Fonction d'efficacité lumineuse

Une fonction d'efficacité lumineuse ou fonction de luminosité représente la sensibilité spectrale moyenne de la perception visuelle humaine de la lumière . Elle est basée sur des jugements subjectifs de la lumière la plus brillante d'une paire de lumières de couleurs différentes, pour décrire la sensibilité relative à la lumière de différentes longueurs d'onde . Il ne s'agit pas d'une référence absolue à un individu particulier, mais d'une représentation standard de la sensibilité visuelle d'un œil humain théorique . Elle est précieuse comme base de référence à des fins expérimentales et en colorimétrie . Différentes fonctions d'efficacité lumineuse s'appliquent dans différentes conditions d'éclairage, allant de la photopique dans des conditions de forte luminosité à la mésopique et à la scotopique dans des conditions de faible luminosité. Lorsqu'elle n'est pas spécifiée, la fonction d'efficacité lumineuse fait généralement référence à la fonction d'efficacité lumineuse photopique.

La fonction d'efficacité lumineuse photopique CIE y (λ) ou V (λ) est une fonction standard établie par la Commission Internationale de l'Éclairage ( CIE ) et normalisée en collaboration avec l' ISO et peut être utilisée pour convertir l'énergie radiante en énergie lumineuse (c'est-à-dire visible). Elle constitue également la fonction centrale de correspondance des couleurs dans l' espace colorimétrique CIE 1931 .

Il existe deux fonctions d'efficacité lumineuse couramment utilisées. Pour les niveaux de lumière du jour, la fonction de luminosité photopique se rapproche le plus de la réponse de l'œil humain. Pour les niveaux de lumière faibles, la réponse de l'œil humain change et la courbe scotopique s'applique. La courbe photopique est la courbe standard CIE utilisée dans l'espace colorimétrique CIE 1931.

Le flux lumineux (ou puissance visible) d'une source lumineuse est défini par la fonction de luminosité photopique. L'équation suivante permet de calculer le flux lumineux total d'une source lumineuse :

où

• Φ _v est le flux lumineux , en lumens ;
• Φ _e,λ est le flux radiant spectral , en watts par nanomètre ;
• y ( λ ), également connu sous le nom de V ( λ ), est la fonction de luminosité, sans dimension ;
• λ est la longueur d'onde, en nanomètres.

Formellement, l' intégrale est le produit scalaire de la fonction de luminosité par la distribution spectrale de puissance . En pratique, l'intégrale est remplacée par une somme sur des longueurs d'onde discrètes pour lesquelles des valeurs tabulées de la fonction d'efficacité lumineuse sont disponibles. La CIE distribue des tables standard avec des valeurs de fonction de luminosité à des intervalles de 5 nm de 380 nm à 780 nm .

La fonction d'efficacité lumineuse standard est normalisée à une valeur maximale de 1 à 555 nm (voir coefficient lumineux ). La valeur de la constante devant l'intégrale est généralement arrondie à683 lm/W . La petite valeur fractionnaire excédentaire provient du léger décalage entre la définition du lumen et le pic de la fonction de luminosité. Le lumen est défini comme étant l'unité pour une énergie radiante de 1/683 W à une fréquence de 540 THz , ce qui correspond à une longueur d'onde standard de l'air de 555,016 nm plutôt qu'à une longueur d'onde de 1/683 W.555 nm , qui est le pic de la courbe de luminosité. La valeur de y ( λ ) est0,999 997 à555,016 nm , donc une valeur de 683/0,999 997 = 683,002 est la constante multiplicative.

Le nombre 683 est lié à la définition moderne (1979) de la candela , l'unité d' intensité lumineuse . Ce nombre arbitraire a fait que la nouvelle définition a donné des nombres équivalents à ceux de l'ancienne définition de la candela.

Français La fonction de luminosité photopique V ( λ ) de la CIE 1924, qui est incluse dans les fonctions de correspondance des couleurs de la CIE 1931 sous le nom de fonction y ( λ ), a longtemps été reconnue comme sous-estimant la contribution de l'extrémité bleue du spectre à la luminance perçue. De nombreuses tentatives ont été faites pour améliorer la fonction standard, afin de la rendre plus représentative de la vision humaine. Judd en 1951, améliorée par Vos en 1978, a abouti à une fonction connue sous le nom de CIE V _M ( λ ). Plus récemment, Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle (2005) ont développé une fonction cohérente avec les fondamentaux du cône de Stockman & Sharpe ; leurs courbes sont tracées dans la figure ci-dessus.

Stockman & Sharpe ont ensuite produit une fonction améliorée en 2011, prenant en compte les effets de l'adaptation chromatique sous la lumière du jour . Leurs travaux en 2008 ont révélé que « l'efficacité lumineuse ou les fonctions V(l) changent considérablement avec l'adaptation chromatique ».

La norme ISO est la norme ISO/CIE FDIS 11664-1. La norme fournit un tableau incrémental par nm de chaque valeur dans la plage visible pour la fonction CIE 1924.

Pour des niveaux d'intensité très faibles ( vision scotopique ), la sensibilité de l'œil est médiatisée par des bâtonnets, et non des cônes, et se déplace vers le violet , culminant autour de 507 nm pour les yeux jeunes ; la sensibilité est équivalente à1699 lm/W ou1700 lm/W à ce pic. La fonction d'efficacité lumineuse scotopique standard ou V ′ ( λ ) a été adoptée par la CIE en 1951, sur la base de mesures de Wald (1945) et de Crawford (1949).

La luminosité de la vision mésopique , une large bande de transition entre la vision scotopique et la vision phototique, est moins bien standardisée. Le consensus est que cette efficacité lumineuse peut être écrite comme une moyenne pondérée des luminosités scotopique et mésopique, mais différentes organisations fournissent des facteurs de pondération différents.

Le daltonisme modifie la sensibilité de l'œil en fonction de la longueur d'onde. Chez les personnes atteintes de protanopie , le pic de la réponse de l'œil est décalé vers la partie à ondes courtes du spectre (environ 540 nm), tandis que chez les personnes atteintes de deutéranopie , il y a un léger décalage du pic du spectre, à environ 560 nm. Les personnes atteintes de protanopie n'ont pratiquement aucune sensibilité à la lumière de longueurs d'onde supérieures à 670 nm.

La plupart des mammifères non primates ont la même fonction d'efficacité lumineuse que les personnes atteintes de protanopie. Leur insensibilité à la lumière rouge à grande longueur d'onde permet d'utiliser un tel éclairage pour étudier la vie nocturne des animaux.

Chez les personnes âgées ayant une vision normale des couleurs, le cristallin peut devenir légèrement jaune en raison de la cataracte , ce qui déplace le maximum de sensibilité vers la partie rouge du spectre et rétrécit la gamme des longueurs d'onde perçues.