В фотографии значение экспозиции ( EV ) — это число, представляющее собой комбинацию выдержки камеры и f -числа , так что все комбинации, дающие одинаковую экспозицию, имеют одинаковое EV (для любой фиксированной яркости сцены ). Значение экспозиции также используется для обозначения интервала на шкале фотографической экспозиции, с разницей в 1 EV, соответствующей стандартному шагу экспозиции в степени 2, обычно называемому стопом . [ 1]
Концепция EV была разработана немецким производителем затворов Фридрихом Декелем в 1950-х годах (Gebele 1958; Ray 2000, 318). Ее целью было упростить выбор среди эквивалентных настроек экспозиции камеры путем замены комбинаций выдержки и числа f (например, 1/125 с приж /16) с одним числом (например, 15). На некоторых объективах с лепестковыми затворами процесс был еще больше упрощен за счет возможности связывать элементы управления затвором и диафрагмой таким образом, что при изменении одного из них другой автоматически настраивался для поддержания той же экспозиции. Это было особенно полезно для новичков с ограниченным пониманием эффектов выдержки и диафрагмы и взаимосвязи между ними. Но это было также полезно для опытных фотографов, которые могли выбирать выдержку для остановки движения или число f для глубины резкости, поскольку это позволяло быстрее настраиваться — без необходимости умственных расчетов — и уменьшало вероятность ошибки при выполнении настройки.
В Европе эта концепция получила название «Система значений освещенности» (LVS); после того как эти функции стали доступны на камерах в Соединенных Штатах (Десфор, 1957), она стала широко известна как «Система значений экспозиции» (EVS).
По механическим причинам связь затвора и диафрагмы была ограничена объективами с лепестковыми затворами; однако различные режимы автоматической экспозиции теперь работают примерно с тем же эффектом в камерах с фокальными затворами .
Правильный EV определялся яркостью сцены и светочувствительностью пленки; предполагалось, что система также будет включать регулировку фильтров, компенсацию экспозиции и другие переменные. При включении всех этих элементов камера будет настраиваться путем передачи одного числа, определенного таким образом.
Значение экспозиции обозначалось различными способами. Стандарты ASA и ANSI использовали символ количества Ev с нижним индексом v , указывающим на логарифмическое значение; этот символ продолжает использоваться в стандартах ISO , но аббревиатура EV более распространена в других местах . Стандарт Exif использует Ev (CIPA 2016).
Хотя все настройки камеры с одинаковым EV номинально дают одинаковую экспозицию, они не обязательно дают одинаковую картинку. Число f (относительная апертура ) определяет глубину резкости , а выдержка ( время экспозиции ) определяет степень размытия движения , как показано на двух изображениях справа (а при длительном времени экспозиции, как эффект второго порядка, светочувствительная среда может демонстрировать отказ взаимности , то есть изменение светочувствительности в зависимости от освещенности пленки ).
Значение экспозиции представляет собой логарифмическую шкалу с основанием 2, определяемую следующим образом (Рэй 2000, 318):
где
Вторая строка — это просто применение тождества частного логарифмов к первой строке.
EV 0 соответствует времени экспозиции 1 с и диафрагмеф /1.0. Если EV известно, его можно использовать для выбора комбинаций времени экспозиции и числа f, как показано в Таблице 1.
Каждое увеличение значения экспозиции на 1 соответствует изменению на один "шаг" (или, чаще, на один "стоп") экспозиции, т. е. вдвое меньшей экспозиции, либо за счет уменьшения вдвое времени экспозиции, либо за счет уменьшения вдвое площади диафрагмы, либо комбинации таких изменений. Более высокие значения экспозиции подходят для съемки в более ярко освещенных ситуациях или для более низких скоростей ISO .
«Значение экспозиции» указывает на комбинации настроек камеры, а не на световую экспозицию (также известную как фотометрическая экспозиция), которая определяется по формуле (Рэй 2000, 310)
где
Освещенность E контролируется числом f, но также зависит от яркости сцены . Чтобы избежать путаницы, некоторые авторы (Ray 2000, 310) использовали термин «экспозиция камеры» для обозначения комбинаций настроек камеры. Стандарт ASA 1964 года для автоматического управления экспозицией для камер, ASA PH2.15-1964, использовал тот же подход, а также использовал более описательный термин « настройки экспозиции камеры» .
Тем не менее, среди фотографов распространена практика использования термина «экспозиция» для обозначения как настроек камеры, так и фотометрической экспозиции.
Освещенность плоскости изображения прямо пропорциональна площади апертуры и, следовательно, обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа объектива; таким образом
для постоянных условий освещения экспозиция постоянна, пока отношение t / N 2 постоянно. Если, например, число f изменяется, эквивалентное время экспозиции можно определить из
Выполнение этого расчета в уме утомительно для большинства фотографов, но уравнение легко решается с помощью калькулятора на экспонометре (Ray 2000, 318) или аналогичного циферблата на автономном калькуляторе. Если элементы управления камеры имеют фиксаторы, постоянную экспозицию можно поддерживать, подсчитывая шаги при регулировке одного элемента управления и подсчитывая эквивалентное количество шагов при регулировке другого элемента управления.
Отношение t / N 2 можно использовать для представления эквивалентных комбинаций времени экспозиции и f-числа в одном значении. Но для многих таких комбинаций, используемых в общей фотографии, отношение дает дробное значение с большим знаменателем; это неудобно для записи, а также трудно для запоминания. Обращение этого отношения и взятие логарифма по основанию 2 позволяет определить величину E v такую, что
в результате чего получается значение, которое прогрессирует в линейной последовательности, поскольку экспозиция камеры изменяется с шагом степени 2. Например, начиная с 1 с иф /1, уменьшая воздействие
дает простую последовательность
Последние два приведенных значения часто применяются при использовании носителей изображения со светочувствительностью ISO 100 при съемке на открытом воздухе.
Наибольшее преимущество эта система дает при использовании экспонометра (или таблицы), откалиброванного в EV, с камерой, которая позволяет выполнять настройки в EV, особенно при сопряженных затворе и диафрагме; соответствующая экспозиция легко устанавливается на камере, а выбор среди эквивалентных настроек осуществляется с помощью регулировки одного элемента управления.
Современные камеры не позволяют напрямую устанавливать EV, а камеры с автоматическим управлением экспозицией , как правило, устраняют необходимость в этом. Тем не менее, EV может быть полезен при использовании для передачи рекомендуемых настроек экспозиции из экспонометра (или таблицы рекомендуемых экспозиций) в калькулятор экспозиции (или таблицу настроек камеры).
Используется как индикатор настроек камеры, EV соответствует фактическим комбинациям выдержки и настройки диафрагмы. Когда фактическое EV соответствует рекомендуемому уровню освещенности и чувствительности ISO, эти настройки должны привести к «правильной» экспозиции.
«Правильная» экспозиция достигается, когда диафрагменное число и время экспозиции соответствуют «рекомендованным» для данных условий освещения и чувствительности ISO; соотношение определяется уравнением экспозиции, предписанным стандартом ISO 2720:1974 :
где [3]
Применительно к правой части уравнения экспозиции значение экспозиции равно
Если используется общее значение K = 12,5 (единица: кд с/м 2 ISO) , EV равное нулю (например, диафрагмаф /1и время затвора 1 сек) для ISO = 100 соответствует яркости 0,125 кд/м 2 ( 0,01 кд/фут 2 ). При EV = 15 (количество света « солнечные шестнадцать ») яркость составляет 4096 кд/м 2 ( 380 кд/фут 2 ).
Настройки камеры также можно определить с помощью измерений падающего света, для которых уравнение экспозиции имеет вид
где
С точки зрения значения экспозиции правая часть становится
При применении к левой части уравнения экспозиции EV обозначает фактические комбинации настроек камеры; при применении к правой части EV обозначает комбинации настроек камеры, необходимые для получения номинально «правильной» экспозиции. Формальное отношение EV к яркости или освещенности имеет ограничения. Хотя оно обычно хорошо работает для типичных сцен на открытом воздухе при дневном свете, оно менее применимо к сценам с крайне нетипичным распределением яркости, таким как городские горизонты ночью. В таких ситуациях EV, который приведет к наилучшему снимку, часто лучше определяется субъективной оценкой фотографий, чем формальным рассмотрением яркости или освещенности.
При заданной яркости и светочувствительности пленки большее значение EV приводит к меньшей экспозиции, а при фиксированной экспозиции (т. е. фиксированных настройках камеры) большее значение EV соответствует большей яркости или освещенности.
Освещенность измеряется с помощью плоского датчика; если используется общепринятое значение C = 250 (единица: люкс с ISO=лм с/м 2 ISO) , EV равно нулю (например, диафрагмаф /1и время затвора 1 сек) для ISO = 100 соответствует освещенности 2,5 люкс ( 0,23 фут-кандел ). При EV = 15 (количество света «солнечные шестнадцать») освещенность составляет 82 000 люкс ( 7600 фут-кандел ). Для обычной фотографии измерения падающего света обычно проводятся с помощью полусферического датчика; показания не могут быть осмысленно связаны с освещенностью.
Экспонометр не всегда может быть доступен, и использование экспонометра для определения экспозиции для некоторых сцен с необычным распределением освещения может быть затруднительным. [4] Однако естественный свет, а также многие сцены с искусственным освещением предсказуемы, поэтому экспозицию часто можно определить с достаточной точностью по табличным значениям.
Значения экспозиции в Таблице 2 являются разумными общими рекомендациями, но их следует использовать с осторожностью. Для простоты они округлены до ближайшего целого числа и не учитывают многочисленные соображения, описанные в руководствах по экспозиции ANSI, из которых они получены. Более того, они не учитывают цветовые сдвиги или нарушение принципа взаимности . Правильное использование табличных значений экспозиции подробно объясняется в руководстве по экспозиции ANSI, ANSI PH2.7-1986.
Значения экспозиции в Таблице 2 даны для светочувствительности ISO 100 («EV 100 »). Для другой светочувствительности ISO увеличьте значения экспозиции (уменьшите экспозиции) на количество шагов экспозиции, на которое эта светочувствительность больше, чем ISO 100, формально
Например, светочувствительность ISO 400 на две ступени больше, чем ISO 100:
Чтобы сфотографировать ночные виды спорта на открытом воздухе с помощью носителя изображения со светочувствительностью ISO 400, найдите в Таблице 2 «Ночные виды спорта» (где EV равно 9 для ISO 100) и прибавьте 2, чтобы получить EV 400 = 11 .
Для более низкой чувствительности ISO уменьшите значения экспозиции (увеличьте экспозиции) на количество шагов экспозиции, на которое чувствительность меньше ISO 100. Например, чувствительность ISO 50 на один шаг меньше ISO 100:
Чтобы сфотографировать радугу на фоне облачного неба с помощью светочувствительности ISO 50, найдите в Таблице 2 фразу «Радуга на фоне облачного неба» (EV которой равно 14) и вычтите 1, чтобы получить EV 50 = 13 .
Уравнение для коррекции чувствительности ISO можно решить и для EV 100 :
Например, использование пленки ISO 400 и настройка камеры на EV 11 позволяет снимать ночные виды спорта при уровне освещенности EV 100 = 9, в соответствии с примером, выполненным наоборот выше. Онлайн-калькулятор, реализующий этот расчет, был доступен на dpreview.com. [7]
В большинстве камер нет прямого способа переноса значения EV в настройки камеры; однако некоторые камеры, например, некоторые модели Voigtländer и Braun или Kodak Pony II, показанная на фотографии, допускают прямую установку значения экспозиции.
Некоторые среднеформатные камеры Rollei ( модели Rolleiflex , Rolleicord ) и Hasselblad позволяли устанавливать EV на объективах. Установленное EV можно было заблокировать, соединив настройки затвора и диафрагмы, так что регулировка либо выдержки , либо диафрагмы производила соответствующую регулировку в другом для поддержания постоянной экспозиции (Ray 2000, 318). На некоторых объективах блокировка была необязательной, так что фотограф мог выбирать предпочтительный метод работы в зависимости от ситуации. Использование EV на некоторых экспонометрах и камерах кратко обсуждается Адамсом (1981, 39). Он отмечает, что в некоторых случаях показания EV на экспонометре, возможно, придется скорректировать в соответствии со светочувствительностью пленки.
Многие современные камеры позволяют использовать компенсацию экспозиции и обычно указывают ее в терминах EV (Ray 2000, 316). В этом контексте EV относится к разнице между указанной и установленной экспозицией. Например, компенсация экспозиции +1 EV (или +1 шаг) означает увеличение экспозиции путем использования либо большего времени экспозиции, либо меньшего числа f.
Смысл компенсации экспозиции противоположен смыслу самой шкалы EV. Увеличение экспозиции соответствует уменьшению EV, поэтому компенсация экспозиции +1 EV приводит к меньшему EV; и наоборот, компенсация экспозиции -1 EV приводит к большему EV. Например, если показания экспонометра для объекта, который светлее обычного, показывают EV 16, а компенсация экспозиции +1 EV применяется для надлежащего отображения объекта, то окончательные настройки камеры будут соответствовать EV 15.
Некоторые экспонометры (например, точечные экспонометры Pentax ) показывают напрямую в EV при ISO 100. Некоторые другие экспонометры, особенно цифровые модели, могут показывать EV для выбранной чувствительности ISO. В большинстве случаев эта разница не имеет значения; в экспонометрах Pentax настройки камеры обычно определяются с помощью калькулятора экспозиции, а большинство цифровых экспонометров напрямую отображают выдержку и числа f.
В последнее время в статьях на многих веб-сайтах для обозначения EV по стандарту ISO 100 используется значение освещенности (LV). Однако этот термин не разработан каким-либо органом по стандартизации и имеет несколько противоречивых определений.
Аддитивная система фотографической экспозиции ( APEX ), предложенная в стандарте ASA 1960 года для светочувствительности монохромной пленки, ASA PH2.5-1960, расширила концепцию значения экспозиции на все величины в уравнении экспозиции, взяв логарифмы по основанию 2, сведя применение уравнения к простому сложению и вычитанию. С точки зрения значения экспозиции левая часть уравнения экспозиции стала
где A v (значение апертуры) и T v (значение времени) определялись как:
и
с
A v и T v представляют собой количество остановок отф /1и 1 секунда соответственно.
Однако использование APEX требовало логарифмической маркировки на элементах управления диафрагмой и затвором, и они никогда не были включены в потребительские камеры. С включением встроенных экспонометров в большинство камер вскоре после предложения APEX необходимость использования уравнения экспозиции была устранена, и APEX практически не использовался.
Хотя это по-прежнему малоинтересно для конечного пользователя, APEX частично воскрес в стандарте Exif , который требует хранения данных экспозиции с использованием значений APEX. См. Использование значений APEX в Exif для дополнительного обсуждения.
Для заданной чувствительности ISO и постоянной калибровки экспонометра существует прямая связь между значением экспозиции и яркостью (или освещенностью). Строго говоря, EV не является мерой яркости или освещенности; скорее, EV соответствует яркости (или освещенности), для которой камера с заданной чувствительностью ISO будет использовать указанное EV для получения номинально правильной экспозиции. Тем не менее, среди производителей фотооборудования общепринятой практикой является выражение яркости в EV для чувствительности ISO 100, как при указании диапазона измерения (Ray 2000, 318) или чувствительности автофокуса. И эта практика давно устоялась; (Ray 2002, 592) приводит Ulffers (1968) в качестве раннего примера. Правильно, следует указывать как постоянную калибровки экспонометра, так и чувствительность ISO, но это делается редко.
Значения константы калибровки отраженного света K немного различаются у разных производителей; общепринятым выбором является 12,5 ( Canon , Nikon и Sekonic [8] ). Используя K = 12,5 , соотношение между EV при ISO 100 и яркостью L тогда равно
Значения яркости при различных значениях EV, полученные на основе этой зависимости, показаны в таблице 3. Используя эту зависимость, экспонометр отраженного света, показывающий в EV, можно использовать для определения яркости.
Как и в случае с яркостью, производители фотооборудования обычно выражают освещенность в единицах EV для светочувствительности ISO 100 при указании диапазона измерения. [9]
Ситуация с измерителями падающего света сложнее, чем с измерителями отраженного света, поскольку калибровочная константа C зависит от типа датчика. Распространены два типа датчиков: плоский ( реагирующий на косинус ) и полусферический ( реагирующий на кардиоид ). Освещенность измеряется плоским датчиком; типичное значение для C составляет 250 при освещенности в люксах . Используя C = 250 , соотношение между EV при ISO 100 и освещенностью E тогда равно
Значения освещенности при различных значениях EV на основе этого соотношения показаны в таблице справа. Используя это соотношение, экспонометр падающего света, показывающий в EV, может быть использован для определения освещенности.
Хотя измерения освещенности могут указывать на соответствующую экспозицию для плоского объекта, они менее полезны для типичной сцены, в которой многие элементы не являются плоскими и находятся в различных ориентациях по отношению к камере. Для определения практической фотографической экспозиции полусферический датчик оказался более эффективным. С полусферическим датчиком типичные значения C находятся между 320 (Minolta) и 340 (Sekonic) с освещенностью в люксах. Если освещенность интерпретировать вольно, измерения с полусферическим датчиком указывают «освещенность сцены».
Калибровка экспонометра подробно обсуждается в статье Экспонометр .