一次搞懂4大投影機亮度單位 - 騰毅數位科技 Tenium

一次搞懂4大投影機亮度單位

我們常聽人有說:「這投影暗暗的,不夠亮…」。不諱言,投影機到底夠不夠亮?我覺得亮,你覺得不夠亮,……諸如此類的認知差異,常導致投影機買賣的糾紛,只因這樣的討論使用的是一個主觀的概念,而非絕對值。因此,我們實有必要針對「亮度」一詞,進行一次清楚的定義與了解;在這一致性的認知基礎上,「亮度」才可被客觀的討論與進行比較。


在開始討論亮度之前,我們不可免俗地要先來補充一點「光」的科普知識。我們都知道光是一種電磁波,能夠產生反射、折射、干涉、繞射、偏振等現象。而光的傳播是不需介質的,在均勻介質或真空中傳播時光會沿直線傳播,當光波傳到兩種不同介質的交界面時,有部分光會自界面射回原介質方向,我們稱這個現象為光的「反射」。我們在投影幕上所看見的投影成像,其實就是投影機的燈泡所發散的光朝向投影屏幕傳播後的反射光被人眼所感知的一連串事件。

人類眼睛可以辨識出的可見光,只是電磁波譜上的某一段頻譜,一般是定義為波長介於400至700奈米(nm)之間的電磁波。假如我們將一個複色光透過色散系統(如光柵、稜鏡)進行分光後,把該光源各個波長的強度列在一起,我們就可以獲得這個光源的光譜。人類對顏色的感知其實正來自可見光譜中的電磁輻射對人眼視錐細胞的刺激,通過不同的反射光波長給予刺激,我們便能看見各種不同顏色。

談完了光,我們便可以來理解在規劃投影時,容易接觸到和光相關的物理量。首先,我們必須了解四個專有名詞:「光通量」、「發光強度」、「照度」和「亮度」。

四大亮度單位


什麼是光通量、什麼是流明?

光通量(Luminous Flux)是指由一光源所發射並被人眼感知之所有輻射能的總和。光通量反應了人對不同波長光的變化敏感度,它的嚴謹定義為單位時間內某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。由於人眼對不同波長光的可視能力不同,所以不同波長光的輻射功率相等時,其光通量並不相等。

流明(Lumen, lm)則是一種光通量的測量單位(lm = cd·sr),旨在計算單位時間內光源所產生的總光能。但值得注意的是,流明數僅能說明光源本身所發射之可視光能的多寡。舉例來說,我們可以通過投影機或燈泡出廠標示的流明數得知該光源自身的發光能力,但這並不代表當投影機或燈泡經過螢幕或牆面反射後的觀賞畫面將有同等的光通量,因為隨著人眼觀看的距離與投影範圍大小增加,實際投影畫面的流明度將與之遞減。

發光強度與燭光

當我們針對光通量進行客觀分析時,一定不能不考慮到觀測者與光源之間的距離,還有接收到的可視光投射面積大小。為了讓光通量的分析可以建立在同樣的基本單位條件上,針對此類輻射場的分析,我們需要建立空間立體角的概念。立體角(Solid Angle, Ω)是包含在一錐體表面內立體空間的角度,想像將紙張捲成圓錐形,有如冰淇淋甜筒一般,圓錐形所呈現的角度便是立體角。立體角是協助站在觀測點的觀察者測量物體大小的尺度,其國際制單位是球面度(sr),定義為「正向面積除以球心半徑平方」。球面度相當於立體的角度,當立體角相同,成像距離光源越遠,它包含的投影面積也就越大。

如果我們在比較光源的流明數時,將光源的立體角皆設定成同樣的基準點,我們便可以去推算該光源的「發光強度」。發光強度(Luminous Intensity),亦可稱為光度或光強,是用來表示當光源被指定發射方向與波長後,在每單位立體角內可發出多少的光通量(cd = lm/sr),也就是光源所發出的光能強弱程度。舉例來說,若我們將同樣流明數的燈泡加裝燈罩,在其他條件不變的狀況下,加了燈罩後聚焦的燈泡,其發光強度將比毫無遮蔽、沒有集中光源的燈泡來的強;在大太陽下用放大鏡聚焦產生光點亦是一樣的道理。從另一個角度來看,當每單位立體角不變,當光源的發光強度越強大,其流明也就越高(lm = cd·sr)。

目前國際單位制(SI Units)測量發光強度的基本單位是燭光(Candela, cd),其與公尺、公斤、秒、安培、克耳文、莫耳並列為目前國際單位制採納的七個基本單位。

球面度

照度與亮度

我們方才提到光通量是從一光源放射出的可見光的量度,若我們對物體每單位面積所接收到的可見光光通量加以量測,所得到的數據就是為照度(Illuminance)。勒克斯(Lux, lx)是用來表示照度的國際單位,旨在測量物品表面積的入射光,以呈現每平方公尺上的流明度,單位換算是1勒克斯 = 1流明/平方公尺(1 lx = 1 lm/m2)。

與照度相關卻有些許差異的另一個光的物理量是「亮度」。亮度(Luminance),又稱為輝度,是人眼從一個方向觀察光源,在這個方向上的光強與人眼所「見到」的光源面積之比,定義為該光源單位的亮度,亦即每單位投影面積上的發光強度,再白話一點來說就是指「這裡看上去有多亮」。亮度的計量單位是燭光每平方米(cd/m2),舊制單位為尼特(nit)。

照度和亮度的不同,在於一個是指單位面積內獲得的入射光有多少;另一個則是指物體單位面積內看上去有多亮。照度和被照物是無關的,拿我們的手掌舉例,無論是手心還是手背,在同等條件下,得到的光是一樣多的,所以兩者的照度是一樣的。但是,我們肉眼看上去的感覺是不一樣的,手心總是會比手背感覺上亮一點,這就是亮度不一樣。會出現這種情況的最大原因就是手心手背的反射率不一樣,從而導致了我們人眼所接收到的亮度有明暗的差別。

一般而言光源的明亮程度與發光體表面積有關,在同樣的光強的情況下,發光面積越大,表面越暗;反之則亮。亮度與發光面的方向也有關係,同一發光面在不同的方向上其亮度值也會有所不同,通常是按垂直於視線的方向進行計量。

四大亮度單位一覽表


ANSI流明

了解了這麼多光學的專有名詞,我們當然不能漏掉與投影機息息相關的ANSI。

ANSI流明(ANSI Lumens)是由美國國家標準協會(ANSI)所定義,用於測量投影機的輸出總光通量的通用單位。其計算方式是將投影機放置在離屏幕2.4公尺的距離,並將畫面分成九公格,計算這九公格內的9個點亮度後取平均值即為ANSI流明數。

我們這裡提到的ANSI流明與先前介紹的光源流明(Lumen)差別在於,光源流明指的是投影機裡面的光源本身、未經反射前所發散的可視光能多寡,但實際上我們肉眼看到投影出來的屏幕反射光亮度,會比機器的光源流明低很多。而ANSI流明就是用來表示投影機投影出來的最終成像的流明度。一般來說,ANSI 流明亮度僅為機器光源流明度的1/3。

ANSI流明測定法


看完今天的分享有沒有覺得投影亮度的相關知識真的是博大精深呢?希望透過以上的重點整理可以幫助大家對於投影常使用的亮度單位有更進一步的認識。如果喜歡我們的文章歡迎追蹤我們的臉書粉絲專頁,若是有任何多媒體投影方面的需求,也非常歡迎與騰毅洽詢討論喔!


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