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 ΔL = 1:128, що задають коефіцієнти відбиття ρ, і інтервалу густин ΔD = 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 ρ – 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	ρ	%
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 ρбудуть мати яскравість L = ρЕ. 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 ρ=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 β, 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 β = 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 ΔL=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 (ΔL=2,2), а об’єкту в інтер’єрі – до 160 (ΔL<2,2). В більшості випадків зйомки при постановочному освітленні в інтер’єрі ΔL об’єкту не перевищує 128 (ΔL= 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 ΔL=2,1. Позитивні і діапозитивні плівки відтворюють інтервал ΔL=2,3. Фотопапери здатні передавати інтервал яскавостей приблизно 1:60 (ΔL=1,8). При передачі максимального інтервалу ΔL=2,5 за наявності в кадрі обличчя людини з ρ = 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 ρ визначають контраст об'єкту в логарифмічному вираженні Δρ. Якщо освітлення більш менш рівномірне наприклад, похмурий день), то контраст світлот об’єкту зйомки є контрастом його яскравостей і логарифмічні інтервали Δρ=ΔL. 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 (ΔL=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 (ρ=40 %) і відсутності великих площ чорного контраст світлот складе 2,5: 40 = 1: 16 або 16 (ΔL= 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 ΔL 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 ΔL (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 ΔL 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 йΔL 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 йΔL 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 ΔL_макс:ΔL_мін 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.