Измеритель освещенности: устройство и применение

Введение

Устройство, используемое для измерения количества света.

Светомер (или иллюминометр) – это устройство, используемое для измерения количества света. В фотографии экспонометр – это светомер, соединенный с цифровым или аналоговым вычислителем, который отображает правильную выдержку и диафрагменное число для оптимальной экспозиции, учитывая конкретные условия освещения и чувствительность пленки. Подобные экспонометры также используются в кинематографе и сценографии для определения оптимального уровня освещения сцены. Светомеры также применяются в архитектурном освещении для проверки правильности монтажа и функционирования системы освещения здания, а также для оценки уровня освещенности, необходимого для выращивания растений. Если светомер выдает показания в люксах, его называют "люксметром".

Актинометры

Самые ранние экспонометры назывались актинометрами (не следует путать с одноименным научным инструментом), впервые разработанными в конце 1800-х годов, после появления в продаже фотографических пластин с постоянной чувствительностью. Эти фотоактинометры использовали светочувствительную бумагу; фотограф измерял время, необходимое для того, чтобы бумага потемнела до контрольного значения, что служило входными данными для механического расчета выдержки и диафрагмы для конкретной партии пластин. Следующие экспонометры, разработанные примерно в то же время, но не вытеснившие актинометры в популярности до 1920-х и 1930-х годов, известны как экспонометры по степени затемнения, определяющие правильные настройки экспозиции путем переменного ослабления света. Один тип экспонометра по степени затемнения содержал ряд нейтральных светофильтров с увеличивающейся плотностью, пронумерованных или обозначенных буквами. Фотограф устанавливал экспонометр перед объектом съемки и отмечал светофильтр с наибольшей плотностью, через который все еще проходил свет. В другом примере, продаваемом под названием фотометр Aktino Heyde с начала 1900-х годов, фотограф смотрел на сцену через окуляр и вращал экспонометр, изменяя эффективную плотность, пока сцена больше не становилась видна. Буква или цифра, соответствующая плотности светофильтра, вызывающей «затемнение» сцены, использовалась как индекс в таблице подходящих комбинаций диафрагмы и выдержки для заданной светочувствительности пленки. Экспонометры по степени затемнения, как правило, давали непостоянные результаты, поскольку они зависели от субъективной оценки и светочувствительности человеческого глаза, которая может различаться у разных людей.

Фотоэлектрические типы

Позднее экспонометры исключили человеческий фактор и стали полагаться на технологии, включающие селен, CdS и кремниевые фотодетекторы. Селеновые и кремниевые экспонометры используют датчики, являющиеся фотоэлектрическими: они генерируют напряжение, пропорциональное освещенности. Селеновые датчики генерируют достаточное напряжение для прямого подключения к экспонометру; им не требуется батарея для работы, что делало их очень удобными в полностью механических камерах. Однако селеновые датчики не могут точно измерять низкую освещенность (обычные лампы накаливания могут довести их до предела) и вообще не способны измерять очень низкую освещенность, такую как свет свечи, лунный свет, звездный свет и т.д. Кремниевым датчикам требуется схема усиления и источник питания, например, батареи, для работы. Экспонометры с CdS используют фоторезисторный датчик, электрическое сопротивление которого изменяется пропорционально освещенности. Для их работы также необходима батарея. Большинство современных экспонометров используют кремниевые или CdS датчики. Они отображают экспозицию либо с помощью стрелочного гальванометра, либо на ЖК-экране. Многие современные потребительские фото- и видеокамеры оснащены встроенным экспонометром, который измеряет общий уровень освещенности сцены и может приблизительно оценить подходящую экспозицию на его основе. Фотографы, работающие с контролируемым освещением, и операторы используют ручные экспонометры для точного измерения света, падающего на различные части объектов, и подбирают соответствующее освещение для достижения желаемых уровней экспозиции.

Отраженные и падающие измерения

Экспонометры обычно подразделяются на типы для измерения отраженного света или падающего света, в зависимости от метода измерения сцены. Экспонометры отраженного света измеряют свет, отраженный от объекта съемки. Все встроенные в камеру экспонометры – экспонометры отраженного света. Экспонометры отраженного света калибруются для определения правильной экспозиции для "средних" сцен. Необычная сцена с преобладанием светлых тонов или ярких бликов будет иметь более высокую отражающую способность; экспонометр отраженного света, делающий замер, будет некорректно компенсировать разницу в отражающей способности и приведет к недоэкспонированию. Плохо экспонированные фотографии заката – распространенное явление именно из-за этого эффекта: яркость заходящего солнца обманывает экспонометр камеры, и если логика камеры или фотограф не примут меры для компенсации, изображение будет сильно недоэкспонировано и тусклым. Эту проблему (но не в случае заката) можно избежать, используя экспонометры падающего света, которые измеряют количество света, падающего на объект, с помощью рассеивателя с плоским или (чаще) полусферическим полем зрения, расположенного над светочувствительным элементом. Поскольку показания экспонометра падающего света не зависят от отражающей способности объекта, вероятность неправильной экспозиции объектов с необычной средней отражающей способностью снижается. Для проведения замера падающего света необходимо расположить экспонометр в положении объекта и направить его примерно в сторону камеры, что не всегда возможно на практике, например, в пейзажной фотографии, где расстояние до объекта приближается к бесконечности. Другой способ избежать недо- или переэкспонирования объектов с необычной отражающей способностью – использовать точечный экспонометр: специализированный экспонометр отраженного света, измеряющий свет в очень узком конусе, обычно с углом обзора в один градус. Опытный фотограф может сделать несколько замеров в тенях, полутонах и светах сцены, чтобы определить оптимальную экспозицию, используя такие системы, как зонная система. Многие современные камеры оснащены сложными многосегментными системами экспозамера, которые измеряют яркость различных частей сцены для определения оптимальной экспозиции. При использовании пленки, спектральная чувствительность которой не соответствует спектральной чувствительности экспонометра, например, ортохроматической черно-белой или инфракрасной пленки, для соответствия чувствительности пленки может потребоваться специальный фильтр и перекалибровка экспонометра. Существуют и другие типы специализированных фотоэкспонометров. Экспонометры для вспышки используются при съемке со вспышкой для проверки правильности экспозиции. Цветовые экспонометры используются там, где требуется высокая точность цветопередачи. Плотность измеряется при фотовоспроизведении.

Exposure meters generally are sorted into reflected light or incident light types, depending on the method used to measure the scene. Reflected light meters measure the light reflected by the scene to be photographed. All in camera meters are reflected light meters. Reflected light meters are calibrated to show the appropriate exposure for "average" scenes. An unusual scene with a preponderance of light colors or specular highlights would have a higher reflectance; a reflected light meter taking a reading would incorrectly compensate for the difference in reflectance and lead to underexposure. Badly underexposed sunset photos are common exactly because of this effect: the brightness of the setting sun fools the camera's light meter and, unless the in camera logic or the photographer take care to compensate, the picture will be grossly underexposed and dull. This pitfall (but not in the setting sun case) is avoided by incident light meters which measure the amount of light falling on the subject using a diffuser with a flat or (more commonly) hemispherical field of view placed on top of the light sensor. Because the incident light reading is independent of the subject's reflectance, it is less likely to lead to incorrect exposures for subjects with unusual average reflectance. Taking an incident light reading requires placing the meter at the subject's position and pointing it in the general direction of the camera, something not always achievable in practice, e. g., in landscape photography where the subject distance approaches infinity. Another way to avoid under or over exposure for subjects with unusual reflectance is to use a spot meter: a specialized reflected light meter that measures light in a very tight cone, typically with a one degree circular angle of view. An experienced photographer can take multiple readings over the shadows, midrange, and highlights of the scene to determine optimal exposure, using systems like the Zone System. Many modern cameras include sophisticated multi segment metering systems that measure the luminance of different parts of the scene to determine the optimal exposure. When using a film whose spectral sensitivity is not a good match to that of the light meter, for example orthochromatic black and white or infrared film, the meter may require special filters and re calibration to match the sensitivity of the film. There are other types of specialized photographic light meters. Flash meters are used in flash photography to verify correct exposure. Color meters are used where high fidelity in color reproduction is required. Densitometers are used in photographic reproduction.

Калибровка измерителя воздействия

В большинстве случаев экспонометр, измеряющий падающий свет, заставит средний тон быть записанным как средний тон, а экспонометр, измеряющий отраженный свет, заставит всё, что он измеряет, быть записанным как средний тон. Что именно считается "средним тоном", зависит от калибровки экспонометра и ряда других факторов, включая проявку пленки или преобразование цифрового изображения. Калибровка экспонометра определяет взаимосвязь между освещением объекта и рекомендуемыми настройками камеры. Калибровка фотоэлектрических экспонометров регулируется стандартом ISO 2720:1974.

Камеры с внутренними счетчиками

Калибровка камер со встроенными экспонометрами регулируется стандартом ISO 2721:1982; тем не менее, многие производители указывают (хотя и редко заявляют об этом) калибровку экспозиции в единицах EV, и многие калибровочные приборы (например, многофункциональные тестеры камер Kyoritsu Arrowin) используют указанные значения EV для установки параметров тестирования.

Определение воздействия с помощью нейтральной карточки испытаний

Если сцена значительно отличается от статистически средней, широкоугольное измерение усредненного отраженного света может не указывать на правильную экспозицию. Для имитации средней сцены иногда проводят замер нейтральной тестовой карты или серой карты. В лучшем случае плоская карта является лишь приближением к трехмерной сцене, и замер тестовой карты может привести к недоэкспонированию, если не внести поправку. В инструкции к нейтральной тестовой карте Kodak рекомендуется увеличивать измеренную экспозицию на 1/2 ступени для сцены, освещенной спереди солнечным светом. Также рекомендуется держать карту вертикально, направив ее в сторону, находящуюся посередине между Солнцем и камерой; аналогичные указания приведены и в Kodak Professional Photoguide. Сочетание увеличения экспозиции и ориентации карты дает рекомендуемые значения экспозиции, достаточно близкие к тем, которые показывает экспонометр с полусферическим приемником при замере света, падающего вне оси. Однако на практике могут возникнуть дополнительные сложности. Многие нейтральные тестовые карты не являются идеально диффузными отражателями, и зеркальные блики могут приводить к завышенным показаниям экспонометра отраженного света, что при следовании им приведет к недоэкспонированию. Возможно, инструкции к нейтральной тестовой карте включают поправку на зеркальные отражения.