Světlo a fotografie Definice světla   Podle definice je světlo pásmem elektromagnetického vlnění, které je lidské oko schopné vnímat. Tomuto pásmu vlnových délek se říká viditelná část spektra. Jestliže světlo o určité vlnové délce z této části spektra zasáhne lidské oko, dostaví se zrakový vjem, jehož barva závisí na vlnové délce světla. Nejdelší vlnovou délku má červená barva (kolem 740 nm), nejkratší barva fialová (asi 390 nm). Barvy viditelné části spektra přecházejí plynule jedna v druhou, ale v zásadě se dělí na sedm takzvaných spektrálních barev nebo také barev duhy - červenou, oranžovou, žlutou, zelenou, modrou, indigově modrou a fialovou. Smícháním nejméně třech barev spektra (například červené, zelené a modré) ve vhodném poměru vzniká bílé světlo, v jiném poměru jiná barva. Na světelné spektrum navazují infračervené a ultrafialové pásmo. Lidské oko je schopno vnímat jen velmi malou část elektromagnetického spektra, ale zato dokáže rozlišit nečekaně obrovské množství barevných odstínů. Podle některých expertů až několik milionů. Norma ČSN 01 1701 – definice světla, názvů, značek a definice fotometrických a energetických veličin Základy lidského vidění Lidské oko je jen první částí řetězce vidění. Má jednoduchý objektiv o 2 členech - rohovka (cornea) je vnější člen a čočka (lens) vnitřní. Množství světla, které vstupuje do oka, je řízeno duhovkou (clonou, iris), která je mezi nimi. Světlo se potom šíří průhledným sklivcem (vitreous humor) a na světlocitlivé sítnici (retina) vytváří otočený obraz.  Sítnice je světlocitlivá část oka a odpovídá CCD/CMOS senzoru, případně filmu ve fotoaparátu. Sítnice je tvořena světlocitlivými buňkami - asi 130 miliony tyčinek (rods) a 7 miliony čípků (cones). V tomto smyslu je oko vlastně 137 megapixelový fotoaparát! Čípky jsou méně citlivé, ale dokáží rozlišovat barvu. Naproti tomu tyčinky jsou velmi citlivé, ale "černobílé". Proto lidé v šeru vidí jen černobíle.  Žlutá skvrna (fovea) je místo na sítnici o průměru cca 0,2-0,5 mm. Nachází se na ose oka a je to místo nejostřejšího vidění. Na 1 mm2 tam připadá asi 150 000 čípků a nejsou tam skoro žádné tyčinky. Žlutá skvrna slouží k ostrému a barevnému dennímu vidění a vysoké rozlišení podporuje i fakt, že každý čípek ve žluté skvrně má svůj vlastní optický nerv (vlákno).  Lidské oko  Objektiv o dvou členech v přední části promítá obraz na sítnici oka. Množství procházejícího světla reguluje duhovka - obdoba clony ve fotoaparátu. Sítnice potom obsahuje buňky citlivé na různé barvy, přičemž nejvyšší koncentrace je v okolí žluté skvrny, kde oko dosahuje mimořádného rozlišení. Fotometrické veličiny   Fotometrie se zabývá pouze světlem, tj. viditelným zářením, a posuzuje je z hlediska vnímání světla lidským okem. Vlastním receptorem světla v lidském oku je sítnice, která se skládá z čípků a tyčinek. Čípky rozeznávají barvy, reagují jen na vyšší intenzity světla (fotopické vidění). Tyčinky nemají schopnost rozeznávat barvy, vnímají ale světlo i při velmi malých intenzitách (skotopické vidění, až jednotky fotonů). Citlivost lidského oka   Světelný tok Φ je charakteristická veličina zářivého toku, vyjadřující jeho schopnost způsobit zrakový vjem, určená pomocí přijatých hodnot poměrné světelné účinnosti. Světelný tok je udáván v lumenech, zářivý (P) ve wattech, koeficient úměrnosti Km (lm-W): a – fotopické, b – skotopické vidění Světelný tok  Světelný tok celého spektra zdroje je pak dán pro čípkové vidění integrálem  Jednotkou světelného toku je 1 lumen. Je to světelný tok, který vysílá černé těleso při teplotě tuhnoucí platiny s plochou o velikosti S1= 5,305.10-7 m2. Převodní číslo Km= 680 lm/W, Km´= 1746 lm/W Svítivost zdroje    Svítivostí I zdroje v daném směru rozumíme podíl světelného toku vyzářeného zdrojem (nebo elementem zdroje) v tomto směru do nekonečně malého prostorového úhlu a tohoto úhlu: I = dΦ/dΩ. Je-li světelný tok v prostoru rovnoměrně rozložen, je možné nahradit podíl elementárních veličin nahradit podílem světelného toku a prostorového úhlu I = Φ/Ω. Jednotkou svítivosti je kandela (cd), definovaná jako kolmá svítivost 1/600 000 m2 plochy černého tělesa při teplotě tuhnoucí platiny. Fotometrické těleso  Směrové rozložení svítivosti znázorňujeme tak, že hodnoty svítivosti vyneseme jako úsečky v příslušných směrech z jednoho bodu. Koncové body těchto úseček omezují fotometrické těleso. Osový řez fotometrickým tělesem je fotometrický diagram. V grafech je příklad fotometrického diagramu žárovky a obloukové lampy. Jas plošného zdroje    Jas L v daném bodě plochy zdroje a v daném směru je podíl svítivosti plošného elementu zdroje v daném směru a průmětu plošného elementu do roviny kolmé k danému směru: L = dI/(dS cos α), příp. L = I/(S cosα) Jednotkou jasu je 1 nit, 1 nt = 1 cd/m2. Je to jas světelného zdroje, jehož svítivost na 1 m2 zdánlivé plochy je 1 cd. Jas je měřítkem účinku svítící plochy na zrakový orgán, tedy udává jak jasnou se jeví plocha zdroje pozorovateli v daném směru. U Lambertovských zářičů (difúzních) jas nezávisí na směru pozorování. Jas některých plošných zdrojů Zdroj Slunce Oblouková lampa Vlákno žárovky (2700 K) Bílý papír osvětlený sluncem Plamen svíčky LCD monitor Bílý papír osvětlený úplňkem Jas (nt) 2.109 2.108 107 2.104 5.103 500 3.10-2 Osvětlení    Osvětlení E v daném bodě plochy je určeno podílem světelného toku dopadajícího na element plochy a velikosti tohoto plošného elementu: E = Φ/dS Při rovnoměrném rozdělení světelného toku je osvětlení udáno podílem světelného toku a plochy: E = Φ/S Jednotkou osvětlení je 1 lux (lx), tj. osvětlení, při kterém na plochu 1 m2 dopadá rovnoměrně rozprostřený tok jednoho lumenu. Některá osvětlení Druh osvětlení Přímé sluneční světlo Rozptýlené denní světlo Osvětlení v místnosti za jasného dne Dobré umělé osvětlení místnosti Měsíční světlo za úplňku Osvětlení (lx) 100 000 1 000 500 200 0,2 Doporučená osvětlení pracovišť Práce Pro všeobecnou orientaci (chodby, schody…) Pro hrubou práci (sklady, balení, umývárny) Pro střední práci (čtení a psaní, obchody, šití světlých látek, zámečnické práce) Pro jemnou práci (rýsování, šití z tmavých látek, jemná mechanika) Pro velmi jemnou práci (rozeznávání barev, operace, hodinářství, rytectví) Osvětlení (lux) 20 – 40 40 – 100 100 – 300 400 – 1 000 1 000 – 10 000 Osvit  Osvit H neboli expozice je určen součinem osvětlení a doby, po kterou osvětlení trvalo: H = ∫ Edt resp. H = Et Měří se v luxsekundách. Název osvit (expozice) se nesprávně používá pro dobu, po kterou osvětlení trvalo. Zde je správný termín „doba osvitu“. Fotografická emulze má jinou spektrální citlivost než oko, takže osvit v luxsekundách nevyjadřuje správně účinek dopadajícího záření na emulzi 0 t Měření expozice je metodika, jíž se na základě měřených světelných podmínek určí hodnota kombinace clonového čísla a doby osvitu, příp. hodnota EV. Většina expozimetrů měří střední jas záběru, některé expozimetry mohou měřit bodově jas záběru (úhel od 1°). Osvětlení záběru se měří luxmetry s rovinnou nebo půlkulovou rozptylnou destičkou. Expozice elektronickým bleskem se měří tzv. flashmetrem. Profesionální expozimetry jsou uzpůsobeny pro měření všemi uvedenými metodami. Profesionální kamery mohou měřit bodovou sondou jas v obraze. Měření expozice bodové V záběru V obraze součtové Osvětlení obrazu Osvětlení záběru Jas záběru Co je to EV (exposure value) Zkratka EV pochází z anglického Exposure Value, čili hodnota expozice. Má se zde na mysli expozici ve smyslu kombinace času a clony. Vzhledem k tomu, že při dané citlivosti filmu odpovídá určité hladině osvětlení jistá správná expozice, tak se EV používá také pro vyjádření úrovně osvětlení. Standardně se uvažuje citlivost filmu 100 ASA. V tomto smyslu EV 0 je taková úroveň osvětlení scény, při které by s filmem o citlivosti 100 ASA vyšel pro správnou expozici při cloně 1,0 čas 1s. Hladina osvětlení EV n je tam, kde je světla 2n krát více. Vzhledem k tomu, že EV 0 představuje úroveň osvětlení o hodnotě 2,69 luxu, pro převod na hodnotu v luxech platí vzorec E [lux] = 2,69 . 2EV Zde EV je EV při 100 ASA. Naměříme-li pro film o citlivosti ISO (ASA) pro clonu N čas t (v sekundách), znamená to, že osvětlení je E [lux] = 2,69 (100/ISO) N2/t (N = clonové číslo, t = doba expozice) A konečně, pokud je známá hladina osvětlení v EV, pak víme, že pro správnou expozici s filmem o citlivosti ISO (ASA) je zapotřebí čas (v sekundách) t = (100/ISO) N2/2EV je-li ve specifikacích u expozimetru uvedeno, že jeho rozsah je EV 0 až 20, znamená to, že s ním lze úspěšně měřit, pokud se osvětlení scény pohybuje v rozsahu 2,69 až 2,69 . 220 = 2 820 669 luxů Co je to EV (exposure value) V praxi není důležitá absolutní hodnota EV, ale její změna – je daná změnou některého z parametrů – čas závěrky, clona a citlivost. Základní změna těchto parametrů znamenají změnu o 1 EV, tj. na senzor se dostane dvojnásobek nebo polovina množství světla: 1) Clonové číslo - základní stupnice clonových čísel: 1.0, 1.4, 2.0, 2.8, 4.0, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45… (plocha clony roste s druhou mocninou průměru clony, proto hodnoty nejsou násobky 2 ale násobky odmocniny ze 2 tj. ~1.4) 2) Čas závěrky – dvojnásobný nebo poloviční čas: 1/250, 1/125, 1/60, 1/30….. 3) Citlivost ISO – dvojnásobná/poloviční citlivost znamená takové zesílení signálu, které odpovídá dopadu dvojnásobku/poloviny světla na senzor: 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400….. - v praxi se používá jemnější dělení hodnot, zpravidla po ½ nebo 1/3 Základní postupy při měření expozice 1 - měření součtového jasu 2 - měření dílčího jasu 3 - měření osvětlení 4,5 - měření osvětlení z různých směrů (měření kontrastu osvětlení) Multifunkční expozimeter Sekonic Dualmaster L-558 Technická specifikace systémy měření dopadající a odražené bleskové i přirozené, bodové přirozené s úhlem záběru 1° fotobuňky křemíkové fotodiody rozsah měření (ISO 100): přirozené dopadající: -2 až 22,9 EV přirozené odražené: 1 až 24,4 EV zábleskové dopadající 0,5 až 161,2 EV rozsah časů pro dopadající světlo: 30 min až 1/8 000 s (po 1, 1/2 nebo 1/3) kompenzace expozice -9,9 až +9,9 EV kalibrace -1,0 až +1,0 EV kompenzace filtru -5,0 až +5,0 EV uživatelská nastavení L-558: 6 položek příslušenství bezdrátový radio trigger systém, modul radiového přenašeče RT-32, rádio reciever RR-32/RR-4, synchronizační kabel, 2× konvertor úhlu, 18% šedá tabulka Měření expozice zrcadlovkou  U zrcadlovek je obvykle možné používat tři režimy měření expozice:  Plocha měření integrálního jasu scény   Měření integrálního jasu scény, obvykle se zdůrazněným středem Měření jasu střední části scény, obvykle 10% plochy snímku Bodové měření ve středu scény, obvykle 2% plochy snímku. Plocha měření jasu středu scény Oblast bodového měření jasu Oblast automatického ostření Digitální zrcadlovka  Většina moderních DSLR má několik režimů měření expozice. Liší se v podstatě plochou, kterou z celkové scény berou v úvahu pro měření, podobně jako u klasických zrcadlovek. Přitom různé režimy se hodí při různých situacích. Nejuniverzálnější poměrové (zónové či maticové měření různí výrobci používají různé názvy) pracuje na principu rozdělení celé fotografie na určitý počet zón. Canon používá 35 zón, Nikon 1005, Olympus 49 atd. V každé zóně je zjištěn průměrný jas v EV jednotkách (barva se zcela ignoruje a pracuje se pouze s černobílým jasem). Měření dopadajícího světla na střední šedou Do scény umístíme standardní šedou tabulku. Střední šedá je definována jako šedá, která odráží 18% dopadajícího světla.  Přepneme na bodové měření expozice a naměříme expozici ve středu tabulky. Tabulka však musí vyplňovat dostatečnou plochu fotografie (pro jistotu minimálně středový kruh), aby bodové měření zaručeně nebylo rušeno okolím tabulky.  Naměřené hodnoty buď uzamkneme, lepší je ale přepnout na manuální režim (M) a nastavit je ručně (vlastně opsat). Tabulku ze scény odstraníme a exponujeme zjištěnými hodnotami ostrý záběr.  Velkoformátové přístroje   Pro analogovou fotografii se používají především fotometrické sondy (aktivní plocha několik mm2 ), kterými je možné pohybovat v obrazové rovině (před matnicí) U digitálních stěn je používáno až několik desítek měřících bodů pro určení expozice