Fotoexpozimetr , expozimetr ( lat. expono ) - fotometrický přístroj pro přístrojové měření jasu nebo osvětlení fotografovaných objektů při výpočtu správné fotografické expozice . Většina expozimetrů umožňuje určit jak expoziční číslo , tak oba expoziční parametry , a také kontrast snímané scény, což je důležité při profesionálním natáčení [1] . Až do konce 50. let byl nejpoužívanějším názvem expozimetr .. Všechny expozimetry určené pro měření expozice ve filmové fotografii a kinematografii jsou vhodné pro měření expozice v digitální fotografii , protože konvenční hodnoty fotosenzitivity digitálních fotoaparátů jsou voleny v souladu se senzitometrickými parametry želatina - stříbro světlocitlivých materiálů [ 2] .
V moderních fotoaparátech tvoří expozimetr základ expoziční automatiky , která nastavuje expoziční parametry bez zásahu člověka. V televizi a videokamerách se parametry expozice upravují na základě odhadu konstantní složky videosignálu a obvody, které jej měří, fungují jako expozimetr [3] .
V prvních desetiletích po vynálezu fotografie se správná expozice určovala na základě zkušeností fotografů nebo zkušebních snímků. Absence jakýchkoliv konceptů senzitometrie neumožňovala kvantitativně změřit závislost zčernání daguerrotypních desek na intenzitě osvětlení. Neustálé zdokonalování procesu a růst fotosenzitivity navíc zabránily vytvoření jakýchkoliv obecně uznávaných návodů. Již v těchto letech však byly činěny pokusy o měření fotochemického účinku světla. První senzitometrický přístroj pro daguerrotypii vytvořil v roce 1843 Lewandowski [4] .
Nástup předvídatelnějšího mokrého kolodiového fotoprocesu umožnil sestavit expoziční pravidla a navrhnout první tabulkové expozimetry. Jednalo se o tabulku, která popisuje podmínky střelby a odpovídající parametry [5] . Záležitost byla komplikována absencí jakýchkoli standardů fotosenzitivity z důvodu nutnosti samostatné výroby fotocitlivé vrstvy fotografických desek fotografy. Stoly byly určeny pro určitým způsobem senzibilizované kolodiové desky a nebyly univerzální.
Rozšíření průmyslově vyráběných suchých želatinových stříbrných fotografických desek se časově shodovalo s rozvojem senzitometrie, která začala studovat a kvantitativně popisovat fotosenzitivitu fotografických materiálů . To umožnilo vytvořit univerzální tabulky vhodné pro jakékoli fotografické desky, jejichž fotocitlivost je známá. Postupně se prosadily tabulkové kalkulátory s otočnými stupnicemi usnadňujícími výpočet parametrů střelby. Takovým zařízením se říkalo „automatické stoly“ nebo „autofotometry“ [6] [7] . Jiný název pro takové otočné stoly je „posigraph“ [8] .
Prvními přístroji pro instrumentální měření expozice byly aktinografy , založené na posouzení ztmavnutí fotografického papíru s „denním vývojem“ při expozici [9] . Takové fotografické papíry ( albumin , celloidin a aristotype) byly široce používány pro tisk fotografií až do začátku 20. století a vyvíjely se působením slunečního světla. Disk takového papíru byl vložen do zařízení a správná expozice byla vypočtena z doby, během níž získal tón podobný sousednímu referenčnímu poli. Většina aktinografů těch let vypadala jako kapesní hodinky s kulatým otvorem uprostřed. Nejznámějším přístrojem této třídy byl Watkinsův aktinograf neboli „expozimetr“, který se rozšířil na Západě [8] . V Ruské říši byl Wynnův „posimetr“ populárnější [10] .
Fotopapír však vyžadoval dlouhou expozici 20-30 minut, což zpomalovalo přípravy na focení. Rychlejší měření zajistily přístroje založené na vizuálním posouzení jasu fotografovaných objektů přes optický klín s proměnnou průhledností [11] . Taková zařízení, nazývaná optické fotometry , vyžadovala určení nejhustšího úseku modrého nebo šedého filtru , za kterým oko ještě rozlišuje předmět [5] . Hlavní nevýhodou tohoto typu zařízení je subjektivita získaných výsledků, protože citlivost oka závisí na celkovém okolním osvětlení [12] .
Dokonalejším způsobem bylo porovnat jas objektu s kalibrovaným světelným zdrojem, jako je žárovka . Jas lampy byl vyrovnán s jasem objektu volbou hustoty klínovitého neutrálního světelného filtru instalovaného ve speciálním pohyblivém rámu, který byl přizpůsoben odpovídající stupnici. Přesnost takového měření je vyšší, protože spodní hranice viditelnosti je subjektivnější než srovnání dostatečně velkého jasu. Potřeba zdroje energie pro lampu vyloučila možnost použití této metody pro lokační fotografování. Využití našel ve fotografických studiích a později byl použit v některých typech kompaktních expozimetrů, např. „SEI Photometer“ [13] . Princip vyrovnávání jasu referenční lampy je využíván v průchozím zaměřovači některých modifikací filmové kamery Arriflex 35 - II [14] .
Přesnost měření, nezávislá na subjektivních faktorech, byla získána až s příchodem fotoelektrických expozimetrů [11] . Jejich působení je založeno na měření velikosti elektromotorické síly získané v důsledku fotoelektrického jevu [15] . V moderní fotografii a kině se používají pouze fotoelektrické expozimetry. První přístroje tohoto typu byly určeny pro filmování a vznikly na počátku 30. let [ 16] . Za úplně první expozimetr je považován Electrophot ( angl. Electrophot DH ), vytvořený v roce 1928 americkou firmou Rhamstine [17] . Jako fotocitlivý senzor v zařízení byl použit jeden z prvních fotorezistorů , tzv. "Gripenbergův prvek" [9] .
Potřeba objemné baterie ji způsobila nevhodnou pro venkovní měření [18] . Řešením problému byl na konci 20. let vynález magnetické slitiny alniko , který umožnil vytvořit citlivé galvanometry , které dokázaly měřit slabý fotoproud selenových fotovoltaických článků . Jedním z prvních selenových bezbateriových expozimetrů byl „Weston“ model 617, vydaný společností Weston Electrical Instruments v srpnu 1932 [19] . Absence baterií umožnila zmenšit zařízení do kapesní velikosti. V SSSR byl první fotoelektrický expozimetr se selenovým fotočlánkem „NKAP-149“ vytvořen indickou vládou na začátku 40. let [20] . Další tři desetiletí byly všechny fotoelektrické expozimetry stavěny na principu přímého měření fotoproudu. Vzhledem k nízké specifické citlivosti byly selenové fotočlánky objemné a neumožňovaly měření malých jasů s dostatečnou přesností [21] .
Nástup fotorezistorů sulfidu kademnatého v 60. letech 20. století , vyžadujících nízkoenergetické zdroje , umožnil návrat k principu „elektrofoto“ [18] . Vysoká specifická citlivost fotorezistorů umožnila získat kompaktní snímač a dramaticky zlepšit přesnost měření, a to jak za denního světla, tak v interiéru a dokonce i v noci [22] . Fotoodporové expozimetry proto velmi rychle nahradily selenové, jejichž fotočlánek časem degraduje a stává se nepoužitelným [23] . Malé rozměry polovodičových snímačů umožnily jejich instalaci i do optické dráhy zrcadlového hledáčku a konstrukci prvních TTL expozimetrů [24] .
První fotoodporové expozimetry byly postaveny na bázi sulfidu kademnatého (CdS) fotorezistence, která má dobrou světelnou citlivost, ale velkou setrvačnost, zejména při nízkém osvětlení [23] . Křemíkové fotodiody tuto nevýhodu nemají, ale jejich spektrální citlivost, jejíž maximum leží v infračervené oblasti , vyžaduje instalaci dodatečného světelného filtru, aby se přizpůsobila charakteristikám fotografických materiálů a fotomatic. Potřeba zesílit velmi malé změny vodivosti takové fotodiody zvyšuje spotřebu energie a snižuje úroveň autonomie [25] . Za nejdokonalejší typ senzoru jsou považovány fotodiody téměř bez setrvačnosti galliumarsenid -fosfid se spektrální citlivostí blízkou lidskému zraku [26] .
První vestavěný expozimetr použil Zeiss Ikon v roce 1935 ve dvoučočkové zrcadlovce Contaflex [27] . Fotografování na černobílé negativní fotografické materiály s velkou fotografickou šířkou však v těchto letech umožňovalo v mnoha případech obejít se bez expozimetru, spoléhat se na nejjednodušší pravidla nebo odborné zkušenosti. Proto byly před válkou vybaveny fotoelektrickým expozimetrem pouze dva fotoaparáty: Contax III a Super Ikonta II [28] . Rozšíření barevné fotografie a zejména vratných fotografických materiálů , které vyžadují přesnou expozici, si vynutilo revizi těchto principů a od počátku 60. let se vestavěný nebo připojený fotoelektrický expozimetr stal povinným atributem fotoaparátů i filmových kamer [ 29] . Zařízení se začalo propojovat s ovládacími prvky a poskytovalo poloautomatické řízení expozice [30] [31] . Prvním sovětským fotoaparátem s vestavěným expozimetrem na bázi fotorezistoru byl dálkoměr Sokol [ 32 ] .
Od poloviny 70. let 20. století jsou vestavěné expozimetry prakticky všech jednookých zrcadlovek a kinofilmových fotoaparátů s průhledem hodnoceny pro měření mimo objektiv . Vlastnosti TTL-expozimetrů umožnily realizovat paralelní měření jednotlivých částí snímaného obrazu s následnou automatickou kompenzací chyb při měření kontrastních scén. Moderní TTL expozimetry umožňují jak bodové měření , tak i měření vyhodnocovací , založené na porovnávání expozice jednotlivých částí budoucího snímku a softwarové zpracování výsledků na základě statistické analýzy [34] .
Od té doby se externí expozimetry nadále používají pouze v profesionální fotografii pro přesnější měření dopadajícího nebo odraženého světla. V amatérské praxi byly jednotlivé přístroje nahrazovány pohodlnějšími zabudovanými ve fotoaparátu. Rozvoj digitální technologie umožnil další zlepšení přesnosti expozimetrů, které odmítají zpracovávat analogový signál snímače. Postupně se podle tohoto principu začaly provádět všechny expozimetry, přičemž výsledky byly zobrazovány na displeji z tekutých krystalů . Zároveň se rozšířily zábleskové měřiče určené především k měření světla studiových záblesků , které v reklamní a inscenované fotografii nahradily lampy se spojitým světlem.
Digitální expozimetry dokážou kromě jasu a osvětlenosti měřit i další fotometrické veličiny, jako je například barevná teplota osvětlení. Taková zařízení se nazývají měřiče teploty barev nebo, řečeno kinematograficky, měřiče barev [35] . Nejpokročilejší přístroje umožňují kvantifikovat spektrální složení střeleckého osvětlení. V roce 2014 společnost Seconic uvedla na trh zařízení Seconic C-700, které kromě expozice a teploty barev určuje detailní obraz rozložení spektra libovolných světelných zdrojů [36] .
Všechny moderní zrcadlovky a kinokamery s průchozím hledáčkem jsou vybaveny vestavěnými TTL fotoelektrickými expozimetry s polovodičovým snímačem. Expozimetr digitálních zařízení jiných tříd přijímá data přímo z fotocitlivé matice. Vestavěné spřažené expozimetry tvoří základ automatického řízení expozice , které nastavuje jeden nebo oba expoziční parametry v souladu s výsledky měření [37] . Externí expozimetry se používají pouze v profesionální fotografii a kině a v současné době jsou využívány jako univerzální multifunkční zařízení (multimetry), vhodné nejen pro stanovení expozice, ale i pro měření základních fotometrických veličin.
Levnou náhradou externího zařízení může být chytrý telefon s příslušnou mobilní aplikací , jako je bezplatný "Pocket Light Meter" [38] . Složitější placené aplikace mohou fungovat jako expozimetr, stejně jako flashmetr nebo měřič teploty barev [39] . Ještě výhodnější je použít nasazený senzor s mléčně kulovým difuzorem, jako je Lumu. Po dokování s iPhone přes sluchátkový konektor vám gadget umožňuje měřit nejen jas, ale také osvětlení scény [40] .
Pro stanovení expozice během tisku fotografií byly vyrobeny specializované expozimetry se vzdálenou fotobuňkou [41] . V SSSR tento typ zařízení odpovídal „Photon-1“ [42] . Existují dva hlavní druhy takových zařízení, často nazývaných fotometry: s mobilní fotobuňkou umístěnou v rovině fotografického papíru a s pevnou fotobuňkou namontovanou na držáku nad rámem. První typ měří dopadající světlo, zatímco druhý měří světlo odražené [43] . Samostatnou třídu zařízení tvořily fotometry pro barevný tisk fotografií, nazývané analyzátory barev [44] . Taková zařízení jsou kromě expozice schopna měřit vyvážení barev stanovením barvy a hustoty korekčních filtrů [45] . V současné době se expozimetry pro ruční tisk fotografií nevyrábějí z důvodu úplného vytěsnění procesu inkoustovým a laserovým tiskem. Při strojovém tisku je expozice určena fotometrem zabudovaným do minifotolaboratoře .
Většina vestavěných expozimetrů je propojena s ovládacími prvky moderních foto a video zařízení, které automaticky nastavují správné expoziční parametry. Při automatickém snímání stačí zvolit požadovaný režim řízení expozice a upravit způsob odhadu jasu scény . V poloautomatickém režimu se parametry nastavují ručně na základě indikace indikátoru odchylky expozice na displeji z tekutých krystalů fotoaparátu [30] .
Externí expozimetr je pouzdro, ve kterém je umístěn fotocitlivý prvek se zdrojem energie, galvanometr nebo LED indikátor. Selenové expozimetry neobsahují baterie. Úhel měření je většinou různými způsoby omezen na 30-40° a odpovídá zornému poli běžné čočky [46] . V některých případech k tomu slouží malý objektiv doplněný jednoduchým rámečkem . Ten umožňuje přesně vybrat oblast, která má být měřena. Před měřením expozice se do expozimetru zadá hodnota ISO citlivosti fotografického materiálu nebo její ekvivalent zvolená v digitálním fotoaparátu [47] . Poté je senzor nasměrován na subjekt a poté jsou odečteny hodnoty galvanometru. Jeho stupnice může být označena expozičními čísly nebo obsahovat hodnoty jednoho z parametrů, nejčastěji clony.
Hodnota naznačená šipkou se převádí na expoziční parametry pomocí tzv. kalkulačky, což je sada koaxiálních rotačních disků se stupnicemi pro citlivost, clonu, rychlost závěrky a frekvenci filmování [15] . Při nastavování počátečních parametrů a výsledku měření dochází k jejich vzájemnému natočení, čímž se spojí správné expoziční páry na kolečkách rychlosti závěrky a clony. U některých expozimetrů (například Sverdlovsk-4) se kalkulačka automaticky nastaví do správné polohy při dosažení indikace "nuly". Všechny přijaté expoziční páry poskytují správnou expozici v souladu se zákonem reciprocity . Podobné zařízení má vestavěné nespřažené expozimetry pro fotografické a filmové kamery.
Modernější expozimetry mají digitální indikaci na displeji z tekutých krystalů . Zároveň si v nastavení můžete určit, jaké parametry zobrazit na displeji s možností získání jak expozičních párových, tak fotometrických hodnot. Ve srovnání s vestavěnými expozimetry, které dokážou měřit pouze jas objektů, umožňují externí měřiče také měřit osvětlení scény. To je jeden z nejdůležitějších důvodů pro preferenci externích zařízení vestavěných v profesionální fotografii a kině [48] .
Měření jasu fotografovaného předmětu (neboli „měření odraženým světlem“) je považováno za hlavní způsob určení expozice, protože se provádí z fotoaparátu nebo přes jeho objektiv [49] . Všechny vestavěné expozimetry jsou měřiče jasu. Hlavní nevýhodou této metody je závislost výsledků měření na odrazivosti předmětu. Například při měření jasu světlých a tmavých objektů bude expozimetr udávat různé expoziční hodnoty i přes stejné osvětlení scény a na snímcích pořízených s vypočítanou expozicí se takové objekty objeví se stejnou optickou hustotou .
Pro odstranění chyb a nesrovnalostí jsou všechny stávající systémy měření expozice vázány na průměrnou šedou, která přibližně odpovídá odrazu 18 % dopadajícího světla [* 1] . Na charakteristické křivce vyvolaného fotografického materiálu se tento tón nachází přibližně uprostřed, což odpovídá V zóně Adamsovy stupnice [50] . Pro přesnost měření jasu existují speciální šedé karty, které slouží jako standard pro takovou odrazivost. Měřením jasu světla odraženého od karty získáte správnou expozici, obvykle stejnou jako měření světla [* 2] .
Je zvykem rozlišovat integrální měření jasu, kdy se měří průměrný jas celé snímané scény, a měření jednotlivých úseků a objektů. Porovnání výsledků měření nejtmavších částí scény s nejsvětlejšími také umožňuje získat správnou expozici a sladit celkový kontrast s fotografickou šířkou . Měření jednotlivých úseků scény vyžaduje umístit expozimetr do těsné blízkosti objektů snímání tak, aby jejich povrch vyplňoval zorné pole fotobuňky [51] . U moderních TTL expozimetrů se selektivní měření provádí při zapnutém bodovém režimu .
Při měření „osvětlením“ (resp. „dopadajícím světlem“) se zjišťuje intenzita osvětlení střelby, na které přímo závisí osvětlení snímané scény [52] . Tato metoda je ve většině případů nejpřesnější, protože naměřená expozice nezávisí na odrazivosti fotografovaných objektů [24] . Jedinou nevýhodou této metody je nutnost umístit expozimetr přímo na hlavní objekt (nejčastěji obličej člověka) s fotocitlivým prvkem na fotoaparát, což není vždy možné [53] .
Většina externích expozimetrů pro takové měření je vybavena mléčnou difuzní tryskou (někdy i polokulového tvaru), která zvyšuje úhel vnímání snímače až na 180° a kompenzuje světelný tok v souladu s režimem měření. Při měření jasu a osvětlení se používají různé koeficienty výpočtu, což kompenzuje mléčná tryska s kalibrovanou propustností světla, případně přepínač režimů. Princip měření dopadajícího světla se využívá i u luxmetrů určených pro technická měření.
Digitální fotografie v některých případech umožňuje zanedbávat použití expozimetru, určení správné expozice zkušebním snímáním a následným prohlížením hotového snímku na obrazovce elektronického hledáčku nebo počítače . Histogramy lze použít ke kvantifikaci přesnosti expozice . Při studiovém fotografování s blesky tato metoda eliminuje potřebu drahého zábleskového metru. Vlastní digitální fotoaparát v tomto případě plní funkci fotoelektrického expozimetru.
Obdobný způsob je použitelný v televizním studiu, kdy se správná expozice nastavuje provozním nastavením clony a gama korekcí vysílacích kamer pomocí studiového monitoru nebo osciloskopu . Tento způsob měření expozice je však užitečný v situacích, kdy lze fotografování mnohokrát opakovat a obětovat špatný záběr. Při natáčení událostí, které nelze napodobit, zejména novinářských reportáží , je přesné měření expozice nutné nejen při natáčení na film, ale také u elektronických zařízení.
Zařízení podobné expozimetru - zábleskový měřič ( anglicky Flash Meter ) slouží k měření osvětlení při fotografování pomocí pulzních světelných zařízení [54] . Flashmetr se od běžného expozimetru liší nutností synchronizovat čas měření přímo s pulzem záblesku, což se provádí jak drátovou, tak bezdrátovou metodou [52] . Flashmetry mohou používat pouze křemíkové nebo gallium arsenid fosfidové fotodiody, které mají nízkou setrvačnost, protože všechny ostatní typy světelných detektorů nereagují na rychlé změny jasu. Všechny moderní fotoaparáty jsou vybaveny vestavěnými TTL zábleskovými metry, které jsou zpravidla součástí vestavěného expozimetru, který měří stálé světlo, nebo s ním pracují paralelně a měří expozici vestavěných, externích a dálkově ovládané blesky a automaticky upraví jejich výkon.
Takovéto zábleskové metry jsou nevhodné pro měření expozice studiových zábleskových osvětlovačů, protože nejsou vybaveny žádnou indikací, ale pouze tvoří příkazy pro clonu a obvody přidružených blesků. Ve studiu lze použít externí flashmetr vyrobený jako samostatné zařízení a schopný měřit dopadající i odražené světlo. Vzhledem k tomu, že rychlost závěrky při fotografování s bleskem nemá žádný vliv na množství světla blesku dopadajícího na fotocitlivý materiál nebo na snímač, slouží měřič blesku pouze k určení hodnoty clony. Rychlost závěrky je obvykle nastavena na synchronizační hodnotu nebo rychlejší [* 3] , pokud snímek kombinuje blesk a konstantní světlo. V druhém případě se konstantní světlo měří běžným expozimetrem a výsledná expozice se určí jako součet dvou expozic: z blesků a konstantního světla.
Všestrannější přístroj - multimetr ( anglicky Multi Meter ) nebo fotometr (nezaměňovat s fotometrem , specializovaným přístrojem pro aplikované oblasti vědy a techniky) - kombinuje možnosti běžného expozimetru a zábleskového metru a také měří další fotometrické veličiny [55] [56] . Například fotometry „Gossen“ umožňují měřit mimo jiné optickou hustotu světelných filtrů [57] .
Spotmetr (z anglického spot - spot, point) - fotoelektrický expozimetr určený k selektivnímu měření jasu světla vyzařovaného jeho zdroji nebo odraženého od předmětů. Od běžného expozimetru se liší měřením ve velmi malém úhlu. To umožňuje bodové měření jasu malých objektů nebo jejich jednotlivých sekcí, aniž bychom se k nim přiblížili [24] . Měřicí úhel většiny těchto přístrojů nepřesahuje 1-3° [58] . Částečné měření je zvláště důležité pro kontrastní scény a při protisvětle , kdy se důležitý objekt fotografování výrazně liší jasem od zbytku grafu [59] .
Kalkulačky většiny externích expozimetrů jsou vybaveny stupnicí kompenzace expozice, která slouží ke kompenzaci vlivu na expozici jednotlivých faktorů, které fotobuňka nezohledňuje. Může se jednat o nesoulad mezi spektrální citlivostí snímače a fotografického materiálu, zvětšením světelného filtru instalovaného na objektivu nebo jinými okolnostmi. U vestavěných expozimetrů automatických foto a filmových kamer je při automatickém nastavování expozice kontrastních scén vyžadována kompenzace expozice pro kompenzaci nesprávného měření jasu objektů, jejichž odrazivost se liší od standardních 18 % [60] [61] . V některých případech je nutná kompenzace expozice TTL expozimetru při použití nestandardní matnice pro kompenzaci rozdílu v propustnosti světla.
V jednoduchých automatických kamerách takový regulátor neexistuje. V tomto případě je kompenzace expozice možná pouze nastavením jiné hodnoty citlivosti filmu.
| měření expozice | |
|---|---|
| Podmínky měření expozice | |
| Manuální ovládání expozice |
|
| Automatická kontrola expozice | |
| Standardy měření blesku | |