Fotoexponeringsmätare , exponeringsmätare ( lat. expono ) - en fotometrisk anordning för instrumentell mätning av ljusstyrkan eller belysningen av de objekt som fotograferas vid beräkning av korrekt fotografisk exponering . De flesta exponeringsmätare låter dig bestämma både exponeringsnumret och båda exponeringsparametrarna , såväl som kontrasten för scenen som tas, vilket är viktigt vid professionell filmning [1] . Fram till slutet av 1950-talet var namnet exponeringsmätare vanligast . Alla exponeringsmätare utformade för att mäta exponering i filmfotografi och kinematografi är lämpliga för att mäta exponering i digital fotografering , eftersom de konventionella värdena för fotokänsligheten hos digitalkameror är valda i enlighet med de sensitometriska parametrarna för gelatin -silver ljuskänsliga material [ 2] .
I moderna kameror utgör exponeringsmätaren grunden för exponeringsautomatisering , som ställer in exponeringsparametrarna utan mänsklig inblandning. I tv- och videokameror justeras exponeringsparametrar baserat på en uppskattning av den konstanta komponenten av videosignalen , och kretsarna som mäter den fungerar som en ljusmätare [3] .
Under de första decennierna efter fotografiets uppfinning bestämdes den korrekta exponeringen utifrån fotografers erfarenhet eller testfotografering. Frånvaron av några begrepp för sensitometri gjorde det inte möjligt att kvantitativt mäta beroendet av svärtning av daguerreotypiska plattor på belysningsintensiteten. Dessutom förhindrade den kontinuerliga förbättringen av processen och ökningen av ljuskänslighet skapandet av några allmänt accepterade instruktioner. Men redan under de åren gjordes försök att mäta ljusets fotokemiska effekt. Den första sensitometriska enheten för daguerreotypi skapades 1843 av Lewandowski [4] .
Tillkomsten av den mer förutsägbara fotoprocessen för våt kollosion gjorde det möjligt att utarbeta exponeringsregler och designa de första exponeringsmätarna i tabellform. De var en tabell som beskriver skottförhållandena och motsvarande parametrar [5] . Saken komplicerades av avsaknaden av några standarder för ljuskänslighet på grund av behovet av oberoende produktion av det fotokänsliga lagret av fotografiska plåtar av fotografer. Borden var avsedda för kollodionplattor sensibiliserade på ett visst sätt och var inte universella.
Spridningen av industriellt tillverkade torra gelatin -silver fotografiska plattor sammanföll med utvecklingen av sensitometri, som började studera och kvantitativt beskriva fotokänsligheten hos fotografiska material . Detta gjorde det möjligt att skapa universella bord som är lämpliga för alla fotografiska plattor, vars ljuskänslighet är känd. Gradvis blev tabellräknare med roterande skalor populära, vilket underlättade beräkningen av skjutparametrar. Sådana enheter kallades "automatiska tabeller" eller "autofotometrar" [6] [7] . Ett annat namn för sådana roterande bord är "posigraph" [8] .
De första enheterna för instrumentell mätning av exponeringen var aktinografer , baserade på bedömningen av mörkläggningen av fotografiskt papper med "dagsframkallning" när det exponeras [9] . Sådana fotografiska papper ( albumin , celloidin och aristotyp) användes i stor utsträckning för fototryck fram till början av 1900-talet och utvecklades under verkan av att exponera solljus. En skiva av sådant papper laddades i enheten och den korrekta exponeringen beräknades från den tid under vilken den fick en ton som liknar det närliggande referensfältet. De flesta aktinografer från dessa år såg ut som fickur med ett runt hål i mitten. Den mest kända enheten i denna klass var Watkins aktinograf eller "exponeringsmätare", som blev utbredd i väst [8] . I det ryska imperiet var Wynns "posimeter" mer populär [10] .
Fotopapperet krävde dock en lång exponering på 20-30 minuter, vilket bromsade förberedelserna inför fotograferingen. En snabbare mätning gavs av enheter baserade på en visuell bedömning av ljusstyrkan hos de objekt som fotograferades genom en optisk kil med variabel transparens [11] . Sådana anordningar, kallade optiska fotometrar , krävde bestämningen av den tätaste sektionen av det blåa eller grå filtret , bakom vilket ögat fortfarande skiljer motivet [5] . Den största nackdelen med denna typ av anordning är subjektiviteten hos de erhållna resultaten, eftersom ögats känslighet beror på den allmänna omgivande belysningen [12] .
Ett mer perfekt sätt var att jämföra motivets ljusstyrka med en kalibrerad ljuskälla, till exempel en glödlampa . Lampans ljusstyrka utjämnades med objektets ljusstyrka genom att välja densiteten för ett kilformat neutralt ljusfilter installerat i en speciell rörlig ram, som matchades med motsvarande skala. Noggrannheten för en sådan mätning är högre, eftersom den nedre gränsen för synlighet är mer subjektiv än en jämförelse av en tillräckligt stor ljusstyrka. Behovet av en strömkälla för lampan uteslöt möjligheten att använda denna metod för platsfotografering. Den fann användning i fotografiska studior och användes senare i vissa typer av kompakta exponeringsmätare, såsom "SEI Photometer" [13] . Principen att utjämna ljusstyrkan hos referenslampan används i genomsynen av vissa modifieringar av filmkameran Arriflex 35 - II [14] .
Mätnoggrannhet, oberoende av subjektiva faktorer, erhölls endast med tillkomsten av fotoelektriska exponeringsmätare [11] . Deras verkan är baserad på att mäta storleken på den elektromotoriska kraft som erhålls som ett resultat av den fotoelektriska effekten [15] . Inom modern fotografi och film används endast fotoelektriska exponeringsmätare. De första enheterna av denna typ var avsedda för filmning och skapades i början av 1930 -talet [ 16] . Den allra första exponeringsmätaren anses vara Electrophot ( eng. Electrophot DH ), skapad 1928 av det amerikanska företaget Rhamstine [17] . En av de första fotoresistorerna , det så kallade "Gripenberg-elementet" [9] , användes som en ljuskänslig sensor i enheten .
Behovet av ett skrymmande batteri gjorde det olämpligt för utomhusmätningar [18] . Lösningen på problemet var uppfinningen i slutet av 1920-talet av den magnetiska alnicolegeringen , som gjorde det möjligt att skapa känsliga galvanometrar som kunde mäta den svaga fotoströmmen hos solceller från selen . En av de första batterilösa exponeringsmätarna för selen var "Weston"-modellen 617, släppt av Weston Electrical Instruments i augusti 1932 [19] . Frånvaron av batterier gjorde det möjligt att reducera enheten till fickstorlek. I Sovjetunionen skapades den första fotoelektriska exponeringsmätaren med en selenfotocell "NKAP-149" av GOI i början av 1940 -talet [20] . Under de kommande tre decennierna byggdes alla fotoelektriska exponeringsmätare på principen om direkt mätning av fotoström. På grund av den låga specifika känsligheten var selenfotoceller skrymmande och tillät inte mätning av små ljusstyrkor med tillräcklig noggrannhet [21] .
Tillkomsten av kadmiumsulfidfotoresistorer på 1960 -talet , som krävde strömförsörjning med låg effekt , gjorde det möjligt att återgå till principen om "elektrofoto" [18] . Den höga specifika känsligheten hos fotoresistorer gjorde det möjligt att få en kompakt sensor och dramatiskt förbättra mätnoggrannheten, både i dagsljus och inomhus, och även på natten [22] . Därför ersatte fotoresistiva exponeringsmätare mycket snabbt selen, vars fotocell bryts ned och blir oanvändbar med tiden [23] . Den lilla storleken på halvledarsensorer gjorde det möjligt att installera dem även i den optiska vägen för en spegelsökare, och att designa de första TTL-exponeringsmätarna [24] .
De första fotoresistiva exponeringsmätarna byggdes på basis av kadmiumsulfid (CdS) fotoresistens, som har god ljuskänslighet, men en stor tröghet, speciellt vid låg belysning [23] . Kiselfotodioder har inte denna nackdel, men deras spektrala känslighet, vars maximum ligger i det infraröda området , gör det nödvändigt att installera ett extra ljusfilter för att anpassa det till egenskaperna hos fotografiska material och fotomatriser. Behovet av att förstärka mycket små förändringar i konduktiviteten hos en sådan fotodiod ökar strömförbrukningen, vilket minskar nivån av autonomi [25] . Den mest perfekta typen av sensor anses vara nästan tröghetsfria galliumarsenid-fosfidfotodioder med en spektral känslighet nära människans syn [26] .
Den första inbyggda exponeringsmätaren användes av Zeiss Ikon i Contaflex dubbellinsreflexkamera 1935 [27] . Men att fotografera på svartvita negativa fotografiska material med stor fotografisk latitud under dessa år gjorde det möjligt att i många fall klara sig utan en ljusmätare, beroende på de enklaste reglerna eller yrkeserfarenhet. Före kriget var därför endast två kameror utrustade med en fotoelektrisk exponeringsmätare: Contax III och Super Ikonta II [28] . Spridningen av färgfotografi , och särskilt reversibla fotografiska material som kräver exakt exponering, tvingade fram en översyn av dessa principer, och sedan början av 1960 -talet har en inbyggd eller ansluten fotoelektrisk exponeringsmätare blivit ett obligatoriskt attribut för både kameror och filmkameror [ 29] . Enheten började samverka med kontrollerna, vilket gav halvautomatisk exponeringskontroll [30] [31] . Den första sovjetiska kameran med en inbyggd exponeringsmätare baserad på ett fotomotstånd var Sokol-avståndsmätaren [ 32 ] .
Sedan mitten av 1970-talet har de inbyggda exponeringsmätarna i praktiskt taget alla enlinsreflexkameror och genomsynsbiokameror klassificerats för mätning utanför objektivet . Funktioner hos TTL-exponeringsmätare gjorde det möjligt att implementera parallell mätning av enskilda delar av den tagna bilden, följt av automatisk felkompensation vid mätning av kontrastscener . Moderna TTL-exponeringsmätare tillåter både punktmätning och utvärderande mätning , baserat på att jämföra exponeringen av enskilda delar av den framtida bilden och mjukvarubehandling av resultaten baserat på statistisk analys [34] .
Sedan dess har externa exponeringsmätare fortsatt att endast användas inom professionell fotografering för mer exakta mätningar av infallande eller reflekterat ljus. I amatörövningar ersattes individuella enheter med mer bekväma inbyggda i kameran. Utvecklingen av digital teknik har gjort det möjligt att ytterligare förbättra exponeringsmätarnas noggrannhet och vägrar att behandla sensorns analoga signal . Gradvis började alla exponeringsmätare utföras enligt denna princip, med resultaten visade på en flytande kristallskärm . Samtidigt blev blixtmätare utbredda, främst utformade för att mäta ljuset från studioblixtar , som ersatte kontinuerliga ljuslampor i reklam och iscensatt fotografering.
Digitala exponeringsmätare kan, förutom ljusstyrka och belysningsstyrka, även mäta andra fotometriska storheter, såsom ljusets färgtemperatur . Sådana anordningar kallas färgtemperaturmätare eller, i filmtekniska termer, färgmätare [35] . De mest avancerade instrumenten gör det möjligt att kvantifiera den spektrala sammansättningen av fotograferingsbelysning. 2014 lanserade Seconic enheten Seconic C-700, som förutom exponering och färgtemperatur bestämmer en detaljerad bild av fördelningen av spektrumet för eventuella ljuskällor [36] .
Alla moderna SLR-kameror och biokameror med genomsökning är utrustade med inbyggda TTL-fotoelektriska exponeringsmätare med halvledarsensor. Exponeringsmätaren för digital utrustning av andra klasser tar emot data direkt från den ljuskänsliga matrisen. Inbyggda kopplade exponeringsmätare utgör grunden för automatisk exponeringskontroll , som ställer in en eller båda exponeringsparametrarna i enlighet med mätresultaten [37] . Externa exponeringsmätare används endast i professionell fotografering och film, och används för närvarande som universella multifunktionella enheter (multimetrar), lämpliga inte bara för att bestämma exponering, utan också för att mäta grundläggande fotometriska kvantiteter.
En billig ersättare för en extern enhet kan vara en smartphone med en lämplig mobilapplikation , till exempel den kostnadsfria "Pocket Light Meter" [38] . Mer komplexa betalprogram kan fungera som en ljusmätare, såväl som en blixtmätare eller en färgtemperaturmätare [39] . Det är ännu bekvämare att använda en ansluten sensor med en mjölkaktig sfärisk diffusor, som Lumu. Efter att ha dockat med iPhone via hörlursuttaget låter gadgeten dig mäta inte bara ljusstyrkan, utan även belysningen av scenen [40] .
För att bestämma exponeringen under fotoutskrift tillverkades specialiserade exponeringsmätare med en fjärrfotocell [41] . I Sovjetunionen motsvarade denna typ av anordning "Photon-1" [42] . Det finns två huvudvarianter av sådana enheter, ofta kallade fotometrar: med en mobil fotocell placerad i fotopappers plan och med en fast monterad på en konsol ovanför ramramen. Den första typen mäter infallande ljus, medan den andra mäter reflekterat ljus [43] . En separat klass av enheter bestod av fotometrar för färgfotoutskrift, kallade färganalysatorer [44] . Sådana enheter, förutom exponering, kan mäta färgbalans genom att bestämma färgen och densiteten hos korrigerande filter [45] . För närvarande produceras inte exponeringsmätare för manuell fotoutskrift på grund av den fullständiga förskjutningen av processen genom bläckstråle- och laserutskrift. Vid maskinutskrift bestäms exponeringen av en fotometer inbyggd i ett minifotolabb .
De flesta av de inbyggda exponeringsmätarna är kopplade till kontrollerna på modern foto- och videoutrustning, vilket automatiskt ställer in korrekta exponeringsparametrar. Med automatisk fotografering räcker det med att välja önskat exponeringskontrollläge och justera hur ljusstyrkan för scenen uppskattas . I halvautomatiskt läge ställs parametrarna in manuellt baserat på indikeringen av exponeringsavvikelsens indikator på kamerans flytande kristalldisplay [30] .
En extern exponeringsmätare är ett hölje som inrymmer ett ljuskänsligt element med en strömkälla, en galvanometer eller en LED-indikator. Exponeringsmätare för selen innehåller inga batterier. Mätvinkeln är vanligtvis begränsad på olika sätt till 30-40° och motsvarar synfältet för en normal lins [46] . I vissa fall används ett litet objektiv för detta, kompletterat med en enkel ramsökare . Det senare gör det möjligt att exakt välja den yta som ska mätas. Innan exponeringen mäts skrivs ISO-värdet för fotomaterialets känslighet eller motsvarande vald i digitalkameran [47] in i exponeringsmätaren . Därefter riktas sensorn mot motivet och sedan avläses galvanometerns avläsningar. Dess skala kan markeras i exponeringsnummer eller innehålla värdena för en av parametrarna, oftast bländare.
Värdet som indikeras av pilen omvandlas till exponeringsparametrar med hjälp av den så kallade kalkylatorn, som är en uppsättning koaxiala roterande skivor med skalor för känslighet, bländare, slutartid och filmfrekvens [15] . När de initiala parametrarna och mätresultatet ställs in sker deras relativa rotation, genom att kombinera de korrekta exponeringsparen på slutarhastighets- och bländarratten. I vissa exponeringsmätare (till exempel Sverdlovsk-4) ställs räknaren automatiskt in på rätt position när "noll"-indikationen nås. Alla mottagna exponeringspar ger korrekt exponering i enlighet med ömsesidighetslagen . En liknande enhet har inbyggda icke-kopplade exponeringsmätare för foto- och filmkameror.
Modernare exponeringsmätare har digital indikering på LCD-skärmar . Samtidigt kan du i inställningarna ange vilka parametrar som ska visas på displayen med möjlighet att få både exponeringspar och fotometriska värden. Jämfört med inbyggda exponeringsmätare, som bara kan mäta ljusstyrkan hos motiv, låter externa mätare dig också mäta scenens belysning. Detta är en av de viktigaste anledningarna till preferensen för externa enheter inbyggda i professionell fotografering och film [48] .
Att mäta ljusstyrkan hos motivet som fotograferas (eller "mäta med reflekterat ljus") anses vara det huvudsakliga sättet att bestämma exponeringen, eftersom det görs från kameran eller genom dess lins [49] . Alla inbyggda exponeringsmätare är ljusstyrkemätare. Den största nackdelen med denna metod är mätresultatens beroende av objektets reflektivitet. Till exempel, när man mäter ljusstyrkan hos ljusa och mörka föremål kommer exponeringsmätaren att ge olika exponeringsvärden, trots samma belysning av scenen, och i bilder tagna med den beräknade exponeringen kommer sådana föremål att visas med samma optiska densitet .
För att eliminera fel och avvikelser är alla befintliga exponeringsmätningssystem bundna till medelgrå, vilket ungefär motsvarar reflektionen av 18 % av det infallande ljuset [* 1] . På den karakteristiska kurvan för det framkallade fotografiska materialet ligger denna ton ungefär i mitten, motsvarande V-zonen på Adamsskalan [50] . För noggrannheten i mätningen i ljusstyrka finns det speciella gråkort som fungerar som standard för sådan reflektivitet. Att mäta ljusstyrkan på ljuset som reflekteras från kortet resulterar i en korrekt exponering, vanligtvis samma som ljusmätningen [* 2] .
Det är vanligt att skilja mellan en integrerad mätning av ljusstyrkan, när den genomsnittliga ljusstyrkan för hela scenen som spelas in mäts, och mätningen av enskilda sektioner och objekt. Genom att jämföra mätresultaten för de mörkaste delarna av scenen med de ljusaste kan du också få rätt exponering och matcha den övergripande kontrasten med den fotografiska latituden . Att mäta enskilda sektioner av scenen kräver att exponeringsmätaren placeras i närheten av fotograferingsobjekten så att deras yta fyller fotocellens synfält [51] . I moderna TTL-exponeringsmätare utförs selektiv mätning när spotläget är aktiverat .
När man mäter "genom belysning" (eller "med infallande ljus") bestäms intensiteten av fotograferingsbelysning, på vilken belysningen av scenen som tas direkt beror på [52] . Denna metod är i de flesta fall den mest exakta, eftersom den uppmätta exponeringen inte beror på reflektionsförmågan hos de objekt som fotograferas [24] . Det enda besväret med denna metod är behovet av att placera exponeringsmätaren direkt vid huvudmotivet (oftast en persons ansikte) med ett ljuskänsligt element mot kameran, vilket inte alltid är möjligt [53] .
De flesta externa exponeringsmätare för sådan mätning är utrustade med ett mjölkaktigt spridande munstycke (ibland halvsfäriskt till formen), vilket ökar sensorns uppfattningsvinkel upp till 180 ° och kompenserar för ljusflödet i enlighet med mätläget. Vid mätning av ljusstyrka och belysning används olika beräkningskoefficienter som kompenseras av ett mjölkmunstycke med kalibrerad ljustransmission, eller en lägesomkopplare. Principen att mäta infallande ljus används även i luxmätare som är avsedda för tekniska mätningar.
Digital fotografering låter dig i vissa fall försumma användningen av en ljusmätare, bestämma korrekt exponering genom testfotografering, följt av att titta på den färdiga bilden på skärmen på en elektronisk sökare eller dator . Histogram kan användas för att kvantifiera exponeringsnoggrannheten . Vid studiofotografering med blixtar eliminerar denna metod behovet av en dyr blixtmätare. I det här fallet utför digitalkameran själv funktionen av en fotoelektrisk exponeringsmätare.
En liknande metod är tillämplig i en tv-studio, när den korrekta exponeringen ställs in genom operationell justering av bländaren och gammakorrigering av sändande kameror med hjälp av en studiomonitor eller oscilloskop . Den här metoden för exponeringsmätning är dock användbar i situationer där fotografering kan upprepas många gånger och en dålig bild kan offras. Vid inspelning av händelser som inte kan replikeras, i synnerhet journalistiska rapporter , är noggrann exponeringsmätning nödvändig inte bara vid filminspelning, utan även för elektroniska enheter.
En anordning som liknar en ljusmätare - en blixtmätare ( engelska. Flash Meter ) används för att mäta belysning vid fotografering med pulserande belysningsanordningar [54] . Blixtmätaren skiljer sig från en konventionell exponeringsmätare genom behovet av att synkronisera mättiden direkt med blixtpulsen, vilket utförs både med trådbundna och trådlösa metoder [52] . Blixtmätare kan endast använda kisel- eller galliumarsenidfosfidfotodioder, som har en låg tröghet, eftersom alla andra typer av ljusdetektorer inte reagerar på snabba förändringar i ljusstyrkan. Alla moderna kameror är utrustade med inbyggda TTL-blixtmätare, som i regel är en del av den inbyggda exponeringsmätaren som mäter konstant ljus, eller arbetar parallellt med den, mäter exponeringen av inbyggda, externa och fjärrblixtenheter och automatiskt justera deras effekt.
Sådana blixtmätare är olämpliga för att mäta exponeringen av studioblixtbelysningsapparater, eftersom de inte är utrustade med någon indikering, utan endast bildar kommandon för bländaren och kretsarna för tillhörande blixtar. I studion kan en extern blixtmätare användas, gjord som en separat enhet och kapabel att mäta både infallande och reflekterat ljus. Eftersom slutartiden vid blixtfotografering inte har någon effekt på mängden blixtljus som når det ljuskänsliga materialet eller sensorn, tjänar blixtmätaren endast till att fastställa bländarvärdet. Slutartiden är vanligtvis inställd på synkroniseringsvärdet eller snabbare [* 3] om bilden kombinerar blixt och konstant ljus. I det senare fallet mäts konstant ljus med en konventionell ljusmätare, och den resulterande exponeringen bestäms som summan av två exponeringar: från blixtar och konstant ljus.
En mer mångsidig enhet - en multimeter ( engelsk Multi Meter ) eller fotometer (inte att förväxla med en fotometer , en specialiserad enhet för tillämpade områden inom vetenskap och teknik) - kombinerar kapaciteten hos en konventionell exponeringsmätare och en blixtmätare, och även mäter andra fotometriska storheter [55] [56] . Med fotometrar "Gossen" kan du till exempel mäta bland annat ljusfilters optiska densitet [57] .
Spotmeter (från engelska spot - spot, point) - en fotoelektrisk exponeringsmätare utformad för att selektivt mäta ljusstyrkan hos ljus som emitteras av dess källor eller reflekteras från föremål. Den skiljer sig från en konventionell exponeringsmätare genom att mäta inom en mycket liten vinkel. Detta möjliggör punktmätning av ljusstyrkan hos små föremål eller deras individuella sektioner, utan att komma nära dem [24] . Mätvinkeln för de flesta av dessa instrument överstiger inte 1-3° [58] . Partiell mätning är särskilt relevant för kontrasterande scener och under motljus , när det viktiga motivet för fotograferingen skiljer sig betydligt i ljusstyrka från resten av handlingen [59] .
Kalkylatorerna för de flesta externa exponeringsmätare är utrustade med en exponeringskompensationsskala, som används för att kompensera för påverkan på exponeringen av enskilda faktorer som inte beaktas av fotocellen. Detta kan vara en diskrepans mellan sensorns spektrala känslighet och det fotografiska materialet, förstoringen av ljusfiltret installerat på linsen eller andra omständigheter. I de inbyggda exponeringsmätarna i automatiska foto- och filmkameror krävs exponeringskompensation när man automatiskt ställer in exponeringen för kontrasterande scener för att kompensera för felaktig mätning av ljusstyrkan hos föremål vars reflektionsförmåga skiljer sig från standarden 18 % [60] [61] . I vissa fall är exponeringskompensation av en TTL-exponeringsmätare nödvändig när en icke-standardiserad fokuseringsskärm används för att kompensera för skillnaden i ljustransmission.
I enkla automatiska kameror finns ingen sådan regulator. I det här fallet är exponeringskompensation endast möjlig genom att ställa in ett annat värde för filmkänsligheten.
| exponeringsmätning | |
|---|---|
| Exponeringsmätningsvillkor | |
| Manuell exponeringskontroll |
|
| Automatisk exponeringskontroll | |
| Blixtmätningsstandarder | |