Відтворення тонів об’єкта зйомки в кіно-, відео- та фотозображенні
По світлотональних характеристиках об’єкти зйомки можуть бути як малоконтрастними (світлими або темними), так і об’єктами з гранично допустимим інтервалом яскравостей, який відтворює відеокамера або ж світлочутливий матеріал.
Мал. 13. Схема стилізованого об’єкта зйомки з практично граничними світлотами для інтервалу яскравостей L = 1:128, що задають коефіцієнти відбиття , і інтервалу густин D = 2,1
Для зручності викладу і спрощення розрахунків в якості об’єкта зйомки розглянемо деякий умовний середній об’єкт, що по діапазону яскравостей досить часто зустрічається в знімальній практиці. У такому об’єкті є предмети та деталі з мінімальними і максимальними коефіціентами відбиття, але жодна з цих деталей не займає домінуючу площу в кадрі. Всі вони поміщені в інтервалі приблизно 1 : 128 і відносно урівноважені за площею. В даному прикладі серед них відсутні самосвітні предмети високої яскравості (джерела світла). Об’єкт сприймається в основному за рахунок відбивних властивостей своїх поверхонь, середній коефіцієнт відбиття приблизно 0,18 (світлота 18 %), що відповідає середньо-сірому тону, на який налаштовані всі сучасні фотоекспонометри. Його аналог може бути представлений сірою шкалою з восьми квадратних рівновеликих за площею сірих (ахроматичних) полів, коефіцієнти відбиття яких відрізняються один від одного в два рази. На мал. 1 показаний такий умовний об’єкт зйомки разом з сірою шкалою, прийнятою для практичного використання та подальших експонометричних розрахунків. Крім приведеного на мал. 1 об’єкта зйомки, це можуть бути «усереднені» пейзаж, портрет, інтер’єр, жанрова сцена та ін., де коефіцієнти відбиття відображають весь тональний ряд сірої шкали.
Необхідність введення в зразковий об’єкт чорного оксамиту, обумовлена тим, що його світлота близька до гранично чорного і характеризує такі елементи знімального об’єкту, як затемнення в складках темного одягу, що імітують чорне тіло, у тому числі і чорні отвори відкритих вікон і дверей в яскравий сонячний день при високому стоянні Сонця і аналогічні інші, які повинні бути відтворені на фотографічному знімку тоном, відмінним від інших. Якщо в знімальному об’єкті в порівнянні із зразковим переважають площі яких-небудь одних тонів (білих, сірих або чорних), то вони в прикладах і розрахунках позначаються рівноцінними квадратами однієї світлини (мал. 2, а—г).
Поверхні всіх об’єктів складаються з елементарних площинок з різними коефіцієнтами відбиття різної світлоти, які під дією світла (освітленості) можуть створювати яскравості від мінімальної, наприклад на чорному оксамиті або в неосвітлених складках чорного одягу, до гранично високої на свіжому снігу, свіжовибілених стінах або білому одязі з якими-небудь проміжними світлотами – невеликими, середніми або відносно високими.
Мал. 14. Схеми зразкових знімальних об’єктів в сірих шкалах з переважанням в них білого (а), чорного (б), сірого (в) тонів і аналог текстового оригіналу (г)
В основному всі об’єкти близькі до дифузно-відбиваючих поверхонь, таких, що рівномірно відбивають падаюче на них світло, окрім деяких, що мають дзеркальне відбиття. Співвідношення світлот об’єкта необхідно знати для визначення інтервалу його яскравостей, з урахуванням впливу світлорозсіювання на фотошарі в знімальній камері на передачу оптичних густин негативного зображення. Світлота поверхні в % або коефіцієнт відбиття – основна і єдина світлооптична характеристика об’єкту, без якої виключається аналіз його умов освітлення і тоновідтворення. При всій різноманітності поверхонь і умов освітлення точних значень світлот не буває і тому в різній літературі ці дані дещо розрізняються між собою. Тому для розрахунків в експонометрії прийнятні наближені значення.
Орієнтовні середні значення коефіцієнтів відбиття деяких дифузних
поверхонь
| Вид поверхні | % | |
| Чорне хутро | 0,003 | 0,3 |
| Сажа | 0,004 | 0,4 |
| Чорний оксамит | 0,006 | 0,6 |
| Чорне сукно або шерсть | 0,012 | 1,2 |
| Чорний папір (фотографічний) | 0,025 | 2,5 |
| Асфальтований мокрий тротуар | 0,025 | 2,5 |
| Друкарський шрифт | 0,04 | |
| Тканина темна сіра або кольорова | 0,05 | |
| Чорнозем зораний сирий | 0,02 | |
| Чорнозем зораний сухий | 0,04 | |
| Кольорові насичені матеріали | 0,1 | |
| Трава зелена | 0,1 | |
| Асфальтований сухий тротуар | 0,12 | |
| Пісок мокрий | 0,14 | |
| Ліс сосновий (старі дерев’яні будинки) | 0,14 | |
| Суха земля (грунтові дороги) | 0,15 | |
| Солома жовта | 0,15 | |
| Кам’яна мокра дорога | 0,15 | |
| Кам’яна суха дорога | 0,2 | |
| Цегла червона | 0,2 | |
| Кольорові середні світлоти поверхонь | 0,2 | |
| Пісок сухий | 0,2 | |
| Бетон сухий | 0,2 | |
| Шкіра смуглявого обличчя людини | 0,25 | |
| Галька світла, суха | 0,32 | |
| Шкіра світлого обличчя людини | 0,33 | |
| Цегла біла, силікатна | 0,35 | |
| Свіжовистругана сосна | 0,45 | |
| Полотно (тканина) темне | 0,5 | |
| Фарба алюмінієва | 0,6 | |
| Фарба біла масляна або емалева | 0,65 | |
| Полотно (тканина) біле | 0,7 | |
| Емаль біла фарфорова, матова | 0,7 | |
| Алюміній оксидований і альзакований | 0,75 | |
| Сніг лежалий | 0,75 | |
| Фарба біла крейдяна, клейова | 0,8 | |
| Біла тканина | 0,8 | 80 |
| Білий папір | 0,8 | |
| Дзеркало з хімічним матуванням | 0,8 | |
| Емаль світлотехнічна | 0,85 | |
| Свіжовибілені стіни | 0,9 | |
| Двоокис титану | 0,93 | |
| Окисел цинку | 0,95 | |
| Барій сірчанокислий | 0,95 | |
| Окисел магнію | 0,96 | |
| Свіжий сніг | 0,99 |
При освітленні об’єкта зйомки елементи його поверхні с дифузним відбиттям будуть мати яскравість L = Е. Розрахунки яскравості згідно цієї формули будуть в несистемних одиницях – в апостільбах (асб) при освітленості Е в люксах. Яскравість в апостільбах – це люкси на білому – нестандартна величина, але зручна для порівняльних експонометричних розрахунків. Яскравість в 1 асб характеризує диффузно-відбиваючу поверхню з =1, тобто таку, що відбиває 100 % світла при її освітленості 1 лк. Цю одиницю 1 асб використовують на практиці для порівняння яскравостей любих поверхонь, в том числі і самосвітних.
Мал. 15. Умовний розподіл елементарних експозицій на робочій кривій негативу нормального зразкового об'єкту (а), об'єкту з великими площами білого (б) і великими площами чорного (в) тонів і графічний текстовою оригінал (г)
При направлено-розсіяному або змішаному відбитті яскравість поверхні залежить від кута падіння світла, і тому вона різна в різних напрямах. Такі поверхні при знімальному освітленні створюють бліки, додатково сильно розсіюючи світло в знімальній камері. Характеризуються такі поверхні коефіцієнтом яскравості , який для деяких дифузних поверхонь, що частково направлено відбивають світло, коливається від 2...3 до 6...8, у відбиваючих поверхнях і лайт-дисках, що використовуються при зйомках; для кіноосвітлювальних приладів = 4...8; для спеціальних екранів при рірпроекції та фронтпроекції в кіновідеовиробництві доходить до 500...800.
Характеристика яскравості необхідна для визначення інтервалу яскравостей об’єкту зйомки і узгодження його з можливістю тоновідтворення на фотографічному матеріалі.
Орієнтовна яскравість деяких поверхонь по зменшенню величини L
| Поверхня, що світиться | Яскравість L, асб |
| Сонячний диск | 3 млрд. |
| Нитка лампи розжарювання потужністю 60 Вт | 17 млн. |
| Свіжий сніг при сонячному освітленні | 20 000...10 000 |
| Поверхня люмінесцентної лампи 20 Вт | 15 000...17 000 |
| Білий костюм в літній день на сонці | 25 000…40 000 |
| Обличчя людини в сонячний літній день | 12 000...25 000 |
| Небо влітку при суцільній хмарності | 8000...25 000 |
| Блакитне небо в літній сонячний день | 6 000...15 000 |
| Тінь на снігу | 6 000...15 000 |
| Земна поверхня влітку при сонячному освітленні | 3 000...10 000 |
| Сухий асфальт при сонячному освітленні | 2 500...10 000 |
| Білий костюм влітку в тіні | 2 500...5000 |
Найбільш важкими для зйомки є об’єкти, у яких на великих площах світлого присутні відносно невеликі за площею темні ділянки (темний одяг на тлі світлих просторів – моря, снігу, хмар) і об’єкти, у яких на великій площі темного знаходиться мало білого (світле обличчя людини в чорному одязі на темному фоні при зйомці, наприклад, в лісі). На мал. 15, а,б,в,г показане розподіл експозицій від таких локальних яркостей на характеристичній кривій негативу. При зйомці цих об’єктів з правильно певною експозицією виходить недостатнє опрацьовування деталей як в тінях, так і в висвітлених ділянках унаслідок звуження інтервалу півтонів на нижньому і верхньому вигинах робочої кривої. Найменші труднощі виникають при зйомці об’єктів з одними темними або світлими деталями (мал. 15, а, б), оскільки відповідною зміною розрахунку експозиції (більшою для темних і меншою для світлих об’єктів) можливий правильніший розподіл півтонів цих об’єктів на характеристичній кривій негативу.
Інтервал яскравостей об’єкту зйомки(контраст об’єкту) – це співвідношення між яскравістю найтемнішої і найсвітлішої ділянок поверхні.
Найтемнішими ділянками об’єкту зйомки можуть бути:
· тіні в складках чорного оксамитового одягу
· чорна оксамитова тканина як елемент одягу людини
· чорне хутро в одязі, у тому числі і з чорного оксамиту
· чорні отвори відкритих вікон, дверей і під'їздів будинків при високому стоянні Сонця в яскравий літній день
· всі чорні темні деталі об'єкту з недостатньою освітленістю або без освітлення
· тіні в натурних об'єктах зйомки.
Найсвітлішими ділянками об’єкту зйомки без бліків і дзеркального відбиття можуть бути:
· свіжий сніг і свіжовибілені стіни
· білий одяг і білий папір, білі тканини
· яскраве біле небо з високою хмарністю
· небо з яскравими білими купчастими хмарами (похмуре небо по світлоті може бути темніше білого).
Граничний інтервал яскравостей при рівномірному освітленні може бути визначений із співвідношення світлин чорного хутра і свіжого снігу – 0,003 : 0,99, що складе 1 : 330 або просто 330 (в логарифмічних одиницях L=2,5). За умови нерівномірного освітлення, коли чорне хутро знаходиться в тіні, а освітлюється тільки сніг, інтервал буде значно більше 330. Точними замірами встановлено, що середній інтервал яскравостей натурного об’єкту зйомки складає 160 (L=2,2), а об’єкту в інтер’єрі – до 160 (L<2,2). В більшості випадків зйомки при постановочному освітленні в інтер’єрі L об’єкту не перевищує 128 (L= 2,1). Це значення встановлене для зразкового (еталонного) об’єкту зйомки, який відтворює 8-польна сіра шкала (див. мал. 13). Сучасні негативні плівки для художньої фотографії і кіноплівки нормально передають цей інтервал L=2,1. Позитивні і діапозитивні плівки відтворюють інтервал L=2,3. Фотопапери здатні передавати інтервал яскавостей приблизно 1:60 (L=1,8). При передачі максимального інтервалу L=2,5 за наявності в кадрі обличчя людини з = 0,3....0,4 є одна особливість: тон обличчя буде мати підвищену густину D = 1.
Мал. 16. Розподіл на характеристичній кривій негативу півтонів при збільшенні розрахункової експозиції в чотири рази для темних (а) і зменшенні розрахункової експозиції в два рази для світлих (6) об’єктів
По значеннях світлот визначають контраст об'єкту в логарифмічному вираженні . Якщо освітлення більш менш рівномірне наприклад, похмурий день), то контраст світлот об’єкту зйомки є контрастом його яскравостей і логарифмічні інтервали =L. У фотографії світлот поверхонь пов’язані з їх фактурами. При зйомці з метою порівняння завжди слід пам’ятати про коефіцієнти відбиття деяких темних і світлих фактур. Серед темних фактур: чорний оксамит – 0,6%, чорне сукно – 1,2% і друкарська фарба – 2,2...4%. Серед білих фактур – білий одяг, хмари і білий папір – 80 %, а світле обличчя людини – 40%. Більш високі світлоти досить рідко зустрічаються в знімальній практиці, не рахуючи випадків зйомок зі свіжим снігом в кадрі.
Найбільш поширеним об’єктом зйомки є людина в чорному одязі з білою сорочкою. Контраст його світлот складає 1,2 : 80 = 66 (L=1,8). При рівномірному освітленні інтервал яскравостей такого об’єкту добре відтворюється в негативі, а при направленому (контрастному) освітленні можливості його відтворення підходять до межі. Якщо в об’єкті немає вказаних фактур, особливо з високими світлотами, то їх контраст можна не враховувати і застосовувати контрастне освітлення. Наприклад, при найсвітлішому елементі в кадрі – обличчі людини (=40 %) і відсутності великих площ чорного контраст світлот складе 2,5 : 40 = 1 : 16 або 16 (L= 1,2). З великими контрастами світлот навіть невеликі контрасти освітлення утворюють великі інтервали яскравостей, критичних для тоновідтворення.
При зйомці об’єкту з сюжетно-важливою деталлю (наприклад, особи людини на якому-небудь фоні) слід враховувати оточуючі його предмети і поверхні, що створюють рефлексне світло. Білі і особливо яскраві кольорові поверхні оточення зменшують, а темні збільшують контраст освітлення і при кольоровій зйомці спотворюють колір. Дуже світле оточення, крім збільшення загальної густини негативу за рахунок світлорозсяння, значно знижує контраст сюжетно-важливої деталі, внаслідок чого негативи стають менш контрастними і в’ялим. Темне і навіть чорне оточення (зйомка в лісі на тлі темного листя дерев і ялин) без неба в кадрі майже не впливає на світлорозсіяння і контраст світлот визначається лише загальною освітленістю.
Інтервал яскравостей L може бути різним для сприйняття світлоприймачами, так як залежить від спектрального складу і рівномірності освітлення об’єкту, а також від способів вимірювання відбитого світла приймачем-приладом з урахуванням його виду і спектральної характеристики (мал. 17). Розрізняють такі інтервали яскравостей: фізичний, візуальний, фотометричний і фотографічний.
Мал. 17. Порівняльні спектральні криві гіпотетичного джерела світла з одинаковою потужністю випромінювання на всіх довжинах хвиль видимого спектра (1), панхроматичного фотоматеріалу (2), селенового фотоелемента (3) і кривої спектральної світлової чутливості ока (4)
Ф і з и ч н и й L (істинний, об'єктивний, енергетичний) існує в природі щодо деякого умовного гіпотетичного приймача світла з рівномірною спектральною чутливістю. За цієї умови освітлення об'єкту рівномірне по освітленості і спектру.
В і з у а л ь н и й L сприймається оком людини відповідно кривим спектральної світлової чутливості при денному і нічному баченні. Криві показують, що інтервал яскравостей одного і того ж об'єкту сприймається по-різному в умовах денного і нічного освітлення і залежить від адаптації зору.
Ф о т о м е т р и ч н и йL при вимірюванні яскравості відбитого світла від елементів об'єкту залежить від властивостей вимірювача-фотометра і способів вимірювання.
Ф о т о г р а ф і ч н и йL сприймається фотоплівкою в знімальній камері і залежить від спектральних властивостей плівки, знімальної оптики, світлофільтрів, величини світлорозсіяння і спектрального складу світла відбитого деталями об’єкту зйомки. В межах видимого спектру за умови рівномірно-спектральної освітленості, наприклад від гіпотетичного джерела білого світла, яскравість від елементів знімального об'єкту сприймається неоднаково і залежить від спектральних кривих приймачів випромінювань.
Для порівняння інтервалів яскравостей об’єктів зйомки користуються діленням вищої яскравості на нижчу Lмакс:Lмін в вигляді цілого числа. Для розрахунків експозицій по характеристичній кривій негативної плівки користуються десятковим логарифмом цього числа, оскільки вісь абсцис на стандартному сенситометричному бланку розмічена в логарифмах експозицій. Для зручності розрахунків пропонується наступна таблиця.