Факторы, определяющие яркость отражающей поверхности.

I = ———

ОСНОВЫ ФОТОМЕТРИИ И ЭСПОНОМЕТРИИ

Виды источников света (в том числе импульсные лампы).

Источники света:

1) Излучающие свет в результате нагрева тела накала – температурное излучение:

- Лампы накаливания

2) Излучающие свет не в результате нагрева (до 50-х гг, но после появления лазера) → в результате изменения внутреннего энергетического состояния – люминесценция:

- электрическая дуга

- газоразрядные лампы (излучение возникает в результате электрического разряда в инертных газах, парах металлов или их смесей): - металлогалогенные лампы; - ксеноновые лампы; - люминесцентные лампы; - ртутные лампы – тлеющий разряд

- светодиоды – светится полупроводник

Характеристики источников света:

1.Электрические:

- род тока (постоянные или переменный);

- номинальное напряжение

- номинальная сила тока,

- мощность,

- схема включения,

- пусковое напряжение

2.Светотехнические:

- номинальный световой поток;

- характеристика светораспределения (у лампы может быть светооптическая система – угол рассеяния);

- максимальная сила света;

- световая отдача;

- колометрическая характеристика – Тцв;

- спектральные характеристики - спектральный состав;

- стабильность светового потока или уровень мерцания (доля флуктуации), например, 100 р/сек

3. Конструктивные:

- вид колбы,

- материал колбы,

- форма спирали,

- вид цоколя.

4. Эксплуатационные:

- положение лампы (цоколем вверх/вниз);

- особенности включения/выключения;

- время разгорания;

- продолжительность непрерывной работы;

- система охлаждения (требуется ли какое-либо принудительное охлаждение – вентилятор; в ксеноновых лампах – встроенный вентилятор);

- взрывоопасность;

- срок службы

10. Каким образом можно получить направленный свет? Конструкции кинопрожекторов.

11. Что такое «рассеянный свет»? Каким образом можно получить рассеянный и бестеневой свет?

1. Почему для количественной оценки света неудобно применять ватты? Какая световая величина оценивает световую мощность?

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.). Другими словами это мощность лучистой энергии, приведенная к спектральной чувствительности глаза человека или какого-либо другого селективного светоприемника.

Единица измерения – люмен (лм). 1 лм – световой поток, излучаемый с поверхности абсолютно чёрного тела площадью 0,5305 мм² при температуре затвердевания платины (2046 К).

Актиничный световой поток – это световой поток, к спектру излучения которого чувствителен светочувствительный материал.

Сила света (I) – пpостpанственная плотность светового потока, определяемая отношением светового потока к телесному углу, в пределах которого он распространяется и равномерно распределяется. Вычисляется по формуле в единицах СИ:

Эта величина оценивает световую мощность, распространяющуюся в определенном направлении, поэтому сила света – основная светотехническая величина, применяемая для оценки осветительных приборов.

Единица измерения – кандела (кд). 1 кд – сила света точечного источника в тех направлениях, в которых он испускает световой поток 1 лм, одинаково pаспpостраненный внутри телесного угла ω = 1 сp.

По определению IX Генеральной конференции по мерам и весам: «Кандела – это такая сила света, при которой яркость абсолютно черного тела при температуре затвердевания платины равна 60 канделам с квадратного сантиметра».

Оба определения не противоречат друг другу и являются различными лишь формально, в зависимости от того, что принято исходной величиной – световой поток или сила света.

Вершина телесного угла совпадает со световым центром источника света. Простейшим телесным углом является угол, образованный конической поверхностью. Величина телесного угла ωв стерадианах определяется отношением площади сферической поверхности S,на которую опирается центральный телесный угол ω, к квадрату радиуса сферы r. Вычисляется по формуле в единицах СИ:

ω = ——

Единица телесного угла – такой центральный телесный угол, который вырезает на поверхности сферы участок площадью, равной квадрату радиуса сферы. Эта единица телесного угла называется стерадианом (ср).

2. Что оценивает световая отдача? Приведите приблизительные значения световой отдачи для различных источников света.

Световая отдача (η)– световой поток создаваемый одним ваттом потребляемой источником света мощности. Вычисляется по формуле в единицах СИ:

η = ———

Единица измерения – люмен на ватт (лм/Вт). Эта величина характеризует эффективность источника света. Очевидно, что чем выше величина светоотдачи, тем экономичнее источник.

Тип источника света	Световая отдача(Лм\Вт)
Бытовые лампы накаливания	10-15
Кино– или фотолампы накаливания	25-30
Дуговые ксеноновые лампы	35-50
Дуговые ртутные лампы ДРЛ	45-60
Дуга интенсивного горения ДИГ	50-60
Люминесцентные лампы общ. назначения	50-80
Натриевые лампы высокого давления	80-110
Метало - галогенные лампы	80-110

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

Иногда в потребляемую мощность кроме мощности, потребляемой самим источником света, включают также и мощность, потребляемую необходимыми для него дополнительными устройствами, такими, например, как балласт у газоразрядных источников света. Это позволяет более правильно сравнивать между собой различные источники света с позиций экономичности.

3. Освещённость. Определение, единицы измерения. Ключевая освещённость. Определение ключевой освещённости с помощью экспонометра с полусферой; с плоской насадкой.

Закон аддитивности (или сложения) освещенностей → общая освещенность поверхности равна сумме освещенностей, создаваемых всеми источниками света.

EΣ = E1 + E2

Определение освещенности:

· Расчетным способом – через силу света, которая нам заранее известна (по паспорту) по формуле E=I·cosα/L²

· С помощью люксметра

Люксметр –переносный прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров.

Простейший Люксметр состоит из селенового фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока, и измеряющего его с помощью стрелочного микроамперметра со шкалами, проградуированными в люксах.

В люксметрах используются насадки из молочного светорассеивающего стекла – для измерения общего падающего света (суммарной освещенности).

↓

Насадки люксметра:

· Плоская насадка (или полусфера, опущенная в шахту), которая моделирует плоскость: располагается а) параллельно поверхности б) по направлению к источнику света (для лица).

· Полусфера, которая моделирует лицо → используется для измерения правильной экспозиции для трехмерных объектов, таких как лицо → располагается в ключевой точке и направляется на камеру + необходимо прикрывать полусферу так чтобы на неё падал только рисующий и заполняющий свет (иначе возникает вероятность ошибки, т.к. она суммирует свет, падающий со всех сторон и может дать завышение показателей).

* Инверкон (инвер – перевернутый вовнутрь, кон – конус) – эта насадка гораздо меньше склонна к завышению показателей по сравнению с полусферой (защита от бокового света) → это усовершенствованная полусфера.

Флэшметр «Sekonic 758-L». Этот прибор помимо освещенности измеряет отраженный свет (яркость), импульсный свет. Также во флэшметре предусмотрены различные режимы и функции, упрощающие работу с освещением (например, функции измерения контраста, экспокоррекции).

Для измерения освещенности в качестве приёмного элемента используется чувствительный фотоэлемент с насадкой в виде матовой полусферы. Полусфера может находиться в двух положениях:

1. выпуклая полусфера

2. полусфера, опущенная в шахту (иммитирует плоскую насадку)

Ключевая освещенность– освещенность сюжетно важной части кадра, по которой определяется экспозиция → как правило это рисующий свет, самое яркое место в кадре.

Ключевая точка – в неё помещается измерительный прибор.

Таблица ключевых освещенностей для S = 100, t = 1/50c.

n	2,0	2,8		5,6
E, лк

4. Законы формирования освещённости: закон обратных квадратов, закон косинуса. Как проявляются действия этих законов в фотоосвещении? Как преодолеть отрицательное действие закона обратных квадратов?

Закон косинуса угла падения света → при перпендикулярном падении света на освещаемую поверхность угол падения α равен 0, а cosα равен единице, освещенность Е максимальна. А чем больше изменяется угол, тем сильнее падает освещенность: если угол α меняется меньше чем на 30°, то освещенность Е изменяется не существенно, однако после 45° освещенность Е начинает резко падать и равняется нулю при α=90°.

Закон обратных квадратов → освещенность вдоль луча света изменяется обратно пpопоpционально квадрату расстояния от места возникновения луча, в случае перпендикулярного падения света на освещаемую поверхность.

E = ——

Этот закон действителен для точечных источников света. Однако точечный источник света есть физическая модель, абстракция, а все реальные источники имеют геометрические размеры. Соответственно при значительных размерах светящейся поверхности закон обратных квадратов выполняться не будет.

Фотометрическое расстояние – расстояние, начиная с которого можно с достаточной степенью точности констатировать выполнение закона квадратов. Обычно оно равно 7 – 10 линейным размерам светящейся поверхности.

5. Контраст освещения. На что влияет контраст освещения? Как можно изменить контраст освещения при съёмке в студии? На натуре?

Контраст освещения – отношения максимальной освещенности и минимальной.

↓ ΔЕ= Еmax\ Emin.

определяет характер света.

Измерение контраста освещения:

1) измерение с ключевым источником света

2) измерение без ключевого источника света

6. Яркость поверхности. Определение, единицы измерения. Приборы и средства для измерения яркости. Спотметры. Шкала EV. В чём её удобство?

Яркость – единственная из световых величин, которую непосредственно воспринимает глаз, она не зависит от расстояния (при практическом отсутствии поглощения света в среде).

Яркость (В) поверхности в данном направлении – отношение силы света, излучаемого в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к данному направлению. Для равномерно яркой поверхности яркость в единицах СИ измеряется по формуле:

Iα

B = ———— ,

S cosα

где В – яркость поверхности (в современной светотехнической литературе принято новое обозначение для яркости L, но поскольку в большинстве кино- и фотосправочников яркость обозначается буквой В, то мы будем использовать это старое обозначение), Iα – сила света в данном направлении, а α угол между перпендикуляром к поверхности и данным направлением, S – площадь светящейся поверхности.

Яркость можно также определить через освещенность. Так, яркость В какого-либо объекта равна отношению освещенности Езр , создаваемой этим объектом на зрачке глаза, к телесному углу ω, в пределах которого глаз видит данный объект и вычисляется по формуле в единицах СИ:

Езр

B = ———— .

Единица измерения яркости – кандела с квадратного метра (кд/м²).

1 кд/м² - яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с 1 м² поверхности.

В практической работе можно встретить и другие единицы измерения яркости, например, стильб (сб), апостильб (асб). 1 асб – яркость абсолютно белой диффузно отражающей поверхности, имеющей освещенность равную 1 лк.

1 асб = 1 / π кд/м² = 0,318 кд/м²

В специальной литературе можно встретить единицу измерения яркости нит (нт). Это просто иное наименование основной единицы измерения кд/м².

1 нт = 1 кд/м²

Для диффузной поверхности яркость будет рассчитываться по формуле в единицах СИ:

ρ Е

В = ———.

Это основная формула, связывающая яркость диффузной поверхности с её освещенностью, где яркость измеряется в кд/м². Однако пользоваться этой формулой не вполне удобно из-за присутствия в ней числа π, и поэтому часто можно встретить другой вариант этой формулой:

В = ρ Е,

а единицей измерения яркости является апостильб, о котором мы говорили выше.

Для диффузной поверхности яркость в любом направлении одинакова и независит от того под каким углом мы смотрим на неё, но сила света все равно меняется в соответствии с законом Ламберта Iα = I0 * cosα

Интервал яркостей – это отношение максимальной яркости объекта к минимальной

ΔВ= Bmax\Bmin.

ΔEV= EVmax- EVmin

Интервал яркостей зависит от:

1) освещенности (кол-ва света, падающего на поверхность)

2) отражающей способности поверхности.

Передаваемый интервал – диапазон яркостей, который система может перевести.

Способы определения яркости:

- через освещенность люксметром по формуле B = E / ω, или B = ρ*E / π – для диффузно отражающих поверхностей

- яркомерами.

Яркомеры различаются по углу замера:

1) Интегрального замера – а) по всей площади кадра, выдается среднее значение

б) по большой части кадра – угол замера как у большинства фотокамер – 30- 40°

2) Спотметры – угол замера обычно около 1°

Спотметр Минолта – реакция прибора точно соответствует кружку в визире начиная с расстояния 135 м.

Значения экспозиции выражаются в: 1) EV; 2) выдержка/диафрагма

Яркомер даст правильноый результат, если среднесерый объект поместить в ключевую точку

Если мы промеряем не среднесерый объект необходимо вносить поправку:

1) При промере более светлых объектов чем средне-серое экспозиция прибавляется

Лицо + ½; 1 ступени

Бумага + 2 ступени

2) При промере более темных чем средне-серые объекты экспозиция уменьшается:

Обычно промеряется самое черное в тени

Черное – 2; 2,5 ступени

Способ определения:

1.измеряем яркомером (спотметром) яркости в единицах EV объектов и из Bmax вычитаем Bmin получаем ΔВ, по которой определяем интервал.

Например: Белая бумага -14EV

Лицо в светах -12,5EV

Лицо в тенях -9,5EV

Серая карта -11EV

Свитер -12,5EV

Черный фон -6 EV

∆EV = EVмакс - EVмин = 8 EV – 256 раз.

По таблице переводим EV в кд/м² и вычисляем ∆B = Bмакс / Вмин

2.Измеряем люксметром освещенность: в ключе – 8000лк, в тени – 500лк. Определяем коэффициент яркости отражающих фактур. Вычисляем минимальную и максимальную яркости по формулам: Вмакс = ρ макс∙ Емакс / π и Вмин = ρ мин∙ Емин / π. Затем определяем интервал яркостей по формуле ∆B = Bмакс / Вмин.

Интервал яркостей можно определить через произведение контраста освещенностей и контраста светлот: ∆B = ∆E∙ ∆ρ =Емакс / Емин ∙ ρ макс / ρ мин

Способы выражения:

1. в кд/м²

2. в EV → при этом для перевода из кд/м² в EV используется формула B= 0,14*2 в степени EV, или возможно использовать специальную таблицу.

1EV = 0.28кд\м²

2EV = 0,56кд\м²

3EV = 1,1 кд\м²

10EV = 140кд\м²

3. в логарифмах ∆lgB = ∆EV ∙ 0,3

∆EV = EVмакс - EVмин