Экспозиционное число

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Экспопара»)
Перейти к: навигация, поиск

Экспозиционное число, экспозиционный канал (англ. Exposure Value, EV) — условное целое число, однозначно характеризующее экспозицию при фото- и киносъёмке[1]. Одному и тому же экспозиционному числу могут соответствовать различные комбинации выдержки и диафрагмы (экспопары), но одно и то же количество света[* 1]. В соответствии с законом взаимозаместимости эти сочетания по действию на светочувствительный материал равнозначны и соответствуют одному и тому же экспозиционному числу. При этом, экспозиционное число не является фотометрической величиной и без знания конкретного значения светочувствительности не может быть однозначно сопоставлено с освещённостью и яркостью.

Шаг логарифмической шкалы экспозиционных чисел, соответствующий двухкратному изменению экспозиции, принято называть экспозиционная ступень[2]. Понятие экспозиционного числа разработано в 1954 году немецким конструктором фотозатворов Фридрихом Декелем для упрощения подбора сочетания экспозиционных параметров[3]. Изменение сочетания выдержки и диафрагмы при постоянном экспозиционном числе позволяет регулировать глубину резкости и передачу движения без отклонения общей экспозиции. Первые шкалы экспозиционных чисел появились на фотоаппаратах с центральным затвором[4].

Шкала экспозиционных чисел на оправе объектива с центральным затвором фотоаппарата «Focaflex»

Физический смысл[править | править вики-текст]

Первоначальное обозначение , принятое как один из стандартов ISO, со временем трансформировалось в современный английский акроним EV или eV, получивший статус международного символа[5]. Шкала экспозиционных чисел основана на логарифмической зависимости с основанием 2:

где N соответствует диафрагменному числу, а t — времени экспозиции в секундах. Таким образом, значение EV 0 соответствует экспозиции с выдержкой в 1 секунду при относительном отверстии f/1,0[3][6]. Однако, при этом же значении экспозиционного числа возможны и другие комбинации выдержки и диафрагмы: 2 секунды при f/1,4; 4 секунды при f/2,0; 8 секунд при f/2,8 и так далее. При любом из этих сочетаний экспозиция, получаемая фотоматериалом или фотоматрицей, будет постоянной, а изменяться будут глубина резко изображаемого пространства и величина смазывания движущихся объектов[* 2]. Каждое изменение экспозиционного числа на единицу, называемое ступенью (жаргонное название «стоп»), соответствует изменению экспозиции вдвое. Так, уменьшение на единицу соответствует более короткой выдержке или закрытию диафрагмы на одну ступень[7].

Тем не менее, экспозиционное число не является фотометрической величиной, а характеризует соотношение между конкретными значениями экспозиционных параметров, непосредственно не связанное с яркостью и освещённостью. Как известно, фотометрическое понятие экспозиции выражается зависимостью[8]:

где Hv — экспозиция, E — освещённость в плоскости действительного изображения, а t — выдержка. Освещённость E зависит от относительного отверстия объектива и яркости объекта съёмки, которая не учитывается экспозиционным числом. Во избежание путаницы вместо экспозиционного числа чаще используется понятие экспозиционные параметры, а производители фотоаппаратов предпочитают термин «Экспозиционные установки камеры» (англ. Camera Exposure Settings). Система экспозиционных чисел, стала основой для аддитивной шкалы APEX, принятой в США в виде стандарта ASA PH2.15-1964.

В СССР система была практически неизвестна и понятие экспозиционного числа также не получило распространения. Вместо него использовались табличные методы вычисления экспозиции, содержащие другие условные числа, не имеющие ничего общего с общепринятым экспозиционным[9]. Лишь в некоторых советских фотоаппаратах с центральными затворами наносились экспозиционные шкалы международного стандарта[7]. В западных странах система APEX так и не дошла до стадии утверждения в виде разметки шкал аппаратуры из-за массового внедрения фотоэлектрических экспонометров.

В современной справочной литературе понятие экспозиционного числа применяется для обозначения конкретных сочетаний выдержки и диафрагмы, чаще всего при описании диапазона работоспособности экспонометров, автофокуса и других устройств, зависящих от световых условий. В экспозиционных числах («стопах») измеряется также фотографическая широта цифровых устройств регистрации изображения.

Таблица 1. Значения экспозиционного числа для различных экспозиционных параметров
Относительное отверстие
Выдержка
в секундах
f/1,0 f/1,4 f/2,0 f/2,8 f/4,0 f/5,6 f/8,0 f/11 f/16 f/22 f/32 f/45 f/64
60 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6
30 −5 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7
15 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
8 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1/4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1/8 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1/15 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1/30 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1/60 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1/125 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
1/250 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1/500 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1/1000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
1/2000 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1/4000 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1/8000 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

На практике используются только целые значения экспозиционных чисел, соответствующие сочетаниям стандартных величин выдержки и диафрагмы, общепринятых в фотоаппаратуре. Дробные значения получили распространение при описании изменения уровня экспозиции, чаще всего, экспокоррекции. Для киносъёмки аналогичная таблица выглядит значительно проще, поскольку в большинстве случаев при стандартной кадровой частоте и постоянном угле раскрытия обтюратора используется единственное значение выдержки, однако в кинематографе система экспозиционных чисел не получила распространения.

Таблицы экспозиционных чисел[править | править вики-текст]

В большинстве ситуаций точное определение экспозиции без фотоэлектрического экспонометра невозможно, однако знание экспозиционного числа, соответствующего тому или иному типу сюжета, помогает ориентироваться при вычислении нужных экспопараметров[10]. Для сопоставления конкретного числа с освещённостью требуется знание светочувствительности. При значении этого параметра, равного ISO 100, все экспозиционные числа принимаются равными соответствующим световым[11].

Таблица 2. Экспозиционные числа для различных условий освещения при светочувствительности ISO 100
Световые условия EV100
Естественное освещение на улице
Освещённые песок или снег при ярком солнце или лёгкой дымке (резкие тени)[* 3] 16
Усреднённый сюжет при ярком солнце или лёгкой дымке (резкие тени) 15
Освещённая ярким солнцем стандартная серая карта 15
Усреднённый сюжет при солнце в дымке (мягкие тени) 14
Усреднённый сюжет при лёгкой облачности (тени отсутствуют) 13
Усреднённый сюжет при плотной облачности 11–12
Сюжет в глубокой тени при ярком солнце 12
Ландшафт, освещённый лунным светом[* 4]
Полнолуние от −3 до −2
Месяц (четверть) −4
Полумесяц −6
Ландшафт, освещённый светом звёздного неба −15
Искусственное освещение на улице
Неоновые и светодиодные вывески 9–10
Ночной спорт 9
Огонь и горящие здания 9
Яркие ночные сцены 8
Ночные сцены на улице и освещённые окна 7–8
Ночной уличный траффик 5
Ярмарки и парки с аттракционами 7
Новогодняя ёлка, подсветка зданий 4–5
Освещённые здания, памятники и фонтаны 3–5
Освещённые здания издалека 2
Искусственное освещение в интерьере
Выставочные залы, галереи 8–11
Стадионы и театральные сцены при полном освещении 8–9
Ледовые шоу с заливающим светом 9
Арена цирка с заливающим светом 8
Офисы и цеха 7–8
Домашние интерьеры 5–7
Новогодняя ёлка 4–5
Источники света
Искрящийся снег на ярком солнце 21
Яркий источник искусственного света 20
Солнечные блики на блестящих металлических предметах 19
Солнечные блики на поверхности воды 18
Диск Луны[* 4]
Полная 15
Ущербная 14
Месяц (четверть) 13
Полумесяц 12
Радуга
На фоне чистого неба 15
На фоне туч и облаков 14
Небосвод у горизонта
Перед закатом 12–14
На закате 12
Сразу после заката 9–11
Полярное сияние
Яркое от −4 до −3
Среднее от −6 до −5
Млечный путь от −11 до −9

Приведённая таблица позволяет с ограниченной точностью определять экспозиционное число, соответствующее описанным световым ситуациям для одного значения светочувствительности. При другой чувствительности для пересчёта используется закон взаимозаместимости, из которого следует, что при повышении значения ISO в два раза, соответствующее экспозиционное число возрастает на единицу. Одним из следствий приведённых таблиц может считаться эмпирическое правило F/16, позволяющее вычислять экспозиционные параметры более простым способом.

Экспозиционное число в фотоаппаратуре[править | править вики-текст]

Шкала экспозиционных чисел (красного цвета, вверху) на оправе объектива с центральным затвором (фотоаппарат «Юность»)

На большинстве фотоаппаратов не предусмотрена возможность перевода экспозиционных чисел в экспозиционные параметры. Однако, часть аппаратуры, оснащённая центральным затвором, снабжалась соответствующей шкалой, например советские «Искра», «Юность», «Зенит-4», а также некоторые модели зарубежных «Фохтлендеров» и «Kodak Pony II»[12]. С распространением фокальных затворов от подобных конструкций стали отказываться, но они долго использовались в профессиональной среднеформатной фотоаппаратуре, рассчитанной на сменную оптику с центральным затвором, например «Hasselblad» и «Rolleiflex SL66».

Шкала экспозиционных чисел или «экспозиционная шкала» при этом наносится на одно из соосных колец, управляющих выдержкой или диафрагмой, градуированных с одинаковым равномерным угловым шагом[13]. Поворот каждого из колец на один и тот же угол в любом месте шкалы при этом приводит к изменению соответствующих экспозиционных параметров в два раза[7]. Направления изменений подбираются противоположными, то есть при вращении колец в одну и ту же сторону выдержка укорачивается, а диафрагма открывается и наоборот[14]. Отдельная защёлка, расположенная на шкале экспозиционных чисел может запирать взаимное вращение обоих колец в соответствии с выбранным на этой шкале значением. В результате, вращение установочных шкал происходит синхронно таким образом, что экспозиция остаётся постоянной во всём диапазоне изменения параметров съёмки[7]. Это повышает оперативность, позволяя быстро подбирать нужное сочетание в зависимости от сюжета: закрытую диафрагму для большой глубины резкости или короткую выдержку при съёмке быстрого движения[15].

В цифровой фотоаппаратуре шкалы экспозиционных чисел не встречаются. Некоторые экспонометры (например, спотметры Pentax) выдают показания в единицах EV для светочувствительности ISO 100. Более современные цифровые модели могут выводить результат в виде экспозиционного числа для конкретного значения чувствительности, устанавливающегося перед замером.

Экспокоррекция[править | править вики-текст]

Наиболее часто понятие и символ экспозиционного числа употребляется при разметке шкал экспокоррекции. В этом случае термин экспозиционная ступень используется как относительная величина, выражающая разницу между номинальным и расчётным уровнями экспозиции. В отличие от абсолютных величин экспозиционных чисел, отрицательные значения которых соответствуют очень низким уровням освещённости, знак экспокоррекции отражает сторону, в которую изменяется экспозиция. Так, абсолютное значение -1 EV соответствует выдержке в 4 секунды при f/1,4, в то время как -1 EV при экспокоррекции обозначает уменьшение экспозиции на 1 ступень по сравнению с номинальной. В то же время, положительные величины экспокоррекции обозначаются знаком «+», например +2 EV соответствует увеличению экспозиции на 2 ступени.

Шкала экспокоррекции противоположна шкале абсолютных значений экспозиционных чисел, то есть при коррекции +1 EV экспозиционное число должно уменьшиться на ту же величину. Например, если при съёмке слишком тёмного объекта по результатам измерения, дающего 15 EV, требуется экспокоррекция +2 EV, в конечном счёте увеличение выдержки или открытие диафрагмы приведёт к уменьшению числа до 13.

Взаимосвязь с яркостью и освещённостью[править | править вики-текст]

При известной светочувствительности существует прямая взаимосвязь между экспозиционным числом и такими фотометрическими величинами, как яркость и освещённость. Правильная экспозиция при данных световых условиях и светочувствительности определяется при помощи равенства[16]:

где

  • диафрагменное число;
  • — выдержка в секундах;
  • — усреднённая яркость сцены в канделах на м²;
  • — числовое значение светочувствительности ISO;
  • — калибровочный коэффициент экспонометра[17];

Используем в логарифме формулы экспозиционного числа вместо левой правую часть этого равенства. Тогда число EV определяется при помощи выражения:

Коэффициент подбирается производителями самостоятельно и чаще всего равен 12,5 (в том числе у Canon, Nikon и Seconic). В этом случае и при светочувствительности ISO 100 зависимость выглядит, как равенство:

Используя эту зависимость, при помощи экспонометра можно измерять яркость света, отражённого от объекта съёмки.

Таблица 3. Соответствие экспозиционных чисел и яркости (для ISO 100 и коэффициента K = 12,5) и освещённости (для ISO 100 и коэффициента C = 250)
  EV100     Яркость   Освещённость
  кд/м2     фут-ламберт     Люкс     фут/кд  
-4 0.008 0.0023 0.156 0.015
-3 0.016 0.0046 0.313 0.029
-2 0.031 0.0091 0.625 0.058
-1 0.063 0.018 1.25 0.116
0 0.125 0.036 2.5 0.232
1 0.25 0.073 5 0.465
2 0.5 0.146 10 0.929
3 1 0.292 20 1.86
4 2 0.584 40 3.72
5 4 1.17 80 7.43
6 8 2.33 160 14.9
7 16 4.67 320 29.7
8 32 9.34 640 59.5
9 64 18.7 1280 119
10 128 37.4 2560 238
11 256 74.7 5120 476
12 512 149 10,240 951
13 1024 299 20,480 1903
14 2048 598 40,960 3805
15 4096 1195 81,920 7611
16 8192 2391 163,840 15,221

Определение зависимости даёт сравнительно точные результаты для отражённого света. При измерении падающего света (освещённости) дополнительные разночтения могут привноситься типом измерительного сенсора, которые делятся на две главных разновидности: плоские и полусферические с различным распределением направлений чувствительности. При измерении плоским светоприёмником чаще всего используется коэффициент C=250, а зависимость при ISO 100 принимает вид:

Однако на практике, когда большинство объектов съёмки имеют объём и различную ориентацию относительно источников света, более точный результат может быть получен полусферической измерительной головкой, для которой коэффициент C составляет 320 (Minolta) или 340 (Seconic) для освещённости в люксах.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Понятие «экспозиционное число» применимо только для непрерывного освещения, и непригодно для вычисления экспозиции, даваемой фотовспышками
  2. Исключение составляют отклонения от закона взаимозаместимости из-за эффекта Шварцшильда, проявляющиеся при очень длинных или сверхкоротких выдержках
  3. Значение справедливо для фронтального освещения в дневное время, начинающееся через два часа после восхода, и заканчивающийся за два часа до заката. Для бокового света число уменьшается на единицу, а для контрового — на 2 EV
  4. 1 2 При высоте Луны над горизонтом более 40°

Источники[править | править вики-текст]

  1. Фотокинотехника, 1981, с. 431.
  2. Экспозиционные числа и основополагающий характер экспозиции (рус.). Хостинг картинок. Проверено 17 октября 2015.
  3. 1 2 Экспозиционное число (рус.). Экспонометрия. Zenit Camera. Проверено 17 октября 2015.
  4. Фотоаппараты, 1984, с. 78.
  5. Советское фото, 1990, с. 46.
  6. Константин Воронов. Экспозиция. Часть 3. Как измеряется экспозиция? Ступени экспозиции (рус.). Обзоры. Prophotos (22 апреля 2015). Проверено 17 октября 2015.
  7. 1 2 3 4 Фотоаппараты, 1984, с. 79.
  8. Общий курс фотографии, 1987, с. 125.
  9. Краткий фотографический справочник, 1952, с. 204.
  10. Экспозиционные числа EV для различных условий освещения (рус.). Фотография. «Prostophoto». Проверено 17 октября 2015.
  11. Ken Rockwell. What are LV and EV (англ.) (October 2013). Проверено 17 октября 2015.
  12. Советское фото, 1963, с. 34.
  13. Выбор фотоаппарата, 1962, с. 40.
  14. Общий курс фотографии, 1987, с. 130.
  15. Шульман М.Я. Разработка устройств для автоматизации установки экспозиции в фотоаппаратах (рус.). Фототехника. Государственный оптический институт имени С. И. Вавилова (1958). Проверено 24 октября 2015.
  16. Фотоаппараты, 1984, с. 73.
  17. Ansel Adams, 2005, с. 43.

Литература[править | править вики-текст]

  • Д. З. Бунимович. Выбор фотоаппарата / Е. А. Иофис. — М.: «Искусство», 1962. — 128 с. — 150 000 экз.
  • Е. А. Иофис. Фотокинотехника. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 431. — 449 с.
  • В. В. Пуськов. Краткий фотографический справочник / И. Кацев. — М.: Госкиноиздат, 1952. — С. 203—215. — 423 с. — 50 000 экз.
  • Фомин А. В. Глава IV. Сенситометрия // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 75—103. — 256 с. — 50 000 экз.
  • М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л.,: «Машиностроение», 1984. — 142 с.

Ссылки[править | править вики-текст]