Фотографическая широта и коэффициент контрастности

Фотографическая широта – характеристика фотоматериалов.

Пришло время более глубоко рассмотреть такую техническую характеристику фоториемников, как фотографическая широта. Понимание этой характеристики необходимо для получения качественных фотоснимков. Под фотоприемником в данном случае будем понимать светочувствительные материалы: фотопленку, фотобумагу, а также матрицу цифрового фотоаппарата.

Но прежде рассмотрим понятие экспозиция в фотографии. Под экспозиций в фотографии понимается количество света, попадающее на фотоприемник при фотографировании. Ранее уже рассматривалось, чем определяется экспозиция.

Это тремя параметрами фотоаппарата: выдержкой (временем открытия фотозатвора при фотографировании), диафрагмой (относительным диаметром входного отверстия фотообъектива) и чувствительностью.

Многие, наверное сталкивались с такой проблемой, когда фотографируя человека или какой-либо объект на фоне неба, например, горы, получают снимки либо с проработанными деталями объекта, но со светлым, безликим небом, либо с проработанным небом, но с темными объектами на земле. Это особенно характерно при фотографировании картин заката. Порой наземные объекты получаются совсем темными с неразличимыми деталями.

В чем здесь дело? В реальной ситуации освещенности светлых участков снимаемого объекта (пейзажа и др.) и темных могут очень сильно различаться. Не один светочувствительный материал (фотопленка, матрица цифрового фотоаппарата не способны охватить весь интервал реальных освещенностей и правильно передать его.

Дело в том, что человеческий глаз способен воспринимать ярко освещенные объекты и слабо освещенные в весьма широком диапазоне яркостей. В глазу человека имеются чувствительные элементы двух типов — палочки и колбочки. Одни чувствительны при малых освещенностях, другие — при больших. Человек при адаптации зрачка может воспринимать свет звезд, а при дневном освещении ярко освещенные объекты.

А знаете ли Вы, что воздействие света на человеческий глаз изучал Исаак Ньютон? Он для того, чтобы понять воздействие света на глаз просовывал специальную палочку между глазным яблоком и давил на него, при этом видел радужные круги. У него была идея, что свет оказывает давление на сетчатку глаза. И вообще он всячески издевался над глазами ради того, чтобы понять истину.

Воздействие света на человеческий глаз изучал также Герман Гельмгольц – иностранный член-корреспондент Петербургской Академии наук в 1868 г.

Если количество света, попадающего на фотоприемник (в том числе глаз человека), измерять в ступенях экспозиции (каждая ступень — изменение выдержки или диафрагмы на одно значение, при этом количество света, изменяется вдвое), то чувствительность человеческого глаза оценивается примерно в 10-14 ступеней без адаптации зрачка и до 24 ступеней с адаптацией.

Для того, чтобы оценить интервал яркостей объекта, которые фотопримник воспринимает адекватно, т. е. Изменение яркостей пропорционально передается фотоприемником было введено понятие фотографическая широта.

Но сначала каким образом технически определяется эта характеристика. Для этого регистрируется характеристическая (иногда ее называют сенситометрическая) кривая фотоматериала, которая показывает зависимость оптической плотности от экспозиции в логарифмическом масштабе.

Оптической плотностью называют степень почернения фотоматериала, количественно выражаемую в логарифме отношения количества падающего на экспонированный и проявленный фотонегатив света и прошедшего через него (при освещении на просвет). Если, например, измеряемый участок негатива пропускает света в 10 раз меньше, чем его упало на поверхность, то оптическая плотность данного участка равна 1.

Ниже приведена типичная характеристическая кривая черно-белой негативной фотопленки.

harakteristicheskaya krivaya

Характеристическая кривая негативной фотопленки.

Для цветной фотопленки, имеющей три светочувствительных слоя, в принципе, должны определяться три характеристические кривые. Для получения качественного изображения слои должны быть сбалансированы по чувствительности между собой и тогда три кривые примерно сливаются в одну. Степень их сбалансированности оценивается показателем баланса чувствительности.

Между прочим впервые цветную фотопленку создал Джеймс Клерк Максвелл в 1861 году.

Kontrastnost

Характеристические кривые, показывающие контрастность фотоматериала: А-мягкий, Б-нормальный, В- контрастный.

Бывают фотоматериалы мягкие, с низкой контрастностью, бывают высококонтрастные с большим коэффициентом контрастности, бывают нормальные. Так специальные технические фотопленки с высоким контрастом передают только черные и белые детали без полутонов и применяются для репродукции штриховых изображений и для других технических целей.

Так в справочнике для популярной советской негативной фотопленки ФОТО-32 приведены характеристические кривые в зависимости от времени проявления в проявителе ГОСТ №2.

Harakt krivyie FOTO321

Характеристические кривые пленки ФОТО-32 для разного времени проявления.

Область в нижней части кривой, где она практически параллельна оси экспозиций lgH называется областью недодержек, а величина оптической плотности ( D) при экспозиции, практически равной нулю, определяет плотность вуали. Вуаль — почернение на фотоматериале, образующееся после проявления на участках, на которые не действовал свет.

Область в верхней части кривой, где с увеличением экспозиции D уже не растет, называют областью передержек. Причем при дальнейшем увеличении экспозиции оптическая плотность D не только не растет, но начинает уменьшаться. Этот эффект носит название соляризации.

fotoshirota11

Фотографическая широта пленки на характеристической кривой.

В принципе фотографическая широта свойственна и цифровым фотоприемникам. Единственно, что отличает — отсутствие проявления.

На практике для большинства негативных фотопленок фотографическая широта составляет примерно 9-11 ступеней экспозиции (каждая ступень – увеличение экспозиции вдвое). Для матриц цифровых фотоаппаратов теоретически доступная широта от 8 до 11 ступеней, хотя на практике большинство фотокамер не дотягивают до таких значений.

Фотобумага способна воспроизвести 7-8 ступеней экспозиции.

О возможностях увеличения фотографической широты далее.

Источник

Показатели потребительских свойств фотоматериалов

О сенситометрических факторах потребительских свойств фотоматериала — его светочувствительности, контрастности, фотографической широте и др. — можно судить, если сопоставить количество освещения, сообщаемое материалу, с плотностями полученных почернений. Удобно такое сопоставление производить графически, так как этот метод прост и нагляден. Принято оптические плотности (D) сопоставлять с логарифмами экспозиций, вызвавших эти плотности.

График зависимости плотности (D) от логарифмов экспозиции характеризует важнейшие свойства фотографического материала и называется потому характеристической кривой (см. рис.);

1 72

Для различных фотоматериалов и режимов их обработки положение характеристической кривой относительно осей координат может быть различным, угол ее наклона и форма отдельных ее частей могут несколько видоизменяться, сам же характер кривой постоянен; она имеет несколько областей-участков определенной формы.

По ней можно видеть, что с увеличением освещенности фотоматериала оптическая плотность изображения возрастает неодинаково. В нижнем участке характеристической кри-

1 73

вой, называемой областью недодержек, градации яркости передаются с малым контрастом. С увеличением освещенности фотоматериала контрастность возрастает.

Средний прямолинейный участок кривой называется областью нормальных экспозиций. На этом участке осуществляется прямо пропорциональное воспроизведение оптических плотностей фотографируемого объекта. Чем больше интервал прямо пропорционального воспроизведения оптических плотностей, тем менее опасны погрешности в выборе экспозиции.

Показателями потребительских свойств светочувствительного материала являются:

♦ оптическая плотность вуали;

Светочувствительность (S) — способность фотоматериала реагировать на световое излучение. Она зависит от размеров микрокристаллов и их состава. Более крупные микрокристаллы обусловливают большую светочувствительность, чем мелкие того же состава.

Светочувствительность различных галогенидов серебра неодинакова: чувствительнее всего бромистое серебро, затем хлористое и наименее чувствительно — йодистое.

Чем меньше экспозиция, вызывающая на данном материале некоторое почернение, тем более чувствителен к свету этот материал. Поэтому светочувствительность можно определить как величину обратную экспозиции, вызывающей на данном материале известную плотность: измеряется в относительных единицах:

где S — светочувствительность;

HD — экспозиция, вызывающая плотность D;

К — коэффициент пропорциональности.

Светочувствительность измеряется в относительных единицах, в разных странах действуют разные стандарты:

Общая тенденция, наметившаяся в последние годы в маркировке единиц светочувствительности на упаковках фотопленок и других изделиях фототехники, сводится к маркировке только единиц ISO.

Для того чтобы получить хорошие фотографии при недостаточном освещении без вспышки, нужна пленка повышенной чувствительности. При ярком освещении требуется менее чувствительная пленка.

Чем меньше чувствительность пленки, тем меньше ее зернистость, и наоборот, чем выше чувствительность, тем более зернистыми являются изображения. Поэтому нужно использовать пленку самой низкой чувствительности, которая пригодна для данной ситуации.

Низкочувствительные пленки (50+100 ед. ISO) пригодны для съемки хорошо освещенного и неподвижного объекта. Размеры «зерен» таких пленок малы, и, следовательно, негативное изображение будет мелкозернистым. С такого негатива может быть получен отпечаток хорошего качества и с большим увеличением.

Пленки средней чувствительности (100—400 ед. ISO) являются отличным фотоматериалом общего назначения, пригодным для различных видов съемки.

Высокочувствительные пленки (400 ед. ISO и выше) обычно используются для репортерской фотосъемки быстродви-жущихся объектов, а также для съемки в условиях слабого освещения.

Контрастность — это свойство светочувствительного слоя передавать шкалу яркостей фотографируемого объекта различными приращениями плотностей. Контрастность будет тем выше, чем больше разница этих приращений.

Она характеризуется коэффициентом контрастности, который равен тангенсу угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой (см. рис.):

1 74

Коэффициент контрастности иногда называют гаммой фотографического материала в соответствии с его обозначением у.

Контрастность фотографического материала зависит от его природы (состава эмульсии, технологии ее изготовления) и времени проявления. С увеличением времени проявления (до известного предела) контрастность фотоматериала увеличивается.

Фотоматериал считается нормальным, если его коэффициент контрастности равен единице, малоконтрастным (мягким) — если он меньше единицы, и контрастным — если больше единицы. Таким образом, чем больше угол наклона характеристической кривой, тем контрастнее пленка, и наоборот.

При подборе фотоматериала по контрастности необходимо учитывать следующие факторы:

♦ с повышением контрастности материала растет его зернистость и, следовательно, ухудшается качество изображения;

♦ с контрастного материала труднее получить отпечаток, имеющий хорошо проработанные детали, как на темных участках, так и на светлых;

♦ контрастные негативные фотоматериалы не способны воспроизводить одновременно очень яркие и очень темные участки объекта съемки даже при правильно выбранной экспозиции.

Контрастные фотоматериалы применяются при съемке чертежей, штриховых рисунков и т. д.

Малоконтрастные (мягкие) фотоматериалы применяются в тех случаях, когда снимаемый сюжет характеризуется большим диапазоном яркостей.

Фотографичаская широта. Разность логарифмов экспозиций, отвечающих концу и началу прямолинейного участка характеристической кривой, называется фотографической широтой материала (см. рис.):

1 75

Фотографическая широта фотоматериала характеризуется способностью точно воспроизводить различные детали объекта съемки в определенном интервале выдержек. Практически из этого следует, что имеется определенный диапазон возможных выдержек, которые зависят не только от типа данной пленки, но и от контрастности объекта съемки. Например, диапазон возможных выдержек будет при прочих равных условиях большим для объекта слабо контрастного (пейзаж при пасмурной погоде), чем для объекта более контрастного (съемка против света, частично освещенные предметы).

Если интервал яркостей объекта съемки равен фотографической широте фотоматериала, то пропорциональная передача яркостей объекта съемки без потери деталей возможна только при одной точно определенной выдержке. При отклонении от этой выдержки происходит потеря либо световых, либо теневых деталей негатива.

Если интервал яркостей объекта съемки больше фотографической широты фотоматериала, то сохранение всех деталей невозможно ни при какой выдержке.

Если интервал яркостей объекта съемки меньше фотографической широты фотоматериала, то пропорциональная передача яркостей возможна при различных выдержках.

Разрешающая способность — это величина, характеризующая способность светочувствительного слоя четко воспроизводить мелкие детали объекта. Она измеряется количеством линий на 1 мм, при котором еще возможно различить соседние линии.

Для определения разрешающей способности фотографируют миру. Мира — изображение, состоящее из ряда штрихов. Стандартная мира имеет 25 групп штрихов. Штрихи каждой группы одинаковы по ширине, а также одинаковы по ширине промежутки между ними. Разные группы отличаются по ширине штрихов и по ширине промежутков (см. рис.).1 76

Миру фотографируют при помощи прибора — резольво-метра, затем рассматривают негативы миры — резольвог-рамму под микроскопом и находят, какое количество штрихов раздельно передает данный фотографический материал. Наибольшее количество штрихов, приходящихся на 1 мм оптического изображения и раздельно передаваемых материалом, является мерой разрешающей способности этого материала.

Разрешающая способность зависит от размеров кристаллов галогенида серебра, толщины светочувствительного слоя, режима обработки.

Фотоматериалы с меньшей светочувствительностью, как правило, имеют лучшую разрешающую способность.

Спектральная чувствительность (цветочувствительность) (S() — способность фотографического слоя реагировать на лучи различных частей спектра. Фотографическая эмульсия неодинаково чувствительна к свету с различной длиной волны. Спектральная чувствительность характеризуется степенью сенсибилизации. Без оптически сенсибилизирующего красителя эмульсия чувствительна только к сине-фиолетовой части видимого спектра. Такие фотоматериалы называются несенсибилизированными. Для эмульсий с красителями сенсибилизация может быть ортохроматической (эмульсия приобретает дополнительную чувствительность к зелено-желтой части спектра), панхроматической (к оранжево-красной части) и инфрахроматической (к темно-красной части спектра и началу инфракрасной области), но при этом между дополнительно возникшей и основной чувствительностью возникает провал: ортохроматические материалы почти не чувствуют голубой части спектра, панхроматические — зелено-голубой и отчасти желтой. Этот недостаток исправляют введением второго красителя, поглощающего свет в области провала и выравнивающего чувствительность по всей используемой части спектра. Полученные таким образом материалы называют соответственно изоортохроматическими (чувствительными ко всем длинам волн короче 600 нм, т.е. до оранжевой части спектра), изопанхроматическими (чувствительными ко всем длинам волн короче 730 нм, т.е. почти до границы видимой части спектра с инфракрасной) и изохроматическими (чувствительными ко всем длинам волн короче 650 нм, т.е. включая оранжевую и часть красной области). Разная сенсибилизация материалов регламентирует особенности применения их при съемке, а также способ их обработки после экспонирования.

Цветное изображение является суммой одноцветных изображений, образованных в различных слоях цветофотографи-ческого материала. Свойства каждого слоя определяются характеристической кривой этого слоя, а свойства материала в целом определяются как формой и положением отдельных характеристических кривых, так и их соотношением. Для характеристики свойств отдельных слоев вводится понятие цветной плотности, так как оптическая плотность не может охарактеризовать эффект действия света при получении окрашенного изображения.

Величины цветных плотностей определяются следующими выражениями:

где D —1 77желтая плотность; она характеризует фотографический результат действия света на желтый слой цветофо-тографического материала. Желтая плотность показывает степень ослабления синих лучей при их прохождении через желтое изображение. Чем больше плотность, тем сильнее ослабляются синие лучи;

D — пурпурная плотность, является мерой ослабления зеленых лучей при их прохождении через пурпурное изображение;

D — голубая плотность, показывает, как ослабляются красные лучи, проходящие через голубое изображение.

Соотношение отдельных характеристических кривых цветофотографического материала называется балансом этого материала. Правильно сбалансированным называется материал, характеристические кривые всех трех слоев которого совпадают.

Важными характеристиками цветофотографического материала являются баланс по светочувствительности «Bs» и баланс по контрастности «Бу».

Балансом по светочувствительности называется отношение наибольшей светочувствительности к наименьшей для отдельных слоев цветофотографического материала.

Балансом по контрастности называется разность наибольшего и наименьшего коэффициентов контрастности, определенных для отдельных слоев цветофотографического материала. Чем ближе баланс к правильному, т.е. чем точнее совпадают отдельные характеристические кривые, тем правильнее передаются на цветном изображении черные, белые и все оттенки серых цветов.

Разбалансирование по светочувствительности практически исправляют при цветном копировании с применением корректирующих светофильтров, а разбалансирование по контрастности исправлению не поддается.

Оптическая плотность вуали (Dо) — это характеристика неэкспонированного светочувствительного слоя после химической обработки. Плотности вуали соответствует самый нижний участок характеристической кривой АВ (см. рис.). Она не зависит от экспозиции и определяется свойствами самого фотоматериала и условиями его химической обработки.

Оптическая плотность вуали — степень почернения участков фотографического слоя, на которые свет перед проявлением не действовал. Вуаль образуется в результате того, что при созревании эмульсии возникают не только центры светочувствительности, но и некоторое количество центров «скрытой вуали», которые по характеру действия при проявлении аналогичны частицам скрытого изображения. Величина вуали зависит от светочувствительности фотослоя (чем выше светочувствительность, тем интенсивнее вуаль), продолжительности проявления (длительное проявление вызывает увеличение вуали), условий и длительности хранения фотоматериалов.

Формат фотопленок. Самая распространенная на сегодняшний день — это пленка формата 135, представляющая собой пленку шириной 35 мм, перфорированную с обеих сторон. Поставляется она чаще всего заправленной в металлические одноразовые кассеты. Стандартная длина этих пленок 12, 24 и 36 кадров размером 24×36 мм. Указанное на упаковке количество кадров — это, как правило, рабочие кадры, а для заправки в фотоаппарат дополнительно выделено 4 кадра в начале и один кадр — в конце пленки.

На использование пленок формата 135 рассчитано большинство как профессиональных, так и любительских фотоаппаратов. Поэтому ассортимент пленок этого типа самый широкий.

Кроме пленок формата 135 выпускаются пленки форматом 120 и 220 для среднеформатных фотоаппаратов. Пленка

формата 120 представляет собой неперфорированную пленку шириной 61,5 мм, приклеенную началом к бумажной ленте — ракорду, вдвое большей длины, чем сама пленка. Ракорд предназначен для защиты пленки от света при зарядке в фотоаппарат. Сама пленка намотана на пластмассовую катушку. Пленка формата 220 отличается от пленок формата 120 вдвое большей длиной.

В фотоаппаратах системы APS, предназначенных для любительских фотографий, применяется фотопленка формата 1×240.

Источник

Динамический диапазон и фотографическая широта.

Содержание

Введение

При выборе монитора, сканера, фотоаппарата, а также других устройств, работающих с изображением, мы чаще всего обращаем внимание лишь на одну из их характеристик — разрешающую способность этого устройства. Неудивительно — ведь именно её в первую очередь выпячивают в рекламе, как наиболее простую для понимания широкими массами.

Определение

Фотографическая широта — максимально возможный диапазон внешних яркостей, которые может зафиксировать внутри одного кадра фотоустройство.

Динамический диапазон — максимально возможный полезный диапазон оптических плотностей плёнки, фотобумаги и т.п. (или максимально возможный полезный диапазон количеств электронов, могущих помещаться в каждом пикселе электронной матрицы фотоустройства).

Таким образом, термин «фотографическая широта» применяется для оценки запечатлеваемого диапазона внешних яркостей, а динамический диапазон — для оценки физических свойств внутреннего носителя ( оптическая плотность плёнки, ёмкость и шумность пикселей матрицы и т.п. ). Чувствуете разницу?

В аналоговых устройствах фотографическая широта фотоплёнки не зависит от своего динамического диапазона, поскольку теоретически любой диапазон внешних яркостей может быть закодирован в сколь угодно небольшой диапазон оптических плотностей плёнки. Однако очевидно, что при большом диапазоне оптических плотностей, картинка будет выглядеть лучше и переходы между яркостями будут более качественными, поскольку на микроуровне плёнка всё же дискретна, а информация о градациях должна где-то храниться.

В цифровых же устройствах изначальная дискретность кодирования изображения является причиной чёткой зависимости фотографической широты от динамического диапазона матрицы. Дело в том, что пиксели матрицы во время экспозиции накапливают определённое количество электронов, линейно зависящее от внешней яркости. Количество электронов — конечное, от единиц до десятков тысяч. Больше определённого предела пиксель чисто физически вместить не может. Градация яркостей определяется именно этими количествами электронов. Электроны, когда их счёт идёт на единицы, не могут дать подобие аналоговой, плавно изменяющейся оптической плотности. Без заметной потери градаций, в электроны, число которых и так невелико, большую фотографическую широту не уместить. Вот она и привязана к этому количеству, и линейно от неё зависит. А это количество и есть динамический диапазон.

Из-за такой линейной зависимости понятие фотографической широты часто заменяется понятием динамического диапазона. К счастью, для цифровых фотоустройств это не критично. Однако, сравнивая их характеристики с характеристиками аналоговых фотоустройств, об этой особенности важно помнить.

Если с матрицами всё просто, то отношения между фотографической широтой и динамическим диапазоном плёнки, как вы уже успели заметить, гораздо более сложны. Давайте подробнее рассмотрим их.

Предположим, что фотографическая широта у некоторой плёнки небольшая. Такая плёнка слишком засвечивается в ярких местах кадра и недостаточно — в тёмных. Если мы представим себе, как это происходит, то нам станет очевидно, что в тех местах, которые освещены средне, и не подверглись на плёнке пересвету или недосвету, градации яркости будут проработаны более качественно. Ведь небольшая фотографическая широта плёнки оказывается растянутой на весь её диапазон оптических плотностей ( динамический диапазон ). Именно поэтому профессиональные плёнки имеют меньшую фотографическую широту, чем любительские. По той же причине у профессиональных плёнок и диапазон оптических плотностей ( динамический диапазон ) пытаются сделать как можно шире. В любительских же плёнках за счёт большей фотографической широты фотографу прощается возможная ошибка в экспозиции, но в любом случае ухудшается качество световых переходов.

То же самое и с фотобумагой. Контрастная фотобумага имеет меньшую фотографическую широту, поэтому яркие места кадра становятся ещё ярче, а тёмные — ещё темнее. В целом, фотография становится контрастнее. Такая фотобумага применяется для серых, вялых негативов, имеющих небольшой динамический диапазон. Для резких же кадров с большим динамическим диапазоном больше подходит мягкая фотобумага, которая сможет вместить в себя весь динамический диапазон такого негатива.

Для подведения итога этой главы и закрепления материала, давайте рассмотрим определения фотографической широты и динамического диапазона в применении к различным фотоустройствам и фотоматериалам:

Фотографическая широта плёнки ( контрастность ) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. Приблизительные значения для негативов 2,5-9 EV, для слайдов 2-4 EV, для киноплёнки 14EV.
Динамический диапазон плёнки ( диапазон оптических плотностей ) — её способность в некотором диапазоне изменять свою прозрачность ( оптическую плотность ) в зависимости от воздействия внешней яркости. Приблизительные значения для негативов 2-3D, для слайдов 3-4D.

Фотографическая широта фотобумаги ( контрастность ) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей ( от фотоувеличителя ). Типичные значения для чёрно-белых бумаг: 0,7 EV ( контрастная ) — 1,7 EV ( мягкая ).
Динамический диапазон фотобумаги ( диапазон оптических плотностей ) — её способность в некотором диапазоне изменять степень отражения ( оптическую плотность ) в зависимости от внешней яркости ( от фотоувеличителя ). Типичные значения 1,2-2,5D.

Фотографическая широта матрицы цифрового аппарата — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. У цифрокомпактов 7-8 EV, у зеркалок 10-12 EV.
Динамический диапазон матрицы цифрового фотоаппарата — способность пикселей матрицы в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от уровня внешней яркости. Динамический диапазон цифрокомпактов — 2,1-2,4D, зеркалок — 3-3,6D.

Фотографическая широта графического файла — Поскольку файл — это всего лишь способ хранения информации, то за счёт потери градаций в любой формат файла можно запихнуть любой диапазон внешних яркостей. Стандартные же величины у формата восьмибитного JPEG — это 8 EV, у HDRI ( Radiance RGBE ) — до 252 EV. От количества бит, выделяемых для хранения каждого пикселя, этот параметр зависит лишь косвенно, поскольку способ упаковки информации в эти биты у разных форматов может быть различен.
Динамический диапазон графического файла — способность файла хранить в себе некоторый диапазон значений каждого пикселя.

Фотографическая широта монитора — Поскольку монитор — это только устройство отображения, то применительно к нему этот параметр не имеет особого смысла. Ближайшим по смыслу параметром будет способность монитора отображать закодированный в графическом файле диапазон значений яркости. Но величина этого параметра зависит в основном от программы отображения и используемого цветового профиля, которые с тем или иным успехом втискивают всю ( или не всю ) фотографическую широту изображения, содержащуюся в файле, в рамки динамического диапазона монитора. Замечу, что чем большая фотоширота втиснута в динамический диапазон, тем менее контрастно выглядит изображение. Однако существует специальный метод коррекции ( тональная компрессия ), позволяющий при сохранении фотографической широты увеличить контрастность.
Динамический диапазон монитора ( контрастность ) — способность пикселя монитора в некотором диапазоне изменять свою яркость в зависимости от напряжения входящего сигнала. Динамический диапазон современных мониторов находится в пределах 2,3-3D ( 200:1 — 1000:1 ).

Фотографическая широта матрицы сканера — способность её фиксировать некоторый диапазон яркостей отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Составляет от 6-8 EV у офисных планшетных до 13-16 EV у профессиональных барабанных сканеров.
Динамический диапазон матрицы сканера — аналогично матрице фотоаппарата, способность пикселей матрицы сканера в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от яркости отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Динамический диапазон сканеров может принимать значения от 1,8-2,4D у офисных планшетников до 4-4,9D у профессиональных барабанных сканеров.

Примечание по сканеру: Поскольку лампа сканера создаёт постоянную освещённость сканируемого материала, верхняя граница яркости этого материала ( абсолютно белый лист или полностью прозрачная плёнка ) оказывается известной. Верхняя граница динамического диапазона матрицы сканера заводской калибровкой подгоняется под эту максимальную яркость. Следовательно, верхние края шкал фотографической широты сканера и динамического диапазона плёнки ( с учётом её вуали ) будут совпадать.

Принимая во внимание, что у цифрового устройства динамический диапазон равен фотографической широте, можно сказать, что будут совпадать верхние края шкал динамических диапазонов сканера и плёнки+вуаль. А значит, наложив их диапазоны друг на друга, мы сможем их корректно сравнить, и определить, сможет ли тот или иной сканер оцифровать плёнку, не обрубив её диапазон. Для справки: динамический диапазон вуали ( максимальной прозрачности ) фотоплёнок приблизительно составляет 0,1D, и эту цифру при сравнении следует прибавлять к динамическому диапазону плёнки.

Общее примечание: Не все вышеперечисленные словосочетания реально используются, но они упомянуты для полноты картины, чтобы яснее можно было прочувствовать разницу между фотографической широтой и динамическим диапазоном.

Единицы измерения

Динамический диапазон измеряют по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 10 раз, а фотографическую широту — по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 2 раза.

Исходя из понятия логарифма ( показатель степени, в которую надо возвести одно число, чтобы получить другое ), обе эти шкалы являются логарифмическими. В первом случае используется логарифм по основанию 10 ( десятичный логарифм — lg ), во втором — по основанию 2 ( двоичный логарифм — log2 ).

Логарифмическая шкала — это удобный способ уложить огромный диапазон значений измеряемого параметра в компактном виде. Можно предположить, что к концу шкалы теряется её точность. Это так, но дело в том, что и органы чувств человека ведут себя так же. Глаз человека, например, может различить небольшой перепад в свете звёзд, но такой же в абсолютных числах перепад яркости двух ярких ламп глаз уже не зафиксирует. Поэтому десятикратный перепад больших яркостей глазу кажется одинаковым со стократным перепадом средних, и с тысячекратным — малых яркостей.

Поэтому десятичный логарифм используется для соответствия каждого следующего деления шкалы динамического диапазона зрительному ощущению падения яркости в 2 раза при фактическом десятикратном падении величины измеряемого параметра, а двоичный — для соответствия каждого следующего деления шкалы фотографической широты зрительному ощущению равномерного падения яркости при падении вдвое количества света.

Размер динамического диапазона или фотографической широты записываются цифрой, обозначающей количество делений по соответствующей шкале между измеренными точками. При этом, если измерения проходят по шкале динамического диапазона, рядом с цифрой ставят обозначение D ( 2D, 2,7D, 4D, 4,2D ), а если по шкале фотографической широты, то используется обозначение EV ( Exposure Value — значение экспозиции ) или просто количество ступеней или стопов ( делений ).

Часто динамический диапазон записывают в виде отношения, показывающего, во сколько раз между крайними точками диапазона происходит перепад измеряемого параметра, например 100:1 ( 2D ) или 1000:1 ( 3D ). Обычно такой способ записи применяется для указания контрастности мониторов.

Формула же для измерения полезного динамического диапазона следующая: динамический диапазон равен десятичному логарифму из отношения максимальной величины измеряемого параметра к минимальному, то есть уровню шума:

Формула вычисления фотографической широты аналогична, но вместо десятичного логарифма применяется двоичный.

Динамический диапазон цифровых устройств измеряют ещё и в децибелах. Способ измерения практически аналогичен вышеописанному, поскольку децибел — тоже логарифмическая величина, и тоже вычисляется через десятичный логарифм. Но значение в децибелах будет в 20 раз больше ( 1D = 20 дБ ), и сейчас я объясню, почему.

Измерению в этом случае подвергается разница напряжений, в которые преобразовываются накопленные в каждом пикселе матрицы электроны. Впрочем, это напряжение пропорционально количеству накопленных электронов, но я упомянул напряжение не случайно. Дело в том, что в децибелах измеряют диапазоны только энергетических величин: мощностей, энергий и интенсивностей. И способ их вычисления полностью аналогичен вышеописанному за исключением умножения итогового числа на 10, потому что мы меряем не белы а децибелы, которые в 10 раз меньше.

Однако существует возможность померить в децибелах и амплитудные величины, такие как напряжение, ток, импеданс, напряженности электрического или магнитного полей и размахи любых волновых процессов. Но для этого надо учесть зависимость от них соответствующей им энергетической величины. А зависимость эта всегда квадратичная.

Например, вычислим зависимость мощности от напряжения. Мощность равна квадрату напряжения делённого на сопротивление, то есть она зависит от напряжения квадратично. Увеличивая напряжение в 2 раза мощность увеличивается в 4 раза. Значит, чтобы сохранить мощностную пропорцию, придётся мерить диапазон не напряжений, а квадратов этих напряжений:

Мы получим значение в белах. Для перевода в децибелы умножаем на 10. В итоге полная формула принимает вид:

Таким образом, у нас получается, что динамический диапазон в децибелах равен подсчитанному нами по шкале динамическому диапазону, умноженному на коэффициент 20.

Иногда из-за путаницы в терминологии динамический диапазон измеряют в единицах экспозиции ( EV ), ступенях или стопах, как фотографическую широту, а фотографическую широту — как динамический диапазон. Чтобы привести параметры к нормальному виду, приходится пересчитывать диапазон из одной шкалы в другую. Для этого необходимо вычислить цену деления одной шкалы в цифрах другой. Например, цену деления шкалы фотографической широты в цифрах шкалы динамического диапазона.

Поскольку деления шкалы представляют собой степени, вычислим, в какую степень надо возвести десятку ( размерность шкалы динамического диапазона ), чтобы получить двойку ( размерность шкалы фотографической широты ). Для этого берём десятичный логарифм от двойки и получаем искомый результат — цену одного деления шкалы фотографической широты в единицах шкалы динамического диапазона — приблизительно 0,301. Это число и будет коэффициентом перевода. Теперь, для перевода EV в D, следует EV умножить на 0,3, а для перевода из D в EV, следует D разделить на 0,3.

Замечу, что шкала фотографической широты применяется не только для измерения диапазонов, но и для измерения конкретных величин экспозиции. В этом случае шкала имеет условный ноль, который соответствует яркости света, падающего от объекта, освещённость которого составляет 2,5 люкса ( для нормальной экспозиции объекта с таким освещением требуется диафрагма 1.0 и выдержка 1 сек. при чувствительности ISO 100 ). Таким образом, экспозиция вполне может принимать по этой шкале отрицательные значения в EV. Диапазон же, естественно, всегда положителен.

Источник

Комфорт
Adblock
detector