- Загальні відомості
- Різниця між яскравістю і освітленістю
- Одиниці виміру
- фотометр
- Освітленість і безпеку на робочому місці
- Освітленість в фото- і відеозйомці
- Камери, призначені для зйомки в умовах слабкої освітленості
- Значення експозиції
- Взаємозв'язок експозиційного числа з яскравістю і освітленістю об'єкту зйомки
- Визначення експозиції по освітленості об'єкту зйомки (падаюче світло)
- Приклад умов освітлення, при яких це значення Експозиції можна використовуват
- Освітленість і музейні експонати
- Освітленість в інших сферах діяльності
1 люмен на кв. метр [лм / м²] = 1 люкс [лк] 
Трехваттний світлодіодний ліхтар
Загальні відомості
Різниця між яскравістю і освітленістю
Одиниці виміру
фотометр
Освітленість і безпеку на робочому місці
Освітленість в фото- і відеозйомці
Камери, призначені для зйомки в умовах слабкої освітленості
Значення експозиції
Взаємозв'язок експозиційного числа з яскравістю і освітленістю об'єкту зйомки
Визначення експозиції по яскравості світла, відбитого від об'єкта зйомки
Визначення експозиції по освітленості об'єкту зйомки (падаюче світло)
Освітленість і музейні експонати
Освітленість в інших сферах діяльності
Загальні відомості
Освітленість - це світлова величина, яка визначає кількість світла, що потрапляє на певну площу поверхні тіла. Вона залежить від довжини хвилі світла, так як людське око сприймає яскравість світлових хвиль різної довжини, тобто різного кольору, по-різному. Освітленість обчислюють окремо для хвиль різної довжини, так як люди сприймають світло з довжиною хвилі в 550 нанометрів (зелений), і кольору, що знаходяться поруч в спектрі (жовтий і оранжевий), як найяскравіші. Світло, що утворюється більш довгими або короткими хвилями (фіолетовий, синій, червоний) сприймається, як більш темний. Часто освітленість пов'язують з поняттям яскравості.
Освітленість обернено пропорційна площі, на яку падає світло. Тобто, при освітленні поверхні однієї і тієї ж лампою, освітленість більшої площі буде менше, ніж освітленість меншої площі.
Різниця між яскравістю і освітленістю
яскравість Освітленість
У російській мові слово «яскравість» має два значення. Яскравість може означати фізичну величину, тобто характеристику світних тіл, що дорівнює відношенню сили світла в певному напрямку до площі проекції світної поверхні на площину, перпендикулярну цьому напрямку. Також вона може визначати більш суб'єктивне поняття про загальну яскравості, яке залежить від багатьох чинників, наприклад особливостей очей того, хто дивиться на цей світ, або кількості світла в навколишньому середовищі. Чим менше світла навколо, тим яскравіше здається джерело світла. Щоб не плутати ці два поняття з освітленістю варто запам'ятати, що:
яскравість характеризує світло, відбите від поверхні світиться тіла або посилається цією поверхнею;
освітленість характеризує падаючий на освітлювану поверхню світло.
В астрономії яскравість характеризує як випромінює (зірки), так і відображає (планети) здатність поверхні небесних тіл і вимірюється зафотометричної шкалою зіркових яркостей. Причому, чим яскравіше зірка, тим менше величина її фотометрической яскравості. Найяскравіші зірки мають негативну величину зоряної яскравості.
Одиниці виміру
Освітленість найчастіше вимірюють в одиницях СІ люксах. Один люкс дорівнює одному люмен на квадратний метр. Ті, хто вважають за краще метричних одиниць імперські, використовують для вимірювання освітленості фут-Кандела. Часто її застосовують у фотографії і кіно, а також в деяких інших областях. Фут в назві використовується тому, що одна фут-кандела позначає освітленість однієї Кандела поверхні в один квадратний фут, яку вимірюють на відстані одного фута (трохи більше 30 см).
Точкове «Сверловск-4», зроблений в СРСР в 80-x
фотометр
Фотометр - це пристрій, який вимірює освітленість. Зазвичай світло надходить на фотодетектор, перетворюється в електричний сигнал і вимірюється. Іноді зустрічаються фотометри, які працюють за іншим принципом. Велика частина фотометров показують інформацію про освітленість в люксах, хоча іноді використовуються і інші одиниці. Фотометри, звані експонометрії, допомагають фотографам і операторам визначити витримку і діафрагму. Крім цього фотометри використовують для визначення безпечної освітленості на робочому місці, в рослинництві, в музеях, і в багатьох інших галузях, де необхідно знати і підтримувати певну освітленість.
Освітленість і безпеку на робочому місці
Робота в темному приміщенні загрожує погіршенням зору, депресією і іншими фізіологічними і психологічними проблемами. Саме тому багато правила охорони праці включають вимоги про мінімальну безпечної освітленості робочого місця. Вимірювання зазвичай проводять фотометром, який видає кінцевий результат в залежності від площі поширення світла. Це необхідно для того, щоб забезпечити достатню освітленість у всьому приміщенні.
Освітленість в фото- і відеозйомці
відеозйомка
У більшості сучасних камер є вбудовані покажчики часу витримки, що спрощують роботу фотографа або оператора. Точкове необхідний для того, щоб фотограф або оператор могли визначити, скільки світла потрібно пропустити на плівку або фотоматрицю в залежності від освітленості об'єкту, що знімається. Освітленість в люксах перетворюється експонометром в можливі комбінації витримки і діафрагми, які потім вибираються вручну або автоматично, в залежності від того, як налаштована камера. Зазвичай пропоновані комбінації залежать від налаштувань в камері, а також від того, що фотограф або оператор хоче зобразити. У студії і на знімальному майданчику часто використовують зовнішній або вбудований в камеру експонометр, щоб визначити, чи достатньо освітлення забезпечують використовувані джерела світла.
Для отримання хороших фотографій або відеоматеріалу в умовах поганого освітлення на плівку або фотоматрицю має потрапити достатню кількість світла. Цього не важко домогтися за допомогою фотоапарата - потрібно тільки встановити правильну експозицію. З відеокамерами справа йде складніше. Для відеозйомки високої якості зазвичай потрібно встановлювати додаткове освітлення, інакше відео буде дуже темним або з сильним цифровим шумом. Це не завжди можливо. Деякі відеокамери спеціально розробляють для зйомки в умовах слабкої освітленості.
Камери, призначені для зйомки в умовах слабкої освітленості
Камера і об'єктив для стільникового телефону
Є два види камер для зйомок в умовах слабкої освітленості: в одних використовується оптика вищого рівня, а в інших - більш досконала електроніка. Оптика пропускає більше світла в об'єктив, а електроніка краще обробляє навіть той малий світ, що потрапляє в камеру. Зазвичай саме з електронікою пов'язані проблеми і побічні ефекти, описані нижче. Світлосильна оптика дозволяє зняти відео більш високої якості, але її недоліки - додатковий вагу через великої кількості скла і значно більш висока ціна.
Об'єктив і фотоматриця типу ПЗС 1 / 1,7 дюймів (7,60 x 5,70 мм) для компактної камери
Крім цього, на якість зйомки впливає встановлена в відео- і фотокамерах одноматричну або трьохматрична фотоматриця. У трьохматричної матриці весь вступник світло ділиться за допомогою призми на три кольори - червоний, зелений і синій. Якість зображення в умовах недостатнього освітлення краще в трьохматрична камерах, ніж в одноматричну, так як при проходженні через призму розсіюється менше світла, ніж при його обробці фільтром в одноматричну камері.
Існує два основних види фотоматриці - на приладах із зарядним зв'язком (ПЗС) і виконані на основі КМОП-технології (комплементарний металооксидних напівпровідник). У першому зазвичай встановлений датчик, на який надходить світло, і процесор, який обробляє зображення. У КМОП-матрицях датчик і процесор зазвичай об'єднані. В умовах недостатнього освітлення камери з ПЗЗ-матрицями зазвичай дають зображення кращої якості, а гідності КМОП-матриць в тому, що вони дешевші і споживають менше енергії.
Повноформатна фотоматриця типу КМОП розміром 24 x 36 мм для професійної цифрової дзеркальної камери Canon 5D Mark II
Розмір фотоматриці також впливає на якість зображення. Якщо зйомка відбувається з малою кількістю світла, то чим більше матриця - тим краще якість зображення, а чим менше матриця - тим більше проблем із зображенням - на ньому з'являється цифровий шум. Великі матриці встановлюють в більш дорогих камерах, і для них необхідна більш потужна (і, як наслідок - важка) оптика. Фотокамери з такими матрицями дозволяють знімати професійне відео. Наприклад, останнім часом з'явився ряд фільмів повністю знятих на такі камери як Canon 5D Mark II або Mark III, у яких розмір матриці - 24 x 36 мм.
Виробники зазвичай вказують, в яких мінімальних умовах може працювати камера, наприклад при освітленості від 2 люкс. Ця інформація не стандартизована, тобто виробник вирішує сам, яке відео вважати якісним. Іноді дві камери з одним і тим же показником мінімальної освітленості дають різну якість зйомки. Альянс галузей електронної промисловості EIA (Від англійського Electronic Industries Association) в США запропонував стандартизовану систему визначення світлочутливості камер, але поки він використовується тільки деякими виробниками і не прийнятий повсюдно. Тому часто, щоб порівняти дві камери з однаковими світловими характеристиками, потрібно випробувати їх у дії.
На даний момент будь-яка камера, навіть розрахована на роботу в умовах низької освітленості, може давати картинку низької якості, з високою зернистістю і післясвіченням. Щоб вирішити деякі з цих проблем можливо зробити наступні кроки:
Якщо світла недостатньо і об'єкт статичний, кращі результати виходять, якщо встановити камеру на штатив
- Знімати на штативі;
- Працювати в ручному режимі;
- Не застосовувати препарат режим змінного фокусної відстані, а замість цього перенести камеру якомога ближче до об'єкту зйомки;
- Не застосовувати препарат автофокусування і автоматичний вибір ISO - при більшій величині ISO збільшується шум;
- Знімати з витримкою в 1/30;
- Використовувати розсіяне світло;
- Якщо немає можливості встановити додаткове освітлення, то використовувати весь можливий світло навколо, наприклад вуличні ліхтарі і місячне світло.
Незважаючи на відсутність стандартизації про чутливість камер до освітленості, для нічної зйомки все одно краще вибрати камеру, на якій вказано, що вона працює при 2 люкс або нижче. Також слід пам'ятати, що навіть якщо камера дійсно добре знімає в умовах недостатнього освітлення, її чутливість до освітленості, зазначена в люксах - чутливість до світла, спрямованого на об'єкт, але камера насправді отримує світло, відбите від об'єкта. При відображенні частина світла розсіюється, і чим далі камера від об'єкта - тим менше світла потрапляє в об'єктив, що погіршує якість зйомки.
Значення експозиції
Одна і та ж фотографія з різними експозиційними числами
Значення експозиції (англ. Exposure Value, EV) - ціле число, що характеризує можливі комбінації витримки і діафрагми в фото, кіно- або відеокамери. Всі поєднання витримки і діафрагми, при яких на плівку або світлочутливу матрицю потрапляє однакову кількість світла, мають однакове значення експозиції.
Кілька комбінацій витримки і діафрагми в камері при одному і тому ж експозиційному числі дозволяють отримати приблизно однакову по щільності зображення. Однак зображення при цьому будуть різними. Це пов'язано з тим, що при різних значеннях діафрагми глибина різкості буде різною; при різних значеннях витримки зображення на плівці або матриці буде знаходитися різний час, в результаті чого воно буде в різному ступені змазано або зовсім не змазано. Наприклад, поєднання f / 22 - 1/30 і f / 2.8 - 1/2000 характеризуються одним і тим же експозиційним числом, але перше зображення буде мати більшу глибину різкості і може виявитися змазаним, а друге буде мати малу глибину різкості і, цілком можливо , зовсім не буде змазаним.
На лівому знімку за рахунок довгої витримки підкреслено рух води, в той час як на правому знімку за рахунок відносно короткою витримки рух не так помітно і вода зображена різко
Більші значення EV використовуються, якщо об'єкт зйомки краще освітлений. Наприклад, значення експозиції (при світлочутливості ISO 100) EV100 = 13 можна використовувати при зйомці ландшафту, якщо на небі є хмарність, а EV100 = -4 годиться для зйомки яскравого полярного сяйва.
За визначенням,
EV = log2 (N 2 / t)
або
2EV = N 2 / t, (1)
- де
- N - діафрагма (наприклад: 2; 2,8; 4; 5,6, і т. Д.)
- t - витримка в секундах (наприклад: 30, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/30, 1/100, і т. д.)
Залежність глибини різкості від величини діафрагми при одному і тому ж експозиційному числі
Наприклад, для комбінації f / 2 і 1/30, експозиційне число
EV = log2 (22 / (1/30)) = log2 (22 × 30) = 6.9 ≈ 7.
Це число може бути використано для зйомки нічних сцен і освітлених вітрин. Комбінація f / 5.6 з витримкою 1/250 дає значення експозиції
EV = log2 (5.62 / (1/250)) = log2 (5.62 × 250) = log2 (7840) = 12.93 ≈ 13,
яке можна використовувати для зйомки пейзажу з хмарним небом і без тіней.
Слід зазначити, що аргумент логарифмічною функції повинен бути безрозмірним. У визначенні експозиційного числа EV ігнорується розмірність знаменника у формулі (1) і використовується тільки чисельне значення витримки в секундах.
Однакове значення експозиції 12 встановлено на плівковій камері Зеніт-ЕТ і цифровій камері Canon 5D Mark II
Взаємозв'язок експозиційного числа з яскравістю і освітленістю об'єкту зйомки
Визначення експозиції по яскравості світла, відбитого від об'єкта зйомки
Визначення експозиції шляхом вимірювання люксметром відбитого від об'єкта зйомки світла
При використанні експонометрів або люксметром, що вимірюють відбитий від об'єкта зйомки світло, витримка і діафрагма пов'язані з яскравістю об'єкта зйомки таким співвідношенням:
N 2 / t = LS / K (2)
тут
- N - діафрагма;
- t - витримка в секундах;
- L - усереднена яскравість сцени в канделах на квадратний метр (кд / м²);
- S - арифметичне значення світлочутливості (100, 200, 400, і т. Д.);
- K - калібрувальний коефіцієнт експометра або люксметра для відбитого світла; Canon і Nikon використовують K = 12.5.
З рівнянь (1) і (2) отримуємо значення експозиції
EV = log2 (LS / K)
або
2EV = LS / K
При K = 12,5 і ISO 100, маємо наступне рівняння для яскравості:
2EV = 100 L /12.5 = 8 L
L = 2EV / 8 = 2EV / 23 = 2EV-3.
Ця формула використовується в конвертере для перетворення експозиційного числа в кд / м² і навпаки.
Визначення експозиції по освітленості об'єкту зйомки (падаюче світло)
Визначення експозиції шляхом вимірювання люксметром світла, що падає на об'єкт зйомки
При використанні експонометрів або люксметром, що вимірюють падаючий на об'єкт зйомки світло, витримка і діафрагма пов'язані з освітленістю об'єкту зйомки наступним співвідношенням:
N 2 / t = ES / C,
де
- N - діафрагма;
- t - витримка в секундах;
- E - усереднена освітленість сцени, виміряна в люксах;
- S - арифметичне значення світлочутливості (100, 200, 400, і т. Д.);
- C - калібрувальний коефіцієнт експометра або люксметра для відбитого світла; зазвичай використовується C = 250.
При C = 250 and ISO 100, отримуємо наступну залежність експозиційного числа від освітленості об'єкта зйомки:
2EV = ES / C = 100/250 E = 0.4 × E
E = 2.5 × 2EV.
Ця формула використовується в конвертері освітленості для перетворення експозиційного числа в люкси і навпаки.
Слід зазначити, що якщо подивитися на таблицю відповідності експозиційних чисел і яскравості (для ISO 100 і K = 12.5) і освітленості (для ISO 100 і C = 250) об'єкта зйомки, можна подумати, що вона допускає пряме перетворення кд / м² в люкси і навпаки. Однак це не так, оскільки в люксах вимірюється освітленість, тобто, кількість світла, що падає на поверхню, в той час як кандели на кв. метр використовуються для вимірювання яскравості об'єкта, тобто, відбитого від поверхні об'єкта світла. Кількість відбитого світла, тобто, яскравість об'єкта, визначається властивостями поверхні об'єкта і її текстурою. Наприклад, поверхня, покрита чорним оксамитом, може бути освітлена дуже яскравим джерелом світла, але при цьому мати дуже низьку яскравість. У той же час, білий автомобіль з глянцевою поверхнею може мати більшу, ніж чорний оксамит, яскравість при більш слабкому освітленні. Фотографи знають, як важко зняти модель в чорному оксамитовому платті на тлі білого автомобіля і навпаки, модель в білій весільній сукні на тлі чорного автомобіля.
Приклад умов освітлення, при яких це значення Експозиції можна використовуват
Конвертер яскравості конвертер освітленості Приклад умов освітлення, при яких це значення Експозиції можна використовуват EV кд / м² fL лк фут · кд -4 0,008 0,0023 0,156 0,015 Яскраве полярне сяйво -3 0,016 0,0046 0,313 0,029 Пейзаж при вісвітленні місячнім світлом, повна місяць -2 0,031 0,0091 0,625 0,058 Пейзаж при вісвітленні місячнім світлом, повний місяць -1 0,063 0,018 1,25 0,116 Пейзаж при вісвітленні місячнім світлом, повний місяць, легка хмарність 0 0,125 0,036 2,5 0,232 Погано освітлене приміщення 1 0,25 0,073 5 0,465 Будинки далеко або пейзаж з силует на тлі неба при Слабкий 2 0,5 0,146 10 0,929 Будин і далеко при штучному Заповітні 3 1 0,292 20 1,86 Архітектура при штучному освітленні 4 2 0,584 40 3,72 Різдвяна ялинка або вулиці, освітлені ліхтарямі 5 4 1,17 80 7,43 Автомобілі Вночі 6 8 2,33 160 14,9 вітрини Вночі 7 16 4,67 320 29,7 Нічні вулиці 8 32 9,34 640 59,5 Нічні вулиці з яскравим штучним освітленням 9 64 18,7 1280 119 Пожежі, багаття, спорт при штучному освітленні 10 128 37,4 2560 238 неонова реклама 11 256 74,7 5120 476 Пейзажі відразу після заходу сонця 12 512 149 10240 951 Пейзажі під час заходу або при сильній суцільної хмарності 13 1024 299 20480 1903 Пейзажі перед заходом 14 2048 598 40960 3805 Пейзажі при сонячному світлі і сильно загряз ненной атмосфері (димом пожеж або вихлопними газами) 15 4096 1195 81920 7611 Пейзажі при хорошому сонячному освітленні 16 8192 2391 163840 15221 Снігові пейзажі або пустеля при сонячному освітленні
Детальніше про експозиційному числі .
Освітленість і музейні експонати
Статуя в Версальському палаці, Франція
Швидкість, з якою старіють, вицвітають і іншим чином псуються музейні експонати, залежить від їх освітленості і від сили джерел світла. Співробітники музеїв вимірюють освітленість експонатів, щоб переконатися, що на експонати потрапляє безпечне кількість світла, а також і для того, щоб забезпечити достатньо світла для відвідувачів, щоб вони могли добре розглянути експонат. Освітленість можна виміряти фотометром, але в багатьох випадках це буває нелегко, так як він повинен знаходитися якомога ближче до експонату, а для цього часто необхідно прибрати захисне скло і вимкнути сигналізацію, а також отримати на це дозвіл. Щоб полегшити завдання, працівники музею часто користуються фотоапаратами як фотометрами. Звичайно, це не заміна точним вимірам в ситуації, де знайдена проблема з кількістю світла, який потрапляє на експонат. Але для того, щоб перевірити, чи потрібна більш серйозна перевірка з фотометром, фотоапарата цілком достатньо.
Експозиція визначається фотоапаратом на основі показань про освітленість, і, знаючи експозицію, можна знайти освітленість, виконавши ряд нескладних обчислень. У цьому випадку співробітники музеїв користуються або формулою, або таблицею з перекладом експозиції в одиниці освітленості. Під час обчислень не варто забувати, що камера поглинає частину світла, і враховувати це в кінцевому результаті.
Садівники знають, що різні рослини вимагають різну кількість світла; для оцінки освітленості рослин можна використовувати люксметри
Освітленість в інших сферах діяльності
Садівники і Рослинники знають, що рослини потребує світлі для фотосинтезу, і їм відомо, скільки світла необхідно кожній рослині. Вони вимірюють освітленість в теплицях, садах і городах, щоб переконатися в тому, що кожна рослина отримує достатню кількість світла. Деякі використовують для цього фотометри.
література
Автор статті: Kateryna Yuri
Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.