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 желатиносеребряных светочувствительных материалов[2].

Фотоэкспонометр «Ленинград-4» (СССР, 1968)

В современных 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].

История[править | править вики-текст]

Оптический экспонометр «Fractos II». Начало XX века
Оптический экспонометр. Последняя различимая цифра соответствует правильной экспозиции

В первые десятилетия после изобретения фотографии правильная экспозиция определялась на основании опыта фотографов. Отсутствие каких-либо понятий о сенситометрии не позволяло количественно измерять зависимость почернения дагеротипных пластин от интенсивности освещения. Кроме того, непрерывное совершенствование процесса и рост светочувствительности фотоматериала препятствовали созданию каких-либо общепринятых инструкций.

Появление более предсказуемого мокрого коллодионного фотопроцесса дало возможность составить правила экспонирования и сконструировать первые табличные экспонометры. Они представляли из себя таблицу, в которой описаны условия съёмки и соответствующие им параметры[4]. Эти параметры позднее стали дополнять высотой Солнца и временем суток, также оказывающих существенное влияние на экспозицию. Таблицы предназначались для коллодионных пластин, приготовленных определённым образом, поскольку единиц измерения светочувствительности не существовало.

Распространение сухих желатиносеребряных фотопластинок совпало по времени с развитием сенситометрии, начавшей количественно описывать светочувствительность фотоматериалов. Это позволило создать универсальные таблицы, пригодные для любых фотопластинок, светочувствительность которых известна. Постепенно получили популярность табличные калькуляторы с поворотными шкалами, облегчающие вычисление параметров съёмки. Такие устройства назывались «автоматическими таблицами» или «автофотометрами»[5][6].

Первые фотометры[править | править вики-текст]

Актинометр Ваткинса начала XX века

Первые приборы для определения экспозиции были основаны на визуальной оценке яркости объектов съёмки через оптический клин с переменной плотностью. Такие устройства, получившие название оптических фотометров, требовали определения наиболее плотного участка синего или серого светофильтра, за которым глаз ещё различает объект съёмки[4]. В фотометрах измерение яркости производится визуальным сравнением с эталонным полем участка объекта съёмки, наблюдаемого через оптический клин переменной плотности. Основной недостаток — зависимость чувствительности глаза от общей окружающей освещённости, что может приводить к большим погрешностям[7].

Более объективная оценка экспозиции могла быть получена с помощью актинометров, основанных на изменении цвета химических соединений под действием света. В прибор заряжался диск специальной актинометрической бумаги, темнеющей на свету. По времени, в течение которого диск приобретал тон, сходный с соседним эталонным полем, вычислялась правильная экспозиция. Наиболее известным устройством этого класса был актинометр Ваткинса, получивший распространение на Западе. В Российской империи более популярным был актинометр Винна[8].

Фотоэлектрические экспонометры[править | править вики-текст]

Приставной селеновый экспонометр камеры Nikon F

Наибольшую точность измерения, не зависящую от субъективных факторов, удалось получить с появлением фотоэлектрических экспонометров. Их действие основано на измерения величины электродвижущей силы, получаемой в результате фотоэлектрического эффекта[9]. Первые приборы этого типа предназначались для киносъёмки и были созданы в начале 1930-х годов[10]. Три первых десятилетия своего существования все фотоэлектрические экспонометры строились на основе селенового фотоэлемента большой площади, не требующего электропитания. Из-за громоздкости такие экспонометры не могли встраиваться в фото- и киноаппаратуру, и выполнялись в виде отдельного устройства. Ещё одним недостатком селеновых экспонометров была сравнительно низкая светочувствительность, не позволяющая измерять небольшие яркости[11].

Экспонометр «Свердловск-6» на основе фоторезистора

Появление полупроводниковых фоторезисторов и фотодиодов позволило за счёт их высокой удельной чувствительности получить компактный датчик и резко повысить точность измерения. Фоторезисторные экспонометры позволяют измерять экспозицию не только на улице в светлое время суток, но и в помещении и даже ночью. Однако, в отличие от полностью автономных селеновых экспонометров, прибору такого типа требуется источник питания[12]. Тем не менее, фоторезисторные экспонометры очень быстро полностью вытеснили селеновые, фотоэлемент которых с течением времени деградирует, приходя в негодность. Первым советским фотоаппаратом со встроенным экспонометром на основе фоторезистора стал дальномерный «Сокол»[13]. Небольшие размеры полупроводниковых сенсоров позволили устанавливать их в оптический тракт зеркального видоискателя, создав TTL-экспонометр[14].

Первые фоторезисторные экспонометры строились на основе сернистокадмиевого (CdS) фотосопротивления, обладающего хорошей светочувствительностью, но большой инерционностью, особенно при низких освещённостях[12]. Кремниевые фотодиоды лишены этого недостатка, но их спектральная чувствительность, максимум которой лежит в инфракрасной области, вынуждает устанавливать дополнительный светофильтр для приведения в соответствие с характеристиками фотоматериалов и фотоматриц. Необходимость усиления очень слабых токов такого фотодиода увеличивает потребление электроэнергии, снижая уровень автономности[15]. Наиболее совершенным типом сенсора считаются арсенидо-фосфидо-галлиевые фотодиоды со спектральной чувствительностью близкой к человеческому зрению[16].

Встроенные экспонометры[править | править вики-текст]

Съёмка на чёрно-белые негативные фотоматериалы с большой фотографической широтой позволяла во многих случаях обходиться без экспонометра, полагаясь на простейшие правила или профессиональный опыт. Поэтому до конца 1960-х годов подавляющая часть фото- и кинотехники не оснащалась встроенными экспонометрическими устройствами, удорожающими аппаратуру. Однако, распространение цветной фотографии, требующей точного экспонирования, заставило пересмотреть эти принципы и с начала 1970-х встроенный или приставной фотоэлектрический экспонометр стал обязательным атрибутом. Прибор стали сопрягать с органами управления камер, обеспечивая полуавтоматическое управление экспозицией[17][18].

Первый в мире фотоаппарат с TTL-экспонометром Topcon RE-Super[19] (1963)

С середины 1970-х годов встроенные экспонометры практически всех однообъективных зеркальных фотоаппаратов рассчитывались на заобъективное измерение. Особенности TTL-экспонометров позволили реализовать измерение отдельных частей снимаемого изображения с последующей автоматической компенсацией контраста сюжета. 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.

С этого времени внешние экспонометры продолжали использоваться только в профессиональной фотографии для более точных измерений по падающему или отражённому свету. В любительской практике отдельные приборы были вытеснены более удобными, встроенными в камеру. Развитие цифровых технологий позволило ещё больше повысить точность экспонометров, отказавшись от обработки аналогового сигнала сенсора. Постепенно все экспонометры стали выполняться по такому принципу с выводом результатов на жидкокристаллический дисплей. Одновременно получили распространение флэшметры, предназначенные в основном для измерения света студийных фотовспышек, заменивших лампы непрерывного света в рекламной и постановочной фотографии.

Цифровой экспонометр «Seconic»

Цифровые экспонометры кроме величины яркости и освещённости могут измерять и другие фотометрические величины, например, цветовую температуру освещения. Такие приборы называются измерителями цветовой температуры или в кинематографическом обиходе — цветомерами. Наиболее совершенные приборы позволяют количественно оценивать спектральный состав съёмочного освещения. В 2014 году компания Seconic начала выпуск прибора «Seconic C-700», определяющего кроме экспозиции и цветовой температуры, детальную картину распределения спектра любых источников света[20].

Все современные фотоаппараты оснащаются встроенными фотоэлектрическими TTL-экспонометрами с полупроводниковым сенсором. Встроенные сопряжённые экспонометры составляют основу автоматики управления экспозицией, которая устанавливает один или оба параметра специальными исполнительными механизмами камеры в соответствии с результатами измерения[21]. Внешние экспонометры используются только в профессиональной фотографии и кинематографе, и в настоящий момент выполняются, как универсальные многофункциональные устройства, пригодные не только для определения экспозиции, но и для измерения основных фотометрических величин.

Использование экспонометра[править | править вики-текст]

Большинство встроенных экспонометров сопряжены с органами управления современной фото- и видеоаппаратуры, автоматически устанавливая корректные экспозиционные параметры. При автоматической съёмке достаточно выбрать требуемый режим управления экспозицией и настроить способ оценки яркости сюжета. В полуавтоматическом режиме параметры выставляются вручную на основе индикации указателя отклонения экспозиции на жидкокристаллическом дисплее камеры.

Калькулятор внешнего экспонометра

Внешний экспонометр представляет собой пластмассовую коробку, в которой размещаются светочувствительный элемент с источником питания, гальванометр или светодиодный индикатор. Селеновые экспонометры не содержат батарей. В некоторых случаях угол измерения ограничивается оптическим устройством с небольшим объективом, дополненным простейшим рамочным визиром. Последний даёт возможность точного выбора измеряемой области. При измерении экспозиции светочувствительный элемент направляется в сторону объекта съёмки, после чего считываются показания гальванометра. Его шкала может быть размечена в экспозиционных числах или содержать значения одного из параметров, чаще всего диафрагмы. Полученное на шкале значение переводится в экспозиционные параметры с помощью так называемого калькулятора, который представляют собой набор соосных поворотных дисков со шкалами светочувствительности, диафрагмы, выдержки и частоты киносъёмки[9]. При измерении происходит их относительное вращение, результатом которого становится совмещение правильных экспопар. В некоторых экспонометрах (например, «Свердловск-4») калькулятор автоматически устанавливается в правильное положение при достижении правильной индикации. 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. При этом в настройках можно указать, какие именно параметры выводить на дисплей с возможностью получения как экспопары, так и фотометрических величин. По сравнению с встроенными экспонометрами, способными измерять лишь яркость объектов съёмки, внешние позволяют производить также замер освещённости сюжета. Это одна из важнейших причин предпочтения внешних приборов встроенным в профессиональной фотографии и кинематографе.

Измерение яркости[править | править вики-текст]

Измерение экспозиции по яркости

Измерение яркости объекта съёмки считается основным способом определения экспозиции, поскольку производится от съёмочной камеры или через её объектив[22]. 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 отобразятся одинаковой оптической плотностью.

Для исключения ошибок и разночтений все существующие системы экспонометрии привязаны к усреднённому серому, которому примерно соответствует отражение 18 % упавшего света. На характеристической кривой проявленного фотоматериала этот тон располагается примерно посередине, соответствуя V зоне шкалы Адамса[23]. 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.

Принято различать интегральное измерение яркости, когда осуществляется замер усреднённой яркости всей снимаемой сцены, и измерение отдельных участков и объектов. Сравнение результатов замера самых тёмных участков сюжета с самыми светлыми также позволяет получить правильную экспозицию и согласовать контраст с фотографической широтой.

Измерение освещённости[править | править вики-текст]

Принцип измерения экспозиции по освещённости: светоприёмник размещается у измеряемой сцены в направлении камеры

При измерении «по освещённости» определяется интенсивность падающего света, от которой напрямую зависит освещённость снимаемой сцены[24]. Такой способ в большинстве случаев наиболее точен, поскольку измеренная экспозиция не зависит от отражательной способности объекта съёмки[14]. Привязка экспозиционных параметров к освещённости сцены исключает ошибки, связанные с нестандартной отражательной способностью,. 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[25]. 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 измерения.

Цифровая фотография[править | править вики-текст]

Цифровая фотография в некоторых случаях позволяет 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.

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[24]. Во флэшметрах могут использоваться только кремниевые или арсенидо-фосфидо-галлиевые фотодиоды, обладающие малой инерционностью, поскольку все остальные типы светоприёмника не реагируют на быстрые изменения яркости. 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[* 1], 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[26][27]. Например, фотометры «Gossen» позволяют измерять в том числе оптическую плотность светофильтров[28].

Спотметр[править | править вики-текст]

Спотметр «Pentax»

Спотметр — фотоэлектрический экспонометр, предназначенный для избирательного измерения яркости света, излучаемого его источниками или отражённого от объектов съёмки. От обычного экспонометра отличается измерением в пределах очень небольшого угла. Это позволяет осуществлять точечный замер яркости небольших объектов или их отдельных участков, не подходя к ним вплотную[14]. Угол измерения большинства таких приборов не превышает 1—3°[29]. Частичное измерение особенно актуально для контрастных сцен и при контровом освещении, когда сюжетно важный объект съёмки значительно отличается по яркости от остального сюжета[30].

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 %[31][32]. 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.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Выдержка синхронизации определяется конструктивными особенностями затвора

Источники[править | править вики-текст]

  1. Справочная книга кинолюбителя, 1977, с. 196.
  2. Экспозиция в цифровой фотосъёмке, 2008, с. 18.
  3. Телевидение, 2002, с. 327.
  4. 1 2 Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 161.
  5. Карманный справочник по фотографии, 1933, с. 182.
  6. Советское фото, 1934, с. 42.
  7. Краткий справочник кинолюбителя, 1977, с. 194.
  8. Карманный справочник по фотографии, 1933, с. 183.
  9. 1 2 Общий курс фотографии, 1987, с. 126.
  10. Фотомагазин, 1998, с. 16.
  11. Фотография: Техника и искусство, 1986, с. 56.
  12. 1 2 Фотография: Техника и искусство, 1986, с. 57.
  13. Советское фото, 1968, с. 37.
  14. 1 2 3 Общий курс фотографии, 1987, с. 128.
  15. Фотография: Техника и искусство, 1986, с. 58.
  16. Фотоаппараты, 1984, с. 75.
  17. Что такое полуавтомат (рус.). Автоматизация. Zenit Camera. Проверено 24 октября 2015.
  18. Общий курс фотографии, 1987, с. 41.
  19. Modern Photography's Annual Guide to 47 Top Cameras: Beseler Topcon Super D (англ.) // Modern Photography : журнал. — 1969. — No. 12. — P. 91. — ISSN 0026-8240.
  20. MediaVision, 2015, с. 38.
  21. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 57.
  22. Фотокинотехника, 1981, с. 432.
  23. Советское фото №1, 1980, с. 40.
  24. 1 2 Фотомагазин, 1998, с. 20.
  25. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 163.
  26. Фотомагазин, 1998, с. 21.
  27.  (рус.) Мультиметр FL 17/22.
  28. Фотокурьер, 2007, с. 22.
  29. Фотомагазин, 1998, с. 24.
  30. Справочная книга кинолюбителя, 1977, с. 195.
  31. Фотоаппараты, 1984, с. 91.
  32. Фотомагазин, 1998, с. 19.

Литература[править | править вики-текст]

  • Г. Андерег, Н. Панфилов. Глава VIII. Экспонометрирование // Справочная книга кинолюбителя / Д. Н. Шемякин. — Л.: «Лениздат», 1977. — С. 192—199. — 368 с. — 100 000 экз.
  • Владимир Анцев Зонная система при экспонировании (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1980. — № 1. — С. 39,40. — ISSN 0371-4284.
  • Б. Бакст Gossen — эталон точности (рус.) // «Фотокурьер» : журнал. — 2007. — № 2 (122). — С. 12—22.
  • О. Ф. Гребенников. Киносъёмочная аппаратура / С. М. Проворнов. — Л.: «Машиностроение», 1971. — 352 с. — 9000 экз.
  • В. Е. Джакония. Телевидение / В. Н. Вяльцев. — М.: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 311—316. — 640 с. — 2000 экз. — ISBN 5-93517-070-1.
  • Е. А. Иофис. Фотокинотехника. — М.: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 18—20. — 449 с. — 100 000 экз.
  • Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин. Раздел пятый. Фотосъёмка // Краткий справочник фотолюбителя. — М.: «Искусство», 1985. — С. 148—167. — 367 с. — 100 000 экз.
  • 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. — 9200 экз. — ISBN 5-217-00900-4.
  • 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.
  • Э. Фогель. Карманный справочник по фотографии / Ю. К. Лауберт. — 14-е изд.. — М.: «Гизлегпром», 1933. — 368 с. — 50 000 экз.
  • 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.
  • М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л.: «Машиностроение», 1984. — 142 с. — 100 000 экз.
  • М. Шульман Методы точного измерения экспозиции (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1968. — № 1. — С. 37, 38. — ISSN 0371-4284.
  • Экспонометрия и экспонометры (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 1998. — № 1—2. — С. 16—24. — ISSN 1029-609-3.

Ссылки[править | править вики-текст]