Министерство культуры Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-П ЕТЕРБУРГСКИ Й ГО СУДАРСТВЕННЫ Й
УН И ВЕРСИ ТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕН ИЯ»
УТВЕРЖДАЮ
11рчр'.'м сяТпо у ч еб н о й работе \ Д.П. Б арсуков j F# ' ' 2014 г.
Рабочая программа учебной дисциплины «Светотехника и практическая экспонометрия»
Направление подготовки/специальность: 54.03.04 «Реставрация»
072200.62 «Реставрация»
Профиль подготовки/специализация: Реставрация кинофотодокументов Квалификация (степень): бакалавр Форма обучения: очная Выпускающая кафедра: научной и прикладной фотографии Институт медиатехнологий Факультет фотографии и технологии дизайна Кафедра светотехники Санкт-Петербург Составители: Томский К.А., д.т.н., профессор, Михайлов О.М., д.т.н., профессор Рабочая программа учебной дисциплины составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО, утвержденного приказом Министерства образования и науки № 4 от 30.01.2010 и с учетом рекомендаций и ПрООП ВО;
на основании учебного плана направления 54.03.04 «Реставрация» и профиля подготовки «Реставрация кинофотодокументов»
Цикл дисциплин: математический и естественнонаучный Часть цикла: дисциплина из вариативной части (Б2.В.ОД.5) Рабочая программа учебной дисциплины одобрена на заседании кафедры светотехники протокол № о т« » 2014 г.
К.А.Томский Заведующий кафедрой Одобрено Советом факультета ТКиТ протокол № 11 от «9» апреля 2014 г.
Председатель Т. В. Алексеева Рабочая программа согласована:
Декан факультета ФиТД Л. Ю. Митрофанова Г. П. Семенова Начальник УМУ
1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1.1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ Цели:На основе преподавания дисциплины студенты должны изучить особенности оптического излучения, методы и средства его измерения и взаимодействия излучения с объектами окружающей среды. Основные положения дисциплины позволят правильно понимать и использовать в профессиональной практике градационные характеристики, яркостной и цветовой контраст, разрешающую способность и частотно-контрастные характеристики изображения и материала.
Задачи:
Задачей дисциплины является изучение физических оснсв фотометрии, необходимых для понимания прикладных задач технологии изготовления фотометров и колориметров, а также особых проблем воздействия и преобразования излучения, решаемых при обеспечении высокого качества изображения в кинематографии и телевидении.
1.2 М Е С Т О И Р О Л Ь Д И С Ц И П Л И Н Ы В С Т Р У К Т У Р Е О О П в о
Дисциплина преподается студентам 3 курса факультета фотографии и технологии дизайна. Дисциплина «светотехника» относится к циклу естественно-научных дисциплин.Исходный уровень знаний и умений, которыми должен обладать студент, приступая к изучению данной дисциплины, формируется при изучении дисциплин математического и естественнонаучного цикла:
- математика;
- физика (разделы: оптика, фотометрические величины, механика).
1.3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
а) общекультурные компетенции ОК - 14. знать основные положения, законы и методы естественных наук и математики;создавать на их основе представления об адекватной современному уровню знаний научную картину мира;
ОК - 20. готовность к организационно-управленческой работе с малыми коллективами;
б) профессиональные компетенции:
ПК - 12. способность к кооперации с коллегами и работе в коллективе; к организации ми и работы малых коллективов (творческих мастерских) исполнителей;
ПК - 13. способность применять методы исследования объектов культурного наследия, поставить цель и сформулировать задачи, связанные с реглизацией профессиональных функций.
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать:
основы геометрической, физической и физиологической оптики, на стыке которых находится фотометрия, как наука о методах и средствах измерения излучения на объекты окружающей среды и о свойствах преобразования энергии излучения в другие формы;
уметь:
самостоятельно правильно ориентироваться в оптическом приборостроении в части спектро- и фотометрирования, правильно и экономически выгодно выбирать необходимые источники и приёмники излучения, уметь профессионально использовать их в своей практической работе, с учётом особых явлений контакта оптического излучения с различными телами;
владеть:
иметь навыки пользования методами фотометрических и энергетических расчётов;
применения промышленных образцов средств оптико-физических измерений;
ориентирования в научной нормативной литературе и в стандартах; студент должен хорошо разбираться в вопросах практического применения средств измерения излучения и отражённых параметров среды в кино-, фото- и телевизионной технике; дать возможность студентам приобрести начальный опыт расчетов координат цвета и цветности в международных колориметрических системах RGB и XYZ;
приобрести опыт:
проведения расчётных и экспериментальных работ с использованием простых и специализированных законов взаимодействия излучения с исследуемым объектом;
привить навыки проведения энергетических расчётов при фоторепродуцировании, копировании, при образовании негативного и позитивного изображений, при кинопроекции..
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Структура и содержание преподавания дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 180 часов/ 5 зач.ед.В том числе:
Лекции Практические занятия (ПЗ) Самостоятельная работа (всего, включая подготовку к экзамену) В том числе:
Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат Другие виды самостоятельной работы Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) Подготовка к экзамену
2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение Определение изучаемого курса. Цель и задачи курса. Литература по курсу.Международная система единиц и её связь с единицами измерения энергии и мощности излучения.
Раздел I Световые измерения, фотометрия Тема 1. Электромагнитное излучение и свет Электромагнитный спектр излучения, частота и скорость распространения электромагнитных волн В различных средах. Видимое (свет) и оптическое излучение, квантовая природа электромагнитных волн.
Тема 2. Главнейшие величины фотометрии и основные соотношения между ними Определение и обеспечение воспроизведения основной единицы - канделы.
Установление физической и математической зависимости между такими величинами, как сила света, телесный угол, яркость, светимость, поток, освещённость, экспозиция, освечивание, энергия..
Тема 3. Спектральная плотность потока излучения Понятие спектральной плотности мощности излучения в электромагнитном спектре.
Спектральное распределение спектральной плотности силы излучения, светимости, энергетической освещённости и яркости источника электромагнитных волн.
Тема 4. Соотношение световых и энергетических единиц, эффект, и актин, поток излучения Виды потока излучения (по времени, пространству и длинам волн). Глаз человека, его спектральная и цветовая чувствительности. Понятие и физика действия светового потока. Соотношение между световым и энергетическим потоком излучения. Химическое действие потока излучения, актиничность излучения и спектральная чувствительность материала.
Раздел II Фотометрические свойства тел Тема 5. Общие соотношения Закон сохранения энергии при воздействии излучения на исследуемый объект.
Введение понятия коэффициентов отражения, пропускания и поглощения. Коэффициент экстинкции. Спектральные и интегральные коэффициенты модификации излучения.
Тема 6. Гладкая поверхность Особенности воздействия оптического излучения на гладкую поверхность раздела двух диэлектриков. Явления полного внутреннего отражения и поляризация излучения, формулы Френеля и Брюстера. Преломление излучения разного спектрального состава на границе двух сред, показатель преломления и дисперсия материала. Расчёт коэффициентов пропускания цветных светофильтров.
Тема 7. Прохождение излучения через толщу вещества Экспоненциальная зависимость поглощения излучения, проходящего через различные среды. Натуральный и десятичный коэффициент поглощения. Введение понятия оптической плотности, её преимущество и связь с концентрацией раствора при спектральном и химическом анализе получаемых веществ. Поглощение излучения в метлах.
Тема 8. Прозрачная пластинка, плёнка Определение коэффициентов пропускания, отражения и поглощения в тонком слое диэлектрика. Многократные отражения в пластине с законом ослабления излучения по убывающей геометрической прогрессии. Волоконно-оптические элементы.
Тема 9. Рассеивающая поверхность. Закон Ламберта Общие закономерности отражения и пропускания рассеивающей поверхности. Два вывода из закона Ламберта о косинусном отражении и о зависимости между светимостью и яркостью отражённого луча и от рассеивающей поверхности. Коэффициент яркости и показатель яркости, их физическая сущность. Связь коэффициента отражения и коэффициента яркости. Пространственное распределение силы излучения и ли яркости пространственные или плоские индикатрисы излучения.
Тема 10. Фотометрический шар Полная сфера и сфера с отверстиями, основные закономерности по освещённости внутренней поверхности шара. Геометрические следствия: сечение сферы плоскостью, освещённость поверхности полушара и непоглощающий экран внутри шара.
Тема 11. Мутные среды Отличительные свойства мутных сред по характеру видимости источника излучения.
Рассеяние излучения в слабомутной (воздух, вода) и сильномутной (молоко, бумага) среде. Рассеяние излучения по Релею, и Гуревичу-Кубелки-Муна. Постулат сильномутной среды. Определение коэффициента пропускания по коэффициенту отражения бесконечно толстого слоя вещества, прозрачность материала.
Тема 12. Световое поле, световой вектор Элементарный вектор телесного угла. Взаимозависимость вектора Пойтинга и светового вектора. Световое поле, разность освещённости двух сторон площадки в световом поле. Расхождение светового вектора. Освещённость от больших поверхностей.
Раздел III Источники излучения Тема 13. Законы равновесного (температурного) излучения Кирхгофа. Понятие чёрного тела Равновесное излучение. Закон Кирхгофа. Коэффициент излучения и коэффициент поглощения. Универсальность функции яркости от длины волны и температуры в состоянии термодинамического равновесия независимо от материала излучателя. Понятие чёрного тела.
Тема 14. Температурные излучатели Искусственные и естественные, точечные и протяжённые источники излучения.
Тепловые и люминесцентные источники излучения. Основные параметры излучателей:
спектральный диапазон и диапазон мощности излучения, стабильность, режим питания и эффективность. Солнечное излучение.
Тема 15. Законы излучения чёрных тел Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длинным волны и температуры (закон Планка), зависимость энергетической светимости от термодинамической температуры (закон Стефана-Больцмана), закон смещения, Закон степенной зависимости максимума излучения чёрного тела от его температуры (Вин).
Государственный световой эталон силы света.
Тема 16. Излучение реальных тел Расчёт излучения реального тела при использовании законов излучения чёрных тел.
Основное отличие в излучении чёрного и реального тела, излучение вольфрама. Понятие серого тела. Коэффициент излучения. Анализ погрешности световых и цветовых измерений..
Тема 17. Псевдотемпературы или эквивалентные температуры Введение нескольких видов температур, которые, не будучи истинными, определяют свойства реального излучателя. Знакомство с псевдотемпературами:
радиационная температура, яркостная температура, цветовая температура. Способы получения источника с заданной температурой.
Тема 18. Предварительные основы учения о цвете Условия для измерения цвета. Количество и качество цвета. Математическое выражение цвета. Уравнение цвета и глаз. Векторное изображение цветов. Цветовое пространство, треугольник цветов, цветовой тетраэдр. Оптическое смешение цветов.
Линейно-зависимые и линейно-независимые цвета. Метамеризм, метамерный цветовой стимул. Линия спектральных цветов, её основные свойства. Колориметрическая система RGB, её особенности. Стандартная колориметрическая система МКО 1931 г. (X Y Z).
Раздел IV Сенситометрия Тема 19. Оптические свойства объектов фотографирования и их изображения Характеристическая кривая, сенситометрические величины. Визуальное восприятие яркости объекта фотографирования. Градация и контраст фотографического изображения и объекта фотографирования. Пороги восприятия яркости и светлоты. Яркостные различия, закон Вебера - Фехнера. Факторы, влияющие на качество изображения при классической и цифровой фотографии. Экспонирование и цветовая температура источника излучения, квантовый выход химической реакции образования скрытого фотографического изображения, закон Бунзена - Роско. Закон взаимозаместимости и отклонение от закона взаимозаместимости, изоопаки. Способы анализа градационного процесса. Спектральная сенситометрия.
Тема 20. Денситометрия, свойства почернений Отличие в физике и технике измерений молекулярных прозрачных сред и фотографических почернений. Обоснования выбора оптической схемы для измерения плотности почернений. Денситометр и микроденситометр.
Структурометрия и её основные разделы. Применение микроденситометрии и постоянства плотности почернения в гранулометрии. Структура почернений, рассеяние излучения в фотоматериале и основе, понятие резкости и нарушение качества изображения. Появление ореолов и способы борьбы с ними.
Тема 22. Основы резольвометрии Разрешающая способность фотоматериала. Методы, приспособления и приборы для её измерения. Частотно-контрастная характеристика, способы измерения и отличие от разрешающей способности.
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
основные соотношения между ними Тема 3. Спектральная плотность потока излучения 10 2 8/ Тема 4. Соотношение световых и энергетических единиц, эффективный и актиничный поток излучения Тема 5. Общие соотношения Тема 6. Гладкая поверхность вещества Тема 9. Рассеивающая поверхность.Тема 11. Мутные среды Кирхгофа. Понятие чёрного тела Тема 16. Излучение реальных тел Тема 17. Псевдотемпературы или эквивалентные температуры Тема 18. Предварительные основы учения о цвете Раздел IV Сенситометрия фотографирования и их изображения Тема 20. Денситометрия, свойства почернений Тема 22 Основы резольвометрии Итого:
4. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.
(Учебной программой не предусматривается) Расчётно-графические работы.(Учебной программой не предусматриваются) Курсовая работа.
(Учебной программой не предусматривается)
5. ЛА БО РАТО РН Ы Е РАБОТЫ
Лабораторная работа № Измерение силы света, освещённости и яркости излучения ламп накаливания, компактных газоразрядных ламп, светодиодных источников и экранов дисплеев Цель: ознакомление с основными фотометрическими величинами в разных режимах работы источников.Лабораторная работа № Тема: Измерение интегрального коэффициента пропускания нейтральных и цветных фильтров при разном облучении и разных приёмниках излучения (глаз, термоэлемент, фотодиод, фотоматериал) Цель: уяснение сути спектральных и интегральных свойств коррегирующих материалов.
Лабораторная работа № 3.
Исследование пространственного распределения яркости источников излучения с построением индикатрис и сравнительной оценки их свойств Цель: Определение причин вертикальной и горизонтальной неустойчивости изображения и способов их устранения.
Лабораторная работа № 4.
Определение координат цвета и координат цветности стандартных источников излучения МКО, светодиодов, параметаллических газоразрядных ламп и лазерного излучения.
Проверка аддитивности сложения цветов Цель: получение навыков цветовых измерений и определение цветовых различий.
Лабораторная работа № 5.
Определения двунаправленной функции коэффициента яркости (3 и показателя яркости q киноэкранов с построением индикатрис Цель: знакомство с качеством отражения различных материалов, применяемых в кино и телевидении.
Лабораторная работа № 6.
Нахождение показателя преломления любого материала с помощью микроскопа и коэффициента зеркального отражения при падении монохроматического излучения под углом не больше 10° Цель: освоение физического аспекта плотности среды и ее связи со скоростью света.
Лабораторная работа № 7.
Измерение и расчёт сенситометрических параметров кино/фотоматериалов Цель: освоение основных характеристик средств изображения на химической основе.
Лабораторная работа № 8.
Построение кривых кинетики проявления по экспериментальным материалам Цель: важность и осознанная необходимость соблюдения строгого порядка обработки кинофотоматериалов Лабораторная работа № 9.
Построение градационных цепей негативного фотографического процесса Цель: изучение влияния на качество изображения различных форм работы с СОИ от физических до химических.
Лабораторная работа № 10.
Определение разрешающей способности и дифракционного предела разрешения фотоматериалов разных марок Цель: освоить, что самое важное для современных регистрационных материалов разрешающая способность и ее физическая смысл, а не пиксель.
6. МАТЕРИАЛЫ, УСТАНАВЛИВАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК
ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ И ИТОГОВЫХ АТТЕСТАЦИЙ
6Л ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
Текущий контроль: промежуточное собеседование по отдельным темам, подготовка выступлений.Итоговый контроль: экзамен.
Рефераты учебным планом не предусмотрены.
6.2. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ.
1. Описание процесса фотографического воспроизведения объекта.2. Электромагнитное излучение, зависимость длины волны, частоты и энергии.
3. Приборы отображения информации: индикаторы на основе ЭЛТ, ЖКИ, ГРП (особенности передачи яркостного контраста и цвета).
4. Основная световая единица СИ и основная величина фотометрии.
5. Глаз человека: общая и спектральная чувствительность, эффект Пуркине.
6. Общие свойства излучений: поток, сила света, яркость, светимость, световая энергия, освечивание,экспозиция.
7. Чувствительность, эффективный поток. Связь световых и энергетических единиц.
8. Фотометрические свойства тел.
9. Гладкая поверхность и тонкий слой диэлектрика (пластина, плёнка). Поляризация света. Полное внутреннее отражение.
10. Прохождение излучения через толщу вещества. Оптическая плотность.
11. Рассеивающая поверхность, коэффициент яркости и индикатриса излучения или отражения, два вывода из закона Ламберта.
12. Характеристическая кривая, сенситометрические величины для анализа фотографического материала.
13. Градация и контраст фотографического изображения и объекта фотографирования.
14. Законы температурного излучения и излучения черных тел.
15. Излучение реальных тел. Серое тело. Эквивалентные (псевдо) температуры.
16. Пороги восприятия яркости и светлоты. Яркостные различия, закон Вебера - Фехнера.
17. Экспонирование и цветовая температура источника излучения, постоянный квантовый выход химической реакции образования скрытого фотографического изображения.
18. Закон взаимозаместимости и отклонение от закона взаимозаместимости, изоопаки.
19. Способы анализа градационного процесса, общее и обобщённое правило Гольдберга.
20. Приемники оптического излучения. Способы корригирования их относительной спектральной чувствительности.
21. Виды и особенности источников оптического излучения. Способы воспроизведения источника излучения заданного спектрального состава.
22. Излучение светодиодов и лазеров: когерентность, расходимость, мощность.
23. Структурометрия и её основные разделы: гранулометрия и резольвометрия.
24. Структура почернений и рассеяние излучения в фотоматериале и основе, понятие резкости и ореолы.
25. Разрешающая способность фотоматериала (методы, приспособления и приборы д л я её измерения).
27. Частотно-контрастная характеристика, способы измерения и отличие от разрешающей способности.
28. Чем определяется цвет излучения и «цвет» предмета.
29. Условия для измерения цвета. Количество и качество цвета.
30. Оптическое смешение цветов. Линейно-зависимые и линейно-независимые цвета.
32. Математическое векторное выражение цвета. Уравнение цвета.
33. Цветовое пространство, треугольник цветов, цветовой тетраэдр.
34. Дополнительные цвета. Метамеризм, метамерный цветовой стимул.
36. Цветовая диаграмма RGB, её особенности.
38. Цветовой тетраэдр XYZ, его особенности, диаграмма цветности.
45.Системы спецификации цвета. Атласы цветов, метод построения.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1 ЛИТЕРАТУРА Основная:1. Михайлов О. М., Томский К.А.. Физические основы фотометрии. - СПб Лениздат, 2012. - 198 с.
2. Михайлов О. М., Томский К. А. Теория цвета. Колориметрия. - СПб.: Лениздат, Дополнительная:
1. Эпштейн М.И. Измерение оптического излучения в электронике. - М.:
Энергоатомиздат, 1990. - 254 с.
2. Гуревич М. М. Фотометрия (теория, методы и приборы). - Л.: Энергоатомиздат, 3. Зернов В.А. Фотографическая сенситометрия. М.: Искуство, 1980. - 351 с.
4. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Челибанов В. П. Приёмники излучения. - СПб.:
«Папирус», 2003. - 528 с.
5. Михайлов О. М. Технология защиты печатной продукции. Уч. Пособие. - СПб.:
ГАЛАРТ, 2009. - 231с. с цв. илл. на 16 с.
6. Столяревская Р.И. Светоизлучающие диоды и их применение для освещения. М.: Знак, 2 0 1 1.-2 8 0 с.
Справочная:
1. ГОСТ Р 8.023-2003 Государственная поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений.
2. ГОСТ 8.332 Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения.
3. ГОСТ 7721. Источники света для измерения цвета. Госком по стандартам. М.
1978.-18 с.
4. Международный электротехнический словарь. Глава 845 «Освещение», N-York.
1999.-368 с.
5. Методические указания. Спектральный коэффициент отражения, координаты цвета и цветности стандартных образцов белой поверхности. Госком. Стандартов СССР.
Л. 1987. -12 с.
7,2 МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
- презентации тем и технические кинофильмы по оптическим явлениям.Занятия по дисциплине «Светотехника» проводятся в аудитории оснащенной - видеопроектором - лабораторным компьютером - оборудованием для презентации Используются:
1. Наглядные пособия.
2. Фильмы и презентации по отдельным темам.
3. Лабораторный компьютер для подготовки и оформления материалов обеспечения учебного процесса.
7.3. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.
Наглядные пособия.Плакаты и презентации на тему: Устройство, принцип работы и характеристики человеческого глаза. Г рафики цветности, геометрические модели цветового пространства.
Конструкция высококачественных объективов. Типы киноэкранов. Оптические детали, применяемые в кинематографии и телевидении. Спектральное распределение спектральной мощности стандартных излучений МКО. Спектральные чувствительности приёмников излучения. Оптические свойства рассеивающих молочных стёкол.
Фотометрические измерительные приборы фирмы ТКА для определения яркости предмета и освещённости изображения.