Теорія фото: Експозиція

Фотометричні основи

Світло - це електромагнітне випромінювання, відчутне для наших очей, яке створює відчуття світла. Фотометрія та рентгенологія також тісно пов’язані між собою за величинами та одиницями виміру. Принципова відмінність полягає в тому, що перший має справу лише з електромагнітним випромінюванням, видимим для людського ока. Однією з основних властивостей світла є частота випромінювання і результуюча довжина хвилі. Якщо світло однотонне, тобто містить випромінювання однієї частоти, існує прямий зв’язок між довжиною хвилі світла та створюваним кольоровим подразником. Залежність нашого бачення від кольорів є т. Зв задані функціями видимості. Для світлих поверхонь ми використовуємо фотопічну V (λ), для темних поверхонь - скотопічну функцію V '(λ). Найкоротша досі відчутна довжина хвилі - 380 нм (фіолетова), а найдовша - 750 нм (червона). Незначні відмінності трапляються від людини до людини.

Крива показує, що наші очі найбільш чутливі до зеленувато-жовтого (555 нм) кольорів. У темряві сприйняття червоного частково втрачається на користь синього, а максимум переходить до зеленого (507 нм). Поширена думка, що саме тому на сенсорах із кольоровим фільтром типу Баєра є більше відфільтрованих зеленим кольором пікселів, але взаємозв'язок не такий прямий. Роздільність деталей людського ока також залежить від кольору, і, маючи зелений колір в середині видимого спектра і схил кольорових фільтрів скінченним, ця схема фільтру сприяє кращому використанню світла.

У фотоніці та радіології ми розглядаємо нескінченно малий зріз діапазону довжин хвиль, поверхонь, кутів та часу за допомогою інтегрального числення. Для того, щоб цей текст можна було інтерпретувати без математичної довідки, ми будемо говорити про кінцеві величини, так що основні поняття фотометрії завжди будуть позначати середні значення. Це не змінює розуміння речей, і насправді вимірювальні прилади завжди мають кінцеву поверхню, вимірюють час тощо. мати.

Еквівалент випромінюваної потужності у фотометрії становить світловий потік. Його знак - Φ, його одиниця - просвіт (лм). Для досвідчених в математиці: інтеграл довжини хвилі спектральної випромінюваної потужності, зважений на функцію видимості, помножену на константу. Це можна розглядати як вихідну величину для виведення фотометричних понять. Вихід світла джерел світла, випромінюваних у всіх напрямках космосу, можна охарактеризувати його світловим потоком. Ось світлові потоки деяких типових джерел світла, за якими ви навіть можете розрахувати коефіцієнт використання світла (люмен/вата):

• стандартна лампа 100 Вт: 1400лм
• галогенна лампа 100Вт: 2300лм
• люмінесцентна лампа 36 Вт: 3000 лм

Зазвичай нас цікавить лише світло, яке випромінює джерело світла в певному напрямку, тому нам потрібно дізнатися просторовий еквівалент плоского кута, з суцільним кутом, позначка: Ω. Подібно до того, як центральний кут дуги 1 радіуса в площині кола називається 1 радіаном, центральний кут 1 радіуса поверхні кулі в просторі називається 1 стадіаном (sr), так що Ω = A/r 2, де "А" - розмір поверхні. Виходячи з формули поверхні кулі (4πr 2) та визначення твердого кута, загальний кут твердого тіла дорівнює 4π ср. THE яскравість це не що інше, як потік світла, випромінюваний під даним твердим кутом, який, очевидно, також має напрямок, так що його можна інтерпретувати лише спільно з ним. Символ: I, його одиницею є канделя (cd), яка також є базовою одиницею SI (не плутати з поняттям яскравості, що використовується в лінзах, що є оптико-геометричним співвідношенням). Отже, I = Φ/Ω. Зв'язок між трьома поняттями легше зрозуміти в такій анімації:

Коли промені світла досягають поверхні предмета, існує даність освітлення створюються. Знак: L, одиниця виміру: люмен/м 2 або люкс (lx). Для розрахунку освітленості світловий потік, що досягає поверхні, повинен бути розділений на досліджувану поверхню. E = Φ/A - де “A” - розмір поверхні. Якщо поверхня віддаляється від джерела світла, світловий потік, випромінюваний під тим самим твердим кутом (спрямований до поверхні), розподіляється по більшій поверхні. Відношення відстані до поверхні квадратне, тому освітленість обернено пропорційна відстані. Це закон фотометричної відстані. Освітлення на земній поверхні, створюване деякими природними джерелами світла:

• літній день опівдні (на нашій широті): 60000лкс
• те саме восени та навесні: 30000лкс
• взимку: 9000лкс
• Місяць у повний місяць: 0,2lx

Яскравість поверхонь визначається нашими очима (і камерою) яскравістю поверхні. THE яскравість світловий потік, що випромінюється досліджуваною поверхнею в заданому напрямку простору, під заданим просторовим кутом. Знак: L, одиниця виміру: кд/м 2. Вище щільності освітленості близько 3 кд/м 2 ми можемо говорити про фотопічний зір, нижче 0,001 кд/м 2 про скотопічний зір та між двома мезопічними баченнями. Ми добре сприймаємо кольори лише завдяки фотопічному зору. З мінімальної та максимальної густини яскравості на більшій площі поверхні можна розрахувати фотометричний контраст: C = (Lmax - Lmin)/Lmin та коефіцієнт контрастності або діапазон яскравості: Cv = Lmax/Lmin

У разі рівномірного освітлення з часом добуток освітленості та часу дорівнює a підсвічування одержимість фотометричний вплив. Символ: H, вимірюється в люкс-секундах (lx * s). H = E * t, де t - час освітлення.

Роль і взаємозв'язок фотометричних величин у фотографії

Дізнавшись основні величини та їх одиниці, тепер ми можемо встановити логічний порядок між ними, що характерно для загальної фотографічної ситуації:

• (єдине) джерело світла
• (єдина) поверхня, яку ми фотографуємо
• об'єктив камери (зіниця) та світлочутлива поверхня

Експозиція у фотографічній практиці, значення експозиції

Отже, експозиція - це не що інше, як кількість світла, що досягає плівки або датчика. У фотографії часто трапляється так, що під час експозиції освітлення об’єкта не є рівномірним, напр. у разі спалаху. Тому математично експозиція - це своєчасна інтеграція освітлення, що досягає датчика. Побудувавши графік освітленості датчика як функцію часу, експозиція - це площа під кривою. На наступному малюнку наведено приклад:

Якщо припустити, що світло постійно і рівномірно надходить від об'єкта фотографування, експозиція залежить від двох факторів: експозиції на плівку чи датчик та тривалості експозиції (часу експозиції). Перший залежить від яскравості сфотографованої поверхні та діафрагми. Камера не впливає на об'єкт зйомки, тому параметри експозиції характеризуються діафрагмою та довжиною експозиції. Оскільки існують нескінченні комбінації, що призводять до однакової експозиції, створено метрику, яка об’єднує ці два детермінанти. Це називається значенням експозиції (Exposure Value - EV, LichtWert) - термін світлова величина (Fé) також походить від останнього угорською мовою. Для того, щоб легко розрахувати дані експозиції, необхідні поправки та різниці на кілька порядків, шкала була логарифмічно.

EV = log 2 (f # 2/t) - де f # - номер відсіку.

Давайте розглянемо формулу з трохи математичної сторони, щоб ми могли легко зрозуміти взаємозв'язок між часом експозиції та діафрагмою. Для основних даних f/1 та 1s 0EV належить тому, що 1 2/1 = 1, а логарифм будь-якої бази дорівнює 0, оскільки 0-а степеня будь-якого числа дорівнює 1. Якщо ми хочемо зберегти EV0, але з f2. 0 тоді нам потрібно збільшити час експозиції до 4 с. Це називається законом взаємності, що добре проілюстровано наведеною нижче вичерпною таблицею, яка може бути використана для розрахунку величини впливу. Фільми поводяться дещо всупереч закону взаємності, який називається ефектом Шварцшильда.

Важливо розуміти, що хоча угорською мовою назва значення експозиції є світловою величиною, вона сама по собі не характеризує жодної фотометричної кількості світла, так якщо напр. Я стверджую, що потрібно знімати з 0 EV, це не стосується безпосередньо яскравості (яскравості) об'єкта. Щоб це сталося, необхідно визначити поняття правильної експозиції, а потім чутливості. І те, і інше є дуже складними питаннями, які заслуговують окремого написання разом із вимірюванням, але основи (у дуже схематичній формі) все ж можна закласти.

Чутливість і правильна експозиція

Свідоме арифметичне/фізичне виведення правильної експозиції та визначення чутливості, природно, походить від кінематографічної техніки, яка частково успадковується також цифровою. Тому доцільно переглянути це питання, навіть якщо ми досі зосереджувались на цифрових технологіях. Реакція плівок на витримку описана в т. Зв крива чорніння. Його горизонтальна вісь показує експозицію, в lx * s, у логарифмічному масштабі. По вертикалі на осі знаходиться щільність (D), яка є десятим логарифмом відношення яскравості, що падає на розвинену сировину, до переданої яскравості. Ми говоримо про проходження через фільм, ми б написали роздуми у випадку з папером. Таким чином, при D = 0 плівка пропускає 100% світла, при D = 1, 10%, при D = 2, 1%, при D = 3, 0,1%. На малюнку нижче показано типову криву чорніння.

Є кілька помітних ділянок кривої, тепер лише нижня, так звана Мене цікавить рівень завіси, і т.зв. точка швидкості. Вплив фати не створює різниці в щільності, тому деталі втрачаються. Цього, очевидно, не можна допустити, оскільки в умовах правильної експозиції ми очікуємо, що предмети різної яскравості будуть відповідати різним чорним областям зображення, тому ми повинні залишатися над завісою. Якщо щільність завіси збільшена на 0,1, відповідна експозиція є порогом, з якого можна безпосередньо розрахувати чутливість (S - швидкість плівки).

S Відповідно до порогу ISO = 0,8/год

Шкала чутливості - це серія, визначена Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) (не бажаючи бути вичерпною): 50, 64, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 640, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000, 6400 тощо. Номінальна чутливість вважається стандартним значенням, найближчим до значення, розрахованого за формулою, тому вже видно, що крива затемнення показує дані плівки ISO 100 (DIN 21 °). Шкала ISO базується на значенні ISO100, а помноження на 2 у геометричному ряду означає збільшення на 1 EV. Отже, якщо ми досягли правильної експозиції при чутливості ISO 200 при діафрагмі f/2,8 та 1/60 секунди (EV9), то при чутливості ISO400 нам потрібен EV10, що може означати напр. звуження діафрагми до f/4, скорочення часу експозиції до 1/120 секунди або навіть зміна обох параметрів. Суть полягає в тому, щоб залишатися вздовж діагоналі, що містить значення EV у таблиці вище. Після цього, якщо ви дасте чутливість плівки в певній фотографічній ситуації та значення експозиції, необхідне для правильної експозиції, це справді буде стосуватися яскравості об'єкта. У наступному списку наведено значення експозиції, які використовуються в деяких типових ситуаціях для плівки ISO 100. Потім чутливість записується в індекс EV.

• штучно освітлена вулиця: 6 EV 100
• добре освітлений кабінет: 7-8 EV 100
• день, літо, похмура погода 13 EV 100
• день, літо, ясна погода 15 EV 100

Як зазначалося вище, мінімальну і максимальну яскравість можна також визначити на фотографічному об'єкті, що також визначає діапазон світла (коефіцієнт контрастності). Необхідно не тільки підняти правильну експозицію до мінімального порогу експозиції, але й мати експозицію найяскравішої частини зображення нижче піку кривої та, якщо можливо, області яскравості. Якщо цього не зробити, зображення буде занадто яскравим, а деталі будуть втрачені. Якщо ми побудуємо експозицію не тільки найтемнішої, але і найсвітлішої частини об'єкта на криві затемнення, ми можемо легко проілюструвати дві основні помилки експозиції.

Однак ці дві умови виконуються не завжди, тому іноді доводиться йти на компроміси. Отже, очевидно, що метод вимірювання також має фундаментальний вплив на коригування експозиції, яка вважається правильною. Аналіз кривої затемнення фільму також дає відповідь, чому негативна плівка так добре переносить деталі вигорілого зображення. Хоча крива є лінійною протягом відносно короткого періоду, вона все ще залишається монотонною протягом тривалого часу, тому збільшення експозиції пов'язане зі збільшенням щільності. Таким чином, співвідношення яскравості деталей порушується, але відмінність залишається ще до повністю горизонтального перерізу.

Цифрове узгодження чутливості фільму

Для цифрових камер функція експозиції/вихідного значення (напруги) датчика має деяку схожість із плівкою. Якщо рухатись до нижчої експозиції, це також вирівнюється, але до високої експозиції вона часто різко обривається при насиченні, і переріз між ними є більш лінійним. Електронний еквівалент і поріг плівкової завіси визначаються низкою факторів: квантовою ефективністю датчика (наскільки ефективними будуть пари електрон-електронних дірок від фотонів), темним струмом і шумом, коефіцієнтом посилення та шумом підсилювача етапи, роздільна здатність, лінійність і шум аналого-цифрових перетворювачів, алгоритми обробки зображень (демозаїка, налаштування зображення, фільтрація шумів тощо) і, що найголовніше, можливості вихідного цифрового файлу та системи відображення. Під час останнього не якість продукції, а напр. слід розуміти використовуваний кольоровий простір (sRGB).

Загалом, чутливість, встановлена ​​на цифровій камері, дорівнює чутливості плівки, яка створює значення яскравості (мінімальне до максимального співвідношення), які будуть присутні в отриманому цифровому зображенні з однаковим предметом та експозицією. Це твердження також впливає на колірний простір, який зазвичай є sRGB. Однак немає прямої залежності між експозицією на піксель та вихідним числовим значенням. ISO 12232 забезпечує низку різних методів визначення „цифрового значення ISO”, що відповідає чутливості плівок, але їх застосування не є обов’язковим для виробників, тому це досить довільні цифри. Не випадково цифрове значення ISO навіть не має єдиної назви, а завжди вказується методом, за допомогою якого воно було отримане. Приклади:

1. Насиченість на основі обчислення значення ISO на основі максимальної експозиції (вище якої не вказано жодного іншого вихідного значення).
S насиченість = 78/H насиченість

2. Для тестової картки з відбивною здатністю 90%, розрахованою на основі 20% експозиції датчика (значення вважається середньою експозицією обстежуваного):
Індекс впливу (EI) = 10/H в середньому
(примітка: 0,9 х 0,2 = 0,18)

У той час як у фільмах чутливість відноситься до сировини, у цифрових камерах ми отримуємо цифровий файл, про який (з точки зору користувача) ми знаємо дуже мало. Вихідні значення для даної експозиції можуть генеруватися як за допомогою аналогового, так і цифрового підсилення. Випробовуючи конкуренцію цифрових ISO останніх років, можна сказати, що для багатьох камер зображення з високою чутливістю не відповідають умовам правильної експозиції, деталі втрачаються в шумі та фільтрації шумів, в результаті чого плівка погано експонується і згодом коригується. Однією із можливостей стандарту є визначення чутливості на основі шуму зображення, але це не поширений метод із зрозумілих причин. Виробники також використовують різні трюки, щоб отримати максимально високі значення ISO, наприклад застосовується незначне недоопромінення або надмірне опромінення, а діапазон значень розтягується на нелінійному ділянці кривої. Можна гарантувати, що стандарт буде суворішим, а більш тонкі методи будуть розроблені з урахуванням відтворення шуму та деталей.

Більше думок

Якщо буквально перекласти термін light value англійською мовою, ми отримаємо слова “light value” (LV), але з цим слід бути обережними, оскільки його значення не є таким, як угорська вартість світла, і його тлумачення не є форма. У багатьох випадках середня яскравість об'єкта справді називається таким чином, тому, крім значення експозиції, чутливість також відіграє певну роль у її обчисленні. Найбільш поширеним значенням є значення EV, яке застосовується при чутливості ISO100.

Часто припускають, наскільки чудово людське око охоплює> 10 11 коефіцієнтів освітленості і наскільки відстають камери. Наші очі - справді диво, проте це порівняння вводить в оману. Сучасні цифрові камери досягають покриття 2 9 . 2 13 та даної роздільної здатності на всій сфотографованій поверхні, як правило, за дуже короткий проміжок часу. З іншого боку, дивовижне розуміння ока відбувається завдяки адаптації, яка являє собою поєднання трьох процесів:

• зміна діаметра зіниці
• використовуючи палички, які є набагато чутливішими, але не відчувають кольору замість шпильок
• виробництво та деградація певних хімічних речовин (рецепторних пігментів) (кілька хвилин)

Навіть найшвидша реакція на них довша, ніж звичайна фотографія, і без них наші очі були б набагато менш витонченим інструментом. Зміна діаметра зіниці також займає більше 0,1 с. Втрата сприйняття кольору, пов’язана з використанням паличок, була б неприйнятною для камери. Використовуючи дві різні фотографії експозиції та відповідне програмне забезпечення, цифрові камери також можуть продемонструвати збільшення величини щодо сприйняття освітленості.

'); $ ("# збільшено"). hover (function () < >, функція () < $(this).remove(); >); $ ("# збільшене img"). attr ("src", $ (this) .attr ("src")); $ ("# збільшено"). css ("позиція", "абсолютна"); $ ("# збільшено"). css ("зверху", image_offset ['top']); $ ("# збільшено"). css ("ліворуч", 145); $ ("# збільшене img"). css ("межа", "1px суцільний # 333"); >, function () < >); >);

• Ілона Шуксне Поштовіц принесла міцну їжу та маску тим, хто цього потребує.
• Зміна правил касового апарату, щоб звернути увагу на масажиста!
• Ремдесівір, епідеміолог, каже, що незрозуміло, чому дослідження є секретним Newcasttart Podcast
• Я хотів змінитися; nbsp; nbsp Революція Дучі
• Змінна дієтична добавка; Новини краси