Я не фотограф, и даже не учусь... (detukov) wrote,
Я не фотограф, и даже не учусь...
detukov

  • Music:

Как устроена фотография

Картинка для привлечения внимания
Как устроена матрица.
      С технической точки зрения у меня нет полной уверенности, что это работает именно так, но моё объяснение совпадает с полученными результатами. Перед электронными матрицами фотоаппаратов использовались фотопленки. Были и другие методы фиксирования изображения, но принцип его формирования оставался тем же самым.
Матрица фотоаппарата по своей функциональности практически полностью повторяет принцип работы негативной фотопленки. Для простоты будем разбирать только принцип фиксирования черно-белого изображения. Негативная фотопленка фиксирует свет в обратном виде, то есть все белые объекты на негативной фотопленке выглядят черными и наоборот. Все промежуточные яркости распределяются по такому же принципу.
      Для фиксирования изображения на фотопленке используется фотоэмульсия. Это вещество, в котором имеются светочувствительные зерна. Они очень маленькие (доли миллиметра). Не буду точно объяснять весь химический процесс, но общий принцип такой: если на данные зерна попадает свет, то они разлагаются и оставляют на своем месте металлическое серебро. И этого серебра тем больше (после проявки фотопленки и смывания того, что не разложилось под воздействием света), чем сильнее освещали данные зерна. То есть, чем больше света упало на зерно, тем участок фотографии под данным зерном будет чернее. Для простоты можно просто считать, что само это зерно чернеет под воздействием света. Так получается негативное изображение, то есть изображение с обратными цветами.
      Все эти зерна расположены равномерно на фотопленке. При переходе к цифровым фотоаппаратам данный принцип остался, только пленку с фотоэмульсией заменили на электронную матрицу, а светочувствительные зерна заменили на маленькие светочувствительные приборы. Соответственно, чем больше этих светочувствительных приборов, тем больше мегапикселей в фотоаппарате. Сейчас в среднем около 20 миллионов. Каждое светочувствительное зерно на матрице стало отдельным пикселем, или точкой. Размером они, конечно, стали чуть больше, но это не важно. Принцип действия остался таким же: на матрицу, как и на фотопленку падает свет и каждый пиксель данной матрицы фиксирует его яркость.

Как работает экспозиция (длительность выдержки, диафрагма и интенсивность света).
     Надо понять, что фотопленка и матрица фотоаппарата, по сути, это одно и то же. С технической точки зрения, абсолютно нет разницы на что фотографировать. Для простоты понимания представим, что одно светочувствительное зерно, или один пиксель фотоматрицы – это пустой стакан. Соответственно на фотопленке, либо фотоматрице таких стаканов около 20 миллионов. А свет, который падает на фотопленку, либо фотоматрицу – это вода, которая наполняет стакан.
      Фотоппарат состоит из двух основных частей: сама тушка фотоаппарата, в которой располагается либо фотопленка, либо электронная матрица, и объектив, задача которого состоит в том, чтобы правильно сфокусировать весь попадающий свет на матрице, либо фотопленке. В объективе имеется прибор, который называется диафрагма.



      Его задача – регулировать количество света, которое попадет на матрицу. Чем шире открыта диафрагма, тем больше света через нее проходит. Это как кран с водой. Цифрами обозначается соотношение размера отверстия в диафрагме и фокусного расстояния объектива. Обозначается как f/ и какая-то цифра. Чем меньше цифра после буквы f, тем сильнее открыто отверстие в диафрагме, и тем больше света проходит сквозь объектив. Или, опять же возвращаясь к аналогии с водой, чем больше открывается кран, а соответственно, и чем больше попадает воды в стакан. В общем, данный параметр в фотографии называется диафрагмой. У нее есть еще одно назначение, но пока это не важно.
      Вторым главным параметром является выдержка. Она измеряется от долей секунды и до очень больших значений в несколько часов. Выдержка означает время, которое свет падает на фотопленку, либо матрицу. Чаще всего это доли секунды, например 1/60. На фотоаппарате часто просто пишется число 60. Это обозначает 1/60 секунды. Если выдержка приближается к секунде, то около цифры ставится знак кавычек. Это означает, что счет идет не на доли секунды, а просто на секунды. 0.3”, 2”, 10” и так далее. Возвращаясь к аналогии с водой, это означает сколько времени будет открыт кран.
      Третьим параметром является интенсивность света, либо его яркость. В аналогии с водой – это давление в трубах. Как бы не открыли сильно кран, если воды в трубах мало, то течь она будет медленно. И чтобы наполнить стакан, открытым кран придется держать дольше. Так и со светом: если свет не яркий (ночь), то и выдержки придется делать более длинными и диафрагму открывать сильнее, чтобы получившаяся фотография была достаточно яркой. В данном случае в работу включается светочувствительность, которая сокращенно называется ISO. Это такой умножитель. С водой фокус не пройдет, а со светом получается. Обозначается цифрами ISO100, ISO200, ISO50 и так далее. Чем больше число, тем светочувствительней фотопленка, либо фотоматрица. Это как будто воды в кране из ниоткуда стало больше, или меньше.

Градация яркости при экспозиции. Почему яркость не может откатиться на более низкий уровень.
      И вот мы нажимаем на спуск и изображение начинает формироваться на фотопленке, либо фотоматрице. Стаканы начинают наполняться водой. Чем сильнее наполняется стакан, тем ярче будет данный пиксель. Представим, что на стакане есть мерная линейка. Допустим, что он поделен на 100 равных частей. Если воду в стакан налили совсем чуть-чуть (то есть света на матрицу попало мало), до уровня 5, то изображение в данном месте будет очень темным. Если воды (света) попало много, например, до уровня 90, то пиксель в данном случае будет очень ярким. Ближе к белому. Все промежуточные значения будут серыми, разной яркости: светлосерый, темносерый. Напомню, что мы разбираем черно-белое изображение.
      В рамках одной фотографии стакан можно наполнить только один раз. Если мы налили в него воду до уровня 100, то она не может вылиться до уровня 50. Так и с пикселями. Если мы пиксель уже осветили очень интенсивным светом, он не может потом фиксировать более низкие яркости, так как он уже стал белым.

Почему при работе с импульсным светом (вспышка или просто яркий свет) диафрагма важнее выдержки.
      Объекты, которые освещены слабо, либо просто являются темными, наполяют свои пиксели медленно. За достаточно большое время выдержки пиксели, которые отвечают за данные объекты остаются всё еще черными либо темными. Даже темные объекты при длительной выдержке на фотографии станут светлыми. Темные объекты наполняют свой стакан водой медленно, но всё равно наполняют. Если открыть кран сильнее, то есть открыть диафрагму (уменьшить число после буквы f/), они начнут наполнять пиксели (стаканы) быстрее. Но им всё равно будет необходимо какое-то время.
      Импульсный свет, то есть вспышка, является очень ярким. Это как налить в стакан резко очень много воды сквозь тот же кран. Представим, что света (воды в трубах) у нас очень мало, то есть снимаем ночью, или в темном помещении. Открыв диафрагму (кран) сильнее, света больше, чем есть в трубах не поступит. Например, при данной интенсивности света и диафрагме f/2.8 стакан наполнится до уровня 10 за 5 секунд, а при диафрагме f/8 за 25 секунд. То есть в данном случае практически не важно какая у нас выдержка, если стакан надо наполнить до уровня 50, а у нас есть всего секунда. Все плохоосвещенные объекты останутся темными.
      Тут в дело вступает вспышка. Она очень яркая и быстрая. Время спышки – это сотые или тысячные доли секунды. Вспышка – это как будто резко сквозь тот же кран пустить очень много воды. Как бы поднять давление в трубах на короткий промежуток времени. Количество этого света (воды) всё равно регулируется диафрагмой (краном).
      И вот представим ситуацию: фотографируем слабоосвещенный объект. Свет от него идет маленькой струйкой. Чтобы на фотографии он получился ярким нам необходимо освещать его на протяжении 30 секунд. У нас есть всего 5. Мы две секунды наполняем пиксель светом (стакан водой) очень медленно, подняв яркость на единицу из ста. Потом делаем вспышку, которая занимает сотую долю секунды, наполяя резко пиксель яркостью до 50 и у нас остается еще 3 секунды, за которые наш пиксель (стакан) наполняется светом еще на одну единицу, так как вспышка кончилась и свет от объекта снова становится очень слабым. Общая результирующая яркость данного пикселя (то есть объекта на фотографии) получается 52. Из них 2 единицы мы получили естественным светом и 50 единиц с помощью вспышки. 2 единицы, в данном случае, это очень мало, по сравнению с 50. И мы можем ими просто принебречь. То есть просто выкинуть первые 2 секунды выдержки и три последние. При фотографировании со вспышкой в таких условиях выдержка не имеет практически никакого значения. Количество света от вспышки будет зависеть только от диафрагмы, которая была установлена. Необходимо только учитывать, что чем дальше объект съемки от фотоаппарата, тем меньше света от вспышки на него упадет. И это количество света уменьшается очень быстро. Если быть точным, то эта зависимость квадратичная. То есть если в метре от фотоаппарата количество света 100%, то в двух метрах его в два раза меньше. В трех метрах его меньше уже в 4 раза, а в четырех метрах уже в 8 раз и так далее. Количество света уменьшается очень быстро.
      Теперь представим ситуацию, что мы фотографируем человека в слабоосвещенной комнате. И нам надо, чтобы на фотографии получился не только человек, но и фон. До фона, допустим, 5 метров. При заданной диафрагме, для того, чтобы фон получился достаточно ярким, выдержку надо установить, например в 2 секунды. Человек освещен тем же самым светом, что и фон. То есть для того, чтобы человек получился на фотографии ярким надо те же две секунды. Но человек не может не двигаться две секунды, поэтому он будет на фотографии размытым.
      Берется вспышка. Мощность вспышки устанавливается такая, чтобы правильно осветить человека. Поскольку фон далеко, свет от вспышки его практически не осветит (мощность света от вспышки упадет в 16 раз). Делается кадр. Срабатывает вспышка, и выдержка 2 секунды. Как было сказано ранее, при использовании вспышки, за счет ее очень короткого времени срабатывания, вспышкой освещается только человек, а две секунды уходит на освещение фона естественным постоянным светом. Вот и получается, что за экспонирование (освещенность) фона отвечает выдержка+диафрагма (можно просто считать, что выдержка, так как диафрагма отвечает за весь свет в кадре), а за освещеность человека отвечает только диафрагма (в данном случае она регулирует количество света от вспышки). В данном случае мы просто пренебрегли тем фактом, что в дополнение к вспышке человек тоже осветится еще и естественным светом в какой-то мере и станет несколько ярче и чуть размытее.
      Выводим основное правило фотографирования с импульсными источниками света: выдержка отвечает за естественный постоянный свет, а диафрагма отвечает за свет от вспышки.

Почему работает фризлайт.  Мультиэкспозиция.
      Темные или слабоосвещенные объекты отражают мало света. Это как кран, через который течет очень мало воды. Они наполняют стакан очень долго. За секунды они наполняют стакан до уровня 5 из 100, то есть на итоговой фотографии пиксели на данном месте (где расположены данные малоосвещенные объекты) останутся очень темными.  То есть они на фотографии практически не отобразятся.
      А тут мы начинаем светить ярким источником света. Как будто к стакану подводим еще один кран, через который течет много воды. И стакан начинает наполняться быстрее. Хотя окружающие стаканы наполняются всё еще медленно, так как они фиксируют темные объекты. Яркий источник света быстро наполнит свои пиксели до максимального уровня, то есть сделает их белыми. Даже если мы перестанем подсвечивать источником света данные пиксели, ничего уже не изменится, они уже побелели, и для них возврата в рамках данной фотографии уже нет. Все окружающие объекты, которые освещали мало остались такими же темными. Но даже если из крана течет мало воды, но течет она долго, то стакан всё равно когда-нибудь наполнится. Соответственно, если выдержку выставить достаточно длинную, то даже темные объекты в какой-то момент на фотографии станут светлыми. Они также наполнят свои пиксели светом (стаканы водой). Во фризлайте задача состоит в том, чтобы часть окружающих пикселей осталась темными, а те пиксели, которые отвечают за фиксирование источника света, которым мы пишем стали максимально яркими.
      В случае мультиэкспозиции ситуация примерно такая же. Мультиэкспозиция – это фиксирование нескольких последовательных кадров на одной фотографии.



      В данном случае делается 5 последовательных вспышек. Фон черный, и фактически может своим отраженным светом наполнить стакан максимум до уровня 10 из 100 (например). Вспышка, быстро освещая человека, наполняет группу пикселей, которые отвечают за фиксирование модели, светом до уровня 70. Посколько экспонирование (формирование изображения на фотопленке или матрице) после этого продолжается, данные пиксели продолжат наполняться светом (а от черного объекта его хоть и мало, но он есть), поэтому изображение получается немного прозрачным – это проступает изображение фона при дальнейшей экспозиции. Модель меняет положение и делается очередная вспышка, чтобы зафиксировать (проэкспонировать) модель на новом месте. На прошлом месте модель уже проэкспонирована прошлой вспышкой. Те пиксели уже наполнились светом и они никуда не денутся.
      Из-за того, что фон черный и отражает мало света, пиксели, отвечающие за его освещенность будут наполняться долго. Если бы фон был белый, то он отражал бы гораздо больше света. И пока мы делали бы новые вспышки, чтобы проэкспонировать модель свет, отраженный от белого фона заполнил бы все пиксели светом до упора. Они бы все стали белыми. И модель бы уже не получилось зафиксировать на фотографии. Нельзя наполнить стакан, который уже полон. Также и пиксели, которые уже получили столько света, чтобы стать белыми, нельзя сделать темнее, чтобы зафиксировать модель.

Вспышка по задней шторке, почему пыхает два раза и почему это не важно.

      Как уже говорилось ранее, в случае, если естественный свет имеет низкую интенсивность, не важно в какой момент на протяжении всей выдержки сработает вспышка. Поэтому, обычно, вспышка срабатывает в самом начале времени экспонирования. Допустим, выдержка одна секунда. Начинается время экспонирования и срабатывает вспышка, протяженность 1/100 секунды. Оставшееся время (99/100 секунды) проходит фиксирование объекта, освещенного естественным светом. Если естественного постояннго света мало и объекты остаются темными, то это не важно. Они уже не могут наполнить пиксели светом поверх того, чем их наполнила вспышка. Но если интенсивность света достаточно высокая, то поверх изображения, полученного с помощью вспышки наложится изображение, полученное с помощью естественного освещения. И это влияние будет тем сильнее, чем выше интенсивность света. Для того, чтобы этого избежать, вспышка делается не в начале экспонирования, а в самом конце. Это называется вспышка по задней шторке. Сначала формируется изображение, полученное при естественном постоянном свете, а потом уже сверху добавляется изображение, полученное с помощью вспышки. Здесь можно возразить, что от перемены мест слагаемых сумма не меняется (что сначала естественный свет, а потом вспышка, что наоборот) и пиксели будут иметь ту же итоговую освещенность. Да, это так и есть, поэтому разница будет заметна только при движении объектов в кадре, либо движении фотоаппарата, чтобы менялся фон. При полностью статичной картинке разницы не будет.
      Мощность вспышки может регулироваться автоматически. Это называется режим ETTL. Для этого перед началом экспонирования кадра вспышка срабатывает в тестовом режиме и фотоаппарат определяет, достаточно ли вспышка сильно осветила кадр и потом просто регулирует мощность вспышки. Из-за того, что всё это делается очень быстро, глаз не успевает заметить две вспышки и мы думаем, что она одна. Но если включить режим вспышки по задней шторке и выставить выдержку одна секунда, то при нажатии на спуск вы увидите сначала первую вспышку, а перед окончанием экспонирования кадра вторую. Но первая вспышка не влияет на кадр. Она делается еще до того, как фотоаппарат начал наполнять пиксели светом. Не стоит обращать на нее внимания. Она делается только для того, чтобы определить какой мощности нужно делать основную вспышку.

Проблема закрытых диафрагм.
      Часто в литературе можно встретить рекомендации, или просто фотографы говорят, зажмите диафрагму до f/16 или f/22 (это увеличивает ГРИП – глубину резко изображаемого пространства. Я не буду сейчас описывать что это такое) чтобы всё в кадре стало резким. Эти люди не понимают о чем говорят, либо им не так важен получившийся кадр. Точнее, его детализация. Насколько четко изображены мелкие детали, например ресницы у человека на портрете.
      Из-за того, что техника несовершенна при сильном сжимании диафрагмы вступают в действие законы оптики и пучок света, который был изначально очень тоненьким и попадал только на один пиксель, начинает становиться толще и наполняет светом соседние пиксели. Поэтому, если раньше ресница была всего лишь в один пиксель толщиной, она станет влиять на соседние пиксели, и они станут менять свой цвет. Детализация снимка начнет падать. При просмотре без увеличения этого не заметить. При печати фотографий маленького размера этого тоже не будет видно, но это надо обязательно запомнить.
      Все объективы делаются под опеределенный рабочий диапазон диафрагм. Например Canon 50mm f/1.4 дает самую четкую картинку на диафрагмах от 2.5 до 4. После этого детализация начинает падать (конечно же тут влияет еще и размер пикселя на фотоматрице или фотопленке). Хотя по идее, должна расти.
      В общем, не вдаваясь в технические детали стоит запомнить, что у разных объективов максимально закрытая диафрагма, которую стоит устанавливать отличается. Хотя технически, как правило, можно установить диафрагму и f/16 и f/22, и даже f/32 (чем больше число, тем меньше света, так как отверстие в диафрагме меньше). Но не стоит этого делать, если хотите получить четкое изображение. У 50mm f/1.4 не стоит закрывать диафрагму сильнее, чем f/4 (можете, но изображение станет чуть меньшее детальным. Разница будет видна при печати больших форматов. Для инстаграмма можно делать что угодно). У широкоугольных объективов обычно рабочий диапазон f/5.6-f/8. Иногда до f/11.
Tags: Мысли
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment