Начална страница | История на фотографията | Камера Обскура | Фотографирането - теоретични постановки - част 1 | Художествена фотография | Работа на открито, снимане на панорами | Репро-, макро- и микроскопски снимки | Работа при светлинен недостиг, нощна фотография | Автофокус, оптична стабилизация на образа, баланс на бялото | Снимане с приоритет на диафрагмата и с приоритет на скоростта на затвора | Фотограметрия | Холография | Астрофотография | Спектроскопия за астролюбители | Биноклите | Почистване на оптични детайли | Геометрична оптика | Светлина, видим спектър | Дифракция и интерференция | Абсолютно черно тяло | Абсорбционна фотометрия | Поляризация на светлината | Фотоелектрични ефекти | Луминесценция | Азбучен указател на оптичните термини



ФОТОГРАФИРАНЕТО - ОСНОВНИ ТЕОРЕТИЧНИ ПОСТАНОВКИ

THEORY OF PHOTOGRAPHY

Част втора | Part 2


      ФОКУСНО РАЗСТОЯНИЕ - както вече знаем, това е разстоянието от задната главна равнина (по-точно от задната главна точка) на фотообектива, до точката, в която се събира пречупената от него светлина. В оптиката е прието фокусното разстояние да се бележи с f, а фокусната точка, в която главната оптична ос пробожда перпендикулярно фокалната равнина - с F (заден главен фокус).
      Отбелязаното фокусно разстояние за даден фотообектив съответства на разстоянието, на което се фокусират лъчите от успореден светлинен сноп, излъчен от безкрайно отдалечен точков светоизточник (далечна лампа, звезда) и попадащ в обектива паралелно на главната му оптична ос. Казано по-кратко, това е разстоянието от задната главна равнина до кадъра, когато обективът е фокусиран на безкрайност. Фокусното разстояние обикновено се дава в милиметри (във фотограметрията - до втория знак след запетаята), но ако е по-дълго, може да бъде упоменато в сантиметри или в метри.
      Фокусното разстояние е параметър, определящ мащаба на фотографското изображение и ъгловият обхват на обектива. Според него фотообективите се класифицират на късофокусни (широкоъгълни и свръхширокоъгълни), нормални, дългофокусни и телеобективи. Тази класификация обаче има смисъл само ако се знае за какъв формат на кадъра е предназначен даденият фотообектив, тъй като тя се извършва чрез сравняване на фокусното му разстояние с диагонала на кадъра. Например ако имаме обектив с фокусно разстояние 100 mm, предназначен за средноформатен фотоапарат 60x90 mm (с диагонал на кадъра 108.16 mm), то за този формат той ще бъде нормален, но обектив със същото фокусно разстояние за малкоформатен фотоапарат 24x36 mm, с диагонал 43.26 mm (лайка-формат), вече се определя като дългофокусен. Ако на цифров фотоапарат с диагонал на матрицата 2/3" (16.93 mm) поставим обектив с фокусно разстояние 50 mm, той ще се отнася спрямо размерите на тази матрица почти така, както 135 mm дългофокусен обектив спрямо кадър лайка-формат! Затова в тези случаи се казва, че този 50 mm обектив е еквивалентен на 135 mm дългофокусен, тъй като върху матрицата ще се проектира само централната част на изображението (т.нар. кроп-фактор).
      Тук и по-нататък ще имаме предвид стандартния кадър лайка-формат 24x36 mm за най-разпространените в практиката малкоформатни фотоапарати.



Фиг. 24 Схема "обърнат телеобектив", характерна за много широкоъгълни обективи
за SLR-фотоапарати: Flektogon на Zeiss, руските Мир-1 и много др.

      Късофокусните (широкоъгълни) обективи имат фокусни разстояния от 0.3 до 0.8 пъти по-малки от диагонала на кадъра. Ъгловият им обхват е от 60 до 120°. Те рисуват контрастни висококачествени изображения и имат голяма дълбочина на рязко изобразеното пространство, но при по-широкоъгълните модели може да се наблюдава силна дисторсия - изкривяване на геометричните форми в краищата на кадъра.
      Широкоъгълните обективи са особено подходящи при фотографиране на панорамни изгледи и в случаите, когато е необходимо използването на обективи с по-голяма дълбочина на рязко изобразеното пространство (подробности по-долу).
      При свръхширокоъгълните обективи, ъгловият обхват може да бъде около и дори над 180°. Те са известни под общото название "рибешко око" поради особената конструкция на оптиката и необичайно широкото си поле.

      Нормалните (универсални) обективи имат фокусни разстояния съизмерими с диагонала на кадъра. Например за стандартния формат 24x36 mm един нормален обектив трябва да има фокусно разстояние около 50 mm. Ъгловият обхват на тези обективи по направление на дължината на кадъра е от 35 до 48°, а максималният им относителен отвор най-често е между 1:1.8 и 1:4, т.е. те са с голяма или средна светлосила.

      Дългофокусни обективи са тези, с фокусни разстояния няколкократно превишаващи диагонала на кадъра. Техния ъглов обхват е под 40°, а максималните им относителни отвори са най-често от 1:2.8 до 1:5.6.

      Телеобективите са също дългофокусни обективи, но със значително по-големи фокусни разстояния - от 150 до 1000 mm. Схемите на тези обективи могат да включват комбинации от сферични огледала и лещи (огледално-лещови телеобективи, наричани още катадиоптрични), с цел по-добро отстраняване на някои оптични дефекти, скъсяване на дължината на тубуса и намаляване на теглото, което въпреки това може да достига няколко килограма. Ъгловият обхват на телеобективите е по-малък от 10°. Например модели с фокусни разстояния 300 и 500 mm, имат обхват по дължината на кадъра съответно 7 и 4°.
      Телеобективите се използват при фотографиране на отдалечени обекти - части от панорамни изгледи, спортни прояви, архитектурни забележителности и др. При тях перспективата е силно скъсена, т.е. върху фотоизображението разстоянията между близките и по-отдалечени обекти са видимо скъсени и трудно преценими. Освен това дълбочината на рязко изобразеното пространство е малка, дори при максимално свита диафрагма, което налага по-прецизна фокусировка по време на работа.



Фиг. 25 Схема на телеобектив Pentacon auto 4/200 MC

      Съществуват и т.нар. свръхдългофокусни обективи, при които фокусните разстояния надвишават 1 м. Това са тежки инструменти, често комплектовани с набор окуляри за да могат да се използват и като малки телескопи. Техният диаметър може да надхвърля 100 mm, а оптичните им схеми най-често са комбинации от сферични или асферични огледала и лещи с голям резултантен фокус, достигащ до няколко метра. Ъгловият им обхват е много малък - под 2°, а понякога е само части от ъгловия градус. Тези обективи намират приложение при решаването на някои специални задачи, като например в астрофотографията - при планетни и лунни фотографии, при фотографиране на космически обекти извън Слънчевата система и пр.

      Вече споменахме, че много съвременни фотоапарати са комплектовани с обективи с променящо се фокусно разстояние - т.нар. вариообективи или зумове. При тях фокусното разстоянеие може да се настройва произволно между две гранични стойности - минимална и максимална. Това безспорно е едно голямо удобство за всеки фотограф, тъй като напълно отпада необходимостта от честата и неудобна смяна на различни видове обективи.
      Оптичната схема на вариообектива се състои от един основен обектив, пред който е разположена панкратична система от две подвижни групи лещи, от които предната е положителна, а задната - отрицателна (афокална). При приближаването на отрицателната група към предната положителна, мащабът на изображението намалява и ъгловият обхват се увеличава - както е при широкоъгълните обективи. При отдалечаването на двете групи, изображението се увеличава, респ. ъгловият обхват намалява - като при дългофокусните обективи.
      Съвременните вариообективи съдържат голям брой оптични елементи - около 15 - 18 лещи, чиято корекция е разчетена както за двете групи на афокалната система, така и за основния обектив.
      Още информация можете да намерите в темата Вариообектив, зум в азбучния указател на оптичните термини.

      По време на вашата практика вероятно ще забележите, че много от широкоъгълните фотообективи са с фокусни разстояния по-къси от работните им отсечки или от разстоянието между равнината на филма и най-задната им леща (т.е. тиража)! От друга страна, въпросните фотообективи наистина са предназначени за дадения (вашият) фотоапарат и при работа с тях, вие получавате висококачествени контрастни и панорамни фотоизображения. Един конкретен пример:
      Фотообектив Flektogon auto 2.4/35 на Carl Zeiss е с фокусно разстояние 35 mm и е предназначен за малкоформатните фотоапарати Практика, Зенит и др., с работна отсечка 45.5 mm и резба за закрепване М42x1. На практика обаче, при фокусировка на безкрайност, разстоянието между задната леща на този обектив и равнината на кадъра е около 40 mm, а необходимото пространство за вдигане на огледалото е 38 mm (за фотоапаратите Зенит, измерено от равнината на филма до предния ръб на вдигнатото огледало). Ясно е, че на разстояние от кадъра по-малко от 38 mm не могат да се доближават задните компоненти на никакви фотообективи! Въпросът е как тогава се отчита фокусното разстояние при този обектив?



Фиг. 26 Изнасяне на задната главна равнина пред (пример a) и зад (пример b)
елементите на оптична система.

      Знаем, че фокусното разстояние се измерва от задната главна точка H на обектива до главният фокус F, по протежение на главната оптична ос. Докато при повечето нормални фотообективи, задната главна равнина е близо или съвпада с равнината на диафрагмата, то при много широкоъгълни обективи за огледално-рефлексни фотоапарати, тя е изнесена далеч зад последната им леща. При телеобективите е обратно - главната равнина е изнесена напред към първите им лещи или дори пред тях. Това се постига чрез някои по-особени решения в оптичните схеми: На фиг. 26 е показана система от разсейвателна и събирателна леща, в два варианта, в първият от който (пример a) задната главна равнина е изнесена пред оптичните елементи, с цел постигане на фокусно разстояние съизмеримо или дори по-дълго от собствената дължина на телеобектива. И обратно - пример b илюстрира постигане на фокусно разстояние много по-късо от работната отсечка или тиража - нещо типично за широкоъгълните фотообективи тип "обърнат телеобектив" (за SLR и DSLR-фотоапаратите).

      ЪГЛОВ ОБХВАТ - той се определя от ъгъла между два лъча, пресичащи се в проекционния център на обектива и попадащи в две срещуположни точки от краищата на полето на изображението. Вече неведнъж обсъждахме ъгловият обхват на различните видове фотообективи при класификацията им според фокусното разстояние, тъй като тези два параметъра са в пряка зависимост.
      Ъгловият обхват (фиг. 27) е един от основните параметри, описващи фотографския обектив, заедно с неговото фокусно разстояние и максимален относителен отвор. Трябва да се знае, че ъгловия обхват отбелязан в съпровождащата документация е по направление на диагонала на кадъра, чиято дължина е равна на диаметъра на описаната около него окръжност (в зелено), отрязваща централната най-осветена и рязко възпроизведена част от цялото изображение, което обектива е в състояние да предаде.



Фиг. 27 Пресмятане на ъгловия обхват на фотообектив.

      В практиката обаче, често е необходимо да се знае ъгловия обхват по направление на дължината или ширината на кадъра. Той може да се изчисли, като се знае формата на същия и фокусното разстояние на обектива. За целта е необходимо първо да намерим половината от обхвата, разглеждайки правоъгълния триъгълник, на който единия катет (a) съединява проекционния център на обектива с центъра на кадъра, а другият (b) лежи във фокалната равнина, от центъра на кадъра до една от страните му и е с дължина равна на половината от перпендикулярната на нея страна (L/2), съпосочна с направлението, по което търсим обхвата.
      Интересува ни стойността в градуси на острия ъгъл между катета а и хипотенузата, намиращ се при проекционния център на обектива, чиято удвоена стойност е равна на търсеният ъглов обхват по избраното направление:

      Един пример:

      Обектив Pentacon auto 1.8/50 има фокусно разстояние f=50 mm и е предназначен за малоформатните фотоапарати с формат на кадъра 24x36 mm (лайка-формат). Търсим ъгловите му обхвати по дължината a и ширината b на кадъра:

      т.е. пълният кадров обхват на този обектив е 39.6x27°.

      При нормалните обективи, обхватите по двете направления се отнасят помежду си приблизително така, както дължината на кадъра към неговата ширина т.е. 3:2. Тази зависимост може да се използва като бърз метод за пресмятане на единия обхват чрез другия, но имайте предвид, че за широкоъгълните и дългофокусните обективи се натрупва по-голяма грешка!
      Това се вижда добре в следващата таблица, представяща зависимостта между фокусното разстояние и ъгловия обхват при различни обективи за формат на кадъра 24x36 mm. Стойностите са пресметнати по горния метод, като за нормалните и широкоъгълни обективи закръглението е до цял градус.


Фокусно
разстояние
f [mm]
Обхват в ° по
диагонала
(43.26 mm)
Обхват в ° по
дължина
(36 mm)
Обхват в ° по
ширина
(24 mm)
20 94 84 62
25 82 71 51
28 75 65 46
29 73 64 45
30 71 62 43
35 63 54 38
37 61 52 36
40 57 48 33
45 51 43 30
50 47 39 27
58 41 34 23
60 40 33 22
75 32 27 18
100 24 20 14
135 18.2 15.2 10.1
200 12.3 10.3 7.8
300 8.2 6.8 4.5
400 6.1 5.1 3.4
500 4.9 4.1 2.7
2.47 2.06 1.37



      При много от късофокусните фотообективи се наблюдават големи разлики между изчисленият по горния метод ъглов обхват и реалния. Така например за широкоъгълен фотообектив тип "рибешко око" с f=16 mm се обявява ъглов обхват по диагонала на кадъра 180°, докато изчисленият по горната формула би бил 107°! За "рибешко око" с f=8 mm се декларира обхват също 180°, но в кръгло зрително поле, вписано изцяло в границите на кадъра. Тези разлики се дължат на особености в оптиката на тези обективи, водещи до големи изкривявания в геометрията на образа.

      СВЕТЛОСИЛА: Вече знаем, че това е способността на един обектив да възпроизведе във фокалната си равнина изображение с определена осветеност. Теоретичната (геометрична) светлосила се изразява като число S, право пропорционалнo на квадрата на диаметъра на действащия отвор на обектива d и обратно пропорционалнo на квадрата на фокусното му растояние f:

      За да получим обаче действителната (ефективната) светлосила, трябва да умножим резултата от горната формула по коефициент t, характеризиращ пропускливостта на обектива. Неговата стойност зависи от прозрачността на различните породи стъкла, от които са изработени лещите, от техния брой и дебелина, от загубите на светлина при вредните отражения в стъклените повърхности и пр. Точната стойност на този коефициент рядко се упоменава в документацията на фотообективите. За по-простите, но добре просветлени обективи, той може да се приеме за близък до единица, но ако обективът е многолещов или с непълно просветляване (вижте по-долу), то загубите в него могат да достигнат около 40% (t = 0.6) или дори повече (респ. по-малко t).

      С цел повишаване на светлосилата и намаляване на вредните отражения в оптичните елементи на съвременните обективи, се прибягва до т.нар. просветляване на оптиката. То се състои в нанасяне върху свободните повърхности на лещите на тънки прозрачни слоеве от SiO2, MgF2, ZrO2 и др., имащи показатели на пречупване по-малки от този на стъклото. Тези слоеве предизвикват интерференчно погасяване на отразените от повърхността на слоя и от стъклената повърхност под него светлинни вълни, което значително намалява вредните отражения - от 4 - 5% за непросветлената повърхност, до под 1% за просветлената. Дебелината на самите слоеве е около 1/4 от дължината на светлинната вълна, която ще се погасява. Поради тази си роля, просветляващите слоеве се наричат още противорефлексни (антирефлексни).
      В зависимост от броя на нанесените върху стъклото слоеве, просветляването може да бъде еднослойно - Single coated, многослойно за някои от повърхностите - Multi coated или многослойно просветляване на всички свободни повърхности на лещите - Fully coated или Fully multi coated. Просветлените повърхности отразяват светлината в синьозеленикави, наситеновиолетови, оранжевочервени или жълти цветове, преливащи в по-бледи или в по-наситени нюанси при промяна на ъгъла на падащата върху тях светлина. Някои повърхности покрити с многослойно просветляване блестят с розово-кафеникав оттенък или изглеждат необичайно сиви, слабо отразяващи светлината.
      Цветът на просветляването влияе до известна степен върху цвета на фотоизображението, при работа с цветни фотоматериали. Например ако просветляващите слоеве в обектива изглеждат синкави, то и изображението ще се получи в синкав оттенък. При жълтото (кехлибарено) просветляване се получава по-правилно цветно изображение. Жълто просветляване се нанася върху по-масивните лещи на телеобективите, както и върху лещите на светлосилните обективи, изработени от стъкла с висок коефициент на пречупване. Кехлибареното просветляване е често срещано при много видове бинокли, далекогледни тръби и други оптични инструменти.

      ОТНОСИТЕЛЕН ОТВОР: Това е отношението между диаметъра на действащия отвор на обектива и неговото фокусно разстояние. Изразява се като дроб с числител единица и знаменател отношението f/d, показващо колко пъти диаметърът на действащия отвор d е по-малък от фокусното разстояние f:

      Един от основните параметри, описващи фотографските обективи, е максималният относителен отвор, т.е. този, при максимално отворена диафрагма. Неговата стойност е отбелязана върху тубусите или в документацията на обективите като отношение 1:N (или апертура f/N), където N=f/d. Например обективът Т-43 на фотоапаратите от серията "Смяна" e с максимален относителен отвор 1:4 (f/4). Като знаем неговото фокусно разстояние (f=40 mm), можем да пресметнем диаметърa на действащия му отвор при максимално отворена диафрагма: d=40/4=10 mm.
      Най-често максималните относителни отвори на фотообективите са означени заедно с фокусните им разстояния върху техните тубуси, във вида показан в следните примери: 4/40, 2/58, 1.8/50, 4/200, 4/300 и пр. Тук лявото число е знаменателят от отношението, описващо максималния възможен относителен отвор, а числото в дясно е фокусното разстояние на обектива в милиметри.
      Според максималните си относителни отвори, фотографските обективи могат да бъдат класифицирани в следните групи:

      Вече знаем, че ако променяме диаметъра на диафрагмата, движейки скалата й, ние променяме както действащия, така и относителния отвор на обектива, а следователно и светлосилата му. Самата скала на диафрагмата най-често е разграфена в стойности като: 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22 и 32, които са знаменателите от отношенията 1:2, 1:2.8, 1:4 и т.н., наричани още стандартни диафрагмени числа. Стойностите на диафрагмените числа са подбрани така, че всяко от тях дава действащ отвор с два пъти по-малка светлосила от лявостоящото, респ. с два пъти по-голяма светлосила от следващото число. Например при промяна на стойността на диафрагмата на даден фотообектив от 1:8 на 1:11, неговата светлосила намалява два пъти. Ако свием диафрагмата до следващата стойност 1:16, намаляваме светлосилата с още два пъти или спрямо първоначалната стойност (1:8) ще имаме вече четирикратно понижена светлосила.
      Много често в практиката понятията "относителен отвор" и "светлосила" се смесват. Например често се казва, че даден фотообектив има светлосила 1:2, но е добре в тези случаи да се подсещаме, че става дума за неговият максимален относителен отвор.

      Ето два примера, илюстриращи зависимостта между фокусното разстояние, максималният относителен отвор и максималния действащ отвор на даден фотообектив:

      1. Върху тубуса на обектив "Meritar", с който са снабдени немските любителски фотоапарати "Beirette vsn", е отбелязано значението 2.8/45. Това означава максимален относителен отвор 1:2.8 при фокусно разстояние f= 45 mm. За да получим диаметърът на действащия отвор на обектива при максимално отворена диафрагма (при стойност 2.8 по скалата й), пресмятаме: d= 45/2.8= 16.07 » 16 mm.

      2. Имаме нормален обектив Helios-44M-4, върху чийто тубус е изписано значението 2/58, т.е. максимален относителен отвор 1:2 и фокусно разстояние 58 mm. За да получим реалния диаметър на максималния действащ отвор, пресмятаме d= 58/2= 29 mm. Действително диаметърът на първата леща на този обектив е 29 mm, без да се смята застъпената от придържащата я гривна част, но ако се вгледаме по-добре в диафрагмата, ще забележим, че нейният диаметър в максимално отворено състояние е значително по-малък от този на първата леща! Причината е в това, че лещите на обектива изменят хода на светлината, при което независимо от разликата в диаметрите, целият светлинен поток, влизащ през първата събирателна леща, преминава и през максимално отворената диафрагма без загуби (тук изключваме абсорбцията в лещите). Това важи за повечето нормални и дългофокусни обективи, при които лещите преди диафрагмата са с общ фокусиращ ефект. Но при много модели широкоъгълни обективи, първата леща е разсейвателна и с голям диаметър, което е залегнало в конструкциите им с цел повишаване на ъгловият обхват (Фиг. 24). В тези случаи определянето на еквивалентен максимален действащ отвор е възможно само като се има предвид стойността на максималния относителен отвор, дадена от фирмата производител.
      Обикновено точната стойност на максималния действащ отвор на фотообективите рядко се отбелязва в съпровождащата ги документация. Тази величина се използва повече в астрофотографията, където се упоменава като апертура на обектива. Най-често като параметри на фотообективите се посочват техните фокусни разстояния и максимални относителни отвори.

      РАЗДЕЛИТЕЛНА СПОСОБНОСТ. Tова е способността на фотографския обектив да възпроизведе във фотоизображението ясно и отчетливо възможно повече точки или успоредни линии на единица дължина. С други думи, това е зрителната острота на обектива. Разделителната способност е важен параметър, който понякога не е отбелязан в съпровождащата документация. Тя се измерва в линии на милиметър (линии/mm), като е по-висока в централната част на фотоизображението и намалява към краищата му. Разделителната способност е по-висока при късофокусните обективи и е значително по-ниска при телеобективите. За един нормален обектив с f=50 mm, тя може да бъде примерно 50 - 70 линии/mm в централната част на кадъра и 30 - 40 линии/mm в краищата му. Тя зависи още от съвършенството на оптичната схема, от диаметъра на отвора на диафрагмата и пр. Най-висока разделителна способност за даден фотообектив имаме при относителни отвори от 1:5.6 до 1:11, т.е. около 1:8. При по-свита диафрагма нараства процентът на дифрактиралата светлина от краищата на действащия отвор, а при по-отворена - по-осезаемо се проявяват някои оптични дефекти, характерни за простата леща. Снимка с висока разделителна способност можем да получим само ако фотографираме сюжет с наличие на достатъчно контрастни обекти, при достатъчно прецизна фокусировка с качествен фотообектив и ако ползваме фотографски носители, способни добре да регистрират предадените от обектива подробности, т.е. те също трябва да са с нужната висока разделителна способност - като техен собствен параметър, зависещ от зърнестостта на емулсията (при филмите) или от броя пиксели на единица площ (при матриците).

      МАЩАБ НА ФОТОГРАФСКОТО ИЗОБРАЖЕНИЕ. Това е отношението между размерите на фотоизображението l на даден обект и размерите L на самия обект. Мащабът може да се изрази още като отношение между образното и предметното разстояние:

където A и B са съответно предметното и образното разстояния (вижте следващата схема), а m е мащабното число на фотоизображението, показващо колко пъти то е умалено или увеличено спрямо размерите на обекта.



      Връзката между мащабното число, предметното и образното разстояние е следната:

      където f е фокусното разстояние на обектива. При обект отдалечен на разстояние различно от безкрайност, образното разстояние B е поне малко по-дълго от фокусното f.

      ДЪЛБОЧИНА НА РЯЗКО ИЗОБРАЗЕНОТО ПРОСТРАНСТВО, ДЪЛБОЧИНА НА РЯЗКОСТТА ИЛИ ДЪЛБОЧИНА НА ОСТРОТАТА (DEPTH OF FIELD - DOF). Това е зависимостта между действащия отвор на диафрагмата и дълбочината на тази област от пространството пред фотообектива, от която обектите се изобразяват в равнината на кадъра с приемливо добър контраст. Разстояието от фотообектива до тази област се определя от фокусировката, а дълбочината на областта може да се променя по желание на фотографа, чрез изменение на действащия отвор на диафрагмата (фиг. 28 и 29 по-долу).
      Върху тубусите на повечето съвременни фотообективи, в съседство със скалата на разстоянията и от двете страни на белега, спрямо който установяваме стойностите й, е нанесена двустранна симетрична скала, разграфена в стандартните диафрагмени числа. Това е скалата за дълбочината на рязко изобразеното пространство (скала на рязкостта или скала на остротата).

      Нека имаме фотоапарат с нормален обектив Индустар 2.8/50 (f= 50 mm), с който предстои да заснемем обект, отдалечен на разстояние 4 м. Тогава по скалата на разстоянията задаваме стойност 4 м, с което на практика "вземаме на фокус" обекта. С помощта на светломер или по усет определяме експозицията, която в нашия случай изисква примерно скорост 1/250 s при относителен отвор 1:8. За да преценим и дълбочината на рязко изобразеното пространство, проверяваме коя стойност от скалата на разстоянията стои срещу стойността 8 от дясната половина на скалата на рязкостта. Установяваме, че това е числото 10. Аналогично проверяваме за стойността 8 от лявата половина на същата скала - срещу нея е числото 2.5. Следователно ще очакваме върху нашата снимка да се изобразят с достатъчно добър контраст всички обекти, намиращи се в интервала от 2.5 до 10 м. С други думи, това е областта на рязко изобразеното пространство.
      Ние можем по желание да повишим дълбочината на рязко изобразеното пространство като свием диафрагмата, например до относителен отвор 1:16, но не бива да забравяме за компенсация да удължим експозиционното време до 1/60s, т.е. реципрочно променяме двата параметъра 4 пъти. При диафрагмено число 1:16, вече ще имаме рязко изобразено пространство в интервала от 2 м до безкрайност, което би гарантирало достатъчно контрастно изображение за повечето обекти от съдържанието на снимката.
      С така зададеното диафрагмено число, ние можем да приближим областта на рязко изобразеното пространство до фотообектива, просто като зададем по метричната му скала по-късо предметно (обектно) разстояния. Например при стойност 1.7 м ще имаме рязко изобразено пространство в интервала от 1.2 до 3 м. Прави впечатление, че едновременно с приближаването, дълбочината на рязкостта се скъси до интервал с дълбочина 1.8 м. Причината е в промяната на отношението между фокусното разстояние на обектива и вече по-късите предметни разстояния до по-близките обекти. Следователно дълбочината на рязко изобразеното пространство силно зависи и от фокусното разстояние на обектива. Ето защо късофокусните фотообективи имат голяма дълбочина на рязкостта, дори при по-ниски стойности на относителния отвор. Например обектив Flektogon auto 2.4/35 с f=35 mm, при точна фокусировка на 2 м и относителен отвор 1:8, възпроизвежда рязко в интервала от 1.3 до 3 м. При свита диафрагма до 1:16, този интервал нараства от 1 м до безкрайност (т.нар. хиперфокална фокусировка). Същият обектив при същото диафрагмено число, но с точна фокусировка на 1.3 м рисува контрастно в интервала 0.8 - 3 м (част от посочените тук стойности са зрително преценени, поради разредената разграфка на метричната скала на този обектив).
      За разлика от широкоъгълните, телеобективите имат силно скъсена дъбочина на рязкостта. Например телеобектив "Pentacon auto 4/200" с f= 200 mm, при диафрагмено число 1:16 и точна фокусировка на 50 м, ще рисува контрастно в интервала от 25 м до безкрайност (хиперфокална фокусировка). При същото диафрагмено число, но с точна фокусировка на 4.3 м, ще имаме добра рязкост само в интервала от 4 до 4.5 м!

      От тези примери и след известен практически опит се достига до следните изводи:

      Може би вече сте се запитали, какъв е критерият, според който даден обект се определя като "достатъчно контрастно изобразен" върху негатива, т.е. намиращ се в областта на рязкостта?
      Ние можем да пресметнем диаметърът на разфокусираното изображение (кръгчето на разсейване) на точка, намираща се върху предната или задна гранична равнина на рязко изобразеното пространство (т.е. гранична точка). За целта първо изчисляваме образното разстояние до изображението на точка, отдалечена от фотообектива на взетото на точен фокус разстояние и го сравняваме с образното разстояние до образа на избраната гранична точка. Така получаваме разликата в двете образни разстояния df, която разделена на текущото диафрагмено число, ще ни даде диаметърът на разфокусираното изображение на граничната точка в равнината на кадъра (т.е. нeйното кръгче на разсейване). За удобство приемаме, че тези точки са по главната оптична ос, но за да се избегне претрупването в следващата схема, това не е представено така.



Фиг. 28 Дълбочина на рязко изобразеното пространство - същност на понятието:

      Един конкретен пример:
      Нормален обектив с f=50 mm е фокусиран на 4 м и е с относителен отвор 1:5.6. Според двустранната скала на рязкостта, ще имаме контрастно изображение в интервала от 3 до 7 м. Нека видим как ще изглеждат изображенията на три точки А, В и C (Фиг. 28), от които А и C са гранични, съответно принадлежащи на задната и предна гранична равнина ha и hc. Точка В принадлежи на точно фокусираната равнина hb, в случая, отдалечена от фотообектива на 4 м.
      Пресмятаме образното разстояние b' до изображението В' на точно фокусираната точка B:

      Аналогично пресмятаме образното разстояние c' до изображението на точка C от предната гранична равнина hc:

      За да бъде примерът пълен, намираме и образното разстояние a' до изображението на задната гранична точка А:

      Сега пресмятаме разликата df между образните разстояния c' и b':

      df =c' - b' =50.847 - 50.632 =0.215 mm.

      Този резултат разделяме на текущото диафрагмено число 5.6 и получаваме 0.038 mm диаметър на разфокусираното изображение на точка С. Аналогично за задната гранична точка А ще имаме:

b' - а' =50.632 - 50.359 =0.273/5.6 =0.048 mm.

      Виждаме, че диаметрите на разфокусираните изображения на точките А и C (кръгчетата на разсейване) в равнината на кадъра не превишават 0.048 mm. Ако при копирането негативът бъде увеличен около 3.6 пъти (от кадър лайка-формат до снимка 9/13 см), то диаметърът на кръгчетата на разсейване върху позитивното копие ще бъде около 0.17 mm. Но човешкото око възприема обекти с размери до 0.15 - 0.20 mm почти като точкови, ако се гледат от разстояние 25 см. Затова можем да приемем, че в случая са налице достатъчно качествени изображения на граничните точки.



Фиг. 29 Връзка между действащия отвор на диафрагмата и дълбочината на рязко изобразеното пространство:

      За да придобиете и визуална представа за степентта на "размазване" на образите на граничните точки, вземете микрометър и задайте по нониуса стойност около 0.05 mm, след което разгледайте процепа срещу светлината. Наистина, изображението на точка или тънка линия върху негатива с такъв диаметър, респ. дебелина, може да се приеме за достатъчно контрастно, дори след увеличение до формат на копието 9/13 см, но не и при копиране на по-големи формати - 13/18 или 20/30 см (разгледайте процеп със ширина съответно 0.25 mm и 0.4 mm!). Разбира се, тук трябва да се има предвид ефекта от преливането на изображенията, както и другите условия, определящи контраста в една снимка: зърнестост на емулсията на фотоматериалите, наличие на контрастиращи обекти в сюжета, характер на осветлението и пр. Ако прецените, че обектите, намиращи се в областта на рязко изобразеното пространство не се предават върху вашите снимки с очакваната острота, снимайте като се съобразявате с една мислено влошена дълбочина, например такава, каквато би била реалната при бленда отворена с 1 - 2 числа повече! Не забравяйте, че при много свита бленда нараства процентът на дифрактиралата светлина, влияеща неблагоприятно върху качеството на образа.

      Можете умишлено да понижите дълбочината на рязкостта като отворите повече диафрагмата, например за да постигнете красивият ефект боке - разфокусиран фон като мек декор зад близък предмет. Така фона се предава като мозайка от светли и тъмни преливащи се овални петна, много сполучливо подчертаващи пространствената дълбочина.

      ДЪЛБОЧИНА НА ФОКУСА. Това понятие е пряко свързано с дълбочината на рязко изобразеното пространство и често двете се смесват, но има някои особености, които ги отличават.
      По време на ръчна фокусировка, докато въртим скалата за разстоянията на фотообектива, ние преместваме последния надлъжно по главната оптична ос.
      Обикновено първо избираме обектa, по който ще фокусираме, но около момента, в който започваме да виждаме образът му ясно в матовото стъкло, сме затруднени да определим точното положение на скалата, при което имаме най-добра фокусировка! Започваме да търсим това положение, като няколкократно леко завъртаме скалата наляво-надясно в ограничен диапазон, в който обектът ни се струва почти еднакво добре фокусиран! Тогава леките премествания на фотообектива напред-назад са съизмерими с дълбочината на фокуса.
      Може да се каже, че на фиг. 28 дълбочината на фокуса е съизмерима с разстоянието между равнините ha' и hc', в които се изобразяват ясно точките, намиращи се на предната и задната гранична равнина (hc и ha) на рязко изобразеното пространство пред обектива.
      Подобно на последното, дълбочината на фокуса се определя от няколко условия:



      По-горе, при разглеждането на оптикогеометричните параметри на фотообективите, подробно бе описана светлосилата и начина, по който тя може да се контролира. Светлосилата на обектива бе един от четирите параметъра, с които трябваше да се съобразяваме при преценката на експозицията.
      Но нека да се върнем към останалите три: осветеност на сюжета, светлочувствителност на фотографската емулсия и времетраене на експозицията. Ще се спрем по-подробно на тях, за да уточним как и в какви единици се измерват и кои са скалите върху фотоапарата, откъдето те се контролират.

      За целта е нужно първо да изясним какво е интензивност на светоизточник:
      Интензивност I на точков светоизточник се нарича количеството светлина (броят фотони, кванти) излъчена от него за една секунда, в пространствен ъгъл 1 стерадиан (sr). Дефинира се още като излъчваща мощност - ватове на стерадиан (W/sr). Единицата за интензивност на излъчване - кандела (cd) се възпроизвежда със светлинен еталон, представляващ модел на абсолютно черно тяло, нагрято до температурата на втвърдяване на платината 2046.6°K (1773.4°C), при което от площ 1 см2 се излъчва светлина с интензивност 60 кандела.

      Светлинен поток F и осветеност Е:
      Ако в центъра на сфера с радиус R = 1 м е разположен точков светоизточник, излъчващ с интензивност I = 1 кандела, той създава светлинен поток F в пространтвен ъгъл 1 стерадиан равен на 1 лумен (lm). Тогава върху отрязаната от пространствения ъгъл повърхност от сферата с площ S, равна на квадрата на радиусът й (в случая 1 м2), ще имаме осветеност 1 лукс (lx).
      Ако повишим двойно радиуса на сферата, осветеността върху същата площ ще намалее четири пъти, тъй като върху нея ще попада вече само 1/4 от предишния светлинен поток. Можем да възстановим предишната осветеност, ако усилим интензивността на светоизточника 4 пъти. Следователно светлинният поток F се определя от интензивността I на светоизточника, от площта S на осветяваната повърхност и от квадрата на разстоянието R между тях:

      Осветеността може да се изрази според интензивността на светоизточника и квадрата на разстоянието до осветяваната от него повърхност:

известно като закон на Кеплер.
      Ако перпендикуляра към повърхността сключва ъгъл a с направлението на падащите лъчи, то осветеността ще бъде:

известно като закон на Ламберт.

      Видяхме, че осветеността е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието до светоизточника, което от практическа гледна точка е важно да се знае с цел по-правилното определяне на експозиционните параметри, например при работа с преносими осветлители - лампи, фотосветкавици и пр. В практиката гореупоменатите фотометрични единици рядко се използват. Повечето експонометрични устройства са конструирани така, че при измерване, като резултат се предлагат една или няколко реципрочни двойки стойности диафрагма - експозиционно време, съобразени с осветеността на сюжета и със светлочувствителността на използвания филм, обявена върху съответната скала на светломера.

      Светлочувствителността на емулсиите на фотографските носители се измерва по няколко системи, наречени сенситометрични, които са възприети в различните страни производителки на фотоматериали. Според тях чувствителността се измерва в различни единици. Например на фотоматериалите произведени в Германия, светлочувствителността се измерва в DIN, на тези, произведени в Русия - в ГОСТ, на произведените в някои западни страни - в ASA и пр. Съществува и система на Международната организация по стандартите - ISO.
      Необходимо е да се познава добре зависимостта между единиците в най-често използваните сенситометрични системи, както и начинът, по който се описва изменението на светлочувствителността, чрез стойностите в дадена сенситометрична система. Така например в системата DIN, на всеки три единици съответства двукратно изменение на светлочувствителността, а при системите ГОСТ и ASA такова изменение имаме на всяка удвоена стойност относителни единици. Тази зависимост се илюстрира най-добре чрез таблица, каквато често може да бъде видяна в документацията, придружаваща фотографска техника или различни фотоматериали. Тя има следният вид:


      От тази таблица например можем да видим, че светлочувствителността на един филм от 100 ASA ще отговаря на 21 DIN и на 90 ГОСТ, а според Международната организация по стандартите, тя ще бъде ISO 100/21°.

      Експозиционните времена на затвора се задават чрез специална скала, намираща се върху тялото на фотоапарата или около неговия обектив, ако последният е несменяем и с централен затвор. Стойностите изписани върху тази скала имат следния примерен вид: 1000, 500, 250, 125, 60, 30, 15, 8 и т.н. Всяко едно от тези числа означава продължителност на експозицията измерена в части от секундата. Например ако снимаме при зададена стойност по скалата 125, това означава, че експозицията ще бъде с продължителност 1/125-та част от секундата. Ако установите скалата срещу означението 250, Вие повишавате двойно скоростта на затвора, което означава двукратно скъсяване на времетраенето на експозицията на 1/250-та част от секундата (1/250s.).

      Един пример:
      При измерване с ръчен светломер са получени като резултати следните двойки числа: 22-60, 16-125, 11-250, 8-500 и т.н., където всяко ляво число е валидна стойност от скалата на диафрагмата (стандартно диафрагмено число), а всяко дясно - времетраене на експозицията в части от секундата.
      Тези двойки са реципрочни като експозиционни параметри. Например експозиция с времетраене 1/125s при диафрагма 1:16, е равнозначна на експозиция с времетраене 1/250s с диафрагма 1:11. Фотографът сам може да избере коя от тези двойки да използва, като се съобрази например с желаната дълбочина на рязко изобразеното пространство, зависеща от действащия отвор на диафрагмата.

      Вижте също темата Снимане с приоритет на диафрагмата или с приоритет на скоростта на затвора.

      ДРУГИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЕМУЛСИИТЕ. Освен според светлочувствителността си, фотографските носители се характеризират и по следните признаци:
      Зърнестост - това е едрината на кристалите сребърен халогенид в емулсията на фотографския носител. След проявяването на носителя, тези кристали (сребърен бромид, хлорид или йодид) се групират, създавайки зърнеста структура. Едрината на зърната в нея може да бъде от 0.003 до 2 mm и е правопропорционална на светлочувствителността, т.е. по-едрозърнестите емулсии са и по-светлочувствителни. Зърнестостта в емулсиите на фотоматериалите е определяща за тяхната разделителна способност, която, както при фотообективите, се измерва чрез броя успоредни линии, изобразени в 1 mm дължина. По-високочувствителните негативни фотоматериали притежават разделителна способност 40 - 60 линии/mm, а по-нискочувствителните - от 100 до 500 линии/mm, като в това число влизат и емулсии със специално предназначение. Следователно нискочувствителните фотоматериали притежават по-висока разделителна способност, поради което те намират приложение в документалната и в репродукционната фотография.
      Спектрална чувствителност - това е чувствителността на емулсията на фотографските носители към различни области от спектъра. Спореед нея фотоматериалите биват несенсибилизирани или слепи - с естествена чувствителност на сребърния халогенид към ултравиолетовата, синьо-виолетовата и зелената област от спектъра и сенсибилизирани - изкуствено очувствени до определени спектрални области. Сенсибилизираните фотоматериали се подразделят на:
изоортохроматични - чувствителни към жълто-зелената област до около 580 nm;
ортохроматични - със същата чувствителност, но с понижение към зелената област;
изохроматични - чувствителни към оранжевата и светлочервената област, до 620 - 650 nm;
изопанхроматични - чувствителни към целия видим спектър;
панхроматични - също чувствителни към целия спектър, но с голямо понижение в зелената област - от 450 до 540 nm;
инфрахроматични - чувствителни към синьо-виолетовата, червената и инфрачервената област от спектъра. Последните се използват за специални цели.
      Най-широко използваните фотоматериали в обикновената фотография са изопанхроматичните и изохроматичните, а като пример за несенсибилизирани фотоматериали можем да посочим позитивните, употребявани в черно-бялата фотография (черно-бялата фотохартия).

      Още информация за някои свойства и особености на фотографските емулсии можете да прочетете в темата Реципрочност на експозицията и грешка на реципрочността (ефект на Шварцшилд).

      Вижте също темата Баланс на бялото при цифровите фотоапарати.

      ОСОБЕНОСТИ НА ЕКСПОНОМЕТРИЧНИТЕ УСТРОЙСТВА. Вече неведнъж говорихме за принципа на действие и типовете фотографски експонометри. Но с какви техни качества трябва да се съобразяваме, когато си избираме един такъв прибор?

      Ъгловият обхват на експонометъра е една от важните негови характеристики. Той се упоменава в ъглови градуси в документацията, придружаваща прибора или може да се определи експериментално. Повечето ръчни светломери са снабдени с визьори, имащи ъглов обхват еднакъв с този на светлочувствителните им елементи. Необходимо е ъгловият обхват на експонометъра да е еднакъв или поне близък до този на фотообектива, с който работим, за да сме сигурни, че експозицията е съобразена само с осветеността на обектите, намиращи се в интересуващия ни обхват.

      Точността на експонометъра е нещо, в което трябва да сме абсолютно сигурни, преди да пристъпим към работа с него. За съжаление, точността може да бъде повлияна от ред причини, за много от които често дори не се сещаме - изтощаване на светлочувствителния елемент или на захранващите батерии, замърсяване на оптичните повърхности, стареене на елементите в електронните схеми, ремонт и настройки извършени от неквалифицирани лица, замърсяване или други механични смущеия в стрелковите системи на регистриращите устройства и пр. Неточност в показанията може да се получи и по време на самите измервания - при неволно засенчване на фотоелемента, при наличие на силна странична светлина и пр. Ако се усъмните в точността на вашият експонометър, можете да сравните неговите показания с тези на друг, но ако сте сигурни, че ъгловите обхвати на двата прибора са поне приблизително еднакви. Друг подобен, но по-добър метод е чрез едновременно замерване с контролния и с проверявания прибор по равномерно осветена бяла повърхност (стена, екран), но от такова разстояние, че и двата прибора да "виждат" само част от нея т.е. тя да се простира до извън техните обхвати. Така независимо от евентуалната разлика в обхватите, в двата фотоелемента ще попада равномерно разпределена светлина с еднаква интензивност и спектрален състав.

      Спектралната чувствителност на експонометъра е друга важна негова характеристика, която трябва да се има предвид при работа с фотоматериали, чувствителни към отделни спектрални области - ортохроматични, изохроматични, инфрахроматични и др. При работа със светофилтри също трябва да се внася корекция към показанията на светломера, в зависимост от цвета и плътността на използвания светофилтър. Спектралната чувствителност би трябвало да бъде упомената в документацията на прибора или може да се вземе от техническите справочници за полупроводникови елементи, ако се знае точният тип на светлочувствителния елемент на експонометъра.

      Друго качество на експонометъра е степента и начинът, по който той усреднява експозиционните параметри в рамките на своя обхват (за кадъра като цяло). За да изпробвате това свойство, носочете вашият експонометър към ярък светоизточник - например електрическа лампа с мощтност 100 W, като държите прибора на разстояние около 1 м от нея. Нека още лампата да не бъде близо до осветени предмети - да е висяща или на тъмен фон. При обявена светлочувствителност 100 ASA (21 DIN) за филма, вашият прибор вероятно ще отчете експозиция с времетраене 1/125s при диафрагмено число 1:11 (или друга, реципрочна на тази експозиция). Сега бавно раздвижете светломера в различни посоки, така че изображението на лампата да се придвижва в различни части от зрителното поле на визьора, но без да излиза извън него. Само след няколко движения ще установите, че стрелката на миливолтметъра се колебае в известни граници, в зависимост от наклона на прибора спрямо лампата. Колкото това колебание е в по-малки граници, толкова по-добре вашият експонометър усреднява експозиционните параметри за съдържанието включено в обхвата. Например за най-често разпространените ръчни светломери, това колебание може да бъде еквивалентно на дву- или трикратно изменение на осветеността на сюжета, със зона на максимална чувствителност в централната част от обхвата. За огледално-рефлексният фотоапарат с вътршно-кадрово измерване Зенит 12 XP например, светодиодният индикатор може да регистрира отклонения в различни части от полезрението, еквивалентни на четирикратно изменение на осветеността, като зоните на максимална чувствителност са две и се намират недалеч от двата долни ъгъла на визьора (идентично с разположението на двата фоторезистора зад пентапризмата).
      Може да се спори доколко полезен е ефекта от по-изразеното оптимизиране на експозицията. От една страна така се гарантира по-правилно цялостно експониране, с добро редуциране на различно осветените области от фотоизображението, но от друга, силно е ограничена възможността експозицията да бъде съобразена с осветеността на конкретен обект от сюжета, например с цел подчертаване на основната тема във фотографията. Този проблем е добре разрешен при някои съвременни фотоапарати (Canon, Pentax, Olympus и др.), където фотографът има възможността да построи експозицията си според осветеността на избрани области от видимото във визьора съдържание (чрез т.нар. спот-мерене).

      Работния диапазон на експонометъра е друга негова характеристика. Той е свързан пряко с неговата чувствителност - минималната прагова осветеност, при която приборът е способен да подаде валидни резултати. Обикновено чувствителността е по-голяма при ръчните експонометри, при които често съществува възможност за промяната й чрез превключване между няколко обхвата (сегмента). Например ръчният светломер "Ленинград 6" може да измери в полумрак експозиция с продължителност 1 min, при диафрагмено число 1:4 или реципрочната на нея експозиция от 1 час, при диафрагмено число 1:32, при обявена светлочувствителност на филма 100 ISO (21 DIN).




Публикувана: юни 2000 г.
Последна редакция: септември 2004 г.


Художествена фотография | Art photography;

Назад към част първа | Back to part 1;

Начална страница | Home page;

Тематичен указател на статиите;

Азбучен указател на оптичните термини.


Всички права запазени | All rights reserved
Никаква част от съдържанието на тази страница не може да бъде копирана, записвана или разпространявана под каквато и да е форма, без писменото съгласие на автора.


1