Főoldal
Háztáji
Hírek
Cikkek
Fényképezőgép múzeum
Keresés
Fórum
KépFórum
Adna - Venne
Linkek
Cikkek rovat
Hircsatorna
Kapcsolódó anyagok
Főoldal
Fénymérés, fotometria, expozíció
Írta: Nagy Sándor (nasa@http.hu)   
2016. április 04.
Forrás: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lux_meter.jpg
 
 
 
A fénykápezásben a fényé a fő szerep, tehát a fényképezőgép legfontosabb beállítása a fény mérésével kapcsolatos. Az objektívhez érkező fény erősségéhez (fényérték – LV) kell igazítanunk az expozíciót (megvilágítási érték – EV), azaz az érzékelőre eső fény mennyiségét meghatározó paramétereket (fényrekesz, megvilágítési idő, érzékenység). A fény elektromágneses hullám, tehát a fénysugárban energia áramlik. A fotográfiai fénymérés eredményét kifejező mennyiségek (LV, EV) meghatározása során azonban szó sem esik energia egységekről, tehát ezek aligha lehetnek a szabványosak a Mértékegységek Nemzetközi Egységrendszere (SI) szerint. Az alábbiakban a fény erősségének fizikai és fotográfiában használatos mértékegységei közötti kapcsolatot mutatjuk be.

 
 
 
 
A fényképezés gyakorlatában az alábbi ismereteknek nincs (vagy alig van) szerepe. Az EV érték a fényképezésben tökéletesen megfelel a fény erősségének megadására, a fényképezőgép beállítása érdekében. Nem kell tudnunk, hogy ténylegesen mennyi energia áramlik a fényképezőgép objektívjéhez érkező elektromágneses hullámban, mekkora energia éri el az érzékelőt. Talán azért nem árt ismernünk a fizikai és fotográfiai egységek közötti összefüggést, mert a fényforrások fényerősségét általában a szabványos SI egységekben adják meg (különösen, ha nem speciálisan fényképezés szempontjából jellemzik azokat). Ettől eltekintve is, vélhetőleg sok fotósban (különösen a természettudományi/műszaki érdeklődésűekben) felmerült már a kérdés, hogy az EV/LV értékek vajon mekkora energia áramot, megvilágítást jelentenek.

A fotótechnikai fénymérés különböző módszereit, a hozzá kapcsolódó eljárásokat ebben a cikkben és annak megnyitása után a képernyő baloldalán felsorolt kapcsolódó anyagokban részletesen ismertettük, azokat ismertnek tekinjük. Aki az expozíció helyes megválasztásával, beállításával kapcsolatos ismereteit kívánja felfrissíteni, vagy egyáltalán többet megtudni erről, a fotózás gyakorlatában oly fontos témáról, ezeket a cikkeket tanulmányozza! Az alap cikket 2008 március végén, alig két hónappal a FotoAgora elindítása után publikáltuk, ma (2016.április elején) ez a portál második legolvasottabb cikke (csaknem 18100 alkalommal nyitották meg), a legolvasottabb pedig az EV-vel kapcsolatos paraméterekkel foglalkozó cikk (közel 19300 megnyitás).

A fény erősségének fizikai (fotometriai) jellemzői
 
 A fény erősségének mérésével a fotometria foglalkozik. Ez az elektromágneses spektrum emberi szem számára látható tartományának, a 430 nm - 780 nm hullámhossz-tartományba eső sugárzás mérését jelenti, méghozzá az emberi szemre (látásunkra) gyekorolt hatása szempontjából – azaz a mérőszáma azt fejezi ki, hogy a különböző spektrális összetételű fény milyen mennyiségeit érzékeljük azonos arősségűeknek (lásd alább). A teljes elektromágneses epektrum, vagy annak valamely része energiájának (szemünk érzékelésétől független, objektív) mérésével a radiometria foglalkozik (ezekben a mennyiségekben jelenik meg a teljesítmény, illetve az energia egysége, a Watt és a Joule). Az emberi szem a különböző spektrális összetételű, de azonos teljesítményű fényt  másképpen érzékeli, ezeket a jelenségeket is a fotometria fogalmaival írjuk le.
 
Fotometria és az emberi látás
 
Az emberi szem érzékenysége függ a fény hullámhosszától. A szem érzékenységi függvénye (láthatósági függvény) a fény intenzitásától is függ: a nappali megvilágításhoz képest gyengébb fényviszonyok esetén a maximális érzékenység a kék szín felé (rövidebb hullámhosszak felé) tolódik el (Purkinje effektus, lásd az ábrát).  A fotopikus (fényadaptált, nappali világossághoz szokott) látás maximális érzékenysége 550 nm, a szkotopokus (sötétadaptált, szürkületi, sötétben való) látás maximális érzékenysége 480-500 nm hullámhosszúságnál van. A fotometria korrigálja a mért fényintenzitást a szem érzékenységi függvénye szerint, a jó fényviszonyokhoz adaptálódott szem érzékenységi függvényét veszi figyelembe az energia hulláhossz szerinti, súlyozott összegzése során (így a fotometriai mérések nem pontosan jellemzik a fény erősségét gyenge fényviszonyok között – jó fényviszonyokról beszélünk, ha a fénysűrűség > 3 cd/m2).
Forrás: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Luminosity.png
A fotopikus (fekete görbe) és szkotopikus (zöld görbe) látás érzékenységi görbéje

Fényforrások fényerőssége (luminous intensity)
 
A fotometriai mennyiségek megismerését kezdjük a fény forrásánál. A fényforrás fényerősségének mértékegysége az SI rendszer hét alapegységének egyike, neve kandela (cd). A kandela az olyan fényforrás fényerőssége adott irányban, amely 540×1012 Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást bocsát ki, és sugárzás erőssége ebben az irányban
 1 cd =1/683 W/sr1
Ennek a sugárzásnak a hullámhossza kb. 555 nm. Ez a hullámhossz az emberi (fotopikus) látás érzékelési maximuma közelébe esik. Másképp: a fényerősség a kis térszögben kibocsátott fényáram és a térszög hányadosa.
1 cd = 1 lm/sr

A candela (latin) jelentése: gyertya. Egy átlagos gyertya fényerőssége 1 cd, egy 100 wattos izzólámpáé kb. 120 cd.
          ------------------------------------------
          1   sr steradián, a térszög SI (dimenzió nélküli) mértékegysége. A teljes térszög 4π≈12,56  sr.
          ------------------------------------------
 
Fényáram (luminous flux, luminous power)

A fényáram a fényerősség és a besugárzott térszög szorzata. A fényáram származtatott SI-mértékegysége lumen (lm).
1 lm = 1 cd . sr
Másképp: 1 lumen az 1 candela fényerősségű, pontszerű fényforrás adott térszögbe kisugárzott fényárama. Egy 100 wattos izzólámpa által a teljes térbe kibocsátott fényáram 1380 lumen. 1 lumen fényáramot létesít az 1 kandela fényerősségű, minden irányban egyenletesen sugárzó pontszerű fényforrás az 1 méter sugarú gömb 1 m² felületén. A szem (fotopikus) maximális érzékenységének megfelelő 550 nm hullámhosszúságú fénysugárzás 1 watt teljesítmény esetén 680 lumen fényáramot létesít.

Megvilágítás (illuminance – a felületre beeső, luminous emittance – a felületről kibocsátott)
 
A megvilágítás a megvilágított felületre eső fényáram és a megvilágított felület nagyságának hányadosa. SI mértékegysége lux (lx):
1 lx = 1 lm/m2
Másképp: 1 lux a megvilágítása annak a felületnek, amelynek 1 négyzetméterére merőlegesen és egyenletesen 1 lumen fényáram esik. A megvilágítási erősség megadja, hogy egy adott felület mennyire van megvilágítva. Egy szabadon sugárzó 100 wattos általános izzólámpa 1,5 m magasan felfüggesztve a lámpa alatti felületen hozzávetőleg 100 lx megvilágítási erősséget eredményez. Jellező megvilágítási értékek: iroda: 500 lx, folyosó: 50 lx, napfény nyáron 100 000 lx, napfény télen 10 000 lx, telihold: 0,2 lx, színérzékelés határa: 3 lx.

Fénysűrűség (luminance)

 
A fénysűrűség az a mérték, mely az emberi szemben a világító vagy a megvilágított felületek által keltett fényérzetet határozza meg, azaz a felületegységre jutó fényerősség, mértékegysége nit. Vonatkozhat nemcsak fényforrásra, hanem megvilágított felületre is. Leggyakrabban a vizsgált felületre merőleges irányban mérjük, de meghatározható más irányban is, ilyen esetben a felületnek a mérési irányra merőleges vetületét kell számításba venni.
1 nit = 1cd/m2
A fénysűrűség értékét úgy kapjuk meg, ha egy fényforrás fényerősség értékét elosztjuk a megvilágítandó felülettel. A fénysűrűség határozza meg a szubjektív fényérzetet. A fénysűrűség azon fénybehatás mértéke, melyet az emberi szem egy önvilágító vagy mesterségesen megvilágított felületről hív elő. A relatív fénysűrűség-különbséget szokás kontrasztnak nevezni.

Mi a kapcsolata mindennek a fotográfiai expozíció értékével?
 
Idézzük fel emlékezetünkben: a fényérték (LV) megegyezik a megvilágítási értékkel (EV), ha az érzékenység ISO 100. Ezt a fotózás gyakorlata szempontjából fontos (relatív) skálát úgy választották meg, hogy 0 értéke ISO 100 érzékenység mellett f/1 fényrekesz és 1 s megvilágítási idő beállítással eredményez optimális megvilágítást (a 18 % fényvisszaverő képességű felület képe a felvételen közepes (középszürke) tónusú lesz). A logaritmikus lépték szerint változó értékek 1 egységnyi megváltozása a fény intenzitásának kétszeres növekedésének vagy csökkenésének felel meg (egy expozíciós lépés, 1 stop).

Adott fényviszonyok mellett (adott EV/LV esetén) ugyanolyan megvilágítást (film esetében ugyanolyan feketedést, digitális felvétel esetében ugyanakkora nagyságú elektromos jeleket) lehet elérni eltérő fényrekesz és megvilágítási idő beállításokkal. Ha az egyik változtatásával növeljük az érzékelőre jutó fény mennyiségét, a másikkal ugyanolyan mértékben (ugyanannyi expozíciós értékkel) kell csökkenteni (hogy az érzékelőre ugyanannyi elektromágneses energia jusson). Ezt nevezzük viszonossági (reciprocitás) szabálynak. Film esetében a reciprocitási szabály csak bizonyos megvilágítási idő tartományban (általában ½ s éa 1/1000 s között) érvényesül kellő pontossággal, a határokon túli expozíciós idő alkalmazása esetén sérül (Swarzschield effektus).

Fényviszonyok kapcsolata a fény erőssége fotográfiai illetve fizikai mérőszámaival

Tájékoztató táblázatokat szokás megadni mind a fizikai, mind a fotográfiai fényerősség jellemzők értékére különböző tipikus fényviszonyok esetére. Megkísérelhetjük ezek egybevetését. Ilyen táblázatot találhatunk a fotográfiai fényértékekre, a fizikai megvilágítás értékekre pedig a jelen cikkben is felsoroltunk néhány adatot fentebb. Ezek összevetését két szélsőséges esetre az alábbi táblázat tartalmazza.
 
  Megvilágítás (lx) LV
Napfény nyáron
 100.000 15
Holdfényben, teliholdnál  0,2
 -5
 A logarotmikus léptékű LV értékek közötti különbség 20 expozíciós lépés, ami 220 = 1.048.576 lineáris arányt jelent. Ez nagyjából kétszer (egy expozíciós lépéssel ) nagyobb, mint a fizikai megvilágítások (lux értékek) 500.000 aránya. Ez betudható a  Swarzschield effektusnak, hiszen szélsőségesen eltérő fényviszonyokat vettünk figyelembe.
 
 
A fotográfiai megvilágítás meghatározása fotometriai mennyiségekkel
 
Az EV értékek függnek az érzékelő ISO érzékenységétől. Kézenfekvő, hogy e fejezet címében megjelölt feladat megoldásához az érzékenység meghatározását kell áttekintenünk. Ezt az analóg fényképezés időszakában, a filmekre definiálták. Az ISO érzékenységet a fotográfiai filmek jelleggörbéjének (Hurtler-Driffield görbe) adataival határozták meg, amelyet vázlatosan az ábra szemléltet. A jelleggörbe vízszintes tengelyén a filmre eső fény mennyiségét (luminous exposure –  H, lx.s) tüntetjük fel  logaritmikus léptékben, és ennek függvényében ábrázoljuk (a függőleges tengelyen) a film feketedését (denzitását – D), ami ugyancsak logaritmikus léptékű2. A görbe középső, lineáris szakaszának (esetleg a felső, nemlineáris könyök egy részével együtt) kihasználása eredményez a téma különböző világosságú részeit jól megkülönböztető tónusokat, alsó és felső vízszintes szakaszai pedig használhatatlan, egyenletesen világos, illetve sötét negatívot ad. Az alsó vízszintes szakaszának neve: fátyol. A fátyol denzitás értékéhez hozzáadva D=0,1 értéket, kapjuk a küszöbpontot (m). A küszöbponthoz tartozó fénymennyiség, Hm az a legkisebb fénymennyiség, amely fölött a film előhívás után eltérő tónusokkal különbözteti meg a téma különböző világosságú részeit. A küszöbpont felhasználásával definiáljuk az adott film ISO érzékenységét (S):
S = 0,8/ Hm
 A 0,8 szorzó magyarázata az ábráról leolvasható
Forrás: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ISO6speedMethod.png
Fekete-fehér (negatív) film tipiokus jelleggörbéje
 
          -------------------------------
         2   A feketedés (optikai denzitás – D) az előhívott film fényelnyelő képességek (1-I/I0, ahol I0 a film átvilágításakor a beeső fény, I pedig a filmen áthaladó fény intenzitása) reciprokának tízes alapú logaritmusa: D = lg (I0/1-I). Tehát D=0 esetén a film a fény 100%-át átbocsátja, D=1-nél 10%-át, D=2-nél 1%-át, D=3-nál 0.1%-át bocsátja át.
          --------------------------------
 
A filmre eső fény mennyisége, a Hurtler-Driffield görbe vízszintes tengelyén levő mennyiség a fényképezőgép képsíkjára (az érzékelőre) eső fény mennyiségét méri, és a fentiek szerint a fotometriai megvilágítás, és az expozíciós idő szorzata adja:
H = Et
ahol E: az érzékelőre eső fotometriai megvilágítás (lux); t az expozíciós idő (s). Ebből a fotometriai megvilágítás:
E = H/t
A fotográfiai megvilágítás (EV) pedig, a fentebb mondottakat képletbe foglalva:
EV = log2(N2/t)
ahol N a fényrekesz nevezőjének értéke (rekeszszám).
A fényképezőgép érzékrlője megvilágításának két különböző egységrendszerben kifejezett értéke természetesen azonos fénymennyiséget fejez ki, de a kettő között nincs egzakt átszámítási tényező. Mit tehetünk? Azt mondjuk, hogy az egyik a másiknak valamilyen K-szorosa. A K tényező neve: a fénymérő kalibrációs állandója (a visszavert fény mérése esetén érvényes K kalibrációs állandő nem egyezik meg a közvetlen fénymérés, a beeső fényt mérő műszer kalibrációs állandójával – ez utóbbit általában C-vel jelölik).
 
Tehát:
K(N2/t) = Et
Innen
 EV = log2(N2/t) =  log2(Et/K)
Meg van tehát a kapcsolat, az átszámítási összefüggés a fotográfisi megvilágítás EV (LV) mérőszáma, és a fizikai (fotometriai) megvilágítás (SI egységekkel kifejezett) mérőszáma között, ami az érzékelőre beeső fény (elektromágneses hullám) által szállított, az érzékelőnek átadott energiát méri. Emlékeztető: E az érzékelőre eső fotometriai megvilágítás (lux egységekben); t az expozíciós idő másodpercben. Már csak egy, de (a képlet gyakorlati használatához) alapvető fontosságú kérdés maradt: mennyi a K (illetve C) konstans(ok) értéke. Mint a fenti utalásból kiderül, erre aligha létezik egzakt meghatározás, ráadásul a különböző gyártmányú fénymérőkre – azok eltérő konstrukciójára tekintettel – eltérő lehet.  A vonatkozó ISO 2720:1974 szabvány így fogalmaz: "A K és C konstansokat nagyszámú teszt statisztikai analízisével kell megválasztani, amelye nagyszámú megfigyelő véleményét veszi figyelembe arra vonatkozóan, hogy ismert expozícióval, különböző, eltérő világosságú témákról készített nagyszámú fénykép közül melyek elfogadhatóak.” A szabvány K-ra  10.6 és 13.4 cd/m² közötti értékeket, C-re 240 és 400 lux közötti tartományt javasol. A leggyakoribb értékek K-ra 12.5 (Canon, Nikon, Sekonic) és 14 (Minolta, Kenko, Pentax), C-re pedig 250.
 
Forrás: https://www.uniquephoto.com/light-meter-buying-guide
 
A világhálón szite minden témában találunk információt, és szinte minden feladatra megoldást. Létezik lux – EV és EV – lux konverter is.
 









Hozzászólások
HozzáadásKeresés
Hozzászólást csupán a bejegyzett felhasználó tehet hozzá!
 
Következő >
Advertisement
Advertisement
Advertisement