ELK462 AYDINLATMA TEKNİĞİ

ELK462 AYDINLATMA TEKNİĞİ Fizyolojik Optik Esaslar (Hafta3) Yrd.Doç.Dr. Zehra ÇEKMEN Fizyolojik Optik Esaslar Etrafımızdaki cisimleri göz ve gözün görme yeteneği sayesinde görmekteyiz. Gözün görme yeteneği denilince Aydınlık ve karanlık farkı duyarlılığı (kontrast duyarlılığı) Şekil duyarlılığı (keskinlik veya seçicilik) Görme hızı ve kritik titreme frekansı anlaşılır. 1

Bir cismin görülmesi öncelikle o cismin retinada meydana getirdiği görüntünün aydınlık seviyesine dolayısıyla cismin çeşitli noktalarının parıltılarına bağlıdır. Sonra cismin büyüklüğü, şekli, devamlılığı da önemli rol oynar. Ayrıca kamaşma, gözün adaptasyon durumu (ani parıltı değişikliklerine uyum), parıltı oranları da etkendir. Özellikle algılamayı etkileyen, başka bir ifadeyle görmenin pisikolojik yönünü etkileyen faktörler ise Gölge Işık rengidir. Gözün Eşik Değerleri İnsan gözü analog bir yapıdır ve dijital bir terim olan piksel boyutuyla ölçülmesi tam olarak mümkün değildir. Fakat 100 ila 120 megapiksele denk geldiği öngörülmektedir. Beyindeki görme merkezi gözlerden gelen ışık bilgisini aynen bir film perdesi gibi algılayamaz. Beyin gelen ışık bilgisini yorumlayarak görüntü oluşturur. Bu görüntü gözden beyne giden sinir hücrelerinin yani nöronların hızına bağlı olarak sürekli yenilenir. 2

İnsan gözünün de belli bir eşik değeri vardır ve o değerden daha hızlı geçen bir cisme baktığında onun hareketini yakalayamaz ve hiçbirşey geçmemiş gibi görür. Günümüzde yüksek çekim hızına sahip kameralar kullanılarak bir merminin hareketi milisaniye mertebesinde rahatlıkla incelenebilmektedir. Gözün eşik değeri deyince, genel olarak cd/m 2 veya apostilb (asb) (parıltı birimi) cinsinden görülebilen en küçük ışık uyarımı anlaşılır. (3.14 asb = 1 cd/m 2 ve 1stilb=1cd/cm 2 =10 4 cd/m 2 ) Üç çeşit görme söz konusudur. 10-6 ile 3,2x10-2 cd/m 2 arasında gece görmesi veya skotopik görme (renkler algılanamaz) 3,2x10-2 cd/m 2 ile 3,2 cd/m 2 arası karma görme veya mezopik görme (renk duyarlılığı uyanmaya başlar) 3,2 cd/m 2 nin üzeri gündüz görmesi veya fatapik görme 10 4 cd/m 2 den sonra kamaşma başlar. 3

Eşik değerleri ışık uyarımından başka diğer bir çok faktörlere de bağlıdır. Bunlar sırasıyla ; Cismin göründüğü açının büyüklüğü, Cismin göze geliş doğrultusu Işık uyarımın etki süresi Gözün adaptasyon durumu Görme alanının ortalama parıltısı, Görme alanının düzgünlük faktörüdür. Cismin göründüğü açının büyüklüğü Bir cismin en büyük boyutunun göz merceğinin düğüm noktası ile teşkil ettiği açıya o cismin göründüğü açı denir ve α ile gösterilir. Bu açı 20 o den büyükse, parıltı eşik değeri sabittir (10-6 mertebesinde), cismin büyüklüğü ile değişmez. Büyük görme açılarında cismin görülebilmesi gözbebeğinden giren ışık akısı veya cismin görüntüsünün aydınlık seviyesine değil parıltısına bağlıdır. 4

Cismin göründüğü açının büyüklüğü 20 ı <α<20 o arasında iken cismin görülebilmesi için parıltı eşik değeri artık sabit değildir ve göründüğü açının tersi ile orantılıdır. (Piper yasası). Yani cismin görülebilmesi için parıltısının, cismin görünen alanının karekökünün tersi ile değişmesi gerekir. Cismin göründüğü açı α <20 ı iken büyük bir yaklaşıklıkla ve α <1 ı iken kesin olarak Ricco yasası geçerlidir. Buna göre cismin görülebilmesi için parıltısı, görünen alanın tersi ile orantılı olarak değişmelidir. Yani cismin göründüğü açı küçüldükçe parıltısının aynı oranda artması gerekir. 5

Cismin göze geliş doğrultusu Göz eşik değerindeki ışık uyarımlarında, kural olarak en büyük gözbebeği çapı (7-8 mm) ile çalışır. Ve tamamen karanlık durumlarda artık gözbebeği çapında bir değişiklik olmaz. Fakat eşik değerinden daha büyük ışık uyarımlarında, göz bebeği çapı küçülür. Buna göre gözbebeği çapı aydınlık görmelerinde yaklaşık 2mm, karanlık görmelerinde ise 7-8 mm dir. Gözbebeği çapı ile adapte olunan parıltı arasındaki ilişki d o ( mm) 5,5 logl( cd / m 2 ) Göze giren ışık akısı gözbebeği çapının karesi ile orantılıdır. Stile Crawford a göre ışık uyarımının aydınlık etkisi yalnız gözbebeği çapına değil, aynı zamanda ışık uyarımının göze geliş doğrultusuna da bağlıdır. Buna göre cismin göze geliş doğrultusu görme ekseniyle çakışırsa göz bunu en fazla, görme ekseninden uzaklaştıkça daha az değerlendirir. 6

Işık uyarımının etki süresi Işık uyarımının etki süresi kısalırsa, eşik değeri büyür, dolayısıyla eşik değerinin tersi olarak tanımlanan duyarlılık azalır. Uyarım süresi ile eşik değeri arasındaki bağıntılar değişik araştırmacılar tarafından deneysel formüllerle verilmiştir. Blondel Rey e göre Le sonsuz uyarım süresine ve Lt, t uyarım süresine karşılık olan parıltı eşik değerleri olmak üzere ; L t Le (0,21 t t) Eşik değerlerine ait bilgilerden aydınlatma tekniği açısından şu sonuçlar çıkarılabilir. Bir cismin göründüğü açı ne kadar küçükse, o cismin görülebilmesi için parıltısının o oranda büyük olması gerekir. Eğer bir sinyal lambasının parıltısını yükseltmekle istenen sonuca varılamazsa o zaman sinyal lambasının yüzeyini de büyütmek lazım. Bir armatür veya lambanın göründüğü açı ne kadar büyükse, kamaşma tehlikesi o kadar büyüktür. Ani sinyaller, flaş ışıkları gibi çok kısa süreli ışık uyarımlarının etkili olabilmeleri için parıltılarının çok büyük olması gerekir. 7

Adaptasyon Öğle güneşinin 10000 lüx lük aydınlık seviyesinde de, mehtabın 0,25 lüx lük aydınlık seviyesinde de etrafımızdaki cisimleri görürüz. Gözün değişik aydınlık düzeylerine dolayısıyla parıltılara uyma yeteneğine adaptasyon denir. Temel olarak iki türlü adaptasyon vardır: Karanlık adaptasyonu. Aydınlık bir yerden karanlık bir yere geçişteki adaptasyondur ve oldukça yavaştır. Örneğin güneşli aydınlık bir yerden karanlık bir odaya girişte, ilk andaki parıltı eşik değeri 1asb veya duyarlılık =1/1 =1 dir. Fakat ilk on dakika içinde parıltı-eşik değeri küçülmeğe, dolayısıyla duyarlılık büyümeğe başlar 10 ila 30 dakika arası duyarlılık aşağı yukarı lineer olarak yükselir ve nihayet 30. dakikadan itibaren yükselme tekrar yavaşlar. Karanlık adaptasyonunun en büyük değerine aşağı yukarı 1 saat sonra erişilir. karanlık adaptasyonunda adaptasyonunun zamana göre değişimi 8

Aydınlık adaptasyonu karanlık bir yerden aydınlık bir yere geçişteki adaptasyondur ve çok hızlı olur saliseleri aşmaz. Aydınlatma tekniği bakımından karanlık adaptasyonunun etkisi çok önemlidir. Örneğin iyi aydınlatılmış bir bürodan kötü aydınlatılmış bir koridora veya aydınlık yüzeyi iyi tutulmuş bir ana caddeden aydınlık düzeyi düşük tutulmuş bir tali caddeye geçişte karanlık adaptasyonunu göz önünde bulundurmak gerekir. Bunun önlenmesi için iki aydınlık düzeyi arasındaki fark küçük tutulur. Kontrast Duyarlılığı Bilindiği gibi göz cisimleri aydınlık karanlık farkları, şekilleri, hareketleri ve renkleriyle ayırt etme yeteneğine sahiptir. Bunlar içinde gözün cisimleri aydınlık karanlık farkları ile ayırt etme yeteneği başta gelir. Çünkü bir cismin görülebilmesi her şeyden önce bu cismin aydınlık ve karanlık izlenimlerinin alınabilmesine bağlıdır. Eğer bir cismin fon parıltısı L ile ve cisme ait herhangi bir detayın parıltısı da L d ile gösterilirse L- L d = L ye bu detaya ait mutlak parıltı farkı veya kontrastı ve C= L/L ye de bağıl parıltı farkı veya kontrastı denir. Bir cismin fon ve detay parıltıları 9

Kontrast duyarlılığı, ( Le: kontrast parıltı farkı eşiği) k= L/ Le denklemiyle tanımlanır ve cismin aydınlık düzeyine, dolayısıyla fon parıltısına bağlı olarak değişir. Kontrast duyarlılığı, ayrıca cismin görme açısı cinsinden büyüklüğüne, çevre aydınlık düzeyine ve daha bir çok faktöre bağlıdır. En büyük kontrast duyarlılığına cisim ile aynı mertebeden bir çevre parıltısı durumunda erişilir. Eğer çevre parıltısı cismin parıltısından çok büyük ise, bu takdirde endirekt kamaşma olur ve yine kontrast duyarlılığı azalır. Eğer bir cismin aydınlık karanlık farkları çok büyükse, o zaman da bağıl kamaşma meydana gelebilir. Bu durum özellikle oldukça karanlık bir çevrede çok aydınlık bir cisme bakıldığı zaman meydana gelir. Genel olarak kontrast duyarlılığının aydınlatma tekniği bakımından pratik sonuçları şunlardır; Rötuş ve dizgi işlerinde olduğu gibi çok küçük aydınlık karanlık farlarını ayırt edebilmek için aydınlık düzeyi o kadar yüksek tutulmalıdır ki, cisimler en az 100 ile 200 asb lik ortalama bir parıltıyla sahip olsunlar. Örneğin yansıtma faktörü 0,10 olan koyu gri renkteki harf malzemesini rahatça görebilmek için aydınlık şiddeti 1000 ile 2000 lx olmalıdır. Kontrast duyarlılığını yükseltmek için yalnız cismin parıltısını yükseltmek yetmez, çevrenin parıltısını da aynı mertebeye çıkarmak gerekir. Çevre parıltısının yükseltilmesi, kamaşma tehlikesini azaltır. 10

Şekil Duyarlılığı Gözün en önemli yeteneklerinden biri de şekil duyarlılığıdır. Bir cismin çeşitli noktalarının ayırt edilebilmesi, gözün şekil duyarlılığına ve keskinliğine bağlıdır. Eğer bir cismin iki noktasının görüntüleri birbirine çok yakın ise bu durumda göz bu iki noktayı ayırt edemez; bu iki noktayı iki ayrı nokta olarak görebilmek için bunların göründükleri açısının belirli bir açısının değerinden daha büyük olması gerekir. açısının tersine şekil duyarlılığı, keskinlik veya seçicilik derecesi denir ve S ile gösterilir; S= 1/ Normal bir göz için 3/4 = 0,75 = 2,18x10-4 rad, yani s = 4,5.10 ³ 1/ rad dır. açısının dakika cinsinden tersine bağıl keskinlik denir ve S b ile gösterilir. S b = 1/ (dk) Keskinlik açısından =1 yeterli kabul edilir. Normal gözün bağıl keskinliği veya seçiciliği s = 1/ =1/1` = 60/60``=6/6 kabul edilir. Keskinlik 500 lx civarında en büyük değerine erişir. Ve aşağı yukarı 1000 lx e kadar sabit kalır. Bundan sonra kamaşma sebebiyle keskinlik tekrar azalmaya başlar. gözün bağıl keskinliğinin sarı leke çukurundan itibaren uzaklığa göre değişimi 11

Kamaşma Sağlam bir gözün dış etkilerle geçici olarak etraftaki cisimleri göremez duruma gelmesidir. Görmeyi yok eden kamaşma: Karanlıkta göze bir projektör veya uzak farlarının tutulması, akşam güneşi gibi dış etkilerle geçici olarak çevredeki cisimlerin görülememesidir. Görme yeteneğini azaltan kamaşma:armatürlerin yanlış yerleştirilmesi, parıltısı yüksek armatür veya çıplak lamba kullanımı gibi hatalı bir uygulama sonucunda görme yeteneğinin azalmasıdır. Bir aydınlatmada bir veya daha fazla ışık kaynağı söndürüldüğünde veya el ile gölgelendiğinde daha iyi görme sağlanıyor ise orada kamaşma vardır. Gözün görme alanındaki parıltı 10 4 cd/m 2 ve daha büyük değerlere çıktığında göz kamaşır. Buna mutlak kamaşma denir. Görme alanında büyük parıltı farkları olduğunda düşük parıltılı cismin görülememesine bağıl kamaşma denir. Bakılan cismin (güneş, lamba vs.) sebep olduğu kamaşmaya direkt kamaşma denir. Bakılan cisim ile kamaşmaya neden olan cisim farklıysa endirekt kamaşma denir. Kamaşma parıltısı çevre parıltısına bağlıdır. Çevre parıltısı yüksek ise kamaşma parıltısı da yüksek olur. 12

Kritik Titreme Frekansı Göz zamana göre ışık değişimlerini iki durumda ayırt edemez. Doğal aydınlatmadaki gibi çok yavaş olanları Alternatif akımla çalışan deşarj lambalarındaki gibi çok hızlı olanları Bir ışık kaynağının parıltısı periyodik olarak değiştiği halde göze sabit bir parıltı gibi gözüktüğü en küçük frekansa kritik titreme frekansı denir. Kritik titreme frekansından aydınlatma tekniği açısından çıkarılan sonuçlar Büyük parıltılarda dolayısıyla yüksek aydınlık düzeylerinde kritik titreme frekansı büyük olduğundan aydınlatmanın mümkün olduğu kadar titreşimsiz olması gerekir Hareketli olaylar düşük aydınlık seviyesinde gerçektekinden daha hızlı seyrediyormuş gibi görünürler. Kesikli ışıkta gözlenen periyodik hareketler, görme yanılmalarına sebep olabilir (stroskobik etki). Örneğin dönen bir cisim duruyormuş gibi, sağa doğru dönen bir cisim sola doğru dönüyormuş gibi (filmlerde ileri giden bir arabanın tekerleğinin geri dönüyormuş gibi görünmesi) veya dönen bir cisim olduğundan çok daha yavaş görünüyor görünebilir. 13

Parıltı Oranları Günlük hayatta karşılaşılan yanyana iki ışık uyarımının parıltı oranları çok farklıdır. Bazı parıltı oranları şöyledir. Siyah çini mürekkebi ile yazı : Beyaz resim kağıdı=1:18 Siyah matbaa harfleri : Kuşe kağıt =1:14 Mavi mürekkep harfleri : Beyaz yazı kağıdı =1:10 Siyah matbaa harfleri : Gazete kağıdı 1:7 2 nolu kurşun kalem yazısı : Beyaz resim kağıdı 1:2 Daktilo yazısı : Yazı kağıdı 1:8 Parıltı farkı gözün görme yeteneğini çok etkiler. Parıltı farkı azaldıkça cisimlerin fark edilmesi zorlaşır. Gölge ve Özgölge Işık kaynağı ile aydınlatılan yüzey arasında bir veya birkaç engel bulunursa o zaman aydınlatılan yüzeyde gölgeler meydana gelir. Gölge sözcüğü engelleme suretiyle kararmaya işaret eder. Bu şekilde kararmış bölgelere gölgeli bölgeler denir. Tam karanlık gölgelere koyu gölge veya çekirdek gölge tam karanlık olmayan gölgelere de yarı gölge veya açık gölge denir. 14

Gölgeli bölgeden aydınlık bölgeye geçişte x yolundaki aydınlık artışı E ile aydınlık bölgenin aydınlık seviyesi E a ile gösterilirse aydınlık düzeyindeki bağıl artış, yani geçişin sertlik derecesi; GS E / E a x GS nin değeri büyükse geçiş sert, küçükse yumuşaktır. Saf direkt aydınlatmada gölgeler koyu ve sert olur. Eğer kaynak noktasal değilse veya çalışma düzeni birden fazla noktasal kaynaklarla aydınlatılıyor ise bu durumda çalışma düzleminde koyu ve açık gölgeler meydana gelir. Koyu gölgeden aydınlığa yarı gölgeler yardımıyla geçilir. Dolayısıyla gölgeler tatlı olur. Bir aydınlatmanın yaygınlık derecesi arttıkça gölgeler de daha açık ve tatlı olurlar. Endirekt ve karma armatürler kullanılmasıyla daha yumuşak gölge sağlanır. Bu durum aydınlatma karakterinin gölge türüne ne kadar bağlı olduğunu gösterir. Dolayısıyla bir aydınlatmada gölgeler ne kadar açık ve tatlı ise aydınlatma karakterinin yaygınlık derecesi de o kadar büyük olur. Yaygınlık derecesi: Işık aydınlatılan noktaya Ω uzay açısı içinden geliyorsa bu takdirde aydınlatmanın yaygınlık derecesi Ω/2π oranı ile verilir. Saf direkt aydınlatmada Ω=0 (sadece tek doğrultudan ışık geliyorsa), saf yaygın aydınlatmada ise Ω=2π dir (2π str lık uzay açı içinden her doğrultudan ışık geliyorsa). Demek ki aydınlatmanın yaygınlık derecesi 0 ile 1 arasında değişir. 15

Aydınlık seviyesinin direkt bileşeninin (E dir ) toplam aydınlık seviyesine (E t ) oranına gölge faktörü (g) denir. g E E dir t E dir E dir E end Normal gölge faktörü %20 den büyük ve %80 den küçük olmalıdır. Eğer gölge faktörü %20 den küçükse aydınlatmanın gölgesi az ve %80 den büyükse fazladır denir. Bir yüzeydeki aydınlık düzeyi gelme açısının kosinisü ile orantılıdır. E I r 2 cos Cisimlerde çeşitli yüzey elemanlarının gelme açıları farklı olduğundan, aydınlık düzeyleri, dolayısıyla parıltıları farklıdır. İşte buna özgölge veya cismin kendi gölgesi denir. Özgölge cisim yüzeyinin şeklinin tanınmasına yardım eder. Işık kaynaklarının istenilen şekilde yerleştirilmesiyle ışık doğrultusuna, dolayısıyla gölge doğrultusuna etki edilir. Renk Işık kaynaklarının ışık rengi, tayfarındaki ışınım yoğunluklarının farklı şekilde olmalarına bağlıdır. Cisimlerin renkleri ise, cisimlerin spektral yansıtma faktörlerine veya geçirme faktörlerine ve cismi aydınlatan ışık kaynaklarının renk özelliklerine bağlıdır. Cismin rengi denildiğinde, gün ışığında görünen rengi anlaşılır. Yapay ışık kaynaklarının ışık renklerinin gün ışığından farklı olmaları, cismin renk etkisini değiştirir 16

Renk Duyarlılığı Belirli bir dalga uzunluklu veya çeşitli dalga uzunluğu karışımından oluşan ışıklar genel olarak renk tonu ve doyma derecesine bağlı olarak farklı renk duyarlılıkları meydana getirirler. Renk duyarlılığı aşağıda belirtilen büyüklüklerle belirlenir; Renk duyarlılığı önce uyarım şiddetine yani parıltı değerine bağlıdır. Parıltı yükseldikçe renk daha açık görünür. Renk duyarlılığı ikinci olarak bakılan cismin göründüğü açıya bağlıdır. Açı küçüldükçe renk soluklaşır. Renk duyarlılığı uyarım süresine bağlıdır. Kısa süreli renk uyarımlarında renk daha soluk algılanır. Son olarak renk duyarlılığı ve cismin renginin algılanması çevre (fon rengi) etkisine de bağlıdır. Bunda fonun renkli veya nötr (gri, beyaz, siyeh) olmasından ziyade sarı ve mavi veya kırmızı ve yeşil gibi birbirini tamamlayan renklerde olması duyarlılığı ve algılamayı arttırır. Renk çemberinde birbirinin karşısında olan renkler birbirini tamamlar ve komplementer renkler olarak adlandırılır. 17