Кинофотоэкспонометрия

Задачи, решаемые киноэкспонометрией. Отличие кино-экспонометрии от фотоэкспонометрии. Экспозиция.

Экспози́ция (в фотографии, кинематографе и телевидении) — количество актиничного излучения, получаемого светочувствительным элементом. Для видимого излучения может быть рассчитана как произведение освещённости на выдержку, в течение которой свет воздействует на светочувствительный элемент: матрицу или фотоэмульсию. Для видимого излучения экспозиция выражается в лк×с (люкс-секунда). Термин также употребляется применительно к самому процессу экспонирования светочувствительного элемента, и в других областях, связанных с облучением светочувствительных слоев: рентгенографии, фотолитографии и т. п. При экспонировании изменяются физико-химические или электрические свойства светоприёмника. Например, в галогенидах серебра происходит восстановление металлического серебра.

 

 

 

Значение экспозиции От экспозиции, полученной светочувствительным элементом, зависит передача изображением тонов объекта съемки. Слишком малая экспозиция (недодержка) производит малое воздействие и приводит к получению слабого — недоэкспонированного — изображения, в котором отсутствуют тёмные участки объекта съемки, а иногда изображение отсутствует вообще. Слишком большая экспозиция (передержка) приводит к получению изображения с отсутствующими деталями в светлых местах, а иногда и полному отсутствию изображения. Второй случай особенно ярко проявляется в цифровых фотоаппаратах и кинокамерах, когда пересветка приводит к появлению «пробитых» участков изображения с полностью отсутствующей информацией вследствие выраженного «эффекта насыщения» матрицы. Экспозиция должна быть такой величины, чтобы позволить фотоматериалу с определённой светочувствительностью получить количество света, необходимое для воспроизведения максимального диапазона сюжетно важных яркостей в пределах доступной шкалы. Светочувствительность — это сенситометрическая характеристика любого светочувствительного элемента. Чем больше светочувствительность матрицы (фотоплёнки, фотобумаги), тем меньшая требуется экспозиция. [править] Регулирование экспозиции В большинстве устройств для записи изображения экспозиция зависит от действующего относительного отверстия объектива и выдержки. Эти значения называются экспозиционными параметрами. В фотоаппаратах выдержка регулируется затвором, а в киносъемочном аппарате — обтюратором. При киносъемке выдержка зависит от частоты киносъемки и угла раскрытия обтюратора (коэффициента обтюрации), поэтому экспозиция регулируется, главным образом, диафрагмой, изменяющей относительное отверстие объектива и, в конечном итоге — освещенность. При фотосъемке экспозиция может регулироваться в более широких пределах за счет изменения выдержки, значения которой могут измеряться минутами и часами, в отличие от киносъемочного аппарата, позволяющего при стандартной частоте киносъемки выдержку не длиннее 1/30 секунды. Кроме диафрагмы для регулирования освещенности могут применяться светофильтры, помещаемые в световой поток объектива. Некоторые камеры специально оснащаются нейтральными фильтрами, используемыми для регулировки экспозиции. В случаях, когда экспонирование происходит без применения объектива, освещенность может регулироваться интенсивностью источника излучения. В некоторых процессах, связанных с экспонированием, выдержка регулируется временем работы источника излучения, например, при фотопечати или в рентгенографии. В кинокопировальных аппаратах с непрерывным движением кинопленки экспозиция задается шириной печатного окна, и может регулироваться яркостью печатающей лампы. В кинокопировальных аппаратах промежуточной печати экспозиция регулируется при помощи светового паспорта. При фотосъемке с применением вспышки экспозиция регулируется диафрагмой объектива и длительностью импульса, поскольку его интенсивность не поддается регулировке. Простейшие фотовспышки, в которых отсутствует регулировка длительности импульса, дают возможность управления экспозицией только диафрагмой. В некоторых современных видах оборудования (например, SIMD-матрицы, камеры светового поля (англ. Light Field) и Foveon X3) так же, как и в многослойных пленках, представление об экспозиции (а также о выдержке и диафрагме) можно относить не только к фотоматериалу или устройству в целом, но и к отдельным его элементам (слоям) и сочетаниям элементов.

Факторы, определяющие экспозицию плёнки в фильмовом канале. Основная экспонометрическая формула.

Фи́льмовый кана́л (часто употребляется разговорное фильмово́й кана́л) — элемент лентопротяжного тракта фотоаппарата, киносъёмочного аппарата, кинопроектора, телекинопроектора и кинокопировального аппарата, в котором плёнка (киноплёнка) движется строго ориентированно в определенном точном положении относительно объектива для обеспечения максимальной резкости изображения[1]. Фильмовый канал является наиболее ответственным узлом лентопротяжного тракта, от точности изготовления которого зависит качество получаемого изображения[2]. Скрыть Конструкция фильмовый канал малоформатного фотоаппарата. Внутренние направляющие выполняют роль передних салазок, а внешние вместе с прижимным столиком — задних салазок В фильмовом канале расположено кадровое окно — отверстие прямоугольной формы, через которое производится съемка или проекция изображения. Фильмовый канал должен обеспечивать точное положение пленки и в то же время ее беспрепятственное продвижение. Обычно фильмовый канал имеет разборную (открывающуюся) конструкцию и состоит из передних и задних салазок. Наиболее точной деталью являются передние салазки, обращенные к объективу и непосредственно обеспечивающие точность взаимного расположения пленки и объектива. В фотоаппаратах они обычно изготавливаются как одно целое с корпусом. Задние салазки (прижимной столик) обеспечивают прижим пленки к передним и обеспечивают безопасный зазор для беспрепятственного продвижения пленки. В малоформатных фотоаппаратах в качестве задних салазок используется прижимной столик, опирающийся о внешние направляющие, выступающие из корпуса выше, чем внутренние (передние салазки) на среднюю толщину пленки. Таким образом обеспечивается безопасный зазор для движения пленки. Кроме продольных направляющих, фильмовые каналы содержат поперечные направляющие, удерживающие киноплёнку от перемещения в поперечном направлении. Как правило, это неподвижные или подпружиненные поперечные салазки или направляющие ролики[3]. Последние применяются, главным образом, в кинопроекторах. В большинстве типов кинооборудования, рассчитанного на плёнку 35-мм передние салазки фильмового канала обладают сменной кадровой рамкой, выполненной как отдельная съёмная деталь. Такая конструкция позволяет оперативно переходить на различные форматы кадра. Кинопроекторы и киносъёмочные аппараты, работающие с такой плёнкой, обычно имеют в комплекте рамки для обычных, широкоэкранных и кашетированных фильмов. Закрыть этот раздел Скрыть Пульсирующий фильмовый канал В некоторых типах киносъемочных аппаратов используется пульсирующий фильмовый канал, совершающий возвратно-поступательное движение, снимая кинопленку с зубьев грейфера после ее перемещения, и надевая ее обратно перед началом следующего рабочего цикла. Такая конструкция используется совместно с контргрейфером в киносъемочной аппаратуре для комбинированных съемок, требующих высокой точности перемещения кинопленки на шаг кадра. Например, советский киносъёмочный аппарат для мультипликационных и комбинированных съёмок 3КСМ оснащался прецизионным грейферным механизмом с пульсирующим фильмовым каналом[4].

Яркость: определение понятия, единицы измерения, способы определения. Яркость визуальная, фотометрическая и фотографическая. Учёт различия этих величин в практике киноэкспонометрии. Интервал яркостей объекта. Гальперин 17 Передаваемый интервал яркостей. Его определение по характеристической кривой плёнки и по среднему градиенту

Средним градиентом какого-либо участка характеристической кривой называется также тангенс угла наклона секущей, проведенной через точки А и В, ограничивающие этот участок (смотри рисунок внизу). Очевидно, средний градиент выражается отношением разности плотностей, соответствующих точкам А и В, к интервалу экспозиций, соответствующему этим точкам.

Средний градиент выражается отношением ΔD / ΔlgH

^ Интервал яркостей объекта – отношение максимальной и минимальной яркостей объекта. ΔB = Bmax / Bmin Иногда интервал яркостей выражают в логарифмических единицах – экспозиционных числах ^ EV или экспозиционных ступенях : ΔEV = EVmax - EVmin Эта величина очень важна при решении экспонометрической задачи и при работе фотографа со светом, поскольку любая фототехнология имеет ограничения по возможности воспроизведения интервала яркостей. Обычно это 5 – 6 ступеней. ^ Экспозиционная ступень – изменение световой величины, определяющей экспозицию фотоэмульсии (яркости, освещённости, экспозиции) в 2 раза. Например, если освещённость объекта съёмки изменилась с 100 лк до 200 лк, то говорят, что освещённость возросла на 1 ступень. Все современные фотоэкспонометры имеют стандартизованую шкалу Э.с. – EV (exposure value ).

Я́ркость источника света[1] — это световой поток, посылаемый в данном направлении, деленный на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника[2] на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря - это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. В определении, данном выше, подразумевается, если рассматривать его как общее, что источник имеет малый размер, точнее малый угловой размер. В случае, когда речь идет о существенно протяженной светящейся поверхности, каждый ее элемент рассматривается как отдельный источник. В общем случае, таким образом, яркость разных точек поверхности может быть разной. И тогда, если говорят о яркости источника в целом, подразумевается вообще говоря усредненная величина. Источник может не иметь определенной излучающей поверхности (светящийся газ, область рассеивающей свет среды, источник сложной структуры - например туманность в астрономии, когда нас интересует его яркость в целом), тогда под поверхностью источника можно иметь в виду условно выбранную ограничивающую его поверхность или просто убрать слово "поверхность" из определения. В системе СИ измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения имела стандартное название нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено. Существуют также другие единицы измерения яркости — стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб): 1 асб = 1/π × 10−4сб = 0,3199 нт = 10−4Лб.[3] Вообще говоря яркость источника зависит от направления наблюдения, хотя во многих случаях излучающие или диффузно рассеивающие свет поверхности более или менее точно подчиняются закону Ламберта, и в этом случае яркость от направления не зависит. Последний случай (при отсутствии поглощения или рассеяния средой - см. ниже) позволяет в определении рассматривать и конечные телесные углы и конечные поверхности (вместо бесконечно малых в общем определении), что делает определение более элементарным, однако надо понимать, что в общем случае (к которому при требовании большей точности относятся и большинство практических случаев) определение должно основываться на бесконечно малых или хотя бы физически малых (элементарных) телесных углах и площадках. В случае поглощающей или рассеивающей свет среды видимая яркость, конечно, зависит и от расстояния от источника до наблюдетеля. Но само введение такой величины как яркость источника мотивировано не в последнюю очередь именно тем фактом, что в важном частном случае непоглощающей среды (в том числе вакуума) видимая яркость от расстояния не зависит, в том числе в том важном практическом случае, когда телесный угол определяется размером объектива (или зрачка) и уменьшается с расстоянием (падение с расстоянием от источника силы света точно компенсирует уменьшение этого телесного угла).

Яркость отражающих свет поверхностей (в случаях диффузного и недиффузного отражения). Коэффициент яркости. Способы определения коэффициентов яркости и отражения. Учёт коэффициентов яркости в практике решения экспонометрических задач.

Зеркальное (направленное) отражение происходит в тех случаях, когда излучения падает на поверхность, размеры неровностей которой значительно меньше, чем длина волны излучения.

 

Направленное (зеркальное) отражение Направленное (зеркальное) отражение характерно для гладких и полированных поверхностей, неровности которых малы относительно длины волны падающего света. Зеркальное отражение определяется концентрацией светового потока в некотором телесном угле, направление оси которого определяется законами зеркального отражения. Телесный угол падающего и отраженного потоков сохраняется по величине и форме. Яркость зеркально отраженного потока соизмерима с яркостью источника. Для зеркального отражения справедливы три закона: первый — лучи падающий и отраженный находится в одной плоскости с нормалью в точке падения; второй — углы падения и отражения относительно нормали равны; третий — для зеркально отраженного света применяется закон квадратов расстояний, начиная от его изображения в зеркале поверхности.

Направленно-рассеянное отражение — это совокупность зеркального и рассеянного светового потока в телесном угле, отличном от телесного угла падающего потока в сторону увеличения. Направление оси отраженного потока соответствует закону зеркального отражения. Границы рассеянной части отраженного потока зависят от физических свойств тела. Для этого вида отражения применим закон квадратов расстояний. Общий коэффициент отражения равен сумме рассеянного и зеркального отражений. Направленно-рассеянным отражением обладает глянцевая бумага, матированный металл, крашеные поверхности и др. При отражении от таких поверхностей источник света виден расплывчатым пятном.

Диффузное (равнояркое) отражение характерно для матовых и шероховатых поверхностей с беспорядочными микронеровностями, по величине превышающими или соизмеримыми с длиной волны падающего света. Диффузное отражение является условием видимости окружающих тел, так как каждая точка освещенной поверхности испускает отраженные лучи во все стороны. При отсутствии диффузного отражения тела не видны (воздух, стекло на просвет). Диффузное отражение характеризуется равномерным отражением света в пределах телесного угла, расположенного над отражающей поверхностью в полусфере, независимо от направления падающего светового потока, и описывается законом Ламберта, по которому яркость постоянна для любого угла рассматривания диффузной поверхности, а сила света в зависимости от угла а изменяется по закону косинуса. На рис. 20, а равнояркость отражения изображена сплошной полуокружностью с радиусом R, а изменение силы света диффузно отражающей поверхности — штриховой окружностью. Световой поток, излучаемый диффузной поверхностью, определяется по силе света этой поверхности в направлении нормали. Для любого источника света световой поток — сила света в телесном угле. Яркость диффузной поверхности определяется через отраженный ею световой поток и освещенность. Смешанное отражение характерно направленным и диффузным отражением поверхности одновременно. Коэффициент яркости для таких поверхностей в сторону направленного отражения может быть больше единицы.Если одновременно происходят и зеркальное, и диффузное отражения, то коэффициент отражения является суммой коэффициентов зеркального и диффузного отражений: p = p з + p д

ДИФФУЗНОЕ ОТРАЖЕНИЕ - рассеяние света по всевозможным направлениям. Различают две осн. формы Д. о.: рассеяние света на микронеровностях поверхности (поверхностное рассеяние) и рассеяние в объёме тела,связанное с присутствием мелкодисперсных частиц (объёмное рассеяние). Свойства диффузно отражённого света зависят от условий освещения, оптич. свойств рассеивающего вещества и микрорельефа отражающей поверхности (см. Отражение света). Идеально рассеивающая поверхность имеет яркость во всех направлениях одинаковую, не зависящую от условий освещения. Для оценок светорассеивающих характеристик реальных объектов вводится коэф. Д. о., к-рый определяется как отношение светового потока, отражённого от данной поверхности, к потоку, отражённому идеальным рассеивателем. Спектральный состав, коэф. Д. о. и индикатриса яркости Д. о. света реальных объектов зависят от обеих форм рассеяния - поверхностного и объёмного. 

 

 

 

КОЭФФИЦИЕНТ ЯРКОСТИ, r,— светотехническая характеристика отражающей или пропускающей свет поверхности тела, определяемая отношением яркости Bi наблюдаемой поверхности в данном направлении к яркости Bo абсолютно белой, идеально матовой поверхности при той же освещенности: r = Bi / Bo Коэффициент яркости обусловливает видимую яркость предмета, в том числе и яркость бликов. В отличие от коэффициента отражения коэффициент яркости может быть больше единицы.

 

 

 

КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ — отвлеченное число, показывающее отношение светового потока, отраженного телом, к световому потоку, падающему на него: ρ = F / F0 Так как в природе не существует таких тел, которые полностью отражали бы весь падающий на них световой поток, и все тела в той или иной мере поглощают свет, коэффициент отражения всегда меньше единицы. Различают коэффициент правильного, или зеркального, отражения, коэффициент диффузионного отражения и общий коэффициент отражения. Особый интерес представляет собой коэффициент правильного отражения от полированных стеклянных поверхностей, например от поверхностей линз или призм. Коэффициент отражения R от полированной стеклянной поверхности зависит от показателя преломления стекла и от угла падения луча. На рисунке приведена зависимость коэффициента отражения R от угла падения, из которой видно, что для углов до 45°—50°, т.е. в пределах того, что имеет место в обычных объективах, коэффициент отражения остается практически постоянным и, следовательно, зависит только от показателя преломления стекла. Значение R может быть числено по формуле: R = ((n — 1) / (n + 1))² , где n — показатель преломления стекла. Если n = 1,5, то коэффициент отражения составляет: R = ((1,5 — 1) / (1,5 + 1))² = 0,25 / 6,25 = 0,04 = 4 % при n= 1,7 R = ((1,7 — 1) / (1,7 + 1))² = 0,49 / 7,29 = 0,067 = 6,7 % , т.е. коэффициент отражения растет с увеличением показателя преломления. Этим объясняются большие потери света, имеющие место в сложных объективах, изготовленных из тяжелых сортов оптического стекла, если их поверхности не просветлены.

Рекомендуемое расположение плотностей изображения в негативе на характеристической кривой киноплёнки. Рекомендуемое расположение минимальной яркости ("чёрного") на характеристической кривой. 11 .Серые шкалы. Применение шкал, требования к ним. Методы определения съёмочных экспозиционных параметров "по чёрному", "по белому", "по лицу", "по средне-серому".

СЕРАЯ ШКАЛА — шкала почернений ахроматических, т.е. нейтрально серых тонов с различной оптической плотностью, применяемая при цветной фотографической съемке. Правильное ахроматическое воспроизведение всех ступеней серой шкалы в позитивном цветном изображении является критерием правильной фотографической передачи всех цветовых деталей объекта. Применение специальной серой шкалы не обязательно при наличии в самом объекте съемки нескольких различных по оптической плотности серых деталей.

 

Серая шкала. Очень полезно применять при съемке вспомогательный объект в виде ступенчатой шкалы серых тонов. Такой объект, во-первых, позволяет судить о правильности баланса плотности и контраста в трех цветоделенных негативах и, во-вторых, помогает определять выдержки при получении позитивов и оценивать их качество при определении наилучшего фотоотпечатка. Шкала состоит из серых тонов, начиная от белого и кончая черным, поля шкалы должны иметь размеры, достаточные для того, чтобы можно было измерять на денситометре оптические плотности негативных изображений. Интервал яркостей шкалы должен быть таким, чтобы он включал интервал яркостей фотографируемых объектов, для которых желательно осуществить правильное воспроизведение.

Шкала серых тонов должна быть расположена в сюжете съемки таким образом, чтобы она была освещена так же, как сюжетно важные участки. При большем или меньшем отклонении от этого требования соответственно изменяется и значение такой шкалы в качестве типового вспомогательного объекта. Необходимо проверить, чтобы на шкалу не попадал свет, отраженный от окрашенных участков сюжета, вследствие чего шкала может приобрести тот или иной цветовой оттенок. Серая шкала должна быть расположена так, чтобы ее изображение получилось несколько отступя от края кадра: этим исключается влияние колебаний в свойствах эмульсий и условиях обработки, связанных с краями изображения. Небольшого размера серые шкалы вместе с цветными полями изготавливаются в промышленном порядке. Для получения больших шкал, например при фотографировании ландшафтов, применяют матовую фотографическую бумагу, которую обрабатывают в условиях, необходимых для получения нейтрального серого тона. Число полей в шкале может быть различным — от двух — белого и черного—до 10. Чем больше число полей, тем более полные и точные сведения позволяет получить шкала. Оптические плотности полей измеряются, если возможно, с помощью денситометра, позволяющего производить измерения в отраженном свете. В дальнейшем могут быть построены кривые зависимости между этими величинами и оптическими плотностями, измерениями на негативах, т. е. характеристические кривые. Эти данные не являются решающими вследствие влияния светорассеяния объективов и других факторов, но они имеют весьма важное значение для контроля различных стадий процесса цветовоспроизведения. Они полезны также для определения того, какие коррективы следует ввести в экспозицию и проявление для получения оптимальных негативов.

Объект съёмки с точки зрения экспонометрии: объект как поле яркостей; максимальная и минимальная яркости объекта, интервал яркостей; интегральная яркость объекта. а) схема тонопередачи в двуступенном процессе получения киноизображения; б) соотношение контрастностей негатива и позитива в стандартном кинопроцессе; в) потеря проработки по яркости и пропечатываемый интервал плотностей негатива; г) рекомендуемая плотность "белого".

^ Интегральная яркость – усреднённое по всей площади (или по значительной части) кадра значение яркости объекта. Определяется яркомером с достаточно большим углом замера (обычно угол замера составляет 15-500) или системой TTL с большой площадью замера. ^ Интервал яркостей объекта – отношение максимальной и минимальной яркостей объекта.

Способы выражения интервала яркостей. Передаваемый интервал яркостей. Практическое определение передаваемого интервала яркостей: по характеристической кривой; по среднему градиенту. Определение передаваемого интервала яркостей в видеотехнологиях.

Интервал яркостей – соотношение яркостей самого светлого и самого темного участков снимаемого объекта. Чем больше интервал яркостей, тем выше контрастность.

Средним градиентом какого-либо участка характеристической кривой называется также тангенс угла наклона секущей, проведенной через точки А и В, ограничивающие этот участок (смотри рисунок внизу). Очевидно, средний градиент выражается отношением разности плотностей, соответствующих точкам А и В, к интервалу экспозиций, соответствующему этим точкам. Средний градиент выражается отношением ΔD / ΔlgH

Коэффициенты отражения наиболее часто встречающихся фактур и материалов

Отражательная способность различных поверхностей

Поверхность Вид отражения Коэффициент отражения Окись магния диффузное 0,96 Алебастр диффузное 0,92 Серебро полированное направленное 0,88–0,93 Белая гипсовая поверхность диффузное 0,85 Снег свежевыпавший смешанное 0,75–0,78 Стеклянное зеркало направленное 0,72–0,85 Серебрение матовое направленно-рассеянное 0,7 Алюминий полированный направленное 0,65–0,75 Хромированная полированная поверхность направленное 0,60–0,70 Алюминий матированный направленно-рассеянное 0,55–0,60 Бумага белая матовая направленно-рассеянное 0,60–0,70 Снег тающий чистый смешанное 0,60–0,62 Хромирование матовое направленно-рассеянное 0,50 Оштукатуренная поверхность диффузное 0,40–0,45 Шелк натуральный смешанное 0,35–0,55 Тес (дерево свежее) направленно-рассеянное 0,35–0,42 Кожа лица смешанное 0,25–0,35 Песок белый сухой диффузное 0,24–0,32 Глина желтая диффузное 0,16 Тес старый, посеревший направленно-рассеянное 0,12–0,16 Песок белый мокрый диффузное 0,11–0,20 Асфальтовое покрытие сухое смешанное 0,10–0,18 Чернозем сухой диффузное 0,07–0,08 Асфальтовое покрытие мокрое направленно-рассеянное 0,06–0,08 Лиственная растительность летом направленно-рассеянное 0,09–0,12 Хвойная растительность диффузное и направленно-рассеянное 0,08–0,12 Лиственная растительность осенью направленно-рассеянное 0,15–0,30 Черное сукно направленно-рассеянное 0,10–0,12 Чернозем мокрый направленно-рассеянное 0,02–0,05 Черный бархат диффузное 0,01–0,03