Фильтр нейтральной плотности

Устройство в оптике, снижающее интенсивность света

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

Набор фильтров ND.

В фотографии и оптике фильтр нейтральной плотности , или ND-фильтр , представляет собой фильтр , который одинаково уменьшает или изменяет интенсивность всех длин волн или цветов света, не вызывая никаких изменений в оттенках цветопередачи. Это может быть бесцветный (прозрачный) или серый фильтр, который обозначается номером Враттена 96. Целью стандартного фотографического фильтра нейтральной плотности является уменьшение количества света, попадающего в объектив. Это позволяет фотографу выбирать комбинации диафрагмы , времени экспозиции и чувствительности сенсора , которые в противном случае могли бы привести к переэкспонированию изображений. Это сделано для достижения таких эффектов, как меньшая глубина резкости или размытие объекта в более широком диапазоне ситуаций и атмосферных условий.

Например, можно сфотографировать водопад с длинной выдержкой , чтобы создать преднамеренный эффект размытия изображения . Фотограф мог решить, что для получения желаемого эффекта необходима выдержка в десять секунд. В очень яркий день света могло быть так много, что даже при минимальной светочувствительности пленки и минимальной диафрагме десятисекундная выдержка пропускала бы слишком много света, и фотография получалась бы переэкспонированной. В этой ситуации применение соответствующего фильтра нейтральной плотности эквивалентно уменьшению одной или нескольких дополнительных ступеней , что позволяет уменьшить выдержку и получить желаемый эффект размытия изображения.

Механизм

Для ND-фильтра с оптической плотностью d доля оптической мощности, передаваемой 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]

Использование

Сравнение двух фотографий, демонстрирующих результат использования ND-фильтра на пейзаже. В первом используется только поляризатор, а во втором — поляризатор и ND-фильтр 1000× (ND3.0), что позволило второму снимку иметь гораздо более длительную выдержку, сглаживая любое движение.

Использование ND-фильтра позволяет фотографу использовать большую диафрагму, которая находится на уровне или ниже предела дифракции , который варьируется в зависимости от размера сенсорного носителя (пленочного или цифрового) и для многих камер находится в диапазоне от f /8 до f /. 11, где сенсорные среды меньшего размера требуют апертур большего размера, а более крупные могут использовать апертуры меньшего размера. ND-фильтры также можно использовать для уменьшения глубины резкости изображения (путем использования большей диафрагмы), если это невозможно из-за ограничения максимальной выдержки.

Вместо уменьшения диафрагмы для ограничения света фотограф может добавить нейтральный фильтр для ограничения света, а затем установить выдержку в соответствии с конкретным желаемым движением (например, размытие движения воды) и установить диафрагму по мере необходимости (маленькое значение). диафрагма для максимальной резкости или большая диафрагма для малой глубины резкости (объект в фокусе, а фон не в фокусе)). Используя цифровую камеру, фотограф может сразу увидеть изображение и выбрать лучший нейтральный фильтр для снимаемой сцены, предварительно зная, какую диафрагму лучше всего использовать для достижения желаемой максимальной резкости. Выдержка выбирается путем нахождения желаемого размытия по движению объекта. Камера будет настроена для этого в ручном режиме, а затем общая экспозиция будет затемнена путем регулировки диафрагмы или выдержки, отмечая количество остановок, необходимых для доведения экспозиции до желаемой. Тогда это смещение будет количеством остановок, необходимых ND-фильтру для использования в этой сцене.

Фильтры нейтральной плотности часто используются для достижения эффекта размытия изображения при длинной 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 затвором в фокальной плоскости время экспозиции ограничивается максимальной скоростью (часто в лучшем случае 1/250 секунды), при которой вся пленка или датчик подвергается воздействию света в один момент. Без ND-фильтра это может привести к необходимости использовать f /8 или выше.
• Использование более широкой апертуры, чтобы оставаться ниже предела дифракции .
• Уменьшите видимость движущихся объектов.
• Добавьте размытие в движении к объектам.
• Увеличенная выдержка

Фильтры нейтральной плотности используются для контроля экспозиции с помощью фотографических катадиоптрических линз , поскольку использование традиционной ирисовой диафрагмы увеличивает соотношение центрального препятствия, обнаруженного в этих системах, что приводит к ухудшению производительности.

ND-фильтры находят применение в ряде высокоточных лазерных экспериментов, поскольку мощность лазера нельзя регулировать без изменения других свойств лазерного света (например, коллимации луча). Более того, большинство лазеров имеют минимальную мощность, при которой они могут работать. Чтобы добиться желаемого ослабления света, на пути луча можно разместить один или несколько фильтров нейтральной плотности.

Большие телескопы могут привести к тому, что Луна и планеты станут слишком яркими и потеряют контрастность. Фильтр нейтральной плотности может увеличить контраст и уменьшить яркость, облегчая просмотр этих объектов.

Разновидности

Градуированный фильтр ND аналогичен, за исключением того, что интенсивность варьируется по поверхности фильтра. Это полезно, когда одна область изображения яркая, а остальные нет, как на снимке заката.

Область перехода, или край, доступна в различных вариантах (мягкая, жесткая, аттенюатор). Наиболее распространенным является мягкий край, обеспечивающий плавный переход от нейтральной стороны к прозрачной стороне. Фильтры с жесткими краями имеют резкий переход от ND к прозрачному, а край аттенюатора постепенно меняется на большей части фильтра, поэтому переход менее заметен.

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

На практике ND-фильтры не идеальны, поскольку они не уменьшают интенсивность всех длин волн одинаково. Иногда это может привести к появлению цветовых оттенков на записанных изображениях, особенно при использовании недорогих фильтров. Что еще более важно, большинство фильтров ND предназначены только для видимой области спектра и не блокируют пропорционально все длины волн ультрафиолетового или инфракрасного излучения. Это может быть опасно при использовании фильтров ND для просмотра источников (таких как Солнце или раскаленный добела металл или стекло), которые испускают интенсивное невидимое излучение, поскольку глаз может быть поврежден, даже если источник не выглядит ярким, если смотреть 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 мощности стекла сварщика это может иметь эффект 10-ступенчатого фильтра.

Переменный фильтр нейтральной плотности

Основным недостатком фильтров нейтральной плотности является то, что в разных ситуациях может потребоваться ряд разных фильтров. Это может стать дорогостоящим предложением, особенно если использовать винтовые фильтры с линзами разных размеров, что потребует наличия набора для каждого диаметра объектива (хотя недорогие повышающие кольца могут устранить это требование). Чтобы решить эту проблему, некоторые производители создали фильтры переменной плотности ND. Это можно сделать, соединив вместе два поляризационных фильтра , по крайней мере один из которых может вращаться. Задний поляризационный фильтр отсекает свет в одной плоскости. По мере вращения переднего элемента он отсекает все большее количество оставшегося света по мере того, как передние фильтры становятся перпендикулярными заднему фильтру. Используя этот метод, количество света, попадающего на датчик, можно изменять практически без ограничений.

Преимущество этого подхода — уменьшение объема и затрат, но одним недостатком является потеря качества изображения, вызванная как совместным использованием двух элементов, так и объединением двух поляризационных фильтров.

Экстремальные нейтральные фильтры

Чтобы создать неземные пейзажи и морские пейзажи с чрезвычайно размытой водой или другим движением, может потребоваться использование нескольких расположенных друг над другом фильтров ND. Как и в случае с переменными ND, это приводит к снижению качества изображения. Чтобы противостоять этому, некоторые производители выпустили высококачественные фильтры Extreme ND. Обычно они рассчитаны на 10-ступенчатое уменьшение, что позволяет использовать очень длинную выдержку даже в относительно ярких условиях.

Рейтинги

В фотографии ND-фильтры количественно оцениваются по их оптической плотности или, что то же самое, по уменьшению диафрагмы . В микроскопии иногда используют значение пропускания. В астрономии иногда используется дробное пропускание (затмения).

• Примечание: Hoya, B+W, Cokin используют код ND2 или ND2x и т. д.; Ли, Тиффен 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 воздействия солнечной ПЗС-матрицы без риска повреждения электроники. ^{[ нужна цитата ]}
• Примечание. ND 5,0 — это минимум для наблюдения Солнца прямым глазом без повреждения сетчатки. Дальнейшую проверку необходимо выполнить для конкретного используемого фильтра, проверяя на спектрограмме, что УФ- и ИК-излучение подавляются с одинаковым значением. ^{[ нужна цитата ]}
• Примечание. Цвета ANSI определяются стандартом как диапазоны с центральными значениями. Здесь они аппроксимированы с использованием уравнения из ANSI Z87.1, , которое основывает светопропускание ( ) на источнике света CIE A ; Номера оттенков ANSI имеют гораздо более низкие пределы пропускания ультрафиолета. ^[2] ${\displaystyle S={\dfrac {7}{3}}log_{10}{\dfrac {1}{T_{L}}}+1}$ ${\displaystyle T_{L}}$

Смотрите также

• Градуированный фильтр нейтральной плотности

Рекомендации

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 безопасности (2003). «ANSI Z87.1-2003: Практика профессиональной и образовательной защиты глаз и лица, 29».
3. «ФИЛЬТРЫ ОБЪЕКТИВА КАМЕРЫ» . Проверено 12 июня 2014 г.

Внешние ссылки

• Таблица расчета фильтра нейтральной плотности
• Фильтры нейтральной плотности и градуированные фильтры ND
• Что делают ND-фильтры и чего они НЕ делают?
• Фильтры нейтральной плотности: что это такое и когда их использовать?
• Часто задаваемые вопросы о фильтре нейтральной плотности на форуме Digital Grin Photography