3. Экспозиция

             Чтобы получилась хорошая картинка, на матрицу должно попадать определённое количество света. Это и называют экспозицией. (Если строго: произведение освещённости матрицы на время воздействия света). В современных камерах есть автоматическая установка экспозиции, но автоматика не всегда даёт нужный результат, к тому же даже если Вы пользуетесь автоматикой, полезно понимать, что при этом происходит.

Почему экспозиция может быть не правильной? Диапазон яркостей, видимый человеческим глазом больше того, что может воспроизвести матрица. Зависимость сигнала, снимаемого с матрицы от освещённости показана на следующем рисунке:

                                                                                                             Рис.1

Начальный и конечный участки этой кривой нелинейны. На участке 0-1 света недостаточно и матрица не реагирует на изменение света, на участке 1-2 появляется сигнал, но изменение нелинейно, 2-4 линейный участок, на участке 4-5 зависимость снова становится нелинейной и после точки 5 освещённость становится избыточной, и матрица перестаёт реагировать на увеличение освещённости. Как видно из рисунка, для нормальной экспозиции необходимо, чтобы диапазон освещённости приходился на средний линейный участок.

       При избытке света его приходится ограничивать, при недостатке применять усиление сигнала.

Есть три параметра, позволяющие регулировать экспозицию: чувствительность, диафрагма и выдержка.

Чувствительность.

Понятие светочувствительности относится к плёнке, это величина, измеряемая условными единицами ISO, характеризующая способность плёнки к восприятию света. Существует следующий ряд величин ISO: 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800, 25600.

Иногда используются промежуточные значения. Чем больше цифра, тем при меньшей освещённости можно получить нормальную экспозицию. У плёнки увеличение чувствительности осуществляется за счёт увеличения размера светочувствительных зёрен эмульсии, поэтому на плёнках высокой чувствительности хуже прорабатываются мелкие детали. Понятно, что эта величина не регулируется, для изменения светочувствительности надо заряжать другую плёнку.

У цифровой матрицы чувствительность так же величина постоянная, на самом деле регулируется не чувствительность, а усиление сигнала, но для удобства фотографов величина усиления была соотнесена с единицами ISO. Так что у цифровых фотоаппаратов величину ISO можно регулировать. Поскольку при большом усилении усиливается не только полезный сигнал, но и все лишние шумы, качество изображения при больших значениях ISO, как и у плёнки будет ухудшаться. У большинства видеокамер параметра ISO нет, у них используется коэффициент усиления сигнала в децибелах, в некоторых моделях можно видеть и ISO и децибелы.

При избыточном освещении применяются так же навинчивающиеся на объектив нейтрально серые светофильтры. В продвинутых камерах такие светофильтры встроены внутрь объектива и меняются с помощью переключателя.

Диафрагма.

Диафрагма регулирует световой поток, проходящий через объектив, проще говоря, изменят его светосилу. Самая распространённая в кино-фото технике конструкция диафрагмы – ирисовая.

Размер диафрагмы, как и светосила, характеризуется относительным отверстием, отношением его диаметра к фокусному расстоянию. Максимально открытая диафрагма будет соответствовать светосиле объектива. Для обозначения величины диафрагмы используется следующий ряд чисел: 1.4; 2; 2.8; 4; 5.6; 8; 11; 16; 32; 64, каждое из которых отличается от соседнего в √2 раз, что соответствует изменению светосилы в 2 раза. Следует помнить, что эти числа выражают отношение и являются знаменателями дроби, поэтому чем больше число, тем меньше относительное отверстие, то есть тем больше закрыта диафрагма.

Размер диафрагмы влияет не только на количество света, проходящего через объектив, но и на глубину резкости. Чем сильнее закрыта диафрагма, тем больше глубина резкости.

Выдержка.

Выдержка или время экспонирования, это время, в течение которого свет воздействует на матрицу, на которое открывается затвор фотоаппарата. В кинокамере выдержка определяется углом раскрытия обтюратора, чем этот угол больше, тем дольше экспонируется кадр. В видеокамерах это время сканирования одного кадра с матрицы. Выдержка измеряется в секундах, вернее в долях секунды. (Длинные выдержки, минутные и даже часовые применяются в фотографии при съёмке статичных объектов или для определённых эффектов, но это исключительные случаи, в основном используются именно доли секунды). Вот стандартный ряд значений выдержки, принятый в фотографии:

                     … 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 …

Числитель иногда опускают и говорят «выдержка 1000», понимая под этим долю секунды, получается, как и с диафрагмой, чем больше цифра, тем короче выдержка.

 При видеосъёмке величина выдержки ограничена скоростью съёмки и не должна превышать её удвоенного значения. Если скорость 25 кадров в секунду, то оптимальная выдержка 1/50 секунды. На некоторых камерах возможна установка более длинной выдержки, но следует помнить, что это подходит только для статичных кадров, движение будет передаваться прерывисто.

Чем больше выдержка, тем сильнее будут смазаны быстро движущиеся объекты, чем выдержка короче, тем больше света потребуется для нормальной экспозиции.

Нормальной экспозиции соответствует не единственное сочетание параметров экспозиции. Так, например, если правильная экспозиция получается при выдержке 1/500 и диафрагме 8, можно одновременно увеличить выдержку и прикрыть диафрагму или наоборот, то есть в данном примере нормальная экспозиция получится и при следующих сочетаниях: 1/125 и 11; 1/1000 и 5.6 и т.д. Какое сочетание лучше предпочесть зависит от того, что Вам важнее, глубина резкости или смазанность изображения. Меняя так же и светочувствительность можно получить ещё больше сочетаний параметров для правильной экспозиции. При автоматической установке экспозиции невозможно понять, что именно регулируется, чувствительность, выдержка или диафрагма. В профессиональных камерах есть автоматические режимы с приоритетом, при приоритете диафрагмы автоматически меняется выдержка при заданной диафрагме, при приоритете выдержки наоборот.

И так, экспозицию можно регулировать тремя параметрами: чувствительностью, диафрагмой и выдержкой. Каждый из этих параметров влияет не только на величину экспозиции. Чувствительность - на величину шума в изображении, диафрагма - на глубину резкости, выдержка - на смазанность быстро движущихся объектов. Для наглядности это проиллюстрировано следующей таблицей:

      Иллюстрация с сайта «Cameralabs»: https://cameralabs.org/12428-osnovy-ekvivalentnoj-ekspozitsii-v-fotografii

Говоря об экспозиции следует упомянуть ещё одну характеристику, относящуюся не к количеству, а качеству света, вернее его цветовому тону. Это баланс белого. Свет излучаемый разними источниками имеет разный цвет. Принято различать тёплые, нейтральные и холодные цвета и соответственно источники освещения. Глаз видит белый цвет белым при разном освещении, мозг незаметно для сознания делает поправку. Даже в случаях, когда освещение имеет очень интенсивную окраску, зрение постепенно к нему привыкает. Матрица камеры требует настройки для каждого вида освещения, иначе белый цвет будет иметь оттенок цвета, преобладающего в освещении и остальные цвета так же будут передаваться искажёнными.  Для цветовой характеристики освещения используется понятие цветовой температуры, каждому цветовому тону соответствует определённая температура, измеряемая в кельвинах.

Иллюстрация с сайта «Тонико»: https://toniko.ru/katalog/lenta-led/

Обратите внимание, что тёплым цветам соответствует более низкая цветовая температура, чем холодным. В видеокамерах баланс белого устанавливается тремя способами: автоматически, по пресетам и вручную. Автоматика может среагировать на кратковременное изменение цвета из-за бликов или появления в кадре крупного объекта определённого цвета. Исправить это при монтаже будет не просто. Более надёжный способ выбрать предварительную установку нужной температуры. В профессиональных камерах можно задать нужную температуру в цифрах или использовать один из стандартных пресетов, 3200 К для ламп накаливания или 5600 К для дневного света. В любительских камерах используются символы: солнце, солнце в тучах, лампочка. Самый точный способ - измерить цветовую температуру вручную, для экого камера наводится на эталонный белый объект, например, лист бумаги, замеряет и фиксирует это значение. В некоторых фотоаппаратах надо сфотографировать белый объект и задать этот кадр в качестве эталона.

Для тех, кто захочет узнать об экспозиции по подробнее две ссылки:

1. По проще   http://www.xela.ru/ekspoziciya-v-fotografii/

2. По сложнее http://photo-escape.ru/phototech/adams_zone_system/