Фильтр нейтральной плотности

Устройство в оптике, уменьшающее интенсивность света

Демонстрация эффекта фильтра нейтральной плотности. Обратите внимание, что фотография была экспонирована для вида через фильтр, и поэтому остальная часть сцены переэкспонирована. Если бы экспозиция была установлена ​​для нефильтрованного фона, он выглядел бы правильно экспонированным, а вид через фильтр был бы темным.

Набор ND-фильтров

В фотографии и оптике нейтральный светофильтр , или ND-фильтр , — это фильтр , который уменьшает или изменяет интенсивность всех длин волн или цветов света в равной степени, не внося никаких изменений в оттенок цветопередачи. Он может быть бесцветным (прозрачным) или серым фильтром и обозначается числом Враттена 96. Целью стандартного фотографического нейтрального светофильтра является уменьшение количества света, попадающего в объектив. Это позволяет фотографу выбирать комбинации диафрагмы , времени экспозиции и чувствительности сенсора , которые в противном случае давали бы переэкспонированные снимки. Это делается для достижения таких эффектов, как меньшая глубина резкости или размытость движения объекта в более широком диапазоне ситуаций и атмосферных условий.

Например, кто-то может захотеть сфотографировать водопад на длинной выдержке , чтобы создать преднамеренный эффект размытия движения . Фотограф может решить, что для получения желаемого эффекта необходима выдержка в десять секунд. В очень яркий день может быть так много света, что даже при минимальной выдержке пленки и минимальной диафрагме десятисекундная выдержка пропустит слишком много света, и фотография будет переэкспонирована. В этой ситуации применение подходящего фильтра нейтральной плотности эквивалентно уменьшению на одну или несколько дополнительных ступеней , что позволяет использовать более длинную выдержку и желаемый эффект размытия движения.

Механизм

Для фильтра нейтральной плотности с оптической плотностью d доля оптической мощности, прошедшая через фильтр, может быть рассчитана как

${\displaystyle {\text{Fractional transmittance}}\equiv {\frac {I}{I_{0}}}=10^{-d},}$

где I – интенсивность после фильтра, а I ₀ – падающая интенсивность. ^[1]

Использует

Сравнение двух снимков, показывающих результат использования фильтра ND на пейзаже. На первом используется только поляризатор, а на втором — поляризатор и фильтр ND 1000× (ND3.0), что позволило сделать второй снимок с гораздо более длительной выдержкой, сгладив любое движение.

Использование фильтра ND позволяет фотографу использовать большую диафрагму, которая находится на уровне или ниже дифракционного предела , который варьируется в зависимости от размера сенсорной среды (пленка или цифра) и для многих камер находится в диапазоне от f /8 до f /11, при этом сенсорные среды меньшего размера требуют больших диафрагм, а большие позволяют использовать меньшие диафрагмы. Фильтры ND также могут использоваться для уменьшения глубины резкости изображения (позволяя использовать большую диафрагму), где это невозможно из-за максимального ограничения выдержки.

Вместо того, чтобы уменьшать диафрагму для ограничения света, фотограф может добавить ND-фильтр для ограничения света, а затем установить выдержку в соответствии с конкретным желаемым движением (например, размытость движения воды) и установить диафрагму по мере необходимости (маленькая диафрагма для максимальной резкости или большая диафрагма для малой глубины резкости (объект в фокусе, а фон вне фокуса)). Используя цифровую камеру, фотограф может сразу увидеть изображение и выбрать лучший ND-фильтр для использования для снимаемой сцены, сначала узнав лучшую диафрагму для использования для максимальной желаемой резкости. Выдержка будет выбрана путем нахождения желаемого размытия от движения объекта. Камера будет настроена для этого в ручном режиме, а затем общая экспозиция будет скорректирована темнее путем регулировки диафрагмы или выдержки, отметив количество ступеней, необходимых для доведения экспозиции до желаемой. Затем это смещение будет количеством ступеней, необходимых в ND-фильтре для использования для этой сцены.

Фильтры нейтральной плотности часто используются для достижения эффекта размытия движения при длительной выдержке.

Примеры такого использования включают в себя:

• Размытие движения воды (например, водопады, реки, океаны).
• Уменьшение глубины резкости при очень ярком освещении (например, дневном свете).
• При использовании вспышки на камере с фокальным затвором время экспозиции ограничено максимальной скоростью (часто 1/250 секунды, в лучшем случае), при которой вся пленка или сенсор подвергаются воздействию света в один момент. Без фильтра ND это может привести к необходимости использовать f /8 или выше.
• Использование более широкой апертуры для сохранения дифракционного предела ниже .
• Уменьшите видимость движущихся объектов.
• Добавьте размытость изображения объектов в движении.
• Длительное время экспозиции

Для управления экспозицией в фотографических катадиоптрических объективах используются фильтры нейтральной плотности , поскольку использование традиционной ирисовой диафрагмы увеличивает коэффициент центральной обструкции, встречающийся в этих системах, что приводит к снижению производительности.

Фильтры ND находят применение в нескольких высокоточных лазерных экспериментах, поскольку мощность лазера нельзя регулировать без изменения других свойств лазерного света (например, коллимации луча). Более того, большинство лазеров имеют минимальную настройку мощности, при которой они могут работать. Для достижения желаемого ослабления света на пути луча можно разместить один или несколько фильтров нейтральной плотности.

Большие телескопы могут сделать Луну и планеты слишком яркими и потерять контраст. Фильтр нейтральной плотности может увеличить контраст и уменьшить яркость, что делает эти объекты более удобными для просмотра.

Разновидности

Градуированный ND-фильтр похож, за исключением того, что интенсивность меняется по всей поверхности фильтра. Это полезно, когда одна область изображения яркая, а остальная — нет, как на фотографии заката.

Переходная область, или край, доступна в различных вариациях (мягкий, жесткий, аттенюатор). Наиболее распространенным является мягкий край, который обеспечивает плавный переход от стороны ND к прозрачной стороне. Фильтры с жестким краем имеют резкий переход от ND к прозрачной, а край аттенюатора постепенно меняется на протяжении большей части фильтра, поэтому переход менее заметен.

Другой тип конфигурации фильтра ND — колесо фильтра ND . Оно состоит из двух перфорированных стеклянных дисков, которые имеют постепенно более плотное покрытие, нанесенное вокруг перфорации на лицевой стороне каждого диска. Когда два диска вращаются в противоположных направлениях друг перед другом, они постепенно и равномерно переходят от 100% пропускания к 0% пропусканию. Они используются в катадиоптрических телескопах, упомянутых выше, и в любой системе, которая должна работать на 100% своей апертуры (обычно потому, что система должна работать с максимальным угловым разрешением ).

На практике ND-фильтры не идеальны, поскольку они не снижают интенсивность всех длин волн одинаково. Иногда это может создавать цветовые оттенки на записанных изображениях, особенно с недорогими фильтрами. Что еще более важно, большинство ND-фильтров рассчитаны только на видимую область спектра и не блокируют пропорционально все длины волн ультрафиолетового или инфракрасного излучения. Это может быть опасно при использовании ND-фильтров для просмотра источников (таких как Солнце или раскаленный металл или стекло), которые испускают интенсивное невидимое излучение, поскольку глаз может быть поврежден, даже если источник не выглядит ярким при просмотре через фильтр. Для безопасного просмотра таких источников необходимо использовать специальные фильтры.

Недорогую самодельную альтернативу профессиональным ND-фильтрам можно сделать из куска сварочного стекла. В зависимости от рейтинга сварочного стекла, это может иметь эффект 10-ступенчатых фильтров.

Фильтр переменной нейтральной плотности

Одним из главных недостатков фильтров нейтральной плотности (ND) является то, что для разных условий съемки часто требуются различные фильтры, что может быть довольно дорогим. Например, использование навинчивающихся фильтров требует отдельного набора для каждого диаметра объектива, хотя недорогие повышающие кольца могут минимизировать это требование.

Чтобы решить эту проблему, некоторые производители разработали переменные ND-фильтры . Эти фильтры состоят из двух поляризационных фильтров , по крайней мере один из которых вращается. Задний фильтр блокирует свет в одной плоскости, в то время как передний фильтр можно регулировать. Поскольку передний фильтр вращается, он сокращает количество света, достигающего датчика камеры, что позволяет практически бесконечно контролировать уровень освещенности.

Преимуществом такого подхода является уменьшение габаритов и затрат, но недостатком является потеря качества изображения, вызванная как одновременным использованием двух элементов, так и объединением двух поляризационных фильтров.

Фильтры Extreme ND

Для создания воздушных пейзажей и морских ландшафтов с чрезвычайно размытой водой или другим движением может потребоваться использование нескольких сложенных друг на друга ND-фильтров. Это, как и в случае с переменными ND, приводит к снижению качества изображения. Чтобы противостоять этому, некоторые производители выпустили высококачественные экстремальные ND-фильтры. Обычно они рассчитаны на 10-шаговое уменьшение, что позволяет использовать очень длинную выдержку даже в относительно ярких условиях.

Рейтинги

В фотографии ND-фильтры количественно определяются по их оптической плотности или, что эквивалентно, по их уменьшению диафрагмы . В микроскопии иногда используется значение пропускания. В астрономии иногда используется дробное пропускание (затмения).

• Примечание: Hoya, B+W, Cokin используют код ND2 или ND2x и т. д.; Lee, Tiffen используют код 0.3ND и т. д.; Leica использует код 1×, 4×, 8× и т. д. ^[3]
• Примечание: ND 3,8 — это правильное значение для солнечной экспозиции ПЗС без риска повреждения электроники. ^{[ необходима ссылка ]}
• Примечание: ND 5.0 ​​— это минимум для прямого наблюдения за солнцем без повреждения сетчатки. Необходимо провести дополнительную проверку для конкретного используемого фильтра, проверив на спектрограмме, что УФ и ИК смягчаются с тем же значением. ^{[ необходима цитата ]}
• Примечание: оттенки ANSI определяются стандартом как диапазоны с центральными значениями. Здесь они аппроксимируются с использованием уравнения из ANSI Z87.1, , которое основывает световое пропускание ( ) на источнике света CIE A ; номера оттенков ANSI имеют гораздо более низкие пределы для пропускания ультрафиолета. ^[2] ${\displaystyle S={\dfrac {7}{3}}log_{10}{\dfrac {1}{T_{L}}}+1}$ ${\displaystyle T_{L}}$

Ссылки

1. Ханке, Рудольф (1979). Filter-Faszination (на немецком языке). Монхайм/Бавария. п. 70. ИСБН 3-88324-991-2.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
2. Американский национальный институт стандартов; Американское общество инженеров по технике безопасности (2003). "ANSI Z87.1-2003: Практика профессиональной и образовательной защиты глаз и лица, 29".
3. "ФИЛЬТРЫ ОБЪЕКТИВОВ КАМЕРЫ" . Получено 12 июня 2014 г.

Внешние ссылки

• Таблица расчета фильтра нейтральной плотности
• Нейтральные светофильтры и градиентные ND-фильтры
• Что делают ND-фильтры, а что НЕ делают?
• Фильтры нейтральной плотности: что это такое и когда их использовать? Архивировано 2017-06-13 на Wayback Machine
• Часто задаваемые вопросы о фильтре нейтральной плотности на форуме Digital Grin Photography Forum