Spektrale Empfindlichkeit

Spektrale Empfindlichkeit ist die relative Effizienz der Detektion von Licht oder anderen Signalen als Funktion der Frequenz oder Wellenlänge des Signals.

In der visuellen Neurowissenschaft wird die spektrale Empfindlichkeit verwendet, um die unterschiedlichen Eigenschaften der Photopigmente in den Stäbchenzellen und Zapfenzellen in der Retina des Auges zu beschreiben. Es ist bekannt, dass die Stäbchenzellen für das photopische Sehen besser geeignet sind für skotopisches Sehen und Kegelzellen, und dass sie sich in ihrer Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Lichtwellenlängen unterscheiden. Es wurde festgestellt, dass die maximale spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges unter Tageslichtbedingungen bei einer Wellenlänge von 555 nm liegt, während sich in der Nacht der Peak auf 507 nm verschiebt.

In der Photographie werden Filme und Sensoren oft in Bezug auf ihre spektrale Empfindlichkeit beschrieben, um ihre charakteristischen Kurven zu ergänzen, die ihre Empfindlichkeit beschreiben. Eine Datenbank der spektralen Empfindlichkeit der Kamera wird erstellt und ihr Raum analysiert. Für Röntgenfilme wird die spektrale Empfindlichkeit so ausgewählt, dass sie für die Leuchtstoffe geeignet ist, die auf Röntgenstrahlen reagieren, und nicht auf das menschliche Sehen bezogen ist.

In Sensorsystemen, in denen die Ausgabe leicht quantifiziert werden kann, kann die Ansprechempfindlichkeit so erweitert werden, dass sie wellenlängenabhängig ist und die spektrale Empfindlichkeit enthält. Wenn das Sensorsystem linear ist, können seine spektrale Empfindlichkeit und spektrale Empfindlichkeit beide mit ähnlichen Basisfunktionen zerlegt werden. Wenn die Ansprechempfindlichkeit eines Systems eine feste monotone nichtlineare Funktion ist, kann diese Nichtlinearität geschätzt und korrigiert werden, um die spektrale Empfindlichkeit von spektralen Eingangs-Ausgangs-Daten über lineare Standardverfahren zu bestimmen.

Die Reaktionen der Stäbchen- und Zapfenzellen der Netzhaut haben jedoch eine sehr kontextabhängige (gekoppelte) nichtlineare Antwort, was die Analyse ihrer spektralen Empfindlichkeiten aus experimentellen Daten erschwert. Trotz dieser Komplexitäten ist jedoch die Umwandlung von Lichtenergiespektren in den effektiven Stimulus, die Anregung des Photopigments, ziemlich linear, und lineare Charakterisierungen, wie die spektrale Empfindlichkeit, sind daher ziemlich nützlich beim Beschreiben vieler Eigenschaften des Farbsehens.

Spektrale Empfindlichkeit wird manchmal als eine Quanteneffizienz ausgedrückt, das heißt als eine Wahrscheinlichkeit, eine Quantenreaktion, wie ein eingefangenes Elektron, zu einem Lichtquantum als eine Funktion der Wellenlänge zu bekommen. In anderen Zusammenhängen wird die spektrale Empfindlichkeit als relative Antwort pro Lichtenergie anstatt pro Quant ausgedrückt, normalisiert auf einen Spitzenwert von 1, und eine Quanteneffizienz wird verwendet, um die Empfindlichkeit bei dieser Spitzenwellenlänge zu kalibrieren. In einigen linearen Anwendungen kann die spektrale Empfindlichkeit als spektrale Empfindlichkeit mit Einheiten wie Ampere pro Watt ausgedrückt werden.