Pomiary światła

Aby poprawnie naświetlić materiał fotograficzny należy prawidłowo określić parametry ekspozycji. Kiedyś było to nie lada problemem - dziś nawet najprostsze aparaty dysponują precyzyjnymi światłomierzami, a jeśli nie, to za nieduże pieniądze możemy dokupić osobny światłomierz. No dobrze... mamy super aparat z wieloma trybami pomiaru światła i co dalej? Którego użyć? Może zapytać kogoś bardziej doświadczonego? Okaże się jednak, że co fotograf to inna odpowiedź... A ja uważam, że najlepszy jest ten pomiar, który da poprawny wynik ;-)
Pomiar integralny
Pomiar integralny jest najstarszym pomiarem - polega na uśrednieniu całej sceny. Każdy fragment kadru jest traktowany tak samo...
Pomiar punktowy


Pierwszym sposobem pomiaru światła jest pomiar punktowy - charakteryzuje się tym, że mierzymy tylko niewielki fragment kadru, a więc możemy założyć że mierzymy małą jednolitą powierzchnię bez uśredniania. Oczywiście wielkość tej powierzchni zależy od pola pomiaru punktowego oraz założonego obiektywu (dla pomiaru TTL).Im mniejsza tym lepiej - zazwyczaj ma ona od 1% do 3% kadru (powyżej 5% jest to raczej pomiar częściowy niż prawdziwy spot).Pomiar ten pozwala nam dokładnie określić naświetlenie dla interesującego nas fragmentu obrazu gdy jest on mocno niejednorody a nam zależy wyłącznie na poprawnym naświetleniu niewielkiego fragmentu. W połączeniu z korektą ekspozycji daje nam to bardzo dobre narzędzie do określenia prawidłowej ekspozycji.
Innym zastosowaniem pomiaru punktowego (szczególnie łatwym w aparatach wyposażonych w drabinkę ekspozycji) jest określenie kontrastów fotografowanej sceny - pozwoli to wstępnie ocenić wygląd końcowego zdjęcia (odbitki, slajdu).
Pomiaru tego nie można używać tam gdzie liczy się szybkość, gdyż pomiar wymaga przesunięcia pola pomiarowego na wybrany motyw, zapamiętania ekspozycji a następnie przekadrowania przed zrobieniem zdjęcia (chyba że motyw ma być w centrum).Ważną rzeczą często pomijaną przez początkujących fotografów jest to że wraz z pomiarem punktowym należy stosować korekcję ekspozycji aby w pełni wykorzystać jego efektywność.

Temat do pomiaru spotem 1
W tym przypadku wybór był prosty - niewielki motyw na czarnym tle nie pozwolił na zastosowanie innego typu pomiaru - próba wyciągnięcia jakichkolwiek szczegółów z tła skończyłaby się przepaleniem głównego motywu.

Temat do pomiaru spotem 2
W tym przypadku również głowny motyw stanowi niewielką powierzchnię kadru. Ze względu na wielkość spota pomierzone zostały dwie powierzchnie kwiatu (pół na pół - co dało uśredniony pomiar głównego motywu)




Pomiar centralnie-ważony (CW)


Pomiar ten możemy stosowac w przypadku dużych powierzchni z których chcemy uzyskać uśredniony pomiar. Wprawdzie obejmuje on na ogół prawie cały kadr, ale najważniejszy jest środek kadru więc możemy przyjąć że tylko ta część jest mierzona. Jest to chętnie stosowany pomiar swiatła w lustrzankach manualnych ze względu na przewidywalność - wiadomo jaka powierzchnia jest mierzona i można dość łatwo określić jaki jest stopień jej jasności i jaką należy zastosować korekcję.
Wiele lustrzanek posiadało tylko ten sposób pomiaru i niekórzy uważają że pozwala on w 99% przypadków uzyskać poprawne zdjęcia. Przybliżenie do obiektu lub założenie na czas pomiaru teleobiektywu pozwala na zmniejszenie powierzchni mierzonej (zbliżając pomiar do punktowego).

Temat do pomiaru CW 1
Na tym zdjęciu głowny motyw stanowi dość dużą powierzchnię aby moć zastosować pomiar CW. Ponieważ średnia motywu jest szara nie było potrzeby korygowania pomiaru.

Temat do pomiaru CW 2
W tej "pocztówce" przy dość małych kontrastach również dobrze sprawdził się pomiar CW - jaśniejsza powierzchnia nieba i ciemniejsza wody się zrównoważyły dając odcienie równomiernie oddalone od szarości (równoważąc to zdjęcie przy jego centralnej kompozycji).

Pomiar matrycowy

Pomiar matrycowy polega na pomierzeniu światła matrycą czujników (na ogół o różnym kształcie pokrywających cały kadr) a następnie analizie rozkładu jasności i określeniu prawidłowej ekspozycji. Jest to na ogół bardzo tajemniczy pomiar gdyż konstruktorzy aparatów niechętni są do zdradzenia algorytmu. A możliwości jest kilka:
- pomiar z odrzuceniem skrajnych wartości i uśrednieniem pozostałych
- pomiar powiązany z określonym punktem (na przykład z punktem ustawiania ostrości)
- zastosowanie sieci neuronowych (nauczenie algorytmu jak powinno być naświetlone zdjecie w różnych przypadkach) - pozwala to na bardzo elastyczną pracę matrycy (np. ignorowanie jasnych powierzchni w górnej części kadru i ignorowanie ich w pozostałych)
- porównianie rozkładu światła z bazą danych wzorcowych zdjęć (czyli jak ktoś inny naświetlił zdjęcie o podobnym rozkładzie)
Jeśli jeszcze do damy do tego różne wagi dla pól ważniejszych i mniej ważnych to mamy coś czego pracę trudno przewidzieć - nic więc dziwnego, że wielu zaawansowanych fotografów traktuje pomiar matrycowy niemalże z obrzydzeniem. Dla wielu jednak ten pomiar jest wybawieniem i ułatwieniem fotografowania - a że czasami zawiedzie... z negatywu jakoś się wyciągnie poprawną odbitkę, a jak nie... amator może sobie na to pozwolić
Przykład... właściwie tkażdy przykład jest dobry bo matryca powinna się sprawdzać w każdych warunkach.

Temat do pomiaru matrycowego
Ponieważ w tym przypadku cały kadr był dosyć niejednolicie oświetlony można było zdać się na pomiar matrycowy który zadbał o oddanie szczegółów zarówno w światłach jak i w cieniach
Pomiar światła padającego
Pomiar światła padającego jest lubiany przez wielu zawodowych fotografów ze względu na łatwość określenia prawidłowej ekspozycji niezależnie od fotografowanego obiektu (odpada problem precyzyjnego dobrania korekcji ekspozycji). Wymaga on jednak posiadania zewnętrznego światłomierza.
Alternatywą dla tego pomiaru i zewnętrznego światłomierza są specjalne nasadki (choć niektórzy twierdzą że wystarczy zwykła biała kartka) nakładane na obiektyw. Pełnią one wtedy identyczną rolę jak kopułka światłomierza
Pomiar na szarą kartę
Pomiar na szarą kartę jest substytutem pomiaru światła padającego - pozwala zbliżyć się do tego sposobu pomiaru bez potrzeby kupowania zewnętrznego światłomierza. Pomiar ten wykorzystuje zasadę że naświetlenie "zerowe" odpowiada fotografowaniu sceny o średniej szarości. Dzięki temu fotografując szary obiekt (kartę) oświetloną takim samym światłem jak fotografowany obiekt otrzymujemy średnie naświetlenie uniezależniając pomiar od właściwości obiektu (jego odcienia, koloru, refleksyjności).
Jaki pomiar wybrać?
Taki który da odbitkę naświetloną tak jak chcemy.
To przyklad jednego z tych zdań które więcej komplikują niż prostują ;-) Po pierwsze należy pamiętać że fotografując na negatywie czeka nas jeszcze daleka droga do odbitki i korygując naświetlenie dla negatywu musimy uwzględnić też korekcję przy robieniu odbitki - tą korekcję którą robimy w jednym rzucie dla slajdu musimy ją niejako rozłożyć na dwa etapy przy fotografowaniu na negatywie. Ci którzy stosują System Strefowy muszą rozłożyć to na trzy etapy (dodatkowo sposób wywołania negatywu). Po drugie dobrze naświetlona fotografia to fotografia naświetlona tak jak my tego chcemy. Dopiero na drugim miejscu są ogólne zasady oceny zdjęć (nie wypalone światła, szczegóły w czerniach, itp.) Dopiero wtedy gdy wiemy co chcemy osiągnąć wybieramy odpowiedni sposób pomiaru światła. I nie należy się sugerować tym co mówią inni ("spot dla fachowców, matryca dla laików, światło padające dla profi...") - każdy z tych sposobów może dać odpowiedni wynik jeśli tylko wiemy jak działa i co nim osiągniemy. I nie musimy się trzymać tylko jednego z nich - możemy je dobierać do warunków. Na przykład spota możemy używać zawsze - ale fotografując na negatywie w przeciętnych warunkach o wiele wygodniejszy będzie pomiar matrycowy - nie da nam takiej precyzji ale bez wysiłku pozwoli zmieścić na negatywie jak najwięcej szczegółów fotografowanej sceny (tak działa większość algorytmów matryc).
Korekcja ekspozycji
Światłomierze fotograficzne są wyskalowane wg powierzchni odbijającej 18% procent światła (choć bywa że i 13%). Jeżeli więc sfotografujemy jakąś powierzchnię wg wskazania "0" światłomierza to na filmie otrzymamy średnie naświetlenie tego obszaru. Więc aby czarny kot był czarny, a bałwan biały musimy skorygować pomiar.
Korekcja ekspozycji jest szczególnie ważna podczas naświetlania slajdów gdyż po nąswietleniu nie ma już szansy na zmianę końcowego obrazu. Naświetlenie negatywów można skorygować w procesie naświetlania odbitki i dla nich ważniejsze jest aby na filmie zostało zarejestrowanych jak najwięcej szczegółów - punkt "szarości" określamy dopiero na etapie wykonywania odbitki (lub skanowania). Między innymi dlatego nie jest ważne aby nasze odbitki z labu miały na odwrocie nadruki NNN (co tak naprawdę nie świadczy o braku korekcji naświetlenia odbitek)

Skala szarości przydatna przy wyborze korekcji - dla slajdu


Kolejne naświetlenia od -2EV do +2EV (pomiar spotem na twarz) - prawidłowe naświetlenie dla +1EV

Pomiar prędkości światła
Od czasu gdy astronom duński Olaf Roemer - badając zaćmienia księżyców Jowisza odkrył, że prędkość światła jest skończona zaczęła się długa historia eksperymentów mających na celu zmierzenie tej prędkości. Sam Roemer nie zmierzył nigdy tej prędkości - sam fakt, że może ona być skończona był dla niego tak szokujący, iż konkretna wartość była nieistotna... .
Później przeprowadzano wiele różnych doświadczeń, spośród których na wspomnienie zasługują pomiary przeprowadzane przez Alberta Michelsona. Używano tam dość skomplikowanej maszynerii, wirującego, ośmiokątnego zwierciadła, a samo laboratorium było dość rozległe bo promień świetlny przebywał drogę między dwoma wierzchołkami górskimi.
Długo po tym, znaczenie prędkości światła wzrosło jeszcze bardziej, gdy okazało się, że fale elektromagnetyczne, opisywane przez równania Jamesa Clerka Maxwella podróżują właśnie z tą prędkością. Był to duży krok w kierunku zrozumienia prawdziwej natury światła.
Postulat stałości prędkości światła niezależnie od układu współrzędnych naprowadził na początku XX wieku pewnego urzędnika szwajcarskiego biura patentowego na trop mechaniki relatywistycznej i zapewnił mu nieśmiertelność, jako jednemu z największych uczonych wszechczasów. W transformacji Lorentza, która leży u podstaw szczególnej teorii względności występuje jedna arbitralna stała, która jest właśnie prędkością światła. Gdyby miała ona inną wartość cały obserwowany świat byłby inny. Nasza intuicja - uformowana w innych warunkach też byłaby inna i moglibyśmy spotykać codziennie takie fenomeny z jakimi miał do czynienia jak dotąd tylko pan Tompkins w krainie czarów.
Po tym przydługim wstępie przechodzimy do sedna to znaczy do opisu samego eksperymentu pomiaru prędkości światła, w tej postaci w jakiej został on wykonany przez Ongrysa w 1996 roku. Nie wymaga on żadnego specjalistycznego osprzętu a uzyskana dokładność jest zupełnie zadawalająca z punktu widzenia Wymiany Ciepła (tj. jest taka jaką uzyskujemy rozwiązując przeciętne zadanie na Wymianie Ciepła) to znaczy zgadza się znak otrzymanej wartości, a także istnieje taki pozycyjny system liczenia, w którym zgadza się rząd wielkości.

Do wykonania pomiaru użyto latarki na baterie (4 baterie R14) o dość lekko chodzącym wyłączniku (celem zmniejszenia błędu wyniki otrzymane w przypadku zacięcia się włącznika nie były brane pod uwagę), a także stopera marki CASIO.
Latarka, skierowana wprost na ścianę, trzymana była w lewym ręku, a stoper w prawej. Następnie jednocześnie włączono latarkę i stoper. Po odczekaniu, aż światło latarki będzie widoczne na ścianie, wyłączono stoper. Czas wskazywany przez stoper jest zatem czasem, w ciągu którego światło pokonało drogę do ściany i z powrotem. Pomiar powtórzono pięć razu po czym wyniki uśredniono.
Pomiar tego typu może być obarczony pewnym błędem, który jest przy tak prostym sprzęcie nieunikniony. Otóż nie ma nigdy pewności co do tego czy latarka była trzymana prostopadle do ściany. Pewna odchyłka od kąta prostego mogła się pojawić i spowodować wydłużenie drogi pokonywanej przez światło. Błąd spowodowany nie uwzględnieniem odległości między żarnikiem żarówki a zwierciadłem latarki został wyeliminowany w ten sposób, że stoper wyłączono już po tym jak na ścianie pojawił się obraz żarnika a nie - chwilę potem - gdy widać było snop światła odbity od lustra. Jak można obliczyć na podstawie wyników eksperymentu chwila ta trwała około 1.6 milisekundy.
Wyniki pomiarów
Odległość od ściany - zmierzona centymetrem krawieckim - wyniosła dwa i pół metra. Zmierzony średni czas pokonania przez światło tej drogi dwa razy wyniósł 0.16 sekundy. Wyliczona prędkość światła to zatem 31.25 m/s .
Porównanie sposobów pomiaru światła.

Tryb pomiaru Punktowy(spot) / Częściowy Centralnie ważony Wielostrefowy / Matrycowy
Przedstawienie graficzne



Technicznie: Ten tryb zawęża pole pomiaru światła do centralnej partii wizjera. Pole pomiaru pokrywa od 1 do 3,5 % wizjera (przeważnie 3,5 %). Pomiar częściowy pokrywa ok.9,5 %. Pomiar jest uśredniony z całego pola z akcentem położonym na środek wizjera (typowo 75 % światła - środek czarny i ciemno szary na obrazku powyżej, 25 % - obrzeże). Czas i przysłona są kalkulowane na podstawie danych z matrycy/elementów mierzących światło (3 do 16 lub więcej, przeważnie 6), biorąc pod uwagę takie dane jak: użyty punkt AF, wielkość obiektu, pozycja, ogólny poziom światła, światło obiektu i tła oraz kolor.
Użyj tego trybu... ...kiedy kontrast między jasnością głównego obiektu zdjęcia a tłem jest bardzo duży, albo obiekt wymaga precyzyjnego pomiaru, jak np. makrofotografia. ... kiedy w scenie istnieją pola zacienione, albo w ekstremalnych sytuacjach jaz zachód lub wschód słońca. ... we wszystkich innych sytuacjach bez mocno zacienionych lub rozjaśnionych pól.
Zalety: Precyzyjny pomiar pod kontrolą. Pomiar światła dla wielu scen z łatwą korektą z ręki. Komfortowy z dużą wiarygodnością.
Wady: Duże różnice w pomiarze świateł i cieni. Braketing jest jedynym rozwiązaniem w wielu trudnych sytuacjach. Bez korekty duże prawdopodobieństwo prześwietlenia sceny w której większą powierzchnię zajmuje niebo. Brak możliwości ręcznej korekty - po prostu nie wiesz jakie czynniki wziął pod uwagę aparat mierząc światło i dobierając takie właśnie parametry.
Podstawy czyli 18% szarości.
Systemy pomiaru swiatła zostały wykalibrowane w ten sam sposób, aby zapewnić stałą i niezmienną dokładność naświetlenia: 18% szarości jest ogólnie przyjętą wartością (jest to ten sam kolor jaki posiada okno twojej przeglądarki). Ma to praktyczne zastosowanie kiedy próbujesz zrobić zdjęcie bardzo jasnej sceny bez kompensacji mierząc światło pomiarem punktowym lub centralnie ważonym, otrzymasz zdjęcie zaciemnione do 18% szarości. Z drugiej strony bardzo ciemne zdjęcia zostaną rozjaśnione do szarości. Pomiar wielostrefowy lub matrycowy mogą mieć ograniczoną zdolność do rozpoznania sytuacji i skompensować automatycznie.
Typowymi sytuacjami stwarzającymi ryzyko niedoświetlenia zdjęcia (bez korekcji) są:
• plaża
• śnieg
• zachmurzone niebo (niebieskie niebo jest mierzone i naświetlane w sposób właściwy)
Przykłady z ryzykiem prześwietlenia (bez korekty):
• ciemny las
• ciemnoniebieskie jeziora/morze
• zmierzch lub świt
W zależności od sytuacji będzie trzeba wprowadzić korektę do 2 EV skracając lub wydłużając czas naświetlenia (przy stałej przysłonie) lub zmniejszyć czy zwiększyć przysłonę (przy stałym czasie migawki). Zmiana parametrów naświetlania w programie (P) czy programie przesuwalnym (Ps) czyli shift nie zmienia ilości światła docierającego do filmu.

Nikon F60/N60

Metody pomiaru światła
System pomiaru światła w aparacie Nikon F60 ustawiony jest normalnie na pomiar matrycowy. Pomiar światła automatycznie przełącza się na skoncentrowany (centralnie-ważony) po przejściu na tryb ręczny M lub podczas używania pamięci pomiaru AE-Lock.
Pomiar matrycowy/Pomiar matrycowy przestrzenny

Pomiar matrycowy światła realizowany jest przy pomocy zespołu czujników (matrycy), które dokonują pomiaru integralnego w przydzielonych im obszarach. Odpowiedni algorytm analizuje poziom światła w poszczególnych strefach klatki (obrazu) oraz kontrast i dobiera odpowiednie parametry ekspozycji. Nikon F60 posiada sześciopolową matrycę (rysunek powyżej).
Jeśli do korpusu F60 założony jest obiektyw typu Nikkor D, algorytm wykorzystuje do pomiaru światła dodatkową informację z układu AF na temat odległości od głównego obiektu, zapewniając precyzyjniejszy dobór parametrów ekspozycji.
Pomiar matrycowy/matrycowy przestrzenny wykorzystywany jest we wszystkich trybach naświetlania z wyjątkiem M i podczas używania pamięci pomiaru AE-Lock.





Pomiar skoncentrowany (centralnie ważony)

W pomiarze centralnie ważonym większy nacisk położony jest na obszar o średnicy 12 mm położony pośrodku kadru. Algorytm przykłada większą wagę do wyniku pomiaru światła w tym okręgu niż na całym pozostałym obszarze. 75 % światła, które jest brane pod uwagę przy pomiarze pochodzi właśnie z tego okręgu, pozostałe 25 % z reszty powierzchni klatki. Pomiar centralnie ważony nie jest zbyt wyrafinowany, jednak pozwala użytkownikowi w dość wysokim stopniu wpływać na dobór ekspozycji. Użytkownik może przy jego pomocy określić kontrast sceny i wybrać według którego obszaru ma być ustawiana ekspozycja.
Pomiar centralnie ważony włącza się automatycznie po przełączeniu w ręczny tryb naświetlania M lub podczas używania pamięci pomiaru AE-Lock.
Pamięć pomiaru AE-Lock
Pamięc pomiaru przydaje się wówczas gdy sytuacja świetlna w scenie jest na tyle skomplikowana, że istnieje duże prawdopodobieństwo, że pomiar matrycowy zawiedzie. Wówczas trzeba skorzystać z pomiaru centralnie ważonego aby oprzeć pomiar światła o jasność najbardziej istotnego dla użytkownika obszaru.
• umieść główny obiekt zdjęcia w środku kadru tak by wypełniał (w miarę możliwości) on okrąg uwypuklenia pomiaru centralnie-ważonego,
• trzymająć lekko wciśnięty spust migawki, naciśnij przycisk pamięci pomiaru AE-Lock,
• trzymając wciśnięty przycisk AE-Lock, zmień kompozycję kadru (położenie obiektu, ogniskowa) i ponownie nastaw ostrość,
• zrób zdjęcie.

Korekcja naświetlenia
Światłomierze współczesnych aparatów fotograficznych są tak skalibrowane, że uznają iż cały świat wokół nich ma średni poziom jasności 18 %. Odpowiada to mniej więcej ciemnej szarości.. W większości wypadków rzeczywiście tak jest, średnia jasność przeciętnego kadru to ok. 18%. W pewnych jednak przypadkach średnia jasność sceny może być znacznie wyższa lub znacznie wyższa. Następuje to w przypadku gdu fotografujemy obszary bardzo białe np. śnieg, prześcieradła lub bardzo ciemne np. mroczny las, kupa węgla lub czarny kot. Ufając światłomierzowi otrzymamy zamiast śnieżnobiałego lodowca - szary popiół, a zamiast czarnego kota - szarego. Dlatego też konieczne jest wówczas wprowadzenie korekcji.
• korekcję in plus czyli prześwietlenie wprowdzamy wówczas gdy obiekt jest jasny, aby prześwietlić go i co zatym idzie uzyskać lepsze odwzorowanie ciemniejszych obiektów,
• korekcję in minus czyli niedoświetlenie stosujemy wówczas gdy jakiś obiekt na zdjęciu jest zbyt ciemny, aby niedoświetlić go i jednocześnie uzyskać lepsze naświetlenie obiektów jaśniejszych.
Inne sytuacje w których stosujemy korekcję ekspozycji:
• Fotografowanie na slajdach. Slajdy posiadają bardzo niewielką tolerancję błędów ekspozycji, dlatego przy bardziej skomplikowanych sytuacjach świetlnych konieczne jest stosowanie bracketingu czyli naświetlania tej samej klatki kilka razy z różnymi korekcjami (in plus i in minus).
• Fotografowanie na slajdach cd. Większość barwnych slajdów lubi być lekko niedoświetlona, wówczas barwy stają się bardziej nasycone.
• Forsowanie. Forsowanie polega na naświetleniu negatywu lub pozytywu jakby miał wyższą lub niższą czułość, a następnie wywołanie z czułością jaka była założona przy naświetlaniu np. film ISO 100 można naświetlać jak ISO 200 lub ISO 400, a potem wywołać tak jakby to był rzeczywiście film ISO 200 lub 400. Zazwyczaj traci się wówczas nieco na jakości lub kontraście w stosunku do nominalnego naświetlenia. Ponieważ F60 nie ma możliwości zmiany ustawionej kodem DX czułości filmu, korekcja ekspozycji na stałe pozwala na forsowanie np. przy filmie ISO 100, korekcja -1.EV oznacza, że film naświetalny jest jakby miał ISO 200.
Korekcję ekspozycji uzyskuje się przez wciśnięcie przycisku korekcji ekspozycji (powyżej spustu - oznaczony symbolem: ) i pokręcenie w prawo lub lewo pokrętłem sterującym. Wartość korekcji ekspozycji pokazuje się tylko podczas naciskania przycisku korekcji. Na wyświetlaczu zewnętrznym LCD pokazywana jest w miejscu licznika klatek, a w wizjerze przy pomocy elektronicznego wskaźnika analogowego: drabinki. Jeśli korekcja ekspozycji została wprowadzona, syganlizowana jest przy pomocy symbolu w wizjerze i na zewnętrznym wyświetlaczu LCD.
Aby wyłączyć korekcję ekspozycji, należy nacisnąć przycisk korekcji i pokręcić pokrętłem sterującym do ukazania się wartości 0.0. Można równierz