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Il blog di Mauro Boscarol sulla gestione digitale del colore dal 1998

Nella serie Cause fisiche del colore

Riflessione della radiazione

Assorbimentoriflessione e trasmissione sono i fenomeni fisici che avvengono quando la radiazione interagisce con la materia. Dal punto di vista energetico, quando l’energia radiante incide su un corpo, una parte viene assorbita, una parte viene riflessa e una parte viene trasmessa. Per la legge di conservazione dell’energia, la somma delle quantità di energia rispettivamente assorbita, riflessa e trasmessa è uguale alla quantità di energia incidente.


Riflessione

La riflessione (reflection) è il fenomeno per cui la radiazione visibile, incontrando una superficie viene rinviata tutta o in parte nello stesso mezzo da cui proviene e alla stessa lunghezza d’onda. Se la lunghezza d’onda cambia, il fenomeno non viene detto riflessione ma fluorescenza (fluorescence).

I due casi limite della riflessione sono la riflessione speculare e la riflessione diffusa uniforme.


Riflessione speculare

La riflessione regolare (regular) o speculare (specular) è quella in l’angolo di incidenza e l’angolo di riflessione stanno nello stesso piano e sono uguali; si osserva su una superficie perfettamente liscia, levigata, come il vetro:

Riflessione speculare


Riflessione diffusa

Una superficie non liscia, scabra, presenta riflessione diffusa (diffuse). La curva indicatrice di diffusione (indicatrix of diffusion) rappresenta la radianza emessa dalla superficie riflettente nelle varie direzioni:

Curva indicatrice di diffusione

Gran parte delle superfici reali sono di questo tipo. La scabrezza della superficie viene espressa dalla lucentezza o lucidezza (in inglese gloss) che dipende dall’ammontare relativo del flusso di radiazione riflessa specularmente.

Alcuni autori usano il termine riflessione mista (mixed) per indicare riflessione diffusa ma con maggiore radianza nella direzione corrispondente a quella di specularità.


Riflessione diffusa uniforme

La riflessione diffusa uniforme o isotropica (isotropic diffuse reflection), è la riflessione diffusa in cui la cui radianza riflessa è uguale per ogni angolo in cui la radiazione è riflessa:

Riflessione diffusa uniforme

Una superficie che presenta radiazione diffusa uniforme è detta lambertiana (lambertian surface). Una superficie di questo tipo non esiste nella realtà. Le superficie che si avvicinano di più a questo modello sono dette matte.

Un  diffusore ideale è un diffusore (a) perfetto (cioè che non assorbe e non trasmette, ma riflette diffusamente) e (b) lambertiano (cioè riflette la radiazione con radianza uguale per ogni angolo di riflessione in cui la radiazione è riflessa). Si tratta di una superficie teorica che non esiste in realtà, ma può solo essere approssimata.


Varie qualifiche per la riflessione

Il termine “riflessione” può essere accompagnato da un aggettivo:

  • spettrale quando la riflessione viene considerata per ogni lunghezza d’onda;
  • radiante (contrapposta a luminosa o luminoso) quando la riflessione viene considerata in temini di energia, cioè è espressa mediante grandezze radiometriche (per esempio flusso radiante, unità di misura watt (W));
  • luminosa o luminoso (contrapposta a radiante) quando la riflessione è espressa mediante grandezze fotometriche (per esempio flusso luminoso, unità di misura lumen (lm)).


Misura della riflessione

La riflettanza (eng. reflectance) è il rapporto tra flusso (radiante o luminoso) totale riflesso e flusso (radiante o luminoso)  totale incidente. Questa misura dipende dalla composizione spettrale della radiazione, dalla polarizzazione e dalla distribuzione geometrica.

In pratica, è difficile misurare il flusso (radiante o luminoso) incidente e allora al suo posto si misura il flusso (radiante o luminoso)  riflesso da un diffusore ideale. Il rapporto tra flusso (radiante o luminoso) riflesso dal campione e flusso (radiante o luminoso) riflesso da un diffusore ideale si chiama fattore di riflessione (eng. reflectance factor)

Il fattore di riflessione è riferito al diffusore ideale che in natura non esiste appunto perché ideale. In pratica il diffusore ideale è sostituito da un campione, il cui fattore di riflessione spettrale è certificato dal laboratorio metrologico nazionale. Seguendo la convenzione inglese, si suole chiamare standard tale campione, e working standard una sua copia.

In pratica nel definire il fattore di riflessione si considera anche il cono di incidenza e il cono di raccolta. Ci sono due casi limite per l’angolo solido del cono: 0 (zero steradianti, “unidirezionale”) e 2π (“emisferico”). Il caso intermedio viene chiamato “conico”.

Si presentano dunque nove tipi di fattore di riflessione:

cono di raccolta
2π sr cioè
emisferico
intermedio cioè
conico
0 sr cioè
unidirezionale
cono di
incidenza
2π sr cioè
emisferico
d:d  di:8° o de:8° d:0°
intermedio cioè
conico
8°di o 8° de 45°a:0° o 45°x:0°
0 sr cioè
unidirezionale
 0°:45°a o 0°:45°x

 

Si noti che essendo una misura riferita al diffusore ideale e ad un cono di incidenza e raccolta, il fattore di riflessione è maggiore o uguale a 0 e può anche essere maggiore di 1.

Nei casi indicati in rosso la raccolta è in tutta l’emisfera e quindi in questi casi il fattore di riflessione è numericamente uguale al rapporto tra il flusso (radiante o luminoso) riflesso totale, cioè in tutta la emisfera, e il flusso (radiante o luminoso) incidente totale (analizzati spettralmente) e dunque si tratta della riflettanza. Riflettanza e fattore di riflessione con raccolta emisferica sono numericamente uguali, anche se ottenute con operazioni diverse.

Nei casi indicati in verde la raccolta è unidirezionale, cioè nel limite in cui l’apertura del cono tende a zero, e quindi questi casi corrispondono al rapporto tra flusso (radiante o luminoso) riflesso dal campione in una direzione (cioè radianza o luminanza nella direzione di raccolta) e flusso (radiante o luminoso) riflesso dal diffusore ideale nella stessa direzione (cioè radianza o luminanza del diffusore ideale nella stessa direzione). A questo rapporto si dà il nome di fattore di radianza (radiance factor) o fattore di luminanza (luminance factor).


Nota importante
: la nomenclatura usata in questo post è tratta dalla corrispondente nomenclatura inglese, perché non ambigua come quella ufficiale italiana (UNI), la quale essendo priva della parola riflettanza è costretta ad usare fattore di riflessione con le necessarie distinzioni, appesantendo il vocabolario e limitandolo all’uso di pochissimi iniziati. La nomenclatura qui usata coincide con quella praticata dagli addetti.

(Grazie a Claudio Oleari per la revisione di questo testo.)

 

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Mauro Boscarol

19/10/2008 alle 22:47

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5 commenti

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  1. se il fatt. di riflessione è espressione del rapporto sopracitato, il cono di incidenza e il cono di raccolta come si collegano a questo rapporto?
    un angolo salido non ha come lim max 4π?

    nonchiedercilaparola

    8/6/11 alle 14:54

  2. ci sarebbe qualche schizzo-disegno per capire meglio visivamente le differenze tra riflettanza e fattore di radianza-luminanza?

    nonchiedercilaparola

    8/6/11 alle 15:11

  3. Non ho capito. Se vuoi fare una domanda più lunga falla sul forum. Ciao.

    Mauro Boscarol

    8/6/11 alle 15:47

  4. provvedo subito.

    nonchiedercilaparola

    9/6/11 alle 14:23

  5. Ecco il link per la discutere del fattore di riflessione:
    http://www.boscarol.com/forum/viewtopic.php?f=43&t=626

    nonchiedercilaparola

    9/6/11 alle 14:35

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