Теория на снимките: Експозиция

Фотометрични основи

Светлината е електромагнитно излъчване, което се забелязва за очите ни, което създава усещане за светлина. Фотометрията и рентгенологията също са тясно свързани по отношение на количествата и мерните единици. Основната разлика е, че първата се занимава само с електромагнитно излъчване, видимо за човешкото око. Едно от основните свойства на светлината е честотата на лъчението и получената дължина на вълната. Ако светлината е едноцветна, т.е. съдържа излъчване с една честота, има пряка връзка между дължината на вълната на светлината и създадения цветен стимул. Зависимостта на нашето виждане от цветовете е т.нар дадени от функциите за видимост. За светли повърхности използваме фотопичния V (λ), за тъмните повърхности използваме функцията scotopic V '(λ). Най-късата все още забележима дължина на вълната е 380 nm (виолетова), а най-дългата е 750 nm (червена). Незначителни разлики се случват от отделен човек.

Кривата показва, че очите ни са най-чувствителни към зеленикаво-жълти (555nm) цветове. В тъмното възприятието за червено се губи частично в полза на синьото, а максималното преминава към зелено (507nm). Широко разпространено е мнението, че затова има повече филтрирани в зелено пиксели на сензорите с цветен филтър от типа на Байер, но връзката не е толкова пряка. Детайлната разделителна способност на човешкото око също зависи от цвета и като зеленият цвят в средата на видимия спектър и наклонът на цветните филтри са крайни, тази подредба на филтъра насърчава по-доброто използване на светлината.

Във фотониката и рентгенологията ние разглеждаме безкрайно малък отрязък от дължина на вълната, повърхности, ъгли и време, използвайки интегрално смятане. За да може това писане да бъде интерпретирано без математическа основа, ще говорим за крайни величини, така че основните понятия за фотометрия винаги ще означават средни стойности. Това не променя разбирането на нещата и в действителност измервателните уреди винаги имат ограничена повърхност, време за измерване и т.н. имат.

Еквивалентът на излъчената мощност във фотометрията е светлинен поток. Неговият знак е Φ, неговата единица е луменът (lm). За специалисти в математиката: интегралът на дължината на вълната на спектрално излъчената мощност, претеглена по функцията за видимост, умножена по константа. Това може да се счита за изходно количество за извеждане на фотометрични концепции. Светлинната мощност на източниците на светлина, излъчени във всички посоки на пространството, може да се характеризира със своя светлинен поток. Ето светлинните потоци на някои типични източници на светлина, от които можете дори да изчислите използването на вашата светлина (лумен/ват):

стандартна лампа 100W: 1400lm
халогенна лампа 100W: 2300lm
флуоресцентна лампа 36W: 3000lm

Обикновено се интересуваме само от светлината, излъчвана от източник на светлина в определена посока, така че трябва да опознаем пространствения еквивалент на равнинния ъгъл, със солиден ъгъл, марка: Ω. Точно както централният ъгъл на дъга от 1 радиус в равнината на окръжност се нарича 1 радиан, централният ъгъл от 1 радиус на повърхността на сферата в пространството се нарича 1 стадий (sr), така Ω = A/r 2, където „A“ е размерът на повърхността. Въз основа на формулата за повърхността на сферата (4πr 2) и дефиницията на твърдия ъгъл, общият твърд ъгъл е 4π sr. НА яркост това не е нищо повече от поток светлина, излъчен под даден твърд ъгъл, който очевидно също има посока, така че може да се интерпретира само във връзка с него. Символ: I, неговата единица е кандела (cd), която е и основната единица SI (да не се бърка с понятието за яркост, използвано в лещите, което е оптико-геометрично съотношение). Така че I = Φ/Ω. Връзката между трите концепции е по-лесна за разбиране в следната анимация:

Когато лъчите светлина достигнат повърхността на даден обект, има даденост осветление са създадени. Знак: L, единица: лумен/m 2 или lux (lx). За да се изчисли осветеността, светлинният поток, достигащ повърхността, трябва да бъде разделен на изпитваната повърхност. E = Φ/A - където „A” е размерът на повърхността. Ако повърхността се отдалечи по-далеч от източника на светлина, светлинният поток, излъчен под същия твърд ъгъл (сочещ към повърхността) се разпределя върху по-голяма повърхност. Съотношението на разстоянието към повърхността е квадратно, така че осветеността е обратно пропорционална на разстоянието. Това е законът на фотометричното разстояние. Осветеност на земната повърхност, създадена от някои естествени източници на светлина:

летен ден по обяд (на нашата географска ширина): 60000lx
същото през есента и пролетта: 30000lx
през зимата: 9000lx
луната при пълнолуние: 0.2lx

Яркостта на повърхностите се определя от нашите очи (и камерата) от яркостта на повърхността. НА яркост светлинният поток, излъчван от изследваната повърхност в дадена посока на пространството, под даден пространствен ъгъл. Знак: L, единица: cd/m 2. Над плътността на яркостта от около 3 cd/m 2 можем да говорим за фотопично зрение, под 0,001 cd/m 2 за скотопично зрение и между двете мезопични зрения. Ние възприемаме цветовете добре само с фотопична визия. От минималната и максималната плътност на яркостта на по-голяма повърхност може да се изчисли фотометричният контраст: C = (Lmax - Lmin)/Lmin и коефициентът на контраст или яркост: Cv = Lmax/Lmin

В случай на равномерно осветяване във времето произведението на осветеността и времето е a осветяване мания фотометрична експозиция. Символ: H, измерено в лукс-секунди (lx * s). H = E * t, където t е времето на осветяване.

Ролята и връзката на фотометричните величини във фотографията

След като научихме основните величини и техните единици, вече можем да установим логическия ред между тях, който е типичен за обща фотографска ситуация:

(единственият) източник на светлина
(единствената) повърхност, която снимаме
обектив на камерата (зеница) и фоточувствителна повърхност

източник на светлина и неговия светлинен поток (lm)

↓

светлинният поток, излъчен в посока на повърхността, която трябва да бъде осветена, под пространствения ъгъл, необходим за осветяване на повърхността, т.е. яркостта (cd)

↓

светлинният поток, достигащ до осветената повърхност (m 2), създава своята осветеност (lx)

↓

повърхността поглъща или пропуска част от светлината, отразява част от нея по посока на обектива на камерата, под необходимия пространствен ъгъл - яркост (cd/m 2)

↓

обективът на камерата променя посоката на светлинните лъчи, спира част от светлината (зеница или отвор) и я предава на сензора

↓

светлинният поток на повърхността на сензора определя осветеността му (lx)

↓

експозицията настъпва за определен момент (lx * s)

Експозиция във фотографската практика, стойност на експозицията

Следователно експозицията не е нищо повече от количеството светлина, достигащо филма или сензора. При фотографията често се случва осветлението на обекта да не е равномерно по време на експозицията, напр. в случай на светкавица. Следователно математически експозицията е навременното интегриране на осветлението, достигащо до сензора. Начертавайки осветлението на сензора като функция от времето, експозицията е площта под кривата. Следващата фигура показва пример:

Ако приемем, че светлината се получава непрекъснато и равномерно от обекта, който ще се снима, експозицията зависи от два фактора: експозицията на филма или сензора и продължителността на експозицията (времето на експозиция). Първият зависи от яркостта на сниманата повърхност и отвора. Обектът не се влияе от камерата, така че настройките на експонацията се характеризират с блендата и дължината на експозицията. Тъй като има безкрайни комбинации, които водят до една и съща експозиция, е създадена метрика, която обединява двете детерминанти. Това се нарича стойност на експозицията, (Exposure Value - EV, LichtWert) - терминът светлинна стойност (Fé) също се извлича от последната на унгарски. За да се изчислят лесно данните за експозицията, необходимите корекции и разликите от няколко порядъка, скалата е логаритмично.