Дневное освещение

Вид материала

Документы

Содержание Дополнительные цвета Цветовой круг Закон взаимозаместимости Измерение яркости. Интегральная яркость Интервал яркостей объекта EV или экспозиционных ступенях Экспозиционная ступень Источники искусственного света Линейчатый спектр Электролюминесценция – Катодолюминесценция – Люминесцентные лампы Световая отдача (η) Световой поток (F) Температурное излучение – Цветовая температура Цветофотографической температуре Число майред Закон обратных квадратов ... Полное содержание

Подобный материал:

• 3. 1 Архитектурное наследие Украины, 372.49kb.
• Учебно-материальная база Кабинет русского языка и литературы, 490.88kb.
• Светильники Организация рабочего места для создания комфортных зрительных условий Освещение, 765.94kb.
• План: Общие сведения. Основные физические характеристики. Гигиенические требования, 71.01kb.
• Пфр объявляет конкурс «Доверие» среди журналистов на лучшее освещение социальной, 21.09kb.
• Пфр объявляет конкурс «Доверие» среди журналистов на лучшее освещение социальной, 21.37kb.
• Курсовых экзаменов на 2 курсе первый проректор мгмсу лечебного факультета профессор, 24.13kb.
• Распределение тем рефератов по дисциплине ксе для студентов группы гму -1/5 (дневное, 61.93kb.
• Примерное 20-ти дневное меню для детей 3-7 лет в группах детского сада с 12-ти часовым, 397.7kb.
• Практикум предназначен для студентов-юристов всех форм обучения (дневное и заочное, 784.74kb.

Дневное освещение – освещение, создаваемое светом солнца. Представляет собой сложный вид освещения, которое складывается из направленного света прямых солнечных лучей, рассеянного света от безоблачного неба и света, рассеянного облаками. Характеристики дневного освещения зависят от географической широты места, от времени года и времени суток и, конечно же, от состояния погоды. И тем ни менее, свойства дневного освещения достаточно хорошо описаны в справочной литературе. Например, максимальная освещённость на широте Москвы в середине июня в 2 часа дня составляет 72 000 лк, а цветовая температура прямого солнечного света при этом составляет 4800К. При этом суммарная цветовая температура Д.о. (солнечный свет и рассеянный свет неба) составляет 5500К. Эта величина и принята за норму цветовой температуры Д.О. К вечеру и с утра уровень освещённости от прямых солнечных лучей ниже, чем днём. Цветовая температура прямых солнечных лучей также меняется в течение дня: возрастает к полудню, достигая 4800К, и уменьшается к моменту заката (иногда до 1500К). Степень снижения цветовой температуры прямого солнечного света вечером, а также цветовая температура рассеянного света неба зависит от состояния атмосферы.

Максимальная освещённость на поверхности земли (в районе экватора) может достигать 130 000 люкс.


Дополнительные цвета — это цвета, при оптическом смешении которых возникает ощущение ахроматического (белого) цвета. Исаак Ньютон экспериментально установил, что для любого цвета существует дополнительный цвет. Например, дополнительным к синему является желтый цвет, а к фиолетовому дополнительным будет жёлто-зелёный. Но поскольку в фотографии три цвета – синий, зелёный и красный – называются «основными», «дополнительными» принято называть цвета, дополнительные к основным, то есть желтый, пурпурный и голубой. Более подробно вопросы основных и дополнительных цветов рассмотрены в статье Синтез цвета.


Хроматический цвет – характеристика объекта, вызывающая цветовое ощущение (красный, оранжевый, жёлтый, зелёный и т.д.). В соответствии с трёхзональной моделью цветового зрения, предложенной в середине XIX века Юнгом и Гельмгольцем, наше восприятие цвета является результатом воздействия света с разными длинами волн на три вида светочувствительных рецепторов: красночувствительные, зелёночувствительные и красночувствительные. Причём, зоны чувствительности этих рецепторов весьма широкие и в значительной степени пересекающиеся (см. рис. ). Это позволяет нам видеть спектр непрерывного перехода одних цветов в другие.

Хроматический цвет


Синтез цвета – получение нового цвета из двух или более исходных цветов. Различают аддитивный и субтрактивный синтез цвета. В основе аддитивного синтеза лежит утверждение (экспериментально подтверждённое), что любой цвет можно получить путём оптического смешения трёх основных цветов: синего, красного и зелёного. Законы сложения цвета впервые изучил и описал в начале XVIII века Исаак Ньютон. В частности он обнаружил:

для любого цвета на цветовом круге существует дополнительный цвет;

при сложении двух недополнительных цветов всегда образуется новый цвет, нежащий на короткой дуге цветового круга между двумя исходными цветами (например, при сложении равных по интенсивности излучений красного и зелёного цветов образуется желтый цвет);

результат сложения цветов определяется тем, какие цвета складываются, и не зависит от того, как эти цвета получены (например, при сложении синего и жёлтого цвета образуется белый, независимо от того взят ли жёлтый цвет из спектра или он получен путём сложения красного и зелёного).

Эти законы обусловлены тем, что глаз человека имеет в сетчатке глаза только три вида колбочек: синечувствительные, зелёночувствительные и красночувствительные. И наше ощущение цвета синтезируется в зрительном аппарате по результату воздействия света на эти три типа рецепторов глаза. Спектральные чувствительности этих цветочувствительных рецепторов очень широкие и в значительной степени пересекаются. (рис. ). Эти обеспечивается плавные изменения в цветах спектра.


Рис.


Таким образом, можно записать следующие цветовые уравнения:

С + З = Г

З + К = Ж

К + С = П

С + З + К = Б (белый).

То есть для нашего зрения белый цвет (и это надо всегда помнить!) есть сумма синего, зелёного и красного цветов.

Жёлтый цвет для нас – это зелёный с красным. Но жёлтый цвет можно получить, вычитая (то есть поглощая) из белого света синий.

Ж = Б – С. Аналогично:

П = Б – З

Г = Б – К.

Жёлтый, пурпурный и голубой цвета в фотографии принято называть дополнительными.

Таким образом, мы можем получить любой цвет путём вычитания из белого основных цветов:

С = Б – З – К

З = Б – К – С

К = Б – З – С.

Такой синтез цвета называется субтрактивным или вычитательным. Для этого используются светофильтры дополнительных цветов. Стандартный комплект светофильтров включает 33 светофильтра: 11 жёлтых, 11 пурпурных и 11 голубых – имеющих разную плотность. Эти фильтры обозначаются в «процентах» в виде трёх пар цифр: ЖЖ ПП ГГ. На первом месте проценты жёлтого, на втором – пурпурного и на третьем – голубого. Вместо 100 принято писать 99. (Строго говоря, это не есть проценты поглощения основных цветов и 100-процентный жёлтый (99 00 00) не поглощает весь синий цвет. Это всего лишь условные единицы и «проценты» ГОСТа не совпадают с «процентами» фильтров Кодака)

В цветной полиграфии также используется субтрактивный способ цветообразования с помощью жёлтого, пурпурного, голубого и чёрного красителей.


Цветовой круг – схема, систематизирующая цвет по цветовому тону. В спектре цвета плавно переходят один в другой, однако в спектре отсутствуют пурпурные, лиловые, малиновые тона. При этом в фиолетовом цвете мы явно чувствуем присутствие красного цвета. Поэтому Исаак Ньютон расположил все цветовые тона по мере схожести друг с другом по кругу. (см. рис.55). Ньютон расположил цвета так, чтобы друг против друга лежали взаимодополнительные цвета. В дальнейшем цветовой круг несколько видоизменялся (Цветовой круг Гёте, Цветовой круг Манселла и др.), где условие взаимодополнительности противоположных тонов не соблюдается.

DX – код – специальная кодировка, наносимая на кассету и ракорд всех современных 35мм фотопленок. Впервые использована в 1983 году фирмой Кодак. С помощью DX кода в камеру автоматически вводится информация о чувствительности пленки, количестве кадров и фотографической широте. DX код состоит из нанесённых на кассету двенадцати секторов. Сектора могут быть либо токопроводящими (металлическими) либо нет (черными). Кроме того, наносится специальный штрих-код на корпус кассеты, растровый код на ракорд пленки и скрытый штрих-код на перфорацию пленки. Эти коды считываются минилабораторией и отображают тип пленки, фирму изготовителя, серию, чувствительность. Применение данной системы кодирования обеспечивает не только автоматизацию процесса съемки, но также обработку и печать пленок в центрах обслуживания.

Закон взаимозаместимости. Согласно этому закону необходимую экспозицию фотоэмульсии можно получить, используя любую из пар выдержка-диафрагма, соответствующую формуле

_t

—— = K

f²


Здесь t – время экспонирования,

f – знаменатель относительного отверстия,

K – постоянная величина, определяемая с помощью экспонометра и зависящая от яркости снимаемого объекта и чувствительности фотоэмульсии. Например, если необходимая экспозиция получается при выдержке 1/15 с и индексе диафрагмы 8 , то тот же самый результат будет получен при использовании любой из указанных ниже пар:

t	1/15	1/30	1/60	1/125	1/250
f	8	5,6	4	2,8	2

Следует отметить, что при очень длинных (более 1 секунды) и очень коротких (менее 1/1000 с) выдержках закон взаимозаместимости не выполняется (эффект Шварцшильда) и образующаяся на фотоматериале плотность оказывается меньше ожидаемой (падает чувствительность фотоэмульсии).


Измерение яркости. Яркость объекта может быть измерена с помощью яркомера или определена косвенно по освещённости Е и коэффициенту отражения поверхности ρ по формуле:

ρ

B = — E .

^π


Импульсные источники света – источники, излучающие свет в виде одного или серии импульсов-вспышек. По принципу действия импульсные источники бывают газоразрядные и пиротехнические. Импульсные источники используются в фотовспышках, стробоскопах, импульсных лазерах.


Интегральная яркость – усреднённое по всей площади (или по значительной части) кадра значение яркости объекта. Определяется яркомером с достаточно большим углом замера (обычно угол замера составляет 15-50⁰) или системой TTL с большой площадью замера.


Интервал яркостей объекта – отношение максимальной и минимальной яркостей объекта.

B_max

ΔB = ——

^B_min


Иногда интервал яркостей выражают в логарифмических единицах – экспозиционных числах EV или экспозиционных ступенях :

ΔEV = EV_max - EV_min


Эта величина очень важна при решении экспонометрической задачи и при работе фотографа со светом, поскольку любая фототехнология имеет ограничения по возможности воспроизведения интервала яркостей. Обычно это 5 – 6 ступеней.


Экспозиционная ступень – изменение световой величины, определяющей экспозицию фотоэмульсии (яркости, освещённости, экспозиции) в 2 раза. Например, если освещённость объекта съёмки изменилась с 100 лк до 200 лк, то говорят, что освещённость возросла на 1 ступень. Все современные фотоэкспонометры имеют стандартизованую шкалу Э.с. – EV (exposure value ).

Источники искусственного света - устройства, преобразующие какой-либо вид энергии в световую. По принципу действия ИИС можно подразделить на пиротехнические, электрические, люминесцентные, а также лазеры.

Пиротехнические устройства являются самыми древними ИИС, но до настоящего времени они весьма широко используются. Излучение в таких источниках возникает вследствие химической реакции горения. Перечень пиротехнических источников света весьма широк: от свечей и различного рода масляных и керосиновых ламп до осветительных ракет. В фотографии пиротехнические магниевые вспышки были также первыми применяемыми ИИС.

В настоящее время в фотоосвещении используют в основном электрические источники, которые в свою очередь подразделяются на лампы накаливания, газоразрядные лампы и светодиоды. Важной характеристикой электрических источников является световая отдача, которая характеризует эффективность источника. Например световая отдача бытовых ламп накаливания составляет всего 10-15 лм/Вт, а у газоразрядных ламп может превышать 100лм/Вт.

^{Другой важной характеристикой ИИС является спектральная характеристика. У ламп накаливания, у свечи или керосиновой лампы это непрерывный спектр излучения, характерный для температурных излучений. Для газоразрядных ламп характерен линейчатый спектр, определяемый составом газов. Некоторые типы ИИС могут иметь смешанный спектр излучения, представляющий комбинацию непрерывного и линейчатого спектров (например, люминесцентные лампы).}

Другие характеристики ИИС, как то световой поток, светораспределение, электрические, эксплуатационные характеристики указываются для каждого конкретного ИИС в паспорте. (рис.: спектры излучения лампы накаливания, люминесцентной лампы, дуговой натриевой лампы)


Линейчатый спектр – спектр, представляющий собой набор излучений очень узких диапазонов длин волн. Линейчатый спектр присущ некоторым видам люминесценции, например электролюминесценции при газовом разряде, излучению светодиодов и лазеров.


Люминесценция (с латинского - «свечение») – широкий класс явлений, приводящих к излучению света. В отличие от температурного излучения Л. не связана с нагревом вещества. Причиной Л. является изменение внутреннего энергетического состояния атомов и молекул вещества. Для свечения вещество должно предварительно поглотить определенное количество энергии; при этом оно приходит в т. н. состояние возбуждения. Л. возникает при обратном переходе вещества из возбужденного состояния в нормальное за счет избыточной энергии. Например, если электрон переходит а атоме с большей орбиты на меньшую, то происходит излучение одного кванта энергии. (см. рис. ).


рис.


Длина волны такого кванта λ определяется его энергией е , которая, в свою очередь, определяется разницей энергетических уровней этих орбит р₁ – р₂:

e = h^.c/λ = р₁ – р₂


c – скорость света в вакууме, равная 298 000 км/с.

h – постоянная Планка.

Если длина волны кванта лежит в диапазоне 400 – 700 нм, то будет наблюдаться излучение света.

Такое изменение энергетического состояния атомов и молекул может инициироваться различными причинами, и в зависимости от этой причины различают виды Л.: фотолюминесценция, электролюминесценция, хемилюминесценция, катодолюминесценция, биолюминесценция и др.


Фотолюминесценция – люминесценция, при которой вещество излучает свет вследствие поглощения квантов оптического диапазона. Различают два вида Ф.: флуоресценция и фосфоресценция. При флуоресценции излучение происходит сразу же после поглощения возбуждающего кванта – промежуток времени не более 10^-8с. При фосфоресценции между поглощением и излучением света проходит более значительное время. Важным свойством Ф. Является то, что длина волны излучаемой всегда больше или равна длине волны поглощаемой.


Электролюминесценция – люминесценция вследствие воздействия на вещество электрического поля или электрического тока. Примером Э. является излучение при электрическом газовом разряде или свечение светодиодов. Излучению при Э. обычно присущ линейчатый спектр.


Катодолюминесценция – люминесценция люминофора вследствие бомбардировки его быстро летящими электронами. К. лежит в основе работы электроннолучевой трубки (кинескопа).


Хемилюминесценция – люминесценция вследствие химической реакции. Х. используется в специальных источниках света. В них в специальных капсулах содержатся реагенты. Чтобы привести такой источник света в действие необходимо разрушить капсулу. Реагенты смешиваются, начинается реакция, сопровождающаяся достаточно значительным излучением света.


Люминофор – вещество, способное излучать свет при фотолюминесценции или катодолюминесценции. Широкое применение Л. находят в люминесцентных лампах, в кинескопах компьютеров и телевизоров, где они являются источником света. Кроме того, люминофорами являются флуоресцентные краски, позволяющие получить цвета повышенной насыщенности и яркости.


Люминесцентные лампы – комбинированные источники света, в которых первичное излучение происходит вследствие газового разряда в парах ртути. Но поскольку пары ртути излучают преимущественно в ультрафиолетовой зоне спектра (184,9 и 253,7 нм) , лампа имеет вторичный излучатель – люминофор – которым колба покрыта изнутри. Люминофор флуоресцирует, поглощая ультрафиолет и излучая видимый свет. (Поэтому ЛЛ иногда, особенно в зарубежной литературе, называют флуоресцентными). Таким образом, спектр излучения ЛЛ складывается из линейчатого спектра излучения паров ртути (404, 435, 546 и 576 нм) и непрерывного спектра излучения люминофора. Цветность излучения определяется подбором люминофоров (рис. ).


ЛЛ появились в 1938 году и очень быстро стали распространяться, вытесняя лампы накаливания, поскольку имели гораздо более высокую светоотдачу (от 50 до 100 лм/Вт), невысокую стоимость и большой срок службы. Однако в фотоосвещении ЛЛ долгое время не находили широкого применения, т.к. имеют невысокую мощность (обычно не более 40 Вт). Другим существенным недостатком ЛЛ для их использования в фотографии является то, что в их спектре присутствует линия излучения ртути 546 нм. Это приводит к заметному «позеленению» излучения этих ламп и создаёт проблемы в сочетании ЛЛ с другими источниками света. Однако в последние годы появились ЛЛ, специально предназначенные для фото и киноосвещения – KINOFLO. Люминофоры этих ламп подобраны таким образом, чтобы цветность излучения соответствовала цветовой температуре баланса плёнок – 3200К или 5500К. Осветительные приборы с такими лампами сейчас весьма широко используются в оснащении фотопавильонов.

Кроме ЛЛ общего назначения выпускаются специальные лампы: ультрафиолетовые и цветные.


Световая отдача (η) – световой поток создаваемый одним ваттом потребляемой источником света мощности:

F

η = ―

P

Измеряется светоотдача в люменах на ватт – лм/Вт. Эта величина характеризует эффективность источника света. Очевидно, что чем выше величина светоотдачи, тем экономичнее источник. Ниже приведены приблизительные значения световой отдачи для источников различных типов.


Тип источника света световая отдача (лм/Вт)

Бытовая лампа накаливания 10 – 15

Кино – или фотолампа накаливания 25 – 30

Дуга интенсивного горения 50 – 60

Люминесцентные лампы 50 – 90

Металло–галогенные лампы 80 – 110

Максимально возможная (теоретически) светоотдача – 680 лм/Вт. Такую светоотдачу мог бы иметь источник света, излучающий всю энергию на длине волны 554 нм.


Световой поток (F) – мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое оно производит на человеческий глаз или по реакции какого либо другого светоприемника (кинопленки, видеокамеры, светочувствительного элемента экспонометра и т.д.).

Единицей измерения светового потока является люмен (лм ). 1 лм – световой поток, излучаемый с поверхности абсолютно черного тела площадью 0.5305 см² при температуре затвердевания платины. Один ватт солнечного излучения создает световой поток примерно 120 лм.


Температурное излучение – излучение электромагнитных волн вследствие нагрева какого-либо материала. Чем больше температура нагрева, тем более короткие волны будут излучатся и при температуре более 700 К нагретое вещество будет излучать видимый свет. Свойства ТИ хорошо изучены. В какой-то степени спектр излучения зависит от свойств нагреваемого материала, но эта зависимость непринципиальная. В физике существует идеальный ТИ – абсолютно чёрное тело – свойства излучения которого подчинены точным закономерностям. Спектр такого излучения всегда непрерывный и имеет максимум. Длина волны максимума излучения обратно пропорциональна температуре нагрева Т (закон смещения Винна), а мощность излучения пропорциональна Т⁴ (закон Больцмана).


Рис.

Каждой температуре характерна своя цветность излучения, что позволяет использовать ТИ абсолютно чёрного тела в качестве эталона цветности излучения (см. Цветовая температура). ТИ лежит в основе ламп накаливания.


Цветовая температура – характеристика цветности излучения. Цветность излучения оцениваемого источника света сравнивается с цветностью излучения идеального температурного излучателя – абсолютно чёрного тела (АЧТ). Цветовой температурой источника света будет такая температура АЧТ, при которой АЧТ будет излучать свет такой же цветности, что и оцениваемый источник. Единицей измерения ЦТ является Кельвин (К). Вот примеры ЦТ различных источников света:


Пламя парафиновой свечи 1800К

Пламя керосиновой лампы 2000К

Бытовая лампа накаливания 2500 – 2800К

Фото-кино лампа накаливания 3100 – 3400К

Прямой свет солнца днём 4500 – 4800К

Дневной свет (свет солнца и неба) 5200 – 5600К

Свет синего неба (в тени) 7000 – 12000К

Ксеноновая импульсная лампа (фотовспышка) 6000К

Металло-галогенная лампа 5000 – 6000К


Если цветность оценивается по действию на цветную фотоэмульсию, то говорят о Цветофотографической температуре. Надо отметить, что оценка цветности излучения с помощью ЦТ имеет два существенных недостатка:

Во-первых, не всякое излучение можно адекватно оценить цветовой температурой. Например, свет дуговой ртутной лампы не имеет никакой ЦТ, т.к. ни при какой температуре АЧТ не будет излучать такой же цветности свет. Цветовой температурой можно оценить только определённые источники света: огонь свечи или керосиновой лампы, любые лампы накаливания, дневной свет в любых его проявлениях, газоразрядные источники, предназначенные для кино и фотоосвещения (ксеноновые, металло-галогенные лампы, лампы Kinoflo).

Второе. ЦТ – величина неравномерная, т.е. одинаковому изменению ЦТ будет соответствовать разное изменение цветности в зависимости от того, какая была первоначальная ЦТ. Например, 3000 К и 3200 К хорошо различимы глазом, а 5000 и 5200 практически неразличимы. По этой причине по разности цветовых температур нельзя оценить различие цветности, а также цветовой температурой нельзя адекватно оценивать светофильтры. Кельвины цветовой температуры нельзя складывать и вычитать. Этот недостаток ЦТ однако можно преодолеть, используя число майред (mired – micro reciprocal degrees), определяемое как 10⁶/Т_цв . Число майред – величина равномерная и может использоваться как для оценки разницы цветностей излучения, так и для оценки светофильтров. Например, цветовую температуру 3200 К преобразует в 5500 К голубой фильтр -131 mrd, а 5000 К преобразует в 4000 К оранжевый фильтр +50 mrd. Различие цветности менее 20 mrd незначительно и не требует корректировки при съёмке на негативную плёнку. Однако при съёмке на обращаемую плёнку рекомендуется, чтобы цветность источников света не отличались более чем на 10 mrd от баланса плёнки.


Число майред – см. Цветовая температура


Цветофотографическая температура – величина, характеризующая цветовое воздействие излучения источника света на цветную фотоэмульсию – см. Цветовая температура


Закон обратных квадратов – связь между освещенностью, создаваемой точечным источником и расстоянием L от источника до освещаемой поверхности, выражаемая формулой:

I

E = ———,

L²


Эту связь освещённости и расстояния легко понять из рисунка.





Если на расстоянии L энергия луча падает на площадь S, то при увеличении расстояния в 2 раза та же энергия будет падать на площадь в четыре раза большую, а значит освещённость упадёт в 4 раза.

Надо отметить, что закон выполняется только для точечного источника света, т.к. именно в этом случае лучи расходятся из одной точки и освещаемая площадь увеличивается обратно пропорционально расстоянию. Действие закона обратных квадратов очень важно при работе со светом. Если используемый осветительный прибор можно считать точечным (например, при использовании фотовспышки), то освещённость очень сильно будет зависеть от расстояния и это создаст значительную неравномерность освещённостей переднего и заднего планов. И фотографу приходится искать пути преодоления действия закона, например, увеличивать размер выходного отверстия осветительного прибора.


Точечный источник света – источник света размер выходного отверстия которого в 10 и более раз меньше, чем расстояние до освещаемого объекта. Один и тот же источник света может быть точечным, если расстояние от него до освещаемого объекта велико и может не быть таковым при приближении к источнику.


Колориметр – прибор, позволяющий оценить цветность излучения. Существуют К., оценивающие цветовые координаты излучения (R,G,B или X,Y,Z), но в практике фотосъёмки обычно используют К., измеряющие цветофотографическую температуру. Кроме того, современные фотоколориметры позволяют оценить отклонение цветности излучения от заданной нормы, принимаемой за белый свет (см. Система LB-CC). В настоящее время в фотографии наиболее широко используются трёхзональные фотоэлектрические К., принцип действия которых основан на сравнении интенсивностей излучения в трёх зонах спектра – синей, зелёной и красной – измеренных тремя фотоэлектрическими светоприёмниками с установленными на них зональными светофильтрами.


Система LB-CC – колориметрическая система, применяемая в современных фотоколориметрах и позволяющая оценить цветность излучения и подобрать корректирующие светофильтры. В этой системе какая-то цветность излучения задаётся как «белый» свет. Источник света оценивается по степени отличия от этого «белого» по двум координатам: LB и СС.

Параметр LB указывает в майредах отличие цветовой температуры данного источника от цветовой температуры, принятой за «белое» и какой фильтр (сине-голубой или красно-оранжевый) необходимо применить, чтобы привести цветовую температуру источника света к цветовой температуре, принятой за «белый свет». Параметр СС указывает, насколько цветность данного излучения отличается от «белого» в сторону зелени или пурпура при той же цветовой температуре.


Колориметрия – раздел метрологии, занимающийся проблемами измерения цвета. Основоположником К. можно считать Исаака Ньютона, проведшего и описавшего различные опыты с цветом. Он сделал первый шаг к измерению цвета – систематезировал цвет по цветовому тону, построив цветовой круг (см. рис 55) .




рис 55

Кроме того, Ньютон проводил опыты по сложению излучений разного цвета, введя понятия основных и дополнительных цветов. Он экспериментально установил, что любой цвет может быть получен, как сумма излучений трёх цветов – синего, зелёного и красного – названных им основными цветами. Это утверждение легло в основу цветового уравнения, где цвет представляется суммой излучений трёх основных цветов (К, З, С) , взятых в определённой пропорции:


Ц = кК + зЗ + сС ,

Где с, з, к – коэффициенты, соответствующие смешиваемым интенсивностям излучений синего, зелёного и красного цвета. В зарубежной литературе эти значения интенсивностей обозначают соответственно R, G, B.

Следующим этапом в развитии К. стало построение тела цветового охвата. Впервые такую модель предложил Вильгельм Оствальд. Оствальд исходил из того, что цвет включает в себя три параметра: цветовой тон (Н), насыщенность (S) и светлоту (B). На плоском цветовом круге можно задать только два параметра: цветовой тон и насыщенность. Цветовой тон определяется местом цвета на цветовом круге, а насыщенность – удалённостью от центра. Следовательно для того, чтобы создать систему, в которой каждому цвету определено своё место, необходимо создать 3-мерную схему. Оствальд взял за основу цветовой круг Ньютона и добавил к нему ещё одну координату – светлоту, имеющую 8 градаций от белого до чёрного. Поскольку увеличение и уменьшение светлоты цвета ведёт к уменьшению насыщенности, тело цветового охвата Оствальда представляет собой два конуса, основанием которых является цветовой круг – цвета максимальной насыщенности (см. рис ).




рис


Цветовой круг был разбит на 24 цветовых тона, и каждый цветовой тон имел 7 градаций насыщенности. Таким образом, тело цветового охвата Оствальда включало в себя 680 цветов. Схема Оствальда была красивой, но не вполне точной. Её недостатки были учтены и исправлены в теле цветового охвата Манселла (Muncell).

Следующим этапом в развитии К. стал график МКО (Международной комиссии по освещению). Необходимость в его создании была вызвана тем, что не все насыщенные цвета можно получить из трёх основных цветов. Некоторые цвета, получаемые сложением основных цветов, имеют меньшую насыщенность, чем чистые спектральные цвета. И для того, чтобы действительно любой цвет можно было получить аддитивным способом, исходные основные цвета должны иметь насыщенность более 100%, то есть насыщеннее спектральных цветов. Реально таких цветов быть не может, но как математические абстракции такие цвета были введены. Их назвали X, Y, Z – красный, зелёный и синий соответственно.


Фактически график МКО – это видоизменённый цветовой круг, на котором размещены цвета 100% насыщенности. К центру насыщенность падает до 0. График МКО часто используют для указания цветности излучения различных источников света.

Кроме графика МКО в настоящее время применяются и другие колориметрические системы, например Lab. Величина L определяет яркость цвета, а – близость цвета к красному или зелёному цветовому тону, b – близость цвета к синему или жёлтому.

Надо отметить, что ни одна из существующих колориметрических систем не отражают в полной мере все феномены цветового зрения. Поэтому колориметрические системы продолжают развиваться и совершенствоваться.


Контраст объекта съёмки – соотношение максимального и минимального коэффициентов отражения в объекте съёмки. Например, если наиболее светлой частью кадра является снег с коэффициентом отражения ρ_сн= 0.96, а наименее светлым в кадре является чёрный свитер с коэффициентом отражения ρ_св= 0,03 , то К.О.С. равен:

Δ = ρ_сн :ρ_св = 32:1.


Обычно при портретной или жанровой съёмке

ρ_max= 0.7 – белая бумага, ρ_min= 0,04 – чёрная ткань.

В этом случае Δ = ρ_max :ρ_min = 16:1 , что составляет 4 экспозиционных ступени.


Контраст освещения – соотношение максимальной и минимальной освещённостей объекта съёмки:

ΔЕ = Е_max :Е_min

К.О. определяет характер освещения. Если освещение тональное, бестеневое, то ΔЕ=1. К.О. в яркий солнечный день может достигать 16 (4 EV) и более.


Лампа-вспышка – импульсный источник света, используемый в фотоосветительных приборах – фотовспышках. В настоящее время источником излучения в Л.-в. является кратковременный мощный газовый разряд в ксеноне. Принцип действия Л.-в. следующий. Конденсаторы большой ёмкости накапливают достаточно большую энергию. На газ внутри колбы лампы (ксенон) через специальный электрод снаружи колбы воздействуют электрическим полем высокой напряжённости. (На электроды подаётся напряжение порядка 5 000 вольт). В результате происходит ионизация газа и инициируется разряд между основными электродами лампы и через газ протекает электрический ток, накопленный конденсаторами. Когда запас энергии конденсаторов заканчивается, разряд прекращается. Обычно время светового импульса не превышает 1/500 секунды.


Фотовспышки – осветительные приборы, использующие импульсные источники света. Подразделяются на встроенные в фотокамеру, портативные и стационарные, павильонные. Кроме того, Ф. различаются по светооптической системе, по энергии светового импульса (указывается в Джоулях), по ведущему числу. Фотовспышки обладают рядом существенных достоинств перед другими осветительными приборами. Ф.– самые экономичные источники света т.к. они излучают свет только во время экспонирования фотоматериала. Их малые вес и размеры при высокой мощности, возможность использования автономного электропитания – батарей – делает Ф. совершенно исключительными осветительными приборами. Использование Ф. при портретной, репортажной и жанровой съёмках позволяет избежать использования осветительных приборов большой мощности, создающих большие освещённости и этим влияющих на снимаемых людей. То есть съёмку можно вести в комфортных для снимаемых людей световых условиях. Кроме того, Ф. может являться уникальным изобразительным средством, позволяющим получить совмещение в одном кадре размазки быстродвижущихся объектов и чёткой фиксации какой-то фазы движения. Дело в том, что длительность вспышки света (а следовательно и времени экспонирования) очень мала – как правило менее 1/500 с. При таком времени экспонирования происходит фиксирование одной фазы движения. Если при этом затвор камеры открывается на более длительное время (например 1/15, 1/8 секунды), то изображение движущихся объектов размазывается. Такое совмещение чёткого изображения и размазки позволяет более эффектно передать на снимке движение. Никаким другим способом такой эффект получить невозможно. Некоторые современные фотокамеры имеют возможность изменять момент срабатывания Ф.. Если вспышка происходит в начале цикла экспонирования (синхронизация «по первой шторке»), то на снимке смазка будет вперёд по направлению движения. /Хорошо бы иллюстрацию/.


При вспышке в конце цикла (синхронизация «по второй шторке») размазка произойдёт назад от движущегося объекта. /Хорошо бы иллюстрацию/.


Вместе с тем Ф. имеет ряд существенных недостатков. Поскольку обычно Ф. располагается непосредственно на камере, а выходное отверстие у неё мало, то:

освещённость, создаваемая Ф., падает согласно закону обратных квадратов. Это приводит к значительной неравномерности освещённости по глубине кадра.

направленный свет от камеры очень невыгоден с изобразительной точки зрения: изображение получается плоским, с резким теневым оконтуриванием.

Близкое расположение Ф. к объективу приводит к эффекту красных глаз.

Кроме того, кратковременность светового импульса очень осложняет художественную работу со светом. Фотографу приходится ориентироваться только на свой опыт и интуицию. Также весьма сложной оказывается и задача экспонометрического контроля. Однако все эти недостатки достаточно легко преодолимы. Во-первых, не рекомендуется использовать Ф. , расположенную на камере, в качестве основного источника света. (Прямой свет от накамерной Ф. может быть заполняющим или для создания бликов). Если Ф. является основным источником, то она должна быть отнесена от оптической оси объектива. Выходное отверстие Ф. желательно увеличить (с помощью отражателя или рассеивателя). Это также устранит эффект красных глаз.

Расчёт экспозиции при съёмке с фотовспышками.

Существует несколько способов экспонометрических расчётов при съёмке с Ф. Самый простой – по ведущему числу. Ведущим числом М Ф. называется произведение расстояния до объекта L и индекса диафрагмы f.

М = L^.f

Для определённой энергии фотовспышки, определённого угла светораспределения (угла действия) и определённой чувствительности плёнки эта величина постоянна. Как правило, ведущее число указывается для чувствительности 100 ISO. Например, для вспышки с энергией 100 Дж ведущее число может быть в пределах от 30 до 50 (в зависимости от угла действия). В соответствии с ведущим числом на Ф имеется табличный экспонометр, позволяющий определить индекс диафрагмы в зависимости от расстояния от Ф. до объекта. Например:

S=100 ISO

L	2	2.8	4	5.6	8	11	16	22	32
f	22	16	11	8	5.6	4	2.8	2	1.4

По такой таблице производится расчёт экспозиции в «ручном» режиме.

Другой, в настоящее время очень широко применяемый способ экспонометрического контроля – использование специальных экспонометров – флэшметров. С помощью флэшметра экспозиционный замер и расчёт экспозиционных параметров производят точно также, как и при обычной съёмке с использованием экспонометра. (Следует толко отметить, сто ни один флэшметр не учитывает эффект Шварцшильда (см. Закон взаимозаместимости). А поскольку энергия Ф. регулируется её длительностью, то при очень малых значениях энергии возможна экспозиционная ошибка в сторону недодержки. Поэтому для Ф. с регулируемой энергией рекомендуется для используемой плёнки провести тест на соответствие чувствительности при разных энергиях светового импульса).

Ещё один способ определения экспозиционных параметров – использование Ф. с пилотом. Пилотом называют небольшой непрерывный источник света (обычно лампа накаливания), располагаемый в непосредственной близости от лампы-вспышки. Мощность пилотной лампы должна быть соотнесена с энергией лампы-вспышки. Если при съёмке используется несколько Ф. с пилотом, то мощность пилотных ламп должна быть для всех Ф. пропорциональна энергиям световых импульсов. При использовании таких осветительных приборов (а это, как правило, при павильонной фотосъёмке), сначала включаются пилотные лампы и выставляется свет. При помощи обычного экспонометра производятся необходимые замеры и затем, учитывая соответствие между мощностью пилота и энергией вспышки, производится расчёт необходимого относительного отверстия для съёмки со вспышкой. В настоящее время выпускается большое количество стационарных павильонных фотовспышек с пилотными лампами. Многие из них имеют синхронизированное изменение энергии вспышки и мощности пилота. Однако испытание некоторых образцов таких Ф. показали, что при изменении энергии светового импульса, мощность пилотной лампы не всегда изменяется строго пропорционально. Поэтому перед съёмкой рекомендуется проверить такой прибор с помощью экспонометра и флэшметра или методом пробной съёмки. Огромным преимуществом Ф. с пилотом является то, что фотограф видит световой рисунок и при постановке света может работать более точно и избегать неожиданных бликов, невидных при импульсном освещении.

И ещё один способ решения экспонометрической задачи при съёмке с Ф. – автомат экспозиции, который имеется практически на всех современных фотовспышках. Принцип действия автомата следующий: на Ф. имеется экспонометрическое устройство, оценивающее интегральную яркость объекта съёмки. Когда во время вспышки экспозиция светоприёмника этого ЭУ достигает определённого уровня, устройство выдаёт сигнал на окончание светового импульса и вспышка гасится. Использования автомата экспозиции позволяет вести съёмку на одном значении относительного отверстия, что весьма удобно. Однако то, что АЭ производит интегральный замер яркости, может привести к значительным экспозиционным ошибкам. Поэтому надо очень осторожно относится к использованию АЭ и, по возможности, проверять действие АЭ с помощью флэшметра.


При одновременном использовании нескольких Ф. или Ф. и непрерывного источника света результирующее относительное отверстие f_Σ определяется по формуле:




где f₁, f₂ – значения знаменателей относительных отверстий, определённые отдельно для каждого из источников света, освещающих ключевую точку.

На практике такая ситуация встречается очень часто, когда мы используем Ф. для подсветки теней при съёмке на улице. В этом случае в ключевую точку (например освещённую солнцем часть лица) будет попадать как рисующий дневной свет, так и свет Ф. и расчёт экспозиции сведётся к трём типичным ситуациям:

1. Индексы диафрагм, определённые для рисующего источника света (например, солнца) и для Ф. равны: f_р = f_ф (например 5,6)

В этом случае экспозиция ключевой точки удвоится и диафрагму следует закрыть на 1 ступень (в нашем случае до 8).

2. Фотовспышка даёт экспозицию вдвое меньшую, чем рисующий свет (f_р = 5,6; f_ф= 4).

В этом случае ключевая экспозиция увеличится в 1,5 раза по сравнению с экспозицией рисующего света. Это означает, что диафрагму следует закрыть на ½ ступени, то есть до 5,6 ½ .

3. Разница в экспозициях составляет 2 и более ступеней. В этом случае влияние вспышки на ключевую экспозицию незначительно и может не учитываться. Диафрагма устанавливается по рисующему свету.

В светооптической системе Ф. чаще всего используются рефлекторы или зеркально- линзовые схемы. У портативных Ф. линза обычно бывает пластмассовая ячеистая или Френеля. У стационарных зеркально-линзовых Ф. применяется стеклянная линза Френеля.


Кольцевая вспышка – фотовспышка, имеющая осветитель в форме тора. КФ располагается вокруг объектива фотокамеры и является источником направленного бестеневого света.


Флэшметры – экспонометры, предназначенные для экспозиционных замеров при съёмке с фотовспышками. По своей конструкции и способам измерения не отличаются от обычных экспонометров. Они также подразделяются на приборы для замера по освещённости, замера по яркости и комбинированные. Поэтому очень многие современные экспонометры имеют режим работы «флэшметр». Отличие состоит в том, что при фотовспышке время экспонирования определяется длительностью светового импульса, поэтому Ф. выдаёт только значение индекса диафрагмы.

Большинство Ф. имеют два вида синхронизации момента измерения и вспышки. В «ждущем» режиме (обычно обозначается ↯) сам распознаёт вспышку света и определяет её интенсивность. Однако в ситуации, когда в одном месте работают несколько фотографов с фотовспышками, бывает трудно определить, чью вспышку мы промерили. В этом случае можно использовать «кабельную» синхронизацию (обозначается ↯_с ). При этом фотовспышка соединяется с Ф. синхрокабелем. При нажатии на кнопку замера Ф. происходит срабатывание фотовспышки и экспозиционный замер. Недостатком такого способа синхронизации является то, что для каждого замера необходимо подключать к прибору синхрокабель.

Некоторые современные Ф. имеют режим «MULTI», позволяющий определять экспозицию при использовании серии вспышек.


Лампы накаливания – электрические источники света, в которых излучение происходит в результате нагрева тела накала (в настоящее время это вольфрамовая спираль) проходящим через него электрическим током. Первая реально работающая ЛН была сконструирована Т. Эдисоном в 1879 году. В качестве тела накала в этой лампе Эдисон использовал обугленную пальмовую веточку. Лампа была вакуумной – кислород внутри колбы выгорал при первом разогреве тела накала. Одновременно с Эдисоном разрабатывал конструкции ЛН русский инженер Ладыгин. Именно он впервые предложил изготавливать тело накала из тугоплавких металлов – вольфрама и молибдена. Но не получив поддержки от российского правительства и не найдя инвесторов, Ладыгин продал Эдисону все свои разработки по ЛН.

Применение в качестве тела накала тугоплавкого сплава вольфрама и молибдена (с 1903 года) значительно повысило световую отдачу ЛН. Однако то, что лампы оставались вакуумными делало их недолговечными (в вакууме нить накала испаряется гораздо быстрее). А кроме того, лампы были взрывоопасны. С 1913 года ЛН стали делать газонаполненными, заполняя колбу инертным газом (аргоном или криптоном. Это позволило не только увеличить их срок службы, но и повысить светоотдачу до 15 лм/Вт за счёт повышения температуры тела накала и применения спирали вместо прямого куска проволоки. Такого типа ЛН поменяются до наших дней. Конечно, 15 лм/Вт – очень небольшая светоотдача, поэтому для фото и киноосвещения температуру спирали повысили ещё, доведя цветовую температуру ЛН до 3400К. Это позволило поднять световую отдачу ЛН до 30 лм/Вт, но это значительно снизило срок службы ламп до нескольких часов. Повысить срок службы ЛН удалось в 1959 году, когда были созданы кварцевые галогенные лампы. Колба такой лампы изготавливается из тугоплавкого кварцевого стекла, а внутрь колбы вводится небольшое количество галогена – йода. Принцип работы такой лампы следующий: в процессе работы вольфрам нити накала испаряется и вступает в химическую реакцию с йодом. Образующееся соединение имеет температуру испарения всего 250⁰С. Кварцевая колба имеет небольшой объём и разогревается в процессе работы до температуры выше 250⁰С, поэтому йодид вольфрама не может на ней осесть и циркулирует внутри колбы, пока не попадает в непосредственное соприкосновение со спиралью. Под действием высокой температуры спирали йодид вольфрама распадается на йод и вольфрам. Вольфрам оседает на спирали, а йод испаряется. Таким образом вольфрам возвращается на спираль. Спираль не утоньшается и срок её службы увеличивается в несколько раз. Надо только помнить, что кварцевую колбу такой лампы нельзя брать руками (имеется в виду холодную, конечно), так как жир, попавший на колбы даже в малейшем количестве приводит к потемнению стекла значительно уменьшает и срок службы, и светоотдачу лампы.

ЛН остаются одними из самых малоэффективных источников света, но простота эксплуатации, дешевизна и естественный температурный спектр излучения таких ламп объясняет их широчайшее использование.


Освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока, падающего на освещаемую поверхность. В случае равномерного распределения светового потока F в пределах поверхности S:

_F

E = ― .

^S

Другими словами, освещенность оценивает падающий на поверхность свет. Единицей измерения освещенности является люкс (лк). 1 лк – освещенность поверхности получающей равномерно распределенный поток в 1 люмен на площади 1 м². Однако проще представить 1 люкс, как освещённость, создаваемая свечой на расстоянии 1 метр.

Вот несколько примеров значений освещенности:

ОСВЕЩЕННОСТЬ ДНЕМ

В Москве летом в полдень на солнце 85 000 лк

При этом в тени деревьев 1 500 лк

ОСВЕЩЕННОСТИ НОЧЬЮ