuadrado (cd/m² ⁾ . Un término no perteneciente al SI para la misma unidad es el nit . La unidad en el sistema de unidades centímetro-gramo-segundo (CGS) (que precedió al sistema SI) es el stilb , que es igual a una candela por centímetro cuadrado o 10¹⁰  kcd/ ^m² .

La luminancia se utiliza a menudo para caracterizar la emisión o reflexión de superficies planas y difusas . Los niveles de luminancia indican la cantidad de potencia luminosa que el ojo humano puede detectar al observar una superficie determinada desde un ángulo de visión específico . Por lo tanto, la luminancia es un indicador de cuán brillante se verá la superficie. En este caso, el ángulo sólido de interés es el ángulo sólido subtendido por la pupila del ojo .

La luminancia se utiliza en la industria del vídeo para caracterizar el brillo de las pantallas. Una pantalla de ordenador típica emite entre50 y 300  cd/m² ^. El sol tiene una luminancia de aproximadamente1,6 × 10 ⁹  cd/m ² al mediodía. ^{[ 3 ]}

La luminancia es invariante en óptica geométrica . ^{[ 4 ]} Esto significa que para un sistema óptico ideal, la luminancia en la salida es la misma que la luminancia de entrada.

En los sistemas ópticos pasivos reales, la luminancia de salida es, como máximo, igual a la de entrada. Por ejemplo, si se utiliza una lente para formar una imagen más pequeña que el objeto original, la potencia luminosa se concentra en un área menor, lo que significa que la iluminancia es mayor en la imagen. Sin embargo, la luz en el plano de la imagen ocupa un ángulo sólido mayor, por lo que la luminancia resultante es la misma, suponiendo que no haya pérdidas en la lente. La imagen nunca puede ser más brillante que la fuente.

El daño retiniano puede ocurrir cuando el ojo se expone a una alta luminancia. El daño puede producirse debido al calentamiento localizado de la retina. Los efectos fotoquímicos también pueden causar daño, especialmente en longitudes de onda cortas. ^{[ 5 ]}

La serie IEC 60825 ofrece orientación sobre seguridad en relación con la exposición del ojo a láseres, que son fuentes de alta luminancia. La serie IEC 62471 ofrece orientación para evaluar la seguridad fotobiológica de lámparas y sistemas de iluminación, incluidas las luminarias. Específicamente, especifica los límites de exposición, la técnica de medición de referencia y el esquema de clasificación para la evaluación y el control de los riesgos fotobiológicos de todas las fuentes de radiación óptica de banda ancha incoherente alimentadas eléctricamente, incluidos los LED pero excluyendo los láseres, en el rango de longitud de onda de200  nm a través3000  nm . Este estándar fue preparado como estándar CIE S 009:2002 por la Comisión Internacional de Iluminación.

Un medidor de luminancia es un dispositivo utilizado en fotometría que puede medir la luminancia en una dirección y con un ángulo sólido determinados . Los dispositivos más sencillos miden la luminancia en una sola dirección, mientras que los medidores de luminancia de imagen la miden de forma similar a como una cámara digital registra imágenes en color. ^{[ 6 ]}

La luminancia de un punto específico de una fuente de luz, en una dirección determinada, se define mediante la derivada parcial mixta.$${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} \Sigma \,\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }}}}$$ dónde

• L _v es la luminancia ( cd / m ² );
• d ² Φ _v es el flujo luminoso ( lm ) que sale del área dΣ en cualquier dirección contenida dentro del ángulo sólido dΩ _Σ ;
• dΣ es un área infinitesimal (m ² ) de la fuente que contiene el punto especificado;
• dΩ _Σ es un ángulo sólido infinitesimal ( sr ) que contiene la dirección especificada; y
• θ _Σ es el ángulo entre la normal n _Σ a la superficie dΣ y la dirección especificada. ^{[ 7 ]}

Si la luz viaja a través de un medio sin pérdidas, la luminancia no cambia a lo largo de un rayo de luz dado . Cuando el rayo cruza una superficie arbitraria S , la luminancia viene dada por $${\displaystyle L_{\mathrm {v} }={\frac {\mathrm {d} ^{2}\Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} S\,\mathrm {d} \Omega _{S}\cos \theta _{S}}}}$$ dónde

• d S es el área infinitesimal de S vista desde la fuente dentro del ángulo sólido dΩ _Σ ;
• dΩ _S es el ángulo sólido infinitesimal subtendido por dΣ visto desde d S ; y
• θ _S es el ángulo entre la normal n _S a d S y la dirección de la luz.

De forma más general, la luminancia a lo largo de un rayo de luz se puede definir como $${\displaystyle L_{\mathrm {v} }=n^{2}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {v} }}{\mathrm {d} G}}}$$ dónde

• d G es la etendue de un haz infinitesimalmente estrecho que contiene el rayo especificado;
• dΦ _v es el flujo luminoso transportado por este haz; y
• n es el índice de refracción del medio.

La luminancia de una superficie reflectante está relacionada con la iluminancia que recibe: $${\displaystyle \int _{\Omega _{\Sigma }}L_{\text{v}}\mathrm {d} \Omega _{\Sigma }\cos \theta _{\Sigma }=M_{\text{v}}=E_{\text{v}}R,}$$ donde la integral cubre todas las direcciones de emisión Ω _Σ ,

• M _v es la emitancia luminosa de la superficie ;
• E _v es la iluminancia recibida; y
• R es la reflectancia .

En el caso de un reflector perfectamente difuso (también llamado reflector lambertiano ), la luminancia es isotrópica, según la ley del coseno de Lambert . Entonces la relación es simplemente $${\displaystyle L_{\text{v}}={\frac {E_{\text{v}}R}{\pi }}.}$$

Se han utilizado diversas unidades para medir la luminancia, además de la candela por metro cuadrado. La luminancia es esencialmente lo mismo que el brillo superficial , término empleado en astronomía. Se mide en una escala logarítmica, magnitudes por segundo de arco cuadrado (MPSAS).

• Luminancia relativa
• Órdenes de magnitud (luminancia)
• Reflexión difusa
• Etendue
• Valor de exposición (  VE) como medida de luminancia e iluminancia.
• Reflectancia lambertiana
• Luminosidad (color)
• Luma , la representación de la luminancia en un monitor de vídeo.
• Lumen (unidad)
• Radiancia , magnitud radiométrica análoga a la luminancia.
• Brillo , la impresión subjetiva de luminancia
• Resplandor (visión)

• Guía de Kodak para estimar la luminancia y la iluminancia utilizando el exposímetro de la cámara. También disponible en formato PDF .
• Autodesk Design Academy: Medición de niveles de luz (Archivado el 1 de enero de 2018 en Wayback Machine)