Экспозиционные параметры

Светочувствительность фотоматериала – способность фотографического материала образовывать изображение под действием электромагнитного излучения, в частности света, характеризует экспозицию, которая может нормально передать на снимке фотографируемый сюжет, и численно выражается в единицах ISO (сокр. от англ. International Standard Organization – Международная организация по стандартизации), являющихся универсальным стандартом расчета и обозначения светочувствительности всех фотопленок и матриц цифровых фотоаппаратов. Шкала ISO является арифметической – удвоение значения соответствует удвоению светочувствительности фотоматериала. Светочувствительность ISO 200 вдвое выше, чем ISO 100, и вдвое ниже, чем ISO 400.

Изменение светочувствительности используемого фотоматериала, при данной освещенности объекта съемки, позволяет варьировать другими экспозиционными параметрами, для решения конкретных фотографических задач. Например, для ISO 100 при данной освещенности сцены вы получили экспозицию: 1/30 сек., F2,0, для ISO 200 Вы можете уменьшить выдержку до 1/60 сек., а при ISO 400 – до 1/125, для фиксации движения в кадре, или при необходимости использования длиннофокусного объектива. Аналогичным образом, при фиксированной выдержке, можно варьировать параметром диафрагмы управляя глубиной резко изображаемого пространства.

Выдержка определяет временной интервал, в течение которого световые лучи воздействуют на светочувствительный материал. Обеспечивается различными по конструкции и принципам действия фотографическими затворами. Выдержки, которые отрабатываются фотографическим затвором, называют автоматическими. Существует стандартный ряд выдержек, измеряемых в секундах:

…

…

…

1/2

1/4

1/8

1/15

1/30

1/60

1/125

1/250

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

…

Смежные числа этого ряда отличаются друг от друга в 2 раза. Переходя от одной выдержки (например 1/125) к соседней, мы увеличиваем (1/60) или уменьшаем (1/250) время экспонирования фотографического материала в два раза.

Относительное отверстие объектива – отношение диаметра светового отверстия объектива к величине фокусного расстояния. Относительное отверстие выражается в виде дроби с числителем равным 1 и знаменателем – k:

где f – фокусное расстояние объектива; d – диаметр светового отверстия.

Существует стандартный ряд относительных отверстий:

1/0,7

1/1

1/1,4

1/2

1/2,8

1/4

1/5,6

1/8

1/11

1/16

1/22

1/32

1/45

…

Принято указывать только знаменатели этого ряда (диафрагменные числа).

Диафрагменное число (F) – величина, обратная относительному отверстию.

0,7

1,4

2,8

5,6

…

Смежные числа этого ряда отличаются друг от друга в 1,41 раза (). Переходя от одной диафрагмы (например F8) к соседней, мы увеличиваем (F5,6) или уменьшаем (F11) диаметр светового отверстия в 1,41 раза – следовательно, объектив пропускает света соответственно в двое больше или меньше (количество света, пропускаемого объективом, пропорционально площади его светового отверстия).

Диафрагма (от греческого diaphragma) – устройство, с помощью которого ограничивается пучок лучей, проходящих через объектив, для уменьшения освещенности фотоматериала в момент экспонирования или изменения глубины резко изображаемого пространства. Этот механизм реализован в виде ирисовой диафрагмы, состоящей из нескольких лепестков, перемещение которых обеспечивает непрерывное изменение диаметра отверстия (рис. 16).

Рис. 16. Механизм ирисовой диафрагмы состоит из ряда перекрывающихся пластин

Величина экспозиции (от англ. Exposure Value – EV) – условная величина, однозначно характеризующая условия фотосъемки и служащая для определения номинальной экспозиции, необходимой для получения изображения нормальной оптической плотности на фотоматериале определенной светочувствительности при данной освещенности (яркости) объекта съемки. Она зависит от времени экспонирования (выдержки), величины диафрагмы и светочувствительности ISO.

где: S светочувствительность фотоматериала; L – освещенность (яркость) объекта съемки; K – экспонометрическая постоянная (обычно от 8 до 17)

Определение величины экспозиции по измеренной освещенности (яркости) объекта и известной светочувствительности фотоматериала положено в основу работы различных экспонометрических устройств. Математически зависимость описывается формулой:

Например, параметрами измеренной экспозиции EV 10 могут быть значения:

- светочувствительность ISO 100;

- диафрагма F4;

- выдержка 1/60 сек.

Рисунок 17 показывает соотношение между величиной экспозиции (EV), диафрагмой, выдержкой при светочувствительности фотоматериала ISO 100.

Рис. 17. Соотношение величины экспозиции (EV), диафрагмы и выдержки при
светочувствительности ISO 100

Шкала величин EV зависит только от количества света, допускаемого различными вариантами экспозиции. Различные значения диафрагмы и выдержки могут комбинироваться, пропуская при этом к фотоматериалу одно и то же количество света, определенная величина EV представляет собой все возможные комбинации выдержки и диафрагмы для заданного значения ISO и неизменном освещении фотоматериала. На шкале EV повышение на одну ступень уменьшает количество света, достигающее светочувствительного материала, вдвое. Чем выше значение EV, тем меньше света пропускается на фотоматериал.

Например: при фотографировании ваша камера определила экспозицию: 1/125, F4 при светочувствительности материала ISO 100. По рисунку находим соответствующее значение EV 11. Таким образом, у нас есть возможность установить эквивалентные экспозиции в зависимости от решаемых нами фотографических задач и диапазона возможных значений выдержки и диафрагмы используемой камеры из следующего ряда:

Диафрагма:

1,4

2,8

5,6

…

Выдержка:

1/2000

1/1000

1/500

1/250

1/125

1/60

1/30

1/15

1/8

1/4

1/2

…

В большинстве случаев фотоэкспонометр определит требуемое значение EV на основе освещенности объекта съемки и светочувствительности материала (ISO), затем процессор вашей камеры на основе алгоритма выбранной вами автоматической программы съемки преобразует его в соответствующие значения выдержки и диафрагмы.

Современные системы экспозамера достаточно совершенны, но в некоторых условиях съемки они могут ошибаться и не обеспечивать определения правильной экспозиции. Они замеряют свет, отраженный от объекта съемки, а отражательная способность объекта съемки оказывает значительное влияние на точность полученных результатов.

Фотоэкспонометры имеют стандартную настройку из предположения что фотографируемая сцена имеет достаточно равномерное количество светов, полутонов и теней и средняя отражательная способность составляет ≈18% (коэффициент отражения r_ср.=0,18). Этому значению соответствует серый тон, находящейся примерно посредине непрерывной шкалы между черным и белым цветом (рис. 18).

Рис. 18. Отражательная способность 18% серого цвета подходит для съемки большинства сцен

Данная стандартная установка позволяет получать правильную экспозицию для большинства сцен. Поскольку фотоэкспонометру ничего не известно об отражательной способности объектов съемки – при одном и том же освещении количество света, отраженного от темных, матовых или черных поверхностей всегда будет меньше, чем от светлых, блестящих или белых. При избытке в фотографируемой сцене очень светлых (белая ткань – r_max=0,60–0,80) или очень темных (черный бархат – r_min=0,04–0,05) тонов возникает ошибка определения экспозиции соответственно в сторону уменьшения (недостаточная экспозиция – недодержка) или увеличения (избыточная экспозиция – передержка) ее значения. Например, при съемке белого объекта (одежда, или лист белой бумаги) белый цвет будет выглядеть темнее (серым). При съемке черного объекта (одежда, или лист черной бумаги) – черный будет выглядеть светлее (серым), чем в действительности (рис. 19). Для решения подобных проблем предусмотрен режим экспокоррекции.

Рис. 19. Пример определения автоматической экспозиции по белому, по серому и по черному объекту и результаты съемки

Экспокоррекция. В системе управления экспозицией современного фотоаппарата есть возможность гибко корректировать автоматически определенную экспозицию, внесением в автоматическую программу экспозиционных поправок (экспокоррекция) ±2EV с шагом 1/2 или 1/3. Экспокоррекция в «+» осветляет изображение (увеличивает экспозицию), в в «-» затемняет изображение (уменьшает экспозицию). Экспокоррекция позволяет нам сознательно изменять экспозицию, выставленную камерой. Если автоматика ошибается, и мы об этом знаем (преобладание светлых или темных тонов в снимаемой сцене), ошибку можно компенсировать – выбрать другое значение EV. Например, выбрав значение EV+1, можно увеличить автоматически определенную экспозицию (1/125, F4 при ISO 100 – EV11) на 1 шаг, т.е. уменьшить диафрагменной число – (1/125, F2,8 при ISO 100 – EV10) либо увеличить выдержку (1/60, F4 при ISO 100 – EV10).

Величина экспозиции	EV9	EV10	EV11
Экспокоррекция	EV+1		EV-1

Объектив (от лат. objectus – предмет) – оптическая система, обращенная к объекту съемки или наблюдения и образующая его оптическое изображение. Фотографический объектив предназначен для получения светового изображения объекта съемки на светочувствительном материале. От свойств объектива в значительной степени зависит характер и качество фотографического изображения.

Основные характеристики объективов:

- фокусное расстояние;

- угол поля зрения объектива;

- светосила;

- разрешающая способность;

- глубина резко-изображаемого пространства (ГРИП);

- гиперфокальное расстояние;

- аберрации.

Главная точка. Световые лучи, параллельные оптической оси, после прохождения через объектив собираются в точке F, называемой фокусом. Фокусное расстояние простой двояковыпуклой линзы равно расстоянию вдоль оптической оси от центра линзы до ее фокуса (рис. 20). В этом случае центр линзы называется главной точкой.

Рис. 20. Прохождение лучей через объектив: H – главная плоскость оптической системы,
О – главная точка; F – фокус объектива, f – фокусное расстояние.

Однако местоположение центра реального фотографического объектива не столь очевидно, так как он состоит из нескольких выпуклых и вогнутых линз. Поэтому главная точка многолинзового объектива определяется как точка, расположенная на оптической оси с той же стороны от фокуса, что и объектив, и на расстоянии от фокуса, равном фокусному расстоянию. Главная точка, определяемая через передний фокус, называется передней главной точкой, а главная точка, определяемая через задний фокус – задней главной точкой.

Основные плоскости и точки оптической системы объектива приведены на рис. 21.

Рис. 21. Основные плоскости и точки оптической системы объектива: Р – передняя фокальная плоскость; F – точка переднего фокуса; f – переднее фокусное расстояние; H – передняя главная плоскость; О – передняя главная точка; О' – задняя главная точка; Н' – задняя главная плоскость; f' – заднее фокусное расстояние; U' – вершинный отрезок; S – рабочий отрезок; F' – точка заднего фокуса; Р' – задняя фокальная плоскость; g – угол зрения объектива; 2b – угол поля изображения

В обычных фотографических объективах расстояние от точки О' до фокуса равно фокусному расстоянию. В зависимости от типа объектива возможна ситуация, когда относительное положение передней и задней главных точек обращено или точка О' расположена за пределами конструкции объектива, однако в любом случае расстояние задней главной точки О' до фокуса равно фокусному расстоянию.

Пространство слева от объектива (перед объективом) называют пространством предметов, а пространство справа от объектива (за объективом) – пространством изображений.

Фокусное расстояние объектива (от лат. focus – очаг, огонь) (f) – расстояние вдоль оптической оси от главной точки объектива до плоскости, где фокусируются лучи света, падающие в объектив параллельным пучком (при фокусировке объектива на бесконечно удаленной точке). Расстояние от задней главной точки объектива до плоскости, в которой образуется резкое изображение объекта съемки, расположенного на конечном расстоянии, называется задним фокусным расстоянием и обозначается f'. Переднее и заднее фокусные расстояния оптической системы равны между собой.

Заднее фокусное расстояние, заднюю фокальную плоскость, задний фокус часто называют просто фокусным расстоянием, фокальной плоскостью, фокусом оптической системы и т.д.

Изображение, захватываемое объективом, имеет круглую форму. Изображение, которое переносится на фотографию, вырезается из центра круга изображения (рис. 22).

Круг изображения, диаметром (D) которого является диагональ кадра, называется полем изображения. Угол 2b (рис. 22), образованный лучами, исходящими из задней главной точки и проходящими через концы диагонали кадра, называется углом поля изображения. Угол g образованный продолжением этих лучей в пространстве предметов, называется углом поля зрения объектива.

Рис. 22. Поле изображения, угол поля изображения и угол зрения объектива: О' – задняя главная точка объектива; f – фокусное расстояние; D – диагональ кадра; 2b – угол поля изображения; g – угол поля зрения объектива

Для объективов, используемых в камерах формата 35 мм, диаметр круга изображения должен быть не меньше диагонали области изображения 24×36 мм и, как правило, составляет ≈43,2 мм. Объективы цифровых камер характеризуются меньшим диаметром круга изображения, соответствующим диагонали используемой в конкретной камере матрицы.

Угол поля зрения объектива уменьшается вдвое при удвоении фокусного расстояния, при этом фотографируемая площадь уменьшается в четыре раза.

Объективы, в зависимости от отношения фокусного расстояния к диагонали кадра, принято подразделять на нормальные, широкоугольные и телеобъективы (рис. 23).

Рис. 23. Соотношение фокусного расстояния и угла поля зрения
К нормальным объективам относятся такие, у которых фокусное расстояние равно или на 10–20% больше диагонали кадра. Угол поля зрения таких объективов обычно находится в пределах 45–55°.

Объективы, у которых фокусное расстояние меньше, а угол поля зрения больше, чем у нормальных, относятся к широкоугольным. Объективы с фокусным расстоянием меньше 24 мм называют сверхширокоугольными.

Объективы, у которых фокусное расстояние больше, а угол поля зрения меньше, чем у нормальных, называют телеобъективами. Объективы с фокусным расстоянием свыше 300 мм называют супертелеобъективами.

Объективы с переменным фокусным расстоянием (зум-объективы) позволяют получать изображения разного масштаба при неизменном съемочном расстоянии. Отношение наибольшего фокусного расстояния такого объектива к наименьшему называют кратностью объектива. Так, объективы с переменным фокусным расстоянием от 35 до 105 мм называют объективами с 3х-кратным зумом (изменением фокусного расстояния).

Светосила объектива – способность создавать ту или иную степень освещенности изображения при данной освещенности (яркости) объекта съемки.

Относительное отверстие объектива (рассмотренное выше) всегда несколько больше его светосилы, так как при прохождении через объектив часть светового потока теряется за счет поглощения в массе стекла и отражений от поверхностей линз на границе сред. В современных объективах эта разница составляет менее 3%.

Разрешающая способность объектива – характеризует способность изображать мельчайшие детали объекта съемки.

Разрешающая способность численно выражается количеством линий на 1 мм изображения специальных испытательных таблиц – штриховых или радиальных мир (рис. 24), считая чёрную линию на белом фоне за одну линию.

Рис. 24. Фотографические миры: радиальная (слева), штриховая (справа)

Понятие о предельно допустимом кружке рассеяния связано с практикой применения радиальной миры, состоящей из черно-белых секторов (рис. 24). Рассматривая ее изображение на негативе или диапозитиве через микроскоп, с помощью микрометрического столика измеряют диаметр нерезкого кружка посередине.

Штриховая мира состоит из полей с группами параллельных штрихов (рис. 24). Рассматривая пленку в микроскоп, можно заметить, в каком элементе штрихи оказываются неразличимыми. Разрешающая способность предшествующего поля с линиями большей ширины дает искомое количественное выражение.

С появлением цифровой фотографии связано два принципиальных изменения в определении разрешающей способности – во-первых, для унификации с теле-видео-стандартами стали считать одну линию за две (чёрная+белая) и говорить «пар линий»; во-вторых – в связи с разными размерами кадра (матрицы) приводить число линий не к миллиметру, а к короткой стороне кадра. Различимость линий не дискретна (различимы – неразличимы), а непрерывна – (различимы хорошо, не очень, плохо, очень плохо и т.п.). В реальности происходит снижение контраста изображения с единицы до нуля. Поэтому разные наблюдатели видят переход от «плохо различимы» к «практически не различимы» в разных местах, что усложняет процесс визуального тестирования и ограничивает его точность.

Контрастность – степень различия между участками фотографии с разным уровнем яркости. Если различия между черными и белыми участками воспроизводятся отчетливо, контрастность считается высокой; в противном случае – низкой. Максимальный контраст дает сочетание черного с белым. Как правило, объективы, формирующие высококачественные изображения, характеризуются высоким разрешением и высокой контрастностью.

Резкость оптического изображения – степень четкости точек, контуров и деталей изображения. Воспринимаемая человеческим глазом резкость изображения зависит в первую очередь от фактической резкости изображения т.е. от точности фокусировки оптической системы и величины ее аберраций, а также от «разрешающей способности» зрительного анализатора человека, коэффициента увеличения изображения и расстояния рассматривания. В фотографии при съемке пространственных объектов нерезкость оптического изображения связана с невозможностью воспроизведения с одинаковой четкостью (с одинаковым кружком нерезкости) в задней фокальной плоскости разноудаленных точек объекта из-за конечного значения глубины резко изображаемого пространства, создаваемого объективом.

Глубина резкости объектива. В фотографической оптике различают глубины резкости объектива в пространстве предметов – глубина резко изображаемого пространства и в пространстве изображений – глубина фокуса. Глубина резко изображаемого пространства может находиться в пределах от нескольких сантиметров до бесконечно больших расстояний, а глубина фокуса не превышает десятых долей миллиметра (рис. 26). Плоскость, содержащая фокус и перпендикулярная оптической оси, называется фокальной плоскостью. В этой плоскости изображение является резким (в фокусе). Фотографические объективы позволяют настроить фокус таким образом, что световые лучи от объектов, расположенных на конечном расстоянии, сходятся в одной из точек фокальной плоскости.

Рис. 26. Глубина резко изображаемого пространства и глубина фокуса

Кружок рассеяния. Реальные фотографические объективы, обладающие определенной степенью аберраций, неспособны обеспечить идеальное схождения лучей, исходящих из точки объекта, в геометрической точке изображения (т.е. в бесконечно малой точке, имеющей нулевую площадь), следовательно изображение представляет собой композицию реальных (не геометрических) точек, имеющих определенную площадь. Поскольку при увеличении размеров этих точек изображение становится менее резким, они называются «кружками рассеяния». Одним из показателей качества объектива служит минимальная точка, которая может быть сформирована этим объективом – минимальный кружок рассеяния. Конструкция современных объективов обеспечивает минимальный кружок рассеяния диаметром 0,035 мм, это значение используется при расчете различных параметров, в частности, глубины резко изображаемого пространства. Максимально допустимый размер точки в изображении называется – допустимым кружком рассеяния.

Допустимый кружок рассеяния – наибольший кружок рассеяния, воспринимаемый человеком на изображении как «точка». Любую фигуру или группу точек, занимающих в поперечнике не более 0,1 мм, с расстояния 25–30 см глаз человека воспринимает как одну точку. С учетом этого устанавливают допустимые пределы нерезкости фотографического изображения (табл. 6). Для негативов форматом 24×36 мм допустимый кружок рассеяния составляет приблизительно 1/1000–1/1500 диагонали кадра (0,0288–0,0432) для отпечатка 12,5×17,5 см и расстоянии рассматривания 25–30 см.

Таблица 6

Допустимые кружки рассеяния для различных расстояний рассматривания

Расстояние рассматривания, см	Диаметры кружка рассеяния, мм
минимальный	практический	допустимый
	0,07	0,10	0,30
	0,09	0,12	0,36
	0,12	0,16	0,48
	0,15	0,20	0,60
	0,22	0,30	0,90
	0,29	0,40	1,20
	0,44	0,60	1,70

Глубина фокуса. Область спереди и сзади от фокальной плоскости, в которой при фотографировании можно получить резкое изображение (диаметр кружка рассеяния не превышает допустимого значения). Глубина фокуса одинакова с обеих сторон фокальной плоскости (рис. 27), не зависит от фокусного расстояния объектива и равна произведению минимального кружка рассеяния на диафрагменное число (F). В современных фотокамерах с автоматической фокусировкой наведение на резкость осуществляется путем определения состояния фокуса в фокальной плоскости и автоматического управления механизмом фокусировки объектива, обеспечивающего локализацию изображения объекта в области глубины фокуса.

Рис. 27. Зависимость глубины фокуса от величины диафрагмы

Глубина резко изображаемого пространства (ГРИП). При съемке разноудаленных объектов с наилучшей резкостью изображается тот объект, на который произведена фокусировка. Однако в связи с допустимой нерезкостью (определяемой допустимым кружком рассеяния) практически резкими получаются объекты, расположенные несколько дальше и несколько ближе него. Таким образом, имеются передняя и задняя границы, между которыми расположено резко изображаемое пространство. Глубина резко изображаемого пространства зависит от фокусного расстояния объектива, значения диафрагмы и съемочного расстояния, если эти значения известны, можно приблизительно оценить границы глубины резко изображаемого пространства (см) из следующих отношений.

где: p₁ –передняя граница резко изображаемого пространства; p₂ – задняя граница резко изображаемого пространства; p – съемочное расстояние (расстояние от фокальной плоскости до объекта); F – диафрагменное число (F); f – фокусное расстояние (fр); d – диаметр допустимого кружка рассеяния.

Если известно гиперфокальное расстояние объектива, можно также воспользоваться следующими отношениями.

В фотографии глубина резко изображаемого пространства характеризуется следующими свойствами.

1. ГРИП возрастает при уменьшении фокусного расстояния и убывает при увеличении фокусного расстояния.

2. ГРИП возрастает при уменьшении относительного отверстия (диафрагмы) и убывает при увеличении относительного отверстия.

3. ГРИП возрастает при увеличении съемочного расстояния и убывает при уменьшении съемочного расстояния.

4. Передняя глубина резкости меньше задней глубины резкости.

Гиперфокальное расстояние. Исходя из концепции глубины резкости, по мере фокусировки объектива на все более удаленных объектах наступает момент, когда задняя граница глубины резкости совпадает с «бесконечно удаленной точкой». Наименьшее съемочное расстояние, при котором «бесконечно удаленная точка» находится в пределах глубины резкости, называется гиперфокальным расстоянием. Гиперфокальное расстояние можно определить из следующего соотношения:

где: f – фокусное расстояние; d – диаметр минимального кружка рассеяния; F – диафрагменное число.

При настройке объектива на гиперфокальное расстояние передняя граница глубины резкости находится на расстоянии, равном половине гиперфокального расстояния, а задняя – в бесконечно удаленной точке.

Дата добавления: 2014-01-03