Экспонометр

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Экспоно́метр, фотоэкспонометр (лат. expono) — устройство для инструментального измерения фотографической экспозиции и определения правильных экспозиционных параметров (времени выдержки и числа диафрагмы). Кроме того, большинство экспонометров позволяют определять контраст освещения снимаемой сцены, что имеет немаловажное значение в профессиональной киносъёмке[1]. До конца 1950-х годов чаще всего использовалось название экспози́метр. Все экспонометры, предназначенные для измерения экспозиции в плёночной фотографии и кинематографе, пригодны для измерения экспозиции в цифровой фотографии, поскольку условные значения светочувствительности цифровых фотоаппаратов выбраны в соответствии с сенситометрическими параметрами галогеносеребряных светочувствительных материалов[2].

В автоматических камерах экспонометр составляет основу экспозиционной автоматики, устанавливающей экспопараметры без участия человека. В телевизионных и видеокамерах правильная экспозиция устанавливается на основе оценки постоянной составляющей видеосигнала, а цепи, измеряющие её, выполняют функцию экспонометра[3].

Фотоэкспонометр «Ленинград-4» (СССР, 1968)

Встроенные и внешние экспонометры[править | править вики-текст]

Современные технологии цифровой фотографии в некоторых случаях позволяют пренебрегать использованием экспонометра, определяя правильную экспозицию методом пробной съёмки с последующим просмотром готового изображения на экране электронного видоискателя или компьютера. При студийной съёмке со вспышками такой метод позволяет обойтись без дорогостоящего флэшметра. В этом случае цифровой фотоаппарат сам выполняет функцию фотоэлектрического экспонометра. Аналогичный метод применим в телевизионной студии, когда корректная экспозиция устанавливается оперативной подстройкой диафрагмы и гамма-коррекции передающих камер по студийному монитору или осциллографу. Однако, такой метод экспонометрии пригоден в ситуациях, когда съёмка может быть повторена многократно, и неудачным снимком можно пожертвовать. При съёмке событий, которые невозможно повторить, в частности журналистских репортажей, точное измерение экспозиции необходимо не только при съёмке на плёнку, но и для электронных устройств.

В профессиональной фотографии и кинематографе основным считается внешний экспонометр, выполненный как отдельное устройство и никак не связанный с фотоаппаратом или кинокамерой. Такой экспонометр определяет значения диафрагмы и выдержки (частоты киносъёмки со стандартным углом раскрытия обтюратора), которые устанавливаются на камере вручную. Основное преимущество внешнего экспонометра заключается в возможности измерения экспозиции как по яркости, так и по освещённости.

Измерение по яркости объекта[править | править вики-текст]

Измерение экспозиции по яркости
Экспонометр «Ленинград-4» в конфигурации для измерения по яркости

Измерение яркости объекта съёмки считается основным способом определения экспозиции, поскольку производится от съёмочной камеры или через её объектив[4]. Главный недостаток такого способа заключается в зависимости результатов измерения от отражательной способности объекта. Например, при измерении яркости светлого и тёмного предметов экспонометр выдаст различные значения экспозиции, несмотря на одинаковую освещённость сцены, и на снимках, сделанных с рассчитанной экспозицией, такие объекты получат одинаковую оптическую плотность. Для исключения ошибок и разночтений все существующие системы экспонометрии привязаны к усреднённой отражательной способности человеческой кожи европейской расы, которая примерно соответствует 18 %. Для точности измерения по яркости существуют специальные серые карты, которые служат эталоном такой отражательной способности. При измерении яркости света, отражённого от карты, получается правильная экспозиция, как правило, совпадающая с результатами замера по освещённости. Для более точного расчёта экспозиции существует зонная теория Адамса, позволяющая точно отображать объекты с нестандартной отражательной способностью.

Принято различать интегральное измерение яркости, когда осуществляется замер усреднённой яркости всей снимаемой сцены, и измерение отдельных участков и объектов[5]. В последнем случае для осуществления замера экспонометр может подноситься окном светоприёмника непосредственно к измеряемому объекту. В случаях, когда непосредственное измерение невозможно из-за недоступности объекта, могут быть использованы узконаправленные (точечные) экспонометры — спотметры (англ. spot — пятно) с углом измерения около 1 градуса. Частичное измерение особенно актуально для контрастных сцен и при контровом освещении, когда сюжетно важный объект съёмки значительно отличается по яркости от остального сюжета[6].

Измерение по освещённости[править | править вики-текст]

Принцип измерения экспозиции по освещённости: светоприёмник размещается у измеряемой сцены в направлении камеры
Экспонометр «Ленинград-4» с надетым молочным светофильтром для измерения по освещённости

При измерении «по освещённости» определяется интенсивность падающего света, от которой напрямую зависит освещённость снимаемой сцены[7]. Такой способ в большинстве случаев наиболее точен, поскольку измеренная экспозиция не зависит от отражательной способности объекта съёмки[5]. Привязка экспозиционных параметров к освещённости сцены исключает ошибки, связанные с нестандартной отражательной способностью,. Например, при измерении яркости светлого объекта на светлом фоне, так же как при измерении яркости тёмного на тёмном, экспонометр выдаст различные значения при одной и той же освещённости. В результате в обоих случаях на снимке получится «серое на сером». Измерение освещённости исключает подобные ошибки. Единственным неудобством такого метода является необходимость располагать экспонометр непосредственно у главного объекта съёмки (чаще всего это лицо человека) светочувствительным элементом к камере, что не всегда возможно[8]. Большинство внешних экспонометров для такого измерения оснащаются молочной рассеивающей насадкой (иногда полусферической формы), увеличивающей угол восприятия сенсора до 180° и компенсирующей световой поток в соответствии с режимом.

Большинство внешних экспонометров с классическим устройством имеют специальное приспособление — калькулятор, служащий для определения всех возможных сочетаний экспозиционных параметров на основе введённого значения светочувствительности[9]. В большинстве случаев такие калькуляторы представляют собой набор соосных поворотных дисков со шкалами светочувствительности, диафрагмы, выдержки и частоты киносъёмки. При измерении происходит их относительное вращение, результатом которого становится совмещение правильных экспопар. Все полученные экспопары обеспечивают правильную экспозицию в соответствии с законом взаимозаместимости. Аналогичное устройство имеют встроенные несопряжённые экспонометры фото- и кинокамер. Более современные экспонометры обладают цифровой индикацией на жидкокристаллических дисплеях.

Классификация экспонометров по устройству[править | править вики-текст]

Табличные[править | править вики-текст]

Табличные экспонометры (СССР, 1970-е годы).
Рядом «Ленинград-4»

Табличные экспонометры относятся не к инструментальным, а к визуальным средствам измерения экспозиции. Они представляют из себя таблицу, в которой описаны условия съёмки и соответствующие им параметры[10]. Кроме того, используются таблицы высоты солнцестояния и времени суток, также оказывающих существенное влияние на экспозицию. К табличным методам можно отнести так называемое «солнечное правило шестнадцати», пригодное для натурных съёмок при дневном свете.

Все табличные методы определения экспозиции имеют практический смысл только при достаточно большой фотографической широте используемого фотоматериала. Применяются также в форме установки экспозиции по символам погоды на шкальных фотоаппаратахСмена-Символ», «Смена-8М», «Вилия», «Эликон-535», «Агат-18»).

Оптические[править | править вики-текст]

Экспонометр визуальный — сравнение яркости изображения в видоискателе с эталонной лампой

Приборы, в которых основным измерительным элементом является глаз человека[10]. В таких экспонометрах считывание выдержки и диафрагмы производится визуальным сравнением яркости соответствующих цифр с яркостью оптического клина переменной плотности. При этом определяется самое тёмное визуально различимое поле клина. Основной недостаток — зависимость чувствительности глаза от общей окружающей освещённости, что может приводить к большим погрешностям («Оптэк»)[11]. Другой разновидностью таких экспонометров стали устройства, в которых производится уравнивание яркости двух полей сравнения, одно от измеряемой сцены или источника света, второе — от эталонной лампы. Находит применение в системах копирования изображений. В настоящее время оптические экспонометры практически не используются из-за низкой точности.

Фотоэлектрические[править | править вики-текст]

Действие таких экспонометров основано на измерения величины тока, получаемого в результате фотоэлектрического эффекта[9]. Такие экспонометры принято классифицировать по типу используемого фотоэлемента:

Селеновые[править | править вики-текст]

Экспонометры, использующие селеновые фотоэлементы, стали первыми фотоэлектрическими экспонометрами, и не требуют источника питания, потому что необходимая ЭДС вырабатывается самим сенсором. Они имеют наиболее простую электрическую схему и относительно дёшевы. Существуют следующие разновидности таких экспонометров:

Главными недостатками селеновых экспонометров являются невысокая светочувствительность, не позволяющая измерять экспозицию тёмных сцен, и громоздкость фотоэлемента. Более компактными размерами обладают фоторезисторы, на которых основаны фоторезисторные экспонометры. Кроме того, селеновый фотоэлемент со временем необратимо деградирует, а также теряет точность при воздействии слишком яркого света.

Фоторезисторные[править | править вики-текст]

Приборы, использующие сернисто-кадмиевые (CdS) фоторезисторы в качестве датчика, а в некоторых случаях фотодиоды в режиме обратного тока. Простейшая схема такого экспонометра строится по мостовому принципу, и сопротивление датчика сравнивается с эталонными, переключаемыми калькулятором выдержки и диафрагмы. Индикатором служит гальванометр, показывающий направление вращения калькулятора выдержек. Большее распространение получили более сложные схемы с активными элементами (транзисторами), в качестве индикатора для повышения механической надёжности стали применяться светодиоды, а калькулятор связан обычно с переменным резистором. Имеют наилучшую чувствительность и линейность характеристики, низкое потребление. Нуждаются в источнике питания. Первым отечественным фотоаппаратом со встроенным экспонометром на основе фоторезистора стал дальномерный «Сокол»[12].

В настоящее время подавляющее большинство экспонометров основаны на фотоэлектрическом принципе действия.

Цифровые экспонометры[править | править вики-текст]

Содержат обычно такой же датчик, как и фоторезисторные, однако сигнал с него оцифровывается и обрабатывается в дальнейшем микропроцессорным устройством. Отличаются большей гибкостью и диапазоном возможностей измерения, но существенно большим потреблением энергии от батарей.

Встроенные экспонометры[править | править вики-текст]

Встроенный сопряжённый экспонометр 8-мм кинокамеры.
Слева — фоторезистор, в центре — гальванометр, справа — привод диафрагмы.
Первый в мире фотоаппарат с TTL-экспонометром Topcon RE-Super[13] (1963)

Совершенствование съёмочной аппаратуры и миниатюризация элементной базы в течение последних десятилетий привела к полному вытеснению внешних экспонометров встроенными в камеру. Единственный недостаток встроенных устройств заключается в их непригодности для измерения по освещённости. Внешние экспонометры остались в употреблении только в профессиональной фотографии и, как правило, совмещают функции флэшметра.

Конструктивно встроенные экспонометры делятся на несколько групп, отличающихся степенью интеграции в устройство фотоаппарата или кинокамеры:

  • Съёмные экспонометры — приставки к фотоаппаратам («Asahi Pentax Meter» для «Pentax SV», ранние селеновые экспонометры для фотоаппарата Nikon F). К этой же группе можно отнести экспонометры для крупноформатных камер, позволяющие измерять освещённость отдельных участков матового стекла[12]. Такие экспонометры с подвижным светочувствительным элементом устанавливаются в кассетную часть перед съёмкой;
  • Встроенные в фотоаппарат или кинокамеру экспонометры с внешним фотоэлементом на корпусе камеры («ЛОМО Компакт-Автомат») или на оправе объектива («Эликон-35С»)[П 1]: «Зенит-Е», «Киев-10», «Кварц», «Аврора» и т. д.;

Однако, с начала 1970-х годов (в СССР несколько позже) встроенные экспонометры с внешним фотоэлементом вышли из употребления, уступив место более точным заобъективным экспонометрам, получившим название TTL-экспонометров[5].

Экспонометры такого типа функционально делятся на следующие разновидности:

  • TTL-экспонометры, встроенные в сменную пентапризму: «Киев-6С TTL», «Киев-88 TTL», Pentacon Six TL, TTL-пентапризмы Photomic фотоаппаратов Nikon F, Nikon F2 и т. д. К этой же группе можно отнести съёмные экспонометры профессиональных киносъёмочных аппаратов, таких как «Кинор-35С», устанавливаемых на оптический выход сопряжённой лупы вместо телевизира[14];
  • TTL-экспонометры, встроенные в корпус фотоаппарата или кинокамеры: «Зенит-TTL», Nikon F3, Leica M5, «Красногорск-3», Arriflex 16SR II и т. д.;

С развитием TTL-экспонометров появилась возможность реализации измерения отдельных частей снимаемого изображения. Современные TTL-экспонометры позволяют осуществлять как точечный замер, так и оценочный, основанный на сравнении экспозиции отдельных частей будущего снимка и программной обработкой полученных результатов на основе статистического анализа.

В современных цифровых зеркальных фотоаппаратах используются только TTL-экспонометры. Остальные типы цифровых камер также измеряют экспозицию через объектив, используя данные светочувствительной матрицы.

Встроенные экспонометрические устройства в свою очередь делятся на сопряжённые и несопряжённые. Несопряжённые экспонометры требуют дополнительной установки экспозиционных параметров, полученных в результате измерения на шкалах калькулятора, тогда как сопряжённые производят измерение одновременно с непосредственной установкой выдержки и диафрагмы. Для этого переменные резисторы измерительных цепей механически сопрягаются с органами управления экспозицией, автоматически выставляя правильные параметры непосредственно в процессе измерения. Такой способ управления экспозицией называется полуавтоматическим.

Полуавтоматическая установка не требует никаких исполнительных механизмов и осуществима в полностью механических профессиональных и простых любительских камерах.

С середины 1960-х годов встроенные сопряжённые экспонометры большинства иностранных фотоаппаратов поддерживали полуавтоматическую установку экспозиции. К таким фотоаппаратам можно отнести Nikon F, Nikkormat FT, Canon F-1, Pentax Spotmatic и другие. В современных цифровых фотоаппаратах такой способ установки по индикации индекса экспозиции называется ручным режимом.

Полуавтоматическое управление экспозицией получило распространение в отечественных зеркальных фотоаппаратах с середины 1970-х годов. Среди полуавтоматических камер наиболее известны «Зенит-TTL», «Зенит-12», «Зенит-19», «Киев-19», «Киев-20».[П 2] и кинокамеры «Красногорск» и «Кварц».

К несопряжённым экспонометрам можно отнести устройства, встроенные в «Зенит-Е», «Киев-88 TTL» и «Pentacon Six TL». Такие экспонометры пригодны только для работы в ручном режиме установки экспозиции, когда экспозиционные параметры выставляются вручную фотографом после их считывания с калькулятора экспонометра.

Автоматическое управление экспозицией[править | править вики-текст]

Встроенные сопряжённые экспонометры составляют основу автоматики управления экспозицией, которая автоматически устанавливает один или оба параметра специальными исполнительными механизмами камеры в соответствии с результатами измерения.

К автоматическим относятся все режимы, при которых камера самостоятельно выбирает один или оба экспозиционных параметра. В видеокамерах и цифровых фотоаппаратах возможен также автоматический выбор светочувствительности.

Экспокоррекция[править | править вики-текст]

Калькуляторы большинства внешних экспонометров оснащаются шкалой экспокоррекции, которая применяется для компенсации влияния на экспозицию отдельных факторов, не учитывающихся фотоэлементом. Это может быть несоответствие спектральной чувствительности сенсора и фотоматериала, кратность установленного на объектив светофильтра или другие обстоятельства. Во встроенных экспонометрах автоматических фото- и кинокамер экспокоррекция требуется при автоматической установке экспозиции контрастных сюжетов для компенсации некорректного измерения яркости объектов, отражающая способность которых отличается от стандартных 18 %[15]. В некоторых случаях экспокоррекция TTL-экспонометра необходима при использовании нестандартного фокусировочного экрана для компенсации разницы светопропускания.

В простых автоматических фотоаппаратах такой регулятор отсутствует. В этом случае экспокоррекция возможна только заданием другого значения светочувствительности фотоплёнки.

Флэшметр[править | править вики-текст]

Сходный с экспонометром прибор — флэшметр (англ. Flash Meter) используется для измерения освещённости при съёмке с использованием импульсных осветительных приборов. От обычного экспонометра флэшметр отличается необходимостью синхронизации времени измерения непосредственно с импульсом вспышек, которая осуществляется как проводными, так и беспроводными способами[7]. Все современные фотоаппараты оснащаются встроенными TTL флэшметрами, которые, как правило, являются частью встроенного экспонометра, измеряющего постоянное освещение, или работают параллельно с ним, измеряя экспозицию встроенной, внешней и выносных фотовспышек, и автоматически регулируя их мощность. Для измерения экспозиции внешних студийных вспышек такие флэшметры непригодны, поскольку не оснащаются никакой индикацией. В студии может быть использован внешний флэшметр, выполненный в виде отдельного прибора и способный измерять как падающий, так и отражённый свет. Так как выдержка затвора при съёмке со вспышкой не оказывает никакого влияния на количество импульсного освещения, попадающего к светочувствительному материалу или на матрицу, флэшметр служит только для определения значения диафрагмы. Выдержка обычно устанавливается на значение синхронизации или более длинная[П 3], если на снимке комбинируется импульсный и постоянный свет. В последнем случае постоянный свет измеряется обычным экспонометром, а результирующая экспозиция определяется как сумма двух экспозиций: от вспышек и постоянного освещения.

Более универсальный прибор — мультиметр (англ. Multi Meter) или фотометр — сочетает возможности обычного экспонометра и флэшметра, а также измеряет другие фотометрические величины[16]. Например, фотометры «Gossen» позволяют измерять в том числе оптическую плотность светофильтров[17].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. В этом случае при применении светофильтров автоматически вносилась поправка на их плотность
  2. Первые советские фотоаппараты с полуавтоматической установкой экспозиции — шкальный «Восход», дальномерные «ФЭД-10» и «ФЭД-11», семейство зеркальных фотоаппаратов «Зенит-4» (1964 год)
  3. Выдержка синхронизации определяется конструктивными особенностями затвора

Источники[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Фомин А. В. § 4. Определение экспозиции // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 124—130. — 256 с. — 50 000 экз.
  • Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин III. Определение экспозиции // Краткий справочник фотолюбителя. — М.,: «Искусство», 1985. — С. 161—167. — 367 с.
  • Е. А. Иофис Фотокинотехника. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 18—20. — 449 с.
  • Крис Уэстон Экспозиция в цифровой фотосъёмке = Mastering digital exposure and HDR imaging / Т. И. Хлебнова. — М.,: «АРТ-родник», 2008. — С. 18—20. — 192 с. — ISBN 978-5-9794-0235-2.
  • Г. Андерег, Н. Панфилов Глава VIII. Экспонометрирование // Справочная книга кинолюбителя / Д. Н. Шемякин. — Л.,: «Лениздат», 1977. — С. 192—199. — 368 с.
  • Экспонометрия и экспонометры (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 1998. — № 1—2. — С. 16—24. — ISSN 1029-609-3.
  • С. А. Саломатин, И. Б. Артишевская, О. Ф. Гребенников 2. Киносъёмочные аппараты общего назначения // Профессиональная киносъёмочная аппаратура. — 1-е изд.. — Л.: Машиностроение, 1990. — С. 103. — 288 с. — ISBN 5-217-00900-4.
  • М. Шульман Методы точного измерения экспозиции (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1968. — № 1. — С. 37, 38. — ISSN 0371-4284.
  • В. Е. Джакония Телевидение. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 311—316. — 640 с. — ISBN 5-93517-070-1.
  • Б. Бакст Gossen — эталон точности (рус.) // «Фотокурьер» : журнал. — 2007. — № 2 (122). — С. 12—22.

Ссылки[править | править вики-текст]