Основы практической экспонометрии

Основы практической экспонометрии

Основные понятия и термины в экспонометрии

Экспозиция.

Термин «экспозиция» является в технике фотокиносъемок многозначным. Это часто приводит к смешениям различных понятий в экспонометрии, к неправильным пониманиям экспонометрических методик и неправильным применениям экспонометрической техники. Поэтому необходимо разграничение понятий экспозиции.

Различают экспозицию сенситометрическую, осуществляемую в сенситометре в целях испытания фотослоев и режимов обработки их, и экспозицию съемочную, осуществляемую операторскими съемочными средствами в процессе съемки фильма и также в целях испытания пленок. В съемочных экспозициях различают экспозицию МЕСТНУЮ для отдельной точки кадра (точечную) и ОБЩУЮ, для кадра в целом (общекадровую).

Одни экспонометрические методики предназначены для определения только общекадровых экспозиций, другие — для определения местных. Это относится и к замерам света, из которых не каждый замер может быть использован для любой из этих целей.

Различны и средства регулировки съемочных экспозиций. Общая экспозиция регулируется диафрагмой объектива, выдержкой, общей освещенностью объекта и серым съемочным светофильтром на весь кадр. Местные экспозиции регулируются только местными освещенностями объекта, цветными съемочными светофильтрами и серыми светофильтрами, частично каширующими отдельные участки кадра.

Освещенность.

Термин освещенность, относящийся к интенсивности освещения объекта съемки не должен употребляться в экспонометрии без поясняющих прилагательных слов, иначе он становится беспредметным. Характерная особенность величин освещенности заключается в том, что они всегда относятся к плоскостям, определенно ориентированным в пространстве, и зависят от угла падения света на освещаемую площадку. Таким образом, если поверхность объемного тела образована несколькими различно ориентированными плоскостями, то она находится обычно под действием нескольких различных освещенностей. Это важно помнить при оценках освещения для целей экспонометрии.

Различают освещенности: горизонтальную, вертикальную, максимальную, минимальную, фронтальную, ключевую и т.п. Выражение «освещенность объекта равна 1000 люкс», кажущееся конкретным, лишено экспонометрического смысла, если неизвестно о какой освещенности говорится или что представляет собой объект.

Ключевой свет.

Ключевым называется основной свет, падающий на сюжетно-важную часть объекта съемки (напр. лицо актера) от главного источника освещения и являющийся исходным при построении тональной композиции кадра. Ключевой свет, создающий на объекте ключевую освещенность (а также ключевую яркость сюжетно-важной детали), служит основанием для экспонометрического расчета освещения и визуального светового баланса. Величина ключевого света поддается точному экспонометрическому расчету, ввиду возможности связать ее с светочувствительностью пленки и параметрами, характеризующими нормальную тонопередачу объекта.

Метод ключевого света широко используется при художественных профессиональных киносъемках. При съемках монтажных кадров кинооператоры придерживаются одинаковых величин ключевого света, что облегчает баланс освещения, создает в монтаже кадров необходимое световое единство киноизображений и ведет к лучшим копировальным качествам кинонегатива.

Контраст освещения

— характеристика объемного освещения объекта съемки, выражаемая отношением максимальной освещенности (Е_макс.) к минимальной (Е_мин.).

За Е_макс, обычно принимают ключевую освещенность, а за Е_мин. освещенность в сюжетно-важной теневой части объекта.

Ориентировочно, контраст освещения порядка 1: 1, 5—1: 2 соответствует нормальному освещению, 1: 4 — эффекту вечернего освещения, 1: 8—1: 10 сильному контрасту, встречающемуся на натуре при солнечном освещении в безоблачную погоду.

Контраст светлот

— характеристика отражательной способности объекта съемки, выражаемая отношением максимальной его светлоты ( ρ _макс.) к минимальной (ρ _мин.), то есть отношением крайних коэффициентов отражения его фактур.

Предельная возможная величина контраста светлот павильонного объекта съемки равна, примерно, 80—90, если за максимальную светлоту окраски принять светлоту свеже-выбеленной поверхности (80%), а за минимальную — светлоту черного бархата (1%). В логарифмическом выражении эта величина выражается числом 1, 9.

Интервал яркости

— отношение максимальной яркости к минимальной, наблюдаемое в объекте съемки. Различают интервалы яркости: истинный, визуальный, фотометрический и фотографический.

Истинный интервал — физический, объективный, энергетический, независящий от наблюдения его каким-либо способом. Это интервал яркости существующий относительно условного гипотетического приемника света с равномерной чувствительностью по всему спектру.

Визуальный интервал — зависящий от свойств глаза, спектрального состава яркостей и способа их сравнения.

Фотометрический интервал — зависящий от свойств применяемого фотометра и также от свойств яркостей и способов их измерения.

Фотографический интервал — зависящий от спектральных свойств съемочной оптики и пленки и спектрального состава фотографируемых яркостей.

Численно интервал яркости выражают логарифмом отношения максимальной яркости к минимальной, что удобнее для расчетов экспозиций по характеристической кривой пленки, так как ось абсцисс этой кривой размечена в логарифмах экспозиции.

В табл. приведено сравнение двух способов выражения интервалов яркости. (В₂— яркость высшая, B₁ — низшая).

В₂: B₁
lgВ₂/B₁	1, 0	1, 2	1, 3	1, 4	1, 5	1, 6	1.7	1, 8	1, 9	2, 0	2, 1	2, 2	2, 3	2, 4	2, 5

Рабочий участок характеристической кривой негативной пленки.

Рабочим называется участок характеристической кривой, отвечающий статистическим предельным оптическим плотностям производственных кинонегативов. Он не согласуется с понятием фотографической широты фотослоя, принятым в сенситометрии. Вверх от рабочего участка может лежать еще значительная часть прямолинейного участка кривой неиспользуемая при нормальных съемочных экспозициях, на котором лежат плотности неспособные правильно копироваться при высшем номере света копировального аппарата. В рабочий участок всегда входит нижний загиб характеристической кривой, вплоть до уровня вуали.

Практическая высшая плотность производственного кинонегатива определена статистически, для подавляющего большинства объектов съемки, величиной 1, 5. Лишь в редких случаях она доходит до 2, 0.

Передержка и недодержка.

В связи с представлением о практическом рабочем участке характеристической кривой негативной пленки, существенно изменяются понятия передержки и недодержки при киносъемке. Эти понятия уже не связываются с классической формой характеристической кривой фотослоя, с ее крайними точками на концах прямолинейного участка.

Передержанным считается негатив, высшие плотности которого, отвечающие белому тону объекта, вышли за пределы рабочего участка кривой, и это вызывает при печати сокращение верхней части тональной шкалы объекта (выпадение высших полутонов).

Недодержанным считается негатив, в котором часть низших тонов объекта выпала из воспроизведения на рабочем участке кривой и передалась плотностью вуали.

Применительно к цветной негативной пленке передержку или недодержку будут определять те слои пленки, на которых произошло выпадение из их рабочего участка высших или низших зональных яркостей цвета.

ОПЕРАТОРСКИЕ ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ ОСВЕЩЕНИЯ

Определения интервала яркости объекта.

Для определения интервала яркости объекта могут служить два способа — прямой и косвенный. Прямой способ состоит в непосредственном измерении яркомером максимальной и минимальной яркости. Но если эти яркости по каким-либо причинам недоступны для измерения, их интервал во многих случаях может быть оценен достаточно точно косвенным способом. Косвенный способ состоит из оценки интервала светлот объекта (контраста светлот) и действующего в объекте интервала освещенностей (контраста освещения).

Возможность второго способа основана на следующей зависимости интервала яркости от контраста освещения и контраста светлот.

Пусть максимальная яркость равна В₂, а минимальная — B₁. У объекта светящегося за счет отражений света эти яркости могут быть представлены так:

В₂ = Е₂ * ρ ₂ и В₁ = Е₁ * ρ ₁ (12)

где: Е₂ и Е₁- максимальная и минимальная освещенности объекта

ρ ₂ и ρ ₁ — максимальный и минимальный коэффициенты отражения

Тогда интервал яркости объекта можно представить:

В₂ / В₁ = (Е₂ * ρ ₂) / (Е₁ * ρ ₁) или В₂ / В₁ = (Е₂ / E₁ρ ₂) * ( ρ ₂ / ρ ₁) (13)

то есть как произведение двух дробей, из которых первая означает контраст освещения, а вторая — контраст светлот объекта.

Следовательно, интервал яркости объекта светящегося за счет отражений света его поверхности можно считать равным (в пределе) произведению контраста освещения на контраст светлот. Эта предельная его величина относится к тому случаю, когда максимальная освещенность приходится на максимальный коэффициент отражения, а минимальная — на минимальный коэффициент. Но этого условия в объекте киносъемки может и не быть, или быть только в какой-то момент такого совпадения освещенностей с коэффициентами отражения. Может быть в принципе, и случай обратного сочетания, когда максимальная освещенность будет приходиться на минимальный коэффициент отражения, а минимальная — на максимальный. Тогда, несмотря на большие величины контраста освещения и контраста светлот, интервал яркости окажется незначительным и даже может свестись к единице.

Из формулы (13) следует важный практический вывод:

1) интервал яркости равномерно освещенного объекта равен контрасту его светлот (напр. случай репродуцирования рисованных кадров)

2) интервал яркости однотоннокрашенного объекта равен контрасту его освещения (напр. случай съемки гипсовых моделей).

Оценка интервала яркости косвенным способом очень упрощается, если оператор хорошо ориентируется в светлотах важнейших фактур и может судить о них не прибегая к измерениям. В этом отношении большую помощь может оказать контрольная серая шкала, светлота полей которой известна. Как было сказано (§ 93) предельная величина возможного контраста светлот в объекте равна, примерно, 80, если (объект содержит одновременно такие фактуры, как черный бархат и чисто белые предметы. Наиболее употребительные контрасты освещения, при светотеневом освещении, колеблются, примерно, от 2 до 4. Контраст освещения на натуре летом в безоблачную погоду равен, примерно, 8—10.

Особенности измерений освещенности.

При измерениях освещенности особенно важна, правильная позиция люксметра относительно объекта съемки и источников света, иначе измеренная освещенность может привести к неправильным установкам света или к неправильным определениям экспозиции.

Определение плоскости, в которую должно быть установлено молочное стекло люксметра, зависит от того, является ли объект съемки объемным или плоским.

Ключевая освещенность объемного объекта измеряется в плоскости перпендикулярной лучу от главного источника света. Люксметр устанавливается вблизи наиболее важной части объекта (например, лица актера) и направляется всегда молочным стеклом на главный источник света.

Это правило недействительно в отношении плоского объекта, расположенного не перпендикулярно лучу главного осветительного прибора. Для измерения освещенности плоского тела молочное стекло экспонометра надо располагать параллельно поверхности тела, независимо от расположения источников света.

Как велика может быть ошибка в измерении освещенности, если нарушать это правило?

Ошибка может быть большой, если экспонометр направлять всегда на главный источник света, не считаясь с положением плоскости объекта. Приведем некоторые численные примеры, говорящие о роли косинуса угла падения света.

Если поверхность освещена направленным светом под углом 60° (к перпендикуляру, опущенному на поверхность), а экспонометр повернут молочным стеклом на источник света, то он указывает освещенность примерно в два раза большую действительной. Следовательно, расчет экспозиции по такой освещенности будет приводить к двухкратной недодержке.

Если угол будет 45°, то экспонометр укажет освещенность в полтора раза большую.

Экспонометрические формулы.

Съемочная точечная экспозиция в ее аналитическом выражении представляется формулой:

H = (0, 25 E * r * t * τ * v * cos⁴ω ) / n² * (1+ 1/m)² — лк-сек (14)

где: Е — освещенность объекта съемки в экспонируемой точке (в люксах)

г — коэффициент яркости поверхности объекта в данной точке

t — выдержка (в секундах)

т — коэффициент пропускания объектива, зависящий от его конструкции и просветления линз

п — знаменатель относительного отверстия объектива (диафрагма)

ω ) — угол падения света на пленку в данной точке (между лучом и оптической осью)

v — показатель виньетирования оптического изображения оправой объектива (зависящий от ω и n)

1/m — масштаб изображения.

В практической экспонометрии этой формулой обычно не пользуются, так как точный учет всех факторов для каждого случая съемки и отдельных точек объекта невозможен. Проще найти экспериментально при каких освещенностях или яркостях объекта и при каких факторах экспозиции съемочной камеры (выдержка, диафрагма), получается на данном фотоматериале интересующий нас фотографический эффект экспонирования.

Экспонометрическая формула для расчетов ОБЩЕЙ экспозиции, например, для определения освещенности объекта £ 0 по заданным светочувствительности пленки S, выдержке t и диафрагме п, имеет более простой вид;

Е₀=к*n² / S*t (15)

где к — коэффицент пропорциональности, зависящий от системы численного выражения светочувствительности. Применительно к системе ГОСТ можно принять к=250.

Определения общей экспозиции по местным яркостям объекта съемки

Если условия съемки таковы, что измерение общей яркости объекта почему либо исключается, то этот замер может быть равнозначно заменен только замером яркости средне-серой его детали (светлота 20%).

Между тем это условие часто нарушается и общая экспозиция рассчитывается по произвольно выбираемым местным яркостям объекта. Обосновывается это различными соображениями. В одних случаях предпочитают измерять низшие яркости объекта, обосновывая это желанием достичь хорошей проработки деталей в тенях, в других — предпочитают измерять высшие яркости по аналогичным соображениям в отношении высших тонов, в третьих — придают значение какой либо сюжетно-важной детали, независимо от того относится она к низшим или высшим тонам объекта. Соответственно этому на практике укоренились такие выражения как: «экспонирую по теням», «по светам», «по сюжетно-важной детали» и т. п.

Такие методы определения общей экспозиции часто игнорируют принцип устройства калькулятора экспонометра и ведут к ошибкам в расчетах экспозиции. Неудачи в этих случаях обычно относят не к способу применения экспонометра, а к якобы неправильной величине светочувствительности пленки.

Рассмотрим этот вопрос ближе.

На рис. 47 показаны шесть позиций яркомера при измерениях яркости объекта. Объект показан условно в виде пяти ступеней яркости, возрастающих последовательно в два раза. Все детали объекта освещены одинаково и различия их яркости создаются за счет различных светлот (коэффициентов отражения).

При пяти позициях измеряются пять различных местных яркостей и соответственно им определены пять различных диафрагм объектива от 2, 8 до 11. В позиции 3 яркомер измеряет средне-серую деталь и расчет дает правильную диафрагму 5, 6, такую же как и при замере общей яркости объекта с позиции 6.

Рис. 47. Зависимость величины общей экспозиции от ее калькуляции по разным местным яркостям объекта

Рассчитывая общую экспозицию не по общей яркости объекта, как это предусмотрено калькулятором, а по яркости произвольно выбранной его детали, мы, фактически, принимаем эту деталь как бы за средне-серую (р=0, 2). Иначе говоря, ставим эту деталь в шкале тонов будущего позитива, на положение средне-серого цвета. При этом все остальные детали объекта автоматически смещаются в тональном ряду в одну сторону, а именно, — при замерах яркости светлокрашенных деталей шкала тонов сдвигается к черному (негативы получают признаки недодержки), а при замерах темнокрашенных — к белому (негативы выглядят передержанными), (рис. 48).

Чем светлее измеряемая деталь, тем более недодержанным получается негатив, и, наоборот, чем темнее, тем более передержанным.

Эти ошибки экспонирования, если они не слишком велики, компенсируются обычно печатью, - установкой большего или меньшего номера копировального света, но качество фотографического изображения при этом может пострадать. в изображении может не оказаться хороших черных тонов, ухудшится цветопередача, появится зернистость и т. п.

Рис. 48. Перемещения местных экспозиций по характеристической кривой негативной пленки при калькуляции общей экспозиции по замерам яркости белой, средне-серой и черной детали объекта съемки.

В таблице 5 приведены примерные колебания «практической» светочувствительности пленки в зависимости от способа применения яркомера для расчета по его калькулятору общей экспозиции (в сравнении с паспортными данными)

Таблица 5

Позиция яркомера	Измеряемая яркость объекта	% отражения света измеряемого объекта	Высчитанная по калькулятору практическая светочувствительность
	Черной детали	5%	Выше в 4 раза
	Темно-серой детали	10%	Выше в 2 раза
	Средне-серой »	20%	Отвечает паспортн. данным
	Светло-серой »	40%	Ниже в 2 раза
	Белой детали	80%	Ниже в 4 раза
	Общая	в сред. 20%	Отвечает паспортн. данным

Для того, чтобы при всех замерах местной яркости объекта, показанных на рис. 47 получить нормальный негатив одной и той же плотности пришлось бы брать для настройки калькулятора пять различных чисел светочувствительности пленки. Чувствительность указанная в паспорте оказалась бы наиболее правильной лишь при замере местной яркости с позиции 3 и при замере общей яркости с позиции 6.

В случае съемки при низких уровнях освещения на пленках высокой светочувствительности замер общей яркости объекта бывает иногда невозможен из-за недостаточной чувствительности экспонометра. Переход на замер освещенности в этом случае может также быть невозможен, так как экспонометр показывает освещенность тем же числом, что и общую яркость. Выход может быть такой — измерять местную яркость более светлых фактур, чем средне-серая, например белых, отражающих свет в 4 раза больше. Но тогда калькулятор экспонометра нужно настраивать на чувствительность в 4 раза более низкую против паспортной.