Photométrie visuelle
Si l'on présente à un sujet deux sources étendues émettant des radiations monochromatiques, l'une de longueur d'onde l
1 = 700 nm avec une luminance énergétique LE1, l'autre
de longueur d'onde l 2 = 690 nm avec une
luminance énergétique LE2. Ces deux sources semblent du même
rouge mais pour qu'elles paraissent identiques à l'observateur, il faut que
les luminances énergétiques soient telles que LE1 soit environ
quatre fois plus grande que LE2. On constate donc que l'égalité
des luminances énergétiques n'a aucun sens au niveau visuel. L'égalisation
visuelle est obtenue lorsque V1. LE1 = V2. LE2
, le rapport V1/V2 = 0,24.
En opérant de proche en proche, on peut définir
successivement ces rapports. On est obligé d'opérer de proche en proche car
pour que la comparaison soit possible, il faut que les deux sources lumineuses
soient perçues d'une couleur très voisine. En choisissant pour la source de
longueur d'onde l m la plus efficace le
coefficient V = 1, la grandeur V(l ) ainsi définie
est l'efficacité lumineuse relative spectrale. Cette méthode de
détermination est dite méthode du pas à pas car on opère de proche en
proche.
Tous les observateurs n'étant pas rigoureusement
identiques, à partir d'études portant sur plus de 200 sujets, la commission
internationale de l'éclairage (CIE) a défini ces coefficients pour un sujet
moyen: l'observateur de référence photométrique.
La rétine ayant deux types de photorécepteurs: les cônes actifs en vision photopique et les bâtonnets en vision scotopique, il y a en fait deux observateurs de référence. Voici les courbes donnant l'efficacité lumineuses des radiations monochromatiques pour ces observateurs.
On constate qu'en vision photopique(p), l'efficacité maximum (=1) est celle d'une lumière de longueur d'onde 556 nm (jaune citron) et qu'en vision scotopique (s) c'est celle d'une lumière de 507 nm (vert bleu).
Considérons une source ponctuelle de longueur d'onde l et de luminance énergétique dans la direction Ox LE on définit sa luminance visuelle dans la direction Ox par:
dI est l'intensité visuelle de l'élément de surface dans la direction Ox. L'unité d'intensité visuelle est la candela.
L'unité de luminance est donc le candela par mètre carré (cd.m -2) appelée le nit. On utilise aussi une sous unité: le stilb ( 1 sb = 1 cd.cm -2 ).
Si la source est une source à spectre continu, on peut
définir sa luminance spectrale énergétique lEl
telle que la luminance dLEl due
aux radiations comprises dans une petite bande dl
autour de l soit égale à:
dLEl
= lEl .dl
. Le rayonnement émis par la source est représenté par lEl
= f(l )
L'expression de la luminance énergétique de la source est :
Si Vl est l'efficacité de la radiation l , on en déduit l'expression de la luminance visuelle de cette source en appliquant la loi d'Abney:
Nous venons de montrer comment on passe de la grandeur luminance énergétique à la grandeur luminance visuelle. On pourrait faire de même pour les grandeurs flux, intensité et éclairement.
Le flux lumineux s'exprime en lumen ( 1 lm = 1 cd.sr), l'éclairement en lux ( 1lx = 1 lm. m -2 ) ou en phot ( 1 ph = 1 lm. cm -2 ).
Donnons pour terminer des valeurs indicatives des luminances de sources réelles:
Elles découlent d'observations effectuées sur un grand
nombre de sujets et peuvent être considérées comme des propriétés de
base de la perception visuelle.
Les grandeurs photométriques satisfont les lois: