Интенсивность света в сравнении с видимостью/яркостью в схемах с двойной/одной щелью?

Мне любопытно кое-что, на что, кажется, не особо обращают внимание.

Это двухщелевая картина интенсивности в виде графика:

введите описание изображения здесь

Это то, что вы должны увидеть в реальной жизни:

введите описание изображения здесь

Если посмотреть на график, то у синего конверта средний максимум в 24 раза выше, чем второй максимум по бокам. Однако на картинке мы видим, что «вторая группа полос» по бокам так же видна, как и средняя группа.

В какой-то момент я взял в свои руки настоящую установку с одной щелью и измерил свет в каждой точке диаграммы с помощью фотодетектора и осциллографа. Я не смог выполнить все свои измерения, но я тщательно измерил интенсивность в части паттерна, и она соответствовала грех ( Икс ) кривая довольно хорошо, поэтому я убежден, что приведенный выше график дает правильное распределение интенсивности.

Тем не менее, я все еще пытаюсь понять, почему свет такой малой интенсивности выглядит таким же ярким, как и во много раз более интенсивный. Есть ли объяснение этому? Как интенсивность связана с видимостью?


Редактировать: по-видимому, некоторые люди говорят, что изображение выше, вероятно, было изменено, чтобы показать каждую группу полос одинаково ярко. Это побудило меня сделать несколько собственных снимков однощелевого узора.

Это ночью:

введите описание изображения здесь

Это днем:

введите описание изображения здесь

Это днем, когда в комнате больше солнечного света:

введите описание изображения здесь

Это днем, но со вспышкой:

введите описание изображения здесь

Изображение со вспышкой полностью устранило все остальные полосы на изображении, поэтому оно, кажется, поддерживает один из ответов, связанных с соображениями экспозиции камер.

Может помочь, в дополнение к нелинейному отклику любого носителя, записанного изображением внизу en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law
Да, я также не уверен, что изображение является точным представлением картины интенсивности. Просто сижу за своим Mac и использую небольшую утилиту для измерения интенсивности изображения в трех точках. Я получаю (R,G,B)=(232,114,55) для самой высокой интенсивности в центре и (236,64,58) для наибольшая интенсивность во «втором максимуме» и (15,19,23) для черного фона. Итак, любопытно, что интенсивность красного выше на вторичном максимуме, чем в центре. Однако центр регистрирует больше «зеленого», чем вторичный максимум. Ясно, что это изображение нельзя использовать для прямого измерения профиля интенсивности.
@SamuelWeir Я сделал несколько собственных фотографий, и они определенно отличаются от оригинала, который я опубликовал.
@SpiralRain - Да, ваши фотографии выглядят лучше, но даже в этом случае все эти изображения имеют насыщенные центральные пятна (то есть «переэкспонированные :)». там. Чтобы на самом деле получить изображение, которое точно отражает интенсивность изображения, вам придется вручную возиться с настройками экспозиции камеры, чтобы центральная точка не была переэкспонирована. Кроме того, вам понадобится хороший объектив, чтобы не было бликов или объектива. дымка от яркого центрального пятна, которая влияет на измерения соседних пятен.

Ответы (2)

Если вы когда-нибудь пытались сфотографировать интерференционную картину, то вскоре осознаете, как трудно получить такую ​​«хорошую» картину картины, какую вы можете видеть своими глазами.

Вы обнаружите, что если правильно экспонируете центральную часть узора, то не сможете увидеть полосы более высокого порядка.
Отрегулируйте все так, чтобы получить хорошие полосы более высокого порядка, а центральная часть рисунка стала переэкспонированной.

Тогда у вас может возникнуть аналогичная проблема при отображении изображения на экране компьютера.

Вот два изображения, которые иллюстрируют проблему.

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Верхнее изображение показывает правильно экспонированное Солнце, но здание недоэкспонировано, в то время как нижнее изображение показывает правильно экспонированное здание, в то время как Солнце и окружающее небо переэкспонированы.

Динамический диапазон (способность обрабатывать диапазон интенсивности света) камеры и экрана компьютера намного уступает таковому у глаза.
Таким образом, ваша картина интерференционной картины не является истинным воспроизведением реальных интенсивностей реальной жизни.
Скорее всего, он был либо сгенерирован компьютером, либо обработан, чтобы показать характерные особенности за счет неправильного определения интенсивности.

Создание изображений с высоким динамическим диапазоном стало проще с появлением цифровых камер и компьютеров, в которых используются методы улучшения качества конечного изображения.

Пример из статьи в Википедии показывает, как несколько изображений могут быть объединены для получения «желаемого» изображения, хотя вы должны помнить, что изображение, которое вы видите, может быть ухудшено из-за плохого динамического диапазона экрана вашего компьютера.

введите описание изображения здесь

Без какой-либо обработки изображения вы можете получить что-то вроде этого:

введите описание изображения здесь.

Итак, теперь сделайте еще один снимок с правильно экспонированными центральными полосами и объедините центр этого изображения с внешними частями изображения выше, и вы получите хорошее представление интерференционной картины, которую вы можете увидеть своими глазами.

Раньше я фотографировал узоры с одной щелью, и, если подумать, я действительно заметил, что центральное пятно было ярко-белым , а не красным. Я опубликую некоторые из них.

Строго говоря, видимость/яркость — это конструкт восприятия, т. е. субъективно по отношению к восприятию света глазом. Это аналогично громкости звука. В то время как интенсивность остается постоянной на некотором расстоянии и имеет тенденцию изменяться обратно пропорционально квадрату расстояния между источником и наблюдателем, видимость/яркость могут не обязательно иметь то же самое. Это потому, что это не физическая конструкция. Вы не сможете уменьшить его численно, если не изучите предвзятость восприятия у людей. Даже тогда самое большее, что вы могли бы сделать, это качественно сбить его.

Одним заметным отклонением в случае звука является психоакустическая кривая. То, как мы воспринимаем громкость, взвешивается этой кривой. Одни частоты преобладают над другими, даже если амплитуда всех слышимых частот распределена равномерно.

Уровень звукового давления (SPL) в зависимости от частоты

Уровень давления или децибел дает вам интенсивность, а НЕ громкость. Громкость можно найти после взвешивания найденной интенсивности с (в основном) экспериментально полученной кривой. Следовательно, громкость ≠ интенсивность.

Подробнее о контуре равной громкости можно прочитать в Википедии.

Мой вам совет: доверяйте своему инструменту, скорее всего, он всегда прав. Используйте чувства только как резервную копию, чтобы найти очевидные ошибки.