stringtranslate.com

Экспонометр

Использование экспонометра для портретной съемки на съемках турецкого музыкального клипа

Экспонометр (или иллюминометр ) — это устройство, используемое для измерения количества света. В фотографии экспонометр — это экспонометр , соединенный с цифровым или аналоговым калькулятором, который отображает правильную выдержку и число f для оптимальной экспозиции , учитывая определенную ситуацию освещения и светочувствительность пленки . Аналогично экспонометры используются в области кинематографии и сценического дизайна для определения оптимального уровня освещенности для сцены.

Люксметры также используются в общей области проектирования архитектурного освещения для проверки правильности установки и работы системы освещения здания, а также для оценки уровней освещенности для растущих растений.

Если экспонометр дает показания в люксах , его называют « люксметром ». [1]

Эволюция

Стандартный экспонометр Уоткинса — тип актинометра
Уоткинс-Би-метр — тип актинометра

Актинометры

Самые ранние экспонометры назывались актинометрами (не путать с научным прибором с тем же названием ), впервые разработанными в конце 1800-х годов после того, как коммерческие фотопластинки стали доступны с постоянной чувствительностью. Эти фотографические актинометры использовали светочувствительную бумагу; фотограф измерял время, необходимое для того, чтобы бумага потемнела до контрольного значения, предоставляя входные данные для механического расчета выдержки и диафрагмы для данного номера пластинки. [3] : 69  Они были популярны примерно между 1890 и 1920 годами. [4]

Типы вымирания

Измеритель вымирания Dremo [5]

Следующие экспонометры, разработанные примерно в то же время, но не вытеснившие актинометры по популярности до 1920-х и 1930-х годов, известны как экспонометры , оценивающие правильные настройки экспозиции с помощью переменного ослабления. [4] Один тип экспонометра содержал пронумерованный или буквенный ряд нейтральных фильтров с увеличивающейся плотностью. Фотограф располагал экспонометр перед объектом и отмечал фильтр с наибольшей плотностью, который все еще позволял проходить падающему свету. В другом примере, продаваемом как Актино-фотометр Хейда с начала 1900-х годов, фотограф просматривает сцену через окуляр и поворачивает экспонометр, чтобы изменять эффективную плотность до тех пор, пока сцена больше не будет видна. [6] Буква или число, соответствующие силе фильтра, вызывающие «вымирание» сцены, использовались в качестве индекса в таблице соответствующих комбинаций диафрагмы и выдержки для заданной светочувствительности пленки . [3] : 72 

Измерители экстинкции, как правило, давали непоследовательные результаты, поскольку они зависели от субъективной интерпретации и светочувствительности человеческого глаза , которая может различаться у разных людей. [7]

Фотоэлектрические типы

Аналоговый портативный экспонометр - Gossen Lunasix 3 (в США: Luna Pro S); выпускался с 1961 по 1977 г.

Позже [ когда? ] счетчики исключили человеческий фактор и стали полагаться на технологии, включающие селеновые , CdS и кремниевые фотодетекторы .

Селеновые и кремниевые экспонометры используют фотоэлектрические датчики : они генерируют напряжение, пропорциональное экспозиции света. Селеновые датчики генерируют достаточно напряжения для прямого подключения к измерителю; для их работы не требуется батарея, и это сделало их очень удобными в полностью механических камерах. Однако селеновые датчики не могут точно измерять слабый свет (обычные лампочки могут приблизить их к пределу) и вообще не способны измерять очень слабый свет, такой как свет свечи, лунный свет, звездный свет и т. д. Кремниевым датчикам нужна схема усиления и для работы требуется источник питания, такой как батареи . В экспонометрах CdS используется фоторезисторный датчик, электрическое сопротивление которого изменяется пропорционально экспозиции света. Для их работы также требуется батарея. Большинство современных экспонометров используют кремниевые или CdS датчики. Они показывают экспозицию либо с помощью стрелочного гальванометра , либо на ЖК- экране.

Автоматический экспонометр/экспонометр от 8-мм кинокамеры , работающий на основе гальванометрического механизма (в центре) и фоторезистора CdS , в отверстии слева.

Многие современные бытовые фото- и видеокамеры включают встроенный измеритель, который измеряет уровень освещенности по всей сцене и может приблизительно измерить соответствующую экспозицию на основе этого. Фотографы, работающие с контролируемым освещением, и кинематографисты используют ручные экспонометры для точного измерения света, падающего на различные части объектов, и используют подходящее освещение для получения желаемых уровней экспозиции.

Измерения отраженного и падающего света

Экспонометры обычно делятся на экспонометры отраженного и падающего света, в зависимости от метода, используемого для измерения сцены.

Измерители отраженного света измеряют свет, отраженный сценой , которую нужно сфотографировать. Все встроенные измерители являются измерителями отраженного света. Измерители отраженного света калибруются для отображения соответствующей экспозиции для «средних» сцен. Необычная сцена с преобладанием светлых цветов или зеркальных бликов будет иметь более высокую отражательную способность; измеритель отраженного света, снимающий показания, неправильно компенсирует разницу в отражательной способности и приведет к недодержке. Сильно недоэкспонированные фотографии заката обычны именно из-за этого эффекта: яркость заходящего солнца обманывает экспонометр камеры, и, если логика камеры или фотограф не позаботятся о компенсации, изображение будет сильно недоэкспонированным и тусклым.

Эта ловушка (но не в случае заходящего солнца) избегается измерителями падающего света , которые измеряют количество света , падающего на объект, используя рассеиватель с плоским или (чаще) полусферическим полем зрения, размещенным поверх датчика света. Поскольку показания падающего света не зависят от отражательной способности объекта, они с меньшей вероятностью приведут к неправильной экспозиции для объектов с необычной средней отражательной способностью. Для снятия показаний падающего света необходимо поместить измеритель в положение объекта и направить его в общем направлении камеры, что не всегда достижимо на практике, например, при пейзажной фотографии, где расстояние до объекта приближается к бесконечности.

Другой способ избежать недо- или переэкспонирования для объектов с необычной отражательной способностью — использовать точечный экспонометр : специализированный экспонометр отраженного света, который измеряет свет в очень узком конусе , как правило, с круговым углом зрения в один градус . Опытный фотограф может сделать несколько показаний по теням, средним и светлым участкам сцены, чтобы определить оптимальную экспозицию, используя такие системы, как зональная система .

Многие современные камеры включают сложные многосегментные системы измерения, которые измеряют яркость различных частей сцены для определения оптимальной экспозиции. При использовании пленки, спектральная чувствительность которой не очень хорошо соответствует спектральной чувствительности экспонометра, например, ортохроматической черно-белой или инфракрасной пленки, экспонометру могут потребоваться специальные фильтры и повторная калибровка для соответствия чувствительности пленки.

Существуют и другие типы специализированных фотографических экспонометров. Экспонометры используются в фотосъемке со вспышкой для проверки правильности экспозиции. Колориметры используются там, где требуется высокая точность цветопередачи. Денситометры используются в фотографической репродукции.

Калибровка экспонометра

В большинстве случаев измеритель падающего света приведет к тому, что средний тон будет записан как средний тон, а измеритель отраженного света приведет к тому, что все, что измеряется, будет записано как средний тон. Что представляет собой «средний тон», зависит от калибровки измерителя и нескольких других факторов, включая обработку пленки или цифровое преобразование изображения.

Калибровка экспонометра устанавливает связь между освещением объекта и рекомендуемыми настройками камеры. Калибровка фотографических экспонометров регламентируется стандартом ISO 2720:1974.

Уравнения экспозиции

Для экспонометров отраженного света настройки камеры связаны со светочувствительностью ISO и яркостью объекта с помощью уравнения экспозиции отраженного света:

где

Для экспонометров падающего света настройки камеры связаны со светочувствительностью ISO и освещенностью объекта с помощью уравнения экспозиции падающего света:

где

Константы калибровки

Определение калибровочных констант было в значительной степени субъективным; ISO 2720:1974 гласит, что

Константы и должны быть выбраны путем статистического анализа результатов большого количества испытаний, проведенных для определения приемлемости для большого количества наблюдателей ряда фотографий, для которых была известна экспозиция, полученных при различных условиях съемки и в диапазоне яркостей.

На практике разброс значений калибровочных констант у разных производителей значительно меньше, чем можно предположить из этого утверждения, и значения мало изменились с начала 1970-х годов.

ISO 2720:1974 рекомендует диапазон для от 10,6 до 13,4 с яркостью в кд/м 2 . Обычно используются два значения для: 12,5 ( Canon , Nikon и Sekonic [8] ) и 14 ( Minolta , [9] Kenko , [9] и Pentax ); разница между двумя значениями составляет приблизительно 16 EV .

Самые ранние стандарты калибровки были разработаны для использования с широкоугольными усредняющими измерителями отраженного света (Джонс и Кондит, 1941). Хотя широкоугольный усредняющий замер в значительной степени уступил место другим моделям чувствительности замера (например, точечному, центрально-взвешенному и многосегментному), значения для , определенные для широкоугольных усредняющих измерителей, сохранились.

Константа калибровки падающего света зависит от типа приемника света. Распространены два типа приемников: плоский ( реагирующий на косинус ) и полусферический (реагирующий на кардиоид ). Для плоского приемника ISO 2720:1974 рекомендует диапазон от 240 до 400 с освещенностью в люксах ; обычно используется значение 250. Плоский приемник обычно используется для измерения коэффициентов освещенности, для измерения освещенности и иногда для определения экспозиции для плоского объекта.

Для определения практической фотографической экспозиции полусферический приемник оказался более эффективным. Дон Норвуд, изобретатель экспонометра падающего света с полусферическим приемник, считал, что сфера является разумным представлением фотографического объекта. Согласно его патенту (Норвуд, 1938), цель была

обеспечить экспонометр, который в значительной степени равномерно реагирует на свет, падающий на фотографируемый объект практически со всех направлений, что может привести к отражению света в камеру или другой фотографический регистратор.

и измеритель обеспечивал «измерение эффективного освещения, получаемого в месте расположения объекта».

С полусферическим рецептором ISO 2720:1974 рекомендует диапазон от 320 до 540 с освещенностью в люксах; на практике значения обычно находятся в диапазоне от 320 (Minolta) до 340 (Sekonic). Относительные ответы плоских и полусферических рецепторов зависят от количества и типа источников света; когда каждый рецептор направлен на небольшой источник света, полусферический рецептор с = 330 покажет экспозицию примерно на 0,40 шага больше, чем та, которую показывает плоский рецептор с = 250. С немного пересмотренным определением освещенности измерения с полусферическим рецептором указывают на «эффективную освещенность сцены».

Калиброванная отражательная способность

Обычно утверждается, что измерители отраженного света калибруются на 18% отражательной способности, [10] но калибровка не имеет ничего общего с отражательной способностью, как должно быть очевидно из формул экспозиции. Однако некоторое представление об отражательной способности подразумевается путем сравнения калибровки измерителей падающего и отраженного света.

Объединение уравнений экспозиции отраженного и падающего света и перестановка дают

Отражательная способность определяется как

Равномерный идеальный рассеиватель (следующий закону косинуса Ламберта ) яркости излучает плотность потока ; тогда отражательная способность равна

Освещенность измеряется плоским рецептором. Легко сравнить измерение падающего света с помощью плоского рецептора с измерением отраженного света равномерно освещенной плоской поверхности с постоянной отражательной способностью. Использование значений 12,5 для и 250 для дает

При a = 14 отражательная способность составит 17,6%, что близко к стандартной нейтральной тестовой карте с показателем 18%. Теоретически измерение падающего света должно совпадать с измерением отраженного света тестовой карты с подходящим коэффициентом отражения, перпендикулярным направлению к измерителю. Однако тестовая карта редко является однородным рассеивателем, поэтому измерения падающего и отраженного света могут немного отличаться.

В типичной сцене многие элементы не являются плоскими и имеют различную ориентацию по отношению к камере, поэтому для практической фотографии полусферический рецептор обычно оказывается более эффективным для определения экспозиции. Использование значений 12,5 для и 330 для дает

При слегка измененном определении отражательной способности этот результат можно считать показателем того, что средняя отражательная способность сцены составляет приблизительно 12%. Типичная сцена включает в себя затененные области, а также области, которые получают прямое освещение, и широкоугольный усредняющий измеритель отраженного света реагирует на эти различия в освещении, а также на различные отражательные способности различных элементов сцены. Тогда средняя отражательная способность сцены будет равна

где «эффективная освещенность сцены» измеряется измерителем с полусферическим приемником.

ISO 2720:1974 требует, чтобы калибровка отраженного света измерялась путем направления приемника на просвеченную диффузную поверхность, а калибровка падающего света измерялась путем направления приемника на точечный источник в затемненной комнате. Для идеально рассеивающей тестовой карты и идеально рассеивающего плоского приемника сравнение между измерением отраженного света и измерением падающего света справедливо для любого положения источника света. Однако реакция полусферического приемника на внеосевой источник света приблизительно соответствует кардиоиде, а не косинусу , поэтому 12% «отражательная способность», определенная для измерителя падающего света с полусферическим приемником, действительна только тогда, когда источник света находится на оси приемника.

Камеры с внутренними счетчиками

Калибровка камер со встроенными измерителями регламентируется стандартом ISO 2721:1982; тем не менее, многие производители указывают (хотя и редко заявляют) калибровку экспозиции в терминах , а многие калибровочные приборы (например, многофункциональные тестеры камер Kyoritsu-Arrowin [11] ) используют указанные значения для установки параметров тестирования.

Определение экспозиции с помощью нейтральной тестовой карты

Если сцена значительно отличается от статистически средней сцены, широкоугольное усредненное измерение отраженного света может не указывать на правильную экспозицию. Для имитации средней сцены иногда проводится заменяющее измерение нейтральной тестовой карты или серой карты .

В лучшем случае плоская карта является приближением к трехмерной сцене, и измерение тестовой карты может привести к недоэкспонированию, если не выполнить настройку. Инструкции для нейтральной тестовой карты Kodak рекомендуют увеличивать указанную экспозицию на 12 шага для сцены с фронтальным освещением при солнечном свете. Инструкции также рекомендуют держать тестовую карту вертикально и направлять ее в направлении посередине между Солнцем и камерой; аналогичные указания также приведены в Kodak Professional Photoguide . Сочетание увеличения экспозиции и ориентации карты дает рекомендуемые экспозиции, которые достаточно близки к тем, которые дает экспонометр падающего света с полусферическим приемникем при замере с внеосевым источником света.

На практике могут возникнуть дополнительные осложнения. Многие нейтральные тестовые карты далеки от идеальных диффузных отражателей, а зеркальные отражения могут привести к завышению показаний измерителя отраженного света, что, если следовать им, приведет к недоэкспонированию. Возможно, что инструкции нейтральной тестовой карты включают коррекцию зеркальных отражений.

Использование в освещении

Измерители освещенности или датчики освещенности также используются в освещении . Их цель — измерять уровень освещенности в помещении и выключать или уменьшать уровень выходной мощности светильников . Это может значительно снизить энергетическую нагрузку здания за счет значительного повышения эффективности его системы освещения. Поэтому рекомендуется использовать измерители освещенности в системах освещения, особенно в помещениях, где нельзя ожидать, что пользователи будут уделять внимание ручному выключению света. Примерами служат коридоры, лестницы и большие холлы.

Однако существуют значительные препятствия, которые необходимо преодолеть для успешного внедрения экспонометров в системы освещения, из которых самым серьезным является принятие пользователем. Неожиданные или слишком частые переключения и слишком яркие или слишком темные помещения очень раздражают и беспокоят пользователей помещений. Поэтому были разработаны различные алгоритмы переключения:

Другие применения

В научных исследованиях и разработках экспонометр состоит из радиометра (электроники/считывающего устройства), фотодиода или датчика (генерирует выходной сигнал при воздействии электромагнитного излучения/света), фильтра (используется для изменения входящего света таким образом, чтобы только необходимая часть входящего излучения достигала датчика) и входной оптики с косинусной коррекцией (гарантирует, что датчик может точно определять свет, поступающий со всех направлений).

Когда слово «экспонометр» или «фотометр» используется вместо «радиометр» или «оптометр», или часто предполагается, что система была настроена на восприятие только видимого света. Датчики видимого света часто называют датчиками освещенности или фотометрическими датчиками, поскольку они были отфильтрованы так, чтобы быть чувствительными только к 400–700 нанометрам (нм), имитируя чувствительность человеческого глаза к свету. То, насколько точно измеритель измеряет, часто зависит от того, насколько хорошо фильтрация соответствует реакции человеческого глаза.

Датчик отправит на измеритель сигнал, пропорциональный количеству света, достигающего датчика после сбора оптикой и прохождения через фильтр. Затем измеритель преобразует входящий сигнал (обычно ток или напряжение) от датчика в показания калиброванных единиц, таких как фут-канделы (fc) или люксы (лм/м^2). Калибровка в fc или люксах является второй по важности функцией люксметра. Он не только преобразует сигнал из В или мА, но также обеспечивает точность и повторяемость от единицы к единице. Прослеживаемость Национального института стандартов и технологий (NIST) и аккредитация ISO/IEC 17025 — два известных термина, которые подтверждают, что система включает в себя действительную калибровку.

Часть измерителя/радиометра/фотометра может иметь множество функций, включая:

Ноль: вычитает уровни окружающего/фонового освещения или стабилизирует счетчик в соответствии с рабочей средой

Удержание: фиксирует значение на дисплее.

Диапазон: для систем, которые не являются линейными и имеют автоматический диапазон, эта функция позволяет пользователю выбрать ту часть электроники счетчика, которая наилучшим образом обрабатывает используемый уровень сигнала.

Единицы измерения: Для измерения освещенности обычно используются только люксы и фут-свечи, но многие люксметры также могут использоваться для УФ-, видимого и ИК-диапазонов, поэтому показания могут меняться на Вт/см^2, канделы, ватты и т. д.

Интеграция: суммирует значения в дозу или уровень воздействия, например люкс*сек или Дж/см^2.

Спектрометр HortiPower для измерения плотности потока фотонов (350 нм-800 нм)
Спектрометр HortiPower для измерения плотности потока фотонов (свет для растений)

Наряду с наличием множества функций, экспонометр может также использоваться для множества приложений. Они могут включать измерение других диапазонов света, таких как UVA, UVB, UVC и ближний ИК. Например, экспонометры UVA и UVB используются для фототерапии или лечения кожных заболеваний, бактерицидные радиометры используются для измерения уровня UVC от ламп, используемых для дезинфекции и стерилизации, измерители яркости используются для измерения яркости знака, дисплея или знака выхода, квантовые датчики PAR используются для измерения того, какая часть излучения данного источника света будет способствовать росту растений, а радиометры УФ-отверждения проверяют, какая часть излучения света эффективна для отверждения клея, пластика или защитного покрытия.

Некоторые экспонометры также способны выдавать показания во многих различных единицах. Люксы и фут-канделы являются общепринятыми единицами для видимого света, но также используются кандела, люмен и кандела на квадратный метр. В сфере дезинфекции УФ-С обычно измеряется в ваттах на квадратный сантиметр или ваттах для данной отдельной сборки лампы, тогда как системы, используемые в контексте отверждения покрытий, часто выдают показания в джоулях на квадратный сантиметр. Таким образом, регулярные измерения интенсивности УФ-С-света могут служить для обеспечения надлежащей дезинфекции воды и поверхностей для приготовления пищи или надежной твердости покрытия на окрашенных изделиях.

Хотя экспонометр может быть очень простым ручным инструментом с управлением одной кнопкой, существует также множество усовершенствованных систем измерения света, доступных для использования в различных приложениях. Они могут быть включены в автоматизированные системы, которые могут, например, протирать лампы при обнаружении определенного снижения выходной мощности или которые могут включать сигнализацию при выходе лампы из строя.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Словарь Merriam-Webster - люксметр
  2. ^ "Leudi, 1934". Ранняя фотография . Получено 8 сентября 2023 г.
  3. ^ ab Fraprie, Frank R., ed. (1915). The Secret of Exposure. Practical Photography. Vol. 1. Boston, Massachusetts: American Photographic Publishing Company . Получено 8 сентября 2023 г. В инструменте [Heyde] синие стеклянные призмы используются для вырезания света, отраженного от объекта. Смотришь в окуляр и поворачиваешь более толстую часть призм (одну или обе, в зависимости от яркости объекта) в положение, пока теневые детали не будут подавлены. Ссылаясь на таблицы, можно легко найти необходимую экспозицию.
  4. ^ ab "Экспонометры". Ранняя фотография . Получено 8 сентября 2023 г.
  5. ^ "Dremo, 1931". Ранняя фотография . Получено 8 сентября 2023 г.
  6. ^ "Heyde Aktino-Photometer, 1904". Ранняя фотография . Получено 8 сентября 2023 г.
  7. ^ Данн, Джек Ф.; Уэйкфилд, Джордж Л. (1974). "3: Измерители экстинкции". Руководство по экспозиции (третье изд.). Хартфордшир, Англия: Fountain Press. стр. 82–86. ISBN 0-85242-361-6. Получено 8 сентября 2023 г. .
  8. ^ Технические характеристики экспонометров Sekonic доступны на веб-сайте Sekonic в разделе «Продукция».
  9. ^ ab Konica Minolta Photo Imaging, Inc. вышла из бизнеса по производству фотокамер 31 марта 2006 года. Права и инструменты для экспонометров Minolta были приобретены компанией Kenko Co, Ltd. в 2007 году. Технические характеристики экспонометров Kenko по сути такие же, как и у эквивалентных экспонометров Minolta.
  10. ^ Некоторые авторы (Ctein 1997, 29) утверждают, что калиброванная отражательная способность ближе к 12%, чем к 18%.
  11. ^ Технические характеристики тестеров Kyoritsu доступны на веб-сайте CRIS Camera Services в разделе «тестовое оборудование Kyoritsu».

Ссылки

Внешние ссылки