Wie schätzen Sie die Farbtemperatur anhand des Sonnenstands am Himmel ein?

Ich möchte die Farbtemperatur des Sonnenlichts (wie in der Fotografie angewendet) basierend auf der Position der Sonne am Himmel für eine Handy-App, an der ich arbeite, schätzen (App-Link von einer passenderen Frage - Gibt es welche? mobile Anwendungen, die den Sonnenaufgang/Sonnenuntergang basierend auf dem Standort berechnen? ).

Anhand von Datum, Uhrzeit, Breiten- und Längengrad kann ich bereits den Stand der Sonne am Himmel bestimmen.

Aus dieser Position (Sonnenhöhe vom Horizont) möchte ich die Farbtemperatur bei klarem Himmel abschätzen. Ich verstehe, dass es Faktoren wie die Bewölkung des Himmels gibt, die ich nicht berücksichtigen kann. Ich gehe von einer ungehinderten Sicht auf den Horizont aus.

ZB etwas wie das folgende.

Light Source                    Colour Temperature in K
============                    =======================
Sunrise and Sunset              2,000 to 3,000
Sunlight at 10 Degree elevation 3,500
Sunlight at 20 Degree elevation 4,000
Sunlight at 30 Degree elevation 4,500
Noon Sun and Clear Sky          4,900 to 5,800
Start of Blue Hour              ?

Gibt es eine Formel, die ich verwenden kann, die die geschätzte Farbtemperatur direkt mit der Position der Sonne am Himmel in Beziehung setzt?

Beachten Sie, dass diese Frage ursprünglich beim Austausch von Fotostapeln gestellt wurde, aber hierher migriert wurde, da es sich eher um ein auf Physik basierendes Problem handelt.

Mein aktuelles Verständnis des Problems ist, dass ich Rayleigh-Streuung und möglicherweise Mie-Streuung anwenden muss.

Das folgende Bild aus Cambridge in Farbe zeigt eine (übertrieben?) Farbtemperaturskala, in der Morgendämmerung (1), Sonnenaufgang (2), Mittag (3), Sonnenuntergang (4) und Abenddämmerung (5) markiert sind.Übertriebene Farbtemperatur des Himmels

Neben dem Einfallswinkel der Sonne am Himmel und der daraus resultierenden Dicke der Atmosphäre, die sie durchdringt, der Wolkenbedeckung, der Menge an Wasserdampf in der Luft, der Menge und Art der in der Luft schwebenden Feinstaubpartikel sowie der Art und Farbe der Bodenbedeckung, die das Sonnenlicht reflektieren, spielen alle eine wichtige Rolle bei der Farbtemperatur des Sonnenlichts in einer bestimmten Aufnahmeumgebung. Insbesondere eine starke Bewölkung wird es weit mehr beeinflussen als der Winkel am Himmel.
@MichaelClark Würde es sich also lohnen, die Farbtemperatur zu schätzen, wenn die anderen Faktoren weitaus wichtiger sind? Die Leute haben mich gebeten, die Zeiten der blauen und goldenen Stunde zur App hinzuzufügen. Ich dachte, es wäre interessant, die Farbtemperatur im Laufe des Tages basierend auf dem Ort und dem Datum abzuschätzen.
Ein großer Beitrag zur Atmosphärendicke und Farbtemperatur ist die Höhe. Ohne Höhendaten wäre eine solche Schätzung nutzlos.
@Itai. Gut zu wissen. Ich kann mit den GPS-Daten eine vernünftige Schätzung der Höhe des Beobachters erhalten oder sie anhand des Breiten- und Längengrads nachschlagen, die in der Regel viel genauer sind. Der schwierige Teil besteht darin, wie Breitengrad, Längengrad, Höhe und Sonnenstand am Himmel verwendet werden könnten, um die Farbtemperatur abzuschätzen. Ich verstehe, dass alles, was ich am Ende bekomme, bestenfalls grob ist, da es die Wetterbedingungen oder das lokale Gelände / die Oberflächen nicht berücksichtigt.
Diese Frage geht wirklich davon aus, dass sie hier nicht zum Thema gehört, hauptsächlich aus Gründen der Absicht.
Ich kann es migrieren.
Wie wäre es, an einem klaren Tag alle 30 Minuten Fotos mit festen Kameraparametern zu machen? Mit diesem Datensatz können Sie sich ein Histogramm der Farben für jedes Bild ansehen und eine Farbtemperaturverteilung an dieses Bild anpassen. Von dort aus haben Sie eine empirische Beziehung für die Farbtemperatur und können sich an Sonnenauf- und -untergangsvariationen anpassen.
Erwähnenswert ist wohl, dass in der Welt der Fotografie die Farbtemperatur nur eine Achse (Blau/Gelb-Achse) des Weißabgleichs ist, die andere der Farbton (Grün/Magenta-Achse).

Antworten (1)

Die Farbe der Sonne steht in direktem Zusammenhang mit der Luftmasse , durch die ihr Licht wandert, um den Beobachter zu erreichen.

Ein Artikel, der die Luftmasse mit dem beobachteten Spektrum der Sonne in Beziehung setzt, ist hier verlinkt . Insbesondere liefert Gleichung 17 die von einem Beobachter gesehene Intensität als Funktion der Wellenlänge, wobei Beiträge von Luftmolekülen und Aerosolen berücksichtigt werden. Diese Gleichung gilt für einen Beobachter auf Meereshöhe, obwohl in dem Artikel auch die Rolle der Höhe diskutiert wird.

Bei einem gegebenen Zenitwinkel kann man dann das Strahlungsspektrum als Funktion der Wellenlänge für verschiedene Aerosolkonzentrationen berechnen (Abbildungen 9, 10 und 11).

Die resultierenden Spektren sind nicht mehr Plancksch, und Sie müssen Ihre bevorzugte Definition der Farbtemperatur auf jedes anwenden.

+1 würde empfehlen, dass Sie die Gleichungen explizit in die Antwort schreiben, um sie in sich geschlossen zu halten
@kleingordon, ich stimme zu, dass das explizite Hinzufügen der Gleichungen diese Antwort vervollständigen würde und ich dann das Kopfgeld vergeben kann
Wie oben erwähnt, ist Gleichung 17 ich ( λ ) ≈ ich 0 ( λ ) e x p ( − ( M M Ö l K M Ö l λ 4 + M EIN e r K EIN e r λ + M L a j K L a j λ ) )
Woher K Werte sind Streukoeffizienten und M Werte sind eine optische Luftmasse , die als Verhältnis der optischen Dicke eines schrägen und eines vertikalen Strahls definiert ist. Die Indizes M Ö l , EIN e r , und L a j "stellen molekulare Atmosphäre, trophosphärische Aerosole bzw. erhöhte Aerosolschichten dar."
ich 0 ( λ ) ist ein Planck-Strahler bei 5800 K, gegeben durch:
ich 0 ( λ ) ≈ 2 h c 2 λ 5 ( e h c k λ T − 1 ) − 1
wo h ist die Plancksche Konstante, k ist Boltzmanns Konstante, und c ist die Lichtgeschwindigkeit.
Ich denke, ein paar Beispiele für große US- oder intl. Städte würden diese Antwort erheblich verbessern, z. B. NYC am Mittag am 22. Dezember, 22. März und 22. Juni. Wäre schön zu wissen, ohne den Artikel ungefähr zu lesen, wie viel Temp. ändert sich je nach Jahreszeit.
Es wäre auch toll, Pseudo-Code zu sehen, wenn jemand bereit wäre, ihn zu teilen.
Wie schätzen Sie die Farbtemperatur anhand des Sonnenstands am Himmel ein?
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