Оптические свойства объекта съемки

Нами была рассмотрена взаимосвязь между оптической плотностью почернения и контрастностью фотоматериала при непосредственном действии на него излучения источ­ника света. Теперь выясним, соблюдаются ли эти закономерности при съемке несветящихся объектов. Для этого предварительно познакомимся с понятием яркости, в чем нам поможет следующий простой опыт.

Положим рядом лист белой бумаги и равный ему кусок черного бархата, которые осветим с 1 л стеариновой све­чой, в результате чего на их поверхностях создастся осве­щенность в 1 лк. Несмотря на одинаковую освещенность, бумага воспримется более светлой, чем бархат. Такая раз­ница в восприятии вызывается тем, что белая бумага отра­жает 90% падающего светового потока, а черный бархат— 1,5%. Отраженные лучи, попадая в глаза, создают на их сетчатой оболочке оптическое изображение объектов, в результате чего в мозгу возникают образы объектов, имеющих ту или иную светлоту, или яркость, которая обо­значается буквой В.

Яркость несветящихся объектов прямо пропорцио­нальна уровню освещенности и степени отражения и рассеяния света их поверхностями: чем они больше, тем более яркими воспринимаются объекты. Кроме этих фак­торов на яркость влияет еще и окраска объектов съемки: желто-зеленые цвета являются для нашего зрения бо­лее яркими по сравнению с фиолетовыми и красными цветами.

Отражательная способность поверхности объектов за­висит от ее коэффициента яркости, который для матовых поверхностей при диффузно-рассеянном освещении яв­ляется постоянной величиной. Для глянцевой же поверх­ности и направленного освещения его величина зависит от угла падения лучей и угла, под которым наблюдается объект.

Коэффициент яркости (г) представляет собой отно­шение яркости рассеивающей свет матовой поверхности (В) и яркости абсолютно белой поверхности (Z?a6), т. е.

При технических измерениях за абсолютно белую поверхность принимают пластинку, покрытую окисью магния или сернокислым барием.

Единица измерения яркости зависит от выбранной еди­ницы измерения величины освещенности. Если освещен­ность (Е) измерять в люксах, то яркость (В) выразится в апостильбах (асб): В,1с0 — гЕлк, где г — коэффициент яркости.

Таким образом, апостильб есть яркость абсолютно белой поверхности при ее освещенности в 1 лк, т. е.

В = гЕ,                                (6)

где г=1, Е=1 лк, а 5=1 асб.

В этом случае яркость равна освещенности.

В литературе сейчас пользуются и другой единицей яркости — нитом, представляющим собой яркость равно­мерно светящейся плоской поверхности в 1 м2, дающей в перпендикулярном к ней направлении силу света в одну свечу. 1 асб = 0,318 нт, а 1 к;ге = 3,14 асб.

У реальных объектов г меньше единицы, потому их яркость всегда меньше, чем освещенность, создаваемая ис­точником света.

Чем выше освещенность, тем более ярким будет наблю­даемый объект; чем она меньше — тем менее ярким (рис. 19). При очень малой освещенности, например ночью, объект становится неразличимым.

Наблюдая любой объект, мы не в состоянии количест­венно определить величину его яркости. Мы можем только качественно установить, что данная часть объекта более яркая, чем соседняя с ней, или что их яркости равны. Равенство яркостей двух соприкасающихся поверхностей глаз определяет очень точно. Это свойство глаза исполь­зуется в визуальной фотометрии, например в люксметрах, денситометрах и т. д.

В фотографии яркости наблюдаемого объекта принято называть тоном яркости. Таким образом, тон яркости — это ступень, на которую отличаются яркости участков объекта. Разница в яркостях 5°б и В°6 двух наблюдаемых участков объекта называется деталью яркости (Л). Чис­ленно она выражается отношением большей яркости к меньшей, т. е.

Это отношение часто выражают в логарифмической форме:
A = lgSf-lg5°6.                                                              (8)

Любой объект представляет собой совокупность деталей яркости, имеющих, в зависимости от оптических свойств поверхности, самые различные коэффициенты яркости. Некоторые из них хорошо отличимы друг от друга, другие очень мало, а некоторые воспринимаются как одна яркость. Самая маленькая деталь яркости, еще различаемая глазом, называется порогом различаемое!))и.

В светлых участках объекта мы видим наибольшее ко­личество детален, так как для этого достаточно,   чтобы они отличались друг от друга по яркости на 5%, т. е. Bf

чтобы Д= —g=l,05. В средних но яркости частях объекта в\

наблюдается обычно меньше деталей, потому что для их раздельного восприятия требуется, чтобы они по яркости отличались бы   не  меньше, чем на 10%, т. е. А^1,1.

В тенях детали различаются с трудом и при условии, если они отличаются по яркости не меньше, чем на 25%, т. е. А1,25.

Применительно к фотографическому изображению эта закономерность требует, чтобы в светах позитива коли­чество деталей было бы максимальным, так как отсутствие

Их производит плохое впечатление; в полутенях без ухудшения качества изображения допустимо их меньшее количество, а в тенях возможно даже их полное отсутствие.

В любом объекте съемки имеется та или иная шкала яркостей: от наименьшей В?!* , соответствующей самой темной части сюжета, до наибольшей В’^’, соответствую­щей самой яркой его части (рис. 19). Отношение макси­мальной яркости к минимальной (5°дКС : В’^ш), или раз­ность логарифмов этого отношения (lg 5£°кс — lg В’^и)-характеризует интервал яркостей объекта, обозначаемый символом /0, т. е.

/0 = lg/#«e —lgfl?«.                         (9)

Величина интервала яркостей объекта зависит от уровня освещенности и отражательной способности его поверхностей.

Интервал яркостей объекта зависит от равномерности освещения объекта. Например, /0 ландшафта, равномерно освещенного солнцем, в ясный день будет значительно меньше, чем когда на нем имеются тени от облаков. При очень неравномерной освещенности объекта, например в интерьерах, интервал его яркостей может быть очень большим (табл. 5).

Все многообразие интервалов яркостей объекта можно свести в шесть групп, которыми и следует пользоваться при подборе негативного фотоматериала (табл. 6).

Значения интервала яркостей объекта, приведенные в табл. 5, определены с помощью прибора. Эти данные обычно не совпадают с психофизиологическим восприятием контраста сюжета, так как на зрительную оценку его контрастности сильно влияет число тонов, составляющих объект, и их взаимное расположение.

Чем меньше число тонов у объекта, тем более контраст­ным он воспринимается, чем их больше — тем менее контрастным. Например, печатный текст, несмотря на не­большой интервал яркостей, кажется нам очень контраст­ным. Это вызывается тем, что здесь на наше зрение дейст­вуют только два тона — черные буквы и белый фон бумаги. Если рассматривать пейзаж с передним планом и небом, то он не будет восприниматься как контрастный, хотя интервал яркостей у него велик. Это происходит из-за того, что такой объект состоит из большого числа проме­жуточных тонов между самым ярким и наиболее темным его участками.

Поэтому истинное значение интервала яркостей объекта трудно определить по визуальному наблюдению. Это надо делать специальным экспонометром или по данным табл. 5. Отнести же объект к той или иной группе в табл. 5 не­трудно.

Светочувствительный же слой фотоматериала меха­нически воспроизводит все тона объекта, независимо от их числа и взаимного расположения, если интервал яркостей объекта не больше полезной фотографической широты фотоматериала *.

Рассмотрим теперь, какую роль при съемке играет ин­тервал яркостей объекта. Для этого вместо установленной в § 7 зависимости между логарифмом количества освещения (lg#) и оптической плотностью (D) выведем аналогич­ную зависимость между логарифмом яркостей (IgS) и D.

При съемке световой поток, отраженный объектом, проходя через объектив фотоаппарата, создает на фото­материале оптическое изображение объекта. При этом освещенности (Е) участков объекта на фотоматериале про­порциональны яркостям участков объекта, т. е. они будут равны: Ex=nBf; E2=–kBf; Es=kBf; E4=kBf; Еъ= = кВ°б и т. д., где к — некоторый коэффициент, завися­щий от относительного отверстия фотообъектива, величины выдержки и ряда других причин.

Обозначим через В°б и В® яркости двух участков объекта, которые создадут на фотоматериале освещен­ности Ех и£2. При съемке с выдержкой t сек фотоматериал получит две экспозиции (количества освещения): Hx — Ext и H2=E2t. Поскольку E^kBf, E.2=kBf, то

H1 = kB?t и II г = kBft.                (10)

После проявления под экспозицией Нх на негативе по­лучится почернение с оптической плотностью Dx, а под экспозицией Н2—D2. Разность (интервал Ad) между ними составит Ad—D2—Dv

Для решения поставленной задачи прологарифмируем выражения 10:

Оптические свойства объекта съемки

lg ]]х = lg kBft и lg Я2 = lg kBft. Возьмем их разность:

lg Я 2 – lg II, = lg kBft – lg kBft.

Сделав преобразования и сокращения, получим

lgtf^lgtf^lgtff-lgSf.

Выразив разность логарифмов экспозиций и яркостей через Alg# и A\gB05, получим зависимость

Algtf = AlgЈ°6.                          (И)

Согласно последнему равенству заменим в формуле 3 Alg/7 величиной AlgJ5u0:

w =                                           (12)

Д lg В04

Таким образом, коэффициент контрастности, до кото­рого проявлен негатив, можно также выразить отношением приращения (интервала) оптических плотностей почерне­ний к разности яркостей объекта, их вызвавших.

Из формулы 12 находим

Ad = y]Kr-AlgB°6.                 (13)

Следовательно, приращение плотности почернений (Ad), выражающее разность двух почернений у негативного изо­бражения, зависит от коэффициента контрастности (унег) и разности логарифмов отношения яркостей двух участков объекта. Чем больше унег и AlgS06, тем выше Ad.

Величина приращения Ad определяет градацию тонов негативного изображения: при небольших значениях Ad градация тонов у негатива будет мягкой (малоконтрастной), а при больших их значениях — жесткой (контрастной), средние значения этих величин дают нормальную градацию тонов.

Если вместо разности яркостей соседних участков объ­екта взять отношение его максимальной яркости к мини­мальной, т. е. интервал его яркостей, то получим зави­симость интервала оптических плотностей негатива (ДОнег) от интервала яркостей объекта и унег:

ЛОнег = унег (lg 5°нбакс – lg B0,L).           (14)

Заменяя разность логарифмов яркостей символом /0, получим

АДнег = Тнег-/0-                         (15)

Этот вывод относится к случаю, когда негативное изо­бражение построено почернениями прямолинейного участ-

ка кривой почернений, т. е. когда выдержка была опреде­лена правильно. При передержке и недодержке, особенно значительных, эта зависимость не соблюдается.

Формула 15 устанавливает зависимость интервала оптических плотностей негатива от интервала яркостей объекта съемки и коэффициента контрастности, до которого велось проявление. Согласно этой формуле ЛОнег тем больше, чем выше унег и /0.

Но формула 15 не учитывает влияние рассеяния света в фотоаппарате, величина которого зависит от конструкции объектива, степени чернения стенок камеры фотоаппарата, отражательной способности поверхности фотопленки и характера фотографируемого объекта.

Рассеянный свет, накладываясь на оптическое изобра­жение объекта съемки, осветляет его, вследствие чего уменьшаются интервал яркостей оптического изображе­ния объекта и контраст между его деталями. Подобное явление наблюдается и при рассматривании изображения на экране телевизора, когда помещение сильно освещено. Достаточно потушить свет, чтобы контраст изображения на экране увеличился.

Такое уменьшение контраста изображения в фотоап­парате выражается формулой

/„ = РсЛ.                         (16)

где /„ — интервал яркостей оптического изображения, Рс — коэффициент потери контраста от светорассеяния и /0 — интервал яркостей объекта.

Коэффициент потери контраста зависит от уровня яркости объекта: чем он выше, тем больше значение р\. При слабом освещении, например в пасмурный день, осо­бенно осенью, коэффициент потери контрастности мало отличается от единицы, и им можно пренебречь при расче­тах, о которых будет сказано ниже.

Коэффициент потери контраста неодинаков у оптиче­ского изображения: в тенях изображения он значительно больше, чем в светах. Кроме того, его величина зависит от размера площади, занимаемой ярким участком изобра­жения. Например, когда безоблачное небо, или небо с лег­кими белыми облаками, или ярко освещенный снежный покров и т. д. заполняют значительную часть кадра, то интервал яркостей оптического изображения будет меньше, чем выше интервал яркостей объекта.

Если в кадре имеются небольшие ярко освещенные участки, предположим источники света в ночных снимках,

белый воротничок или белые украшения при портретной съемке и т. д., то интервал яркости оптического изображе­ния мало отличается от интервала яркости объекта.

В зависимости от величины интервала яркостей объекта (см. табл. 5 и 6) и характера их расположения в кадре можно принять приведенные в табл. 7 средние значения коэффициента потери контраста, которыми и пользоваться для приближенных расчетов интервала оптических плот­ностей негатива.

Примеры.

1. Фотографируют летом с нормальной выдержкой пейзаж без переднего плана, освещенный солнцем, в кадре небо занимает значительную площадь. Согласно табл. 5, его минимальный интервал яркостей /0
= 1. Тогда интервал яркостей оптического изображения, согласно табл.  7,  составит /и=1 х0,6=0,6.

2. Снимают этот пейзаж при равных условиях освеще­ния и экспонирования, но небо в кадре занимает незначи­тельную площадь. Тогда, согласно табл. 7, Вс = 0,8, а интервал яркостей оптического изображения уже рав­няется /„=1×0,8=0,8.

Вследствие чего у второго негатива при равных усло­виях проявления интервал оптических плотностей будет

больше, чем у перво­го, т. е. изображение на нем получится бо­лее контрастным.

Зависимость ин­тервала оптических плотностей негатива от интервала яркос­тей оптического изо­бражения и коэффи­циента контрастнос­ти, до которого про­явлен негатив, мож­но выразить, заменив в формуле 15 значе­ние /0 значением /„: М™ = утт-1Я. (17) 1аким образом, интервал оптических плотностей негатива прямо пропорциона­лен коэффициенту контрастности нега­тива и интервалу яр­костей оптического изображения, т. е. формула 17 уста­навливает зависи­мость интервала оп­тических плотностей негатива от условий проявления и харак­тера снимаемого объ­екта.

Найденная зако­номерность очень важна для позитив­ного процесса, так как определение вели­чины ADev, дажепри-мерное, облегчает подбор фотобумаги к негативу.

Из вышеприведенной формулы еще вытекают три важ­ных для практики следствия, которые фотолюбитель в своей работе должен учитывать.

1. Величина интервала оптических плотностей почер­нений у разных негативов на одной фотопленке зависит только от интервала яркостей оптического изображения снимаемых объектов, поскольку все негативы на ней бы­вают проявлены до одного значения коэффициента конт­растности. Например, если фотопленку обрабатывать при 20° в проявителе № 2 или в Д-76 в течение времени, ука­занного на упаковке, то унег
всех кадров будет равняться 0,8.

2. Полное соответствие интервала оптических плотно­стей почернений негатива и интервала яркостей оптиче­ского изображения наступает, когда коэффициент контра­стности, до которого проявлен негатив, равен единице. Если он больше единицы, то Д/)нег
больше /„, если меньше— то ADHec меньше /и. Величину коэффициента контрастности регулируют, изменяя продолжительность проявления: уко­рачивая его, уменьшают унег, удлиняя —увеличивают.

3. Интервал оптических плотностей почернений нега­тива не зависит от величины выдержки, если при съемке используется прямолинейная область кривой почернений. Это бывает, когда фотографируют объект с небольшим интервалом яркостей на фотоматериале с большой фото­графической широтой. В этом случае, как известно, может быть несколько «правильных» выдержек. Каждая из них даст негативное изображение, почернения которого будут лежать на разных участках области пропорциональной передачи кривой почернений. Чем больше «правильная» выдержка, тем более плотным получится негатив; чем она меньше, тем менее плотным будет негатив. Однако интер­вал оптических плотностей почернений у всех таких нега­тивов будет одинаковым.

При съемке с большой недодержкой или передержкой интервал оптических плотностей негатива зависит от вели­чины выдержки, так как градиент кривой почернений в этих областях не является величиной постоянной, а из­меняется в зависимости от количества освещения, подейст­вовавшего на светочувствительный слой.

Наибольшей величины AZ)’Icr достигает при правиль­ной выдержке и проявлении до умакс. Вольшая недодержка или передержка, значительное недопроявление или пере­проявление уменьшают интервал оптических плотностей негатива (рис. 20). В последнем случае — из-за образования большой вуали.