Fotografia

Ekspozycja

Są dwa parametry określające ile światła dotrze do kliszy/matrycy.

• Wartość przesłony. Im większa tym mniej światła pada na matryce. Większa wartość przesłony pozwala robić zdjęcia z większą głębią ostrości.
• Czas migawki. Im krótszy, tym mniej światła pada na matrycę. Mniejsze wartości czasu migawki pozwalają robić ostrzejsze zdjęcia.

Wartość przesłony i czas migawki składają się na EV - wartość ekspozycji:

$\mathrm{EV}={\log }_2\left(\frac{N^2}{t}\right)\text{,gdzie N - liczba przesłony, t - czas migawki}$

Innymi słowy - im mniej światła dociera do matrycy/filmu, tym większa wartość EV.

Trzeci parametr określający jasność wykonywanych zdjęć to czułość ISO. Im mniejsza tym ciemniejsze zdjęcia możemy robić - lub w tym jaśniejszym oświetleniu. Małe wartości ISO dają też małe szumy.

Aby uwzględnić czułość ISO filmu/matrycy powinno się od wartości EV odjąć log₂(S/100) - otrzymuje się w ten sposób wartość oświetlenia/jasności oznaczaną jako LV lub BV - nie ma chyba żadnego standardu w tych oznaczeniach. Na Wikipedii używa się oznaczenia EV_S i dodaje się logarytm z ISO - ale dotyczy to ekspozycji sceny (patrz niżej). Ogólnie wzór na obliczenie wartości oświetlenia można zapisać tak:

$\mathrm{LV}=f+t+I$

gdzie

• f = 2*log₂(wartość przesłony)
• t = -log₂(czas migawki)
• I = -log₂(ISO/100)

I tak przykładowo wartość przysłony f/1.4 + czas migawki 1/4s + ISO 200 daje nam LV=2.

Można też skorzystać z różnego rodzaju tabelek. Zamieściłem tu trzy proste tabelki dla szybkiej orientacji - gdyby ktoś chciał bardziej rozbudowane, to powinien sobie poszukać w internecie - można znaleźć bardzo ciekawe tzw. cheat sheet dla fotografii. Można też spróbować wpisać w wolfram|alpha formułę typu 2log2[f]-log2[t]-log2[ISO/100] i zastąpić f, t oraz ISO odpowiednimi liczbami.

f/	1.0	1.4	2.0	2.8	4.0	5.6	8.0
EV	0	1	2	3	4	5	6

t (s)	1	1/2	1/4	1/8	1/15	1/30	1/60
EV	0	1	2	3	4	5	6

ISO	50	100	200	400	800
EV	1	0	-1	-2	-3

Mała uwaga. Wartości EV podawane dla różnych scen są odwrotnie zależne od jasności - tj. dla jasnych scen EV jest wyższe niż dla ciemnych. O ile to rozumiem, chodzi o coś w rodzaju kompensacji - światło jasnej sceny (duże EV) kompensowane jest małą ilością światła przepuszczanego przez obiektyw (też duże EV). Albo jakoś tak.

Konkretnie kompensacja ekspozycji na aparacie działa na odwrót niż zwykłe EV - zwiększenie kompensacji ekspozycji powoduje zmniejszenie EV. Zamieszane i bez sensu, ale nie ja to wymyślałem .

Apertura, ogniskowa, wartość przysłony

Wyżej napisałem, że ilość światła docierającego do matrycy/kliszy jest regulowana m.in. przez tzw. wartość (liczbę)(*) przysłony. Nie jest to do końca prawda - wartość przysłony to tylko pewien parametr, który określa m.in. ile światła dotrze do matrycy/kliszy, ale sam nie ma na to bezpośredniego wpływu.

(*) - Jestem trochę zamieszany, jeśli chodzi o terminologię. Mam nadzieję, że jeśli ktokolwiek będzie to czytał, to z kontekstu zrozumie o co dokładnie mi chodzi.

Dokładniej mówiąc, ilość światła regulowana jest przez tzw. aperturę (czyli po prostu wielkość otworu przez który wpada światło) - a konkretnie przez jej powierzchnię:

$\mathrm{Area}=\mathrm{\pi }*{\left(\frac{f}{2N}\right)}^2\text{,gdzie f - długość ogniskowej, N - liczba przesłony}$

Liczba przesłony jest równa:

$N=\frac{f}{D}\text{,gdzie D - średnica apertury}$

Wartość przesłony zapisuje się w postaci f/N - np. f/2.8 .

I tak przykładowo soczewka o ogniskowej 28mm będzie miała przy wartości przysłony 2.8 otwór o średnicy 10mm.

Długość ogniskowej jest ważnym parametrem nie tylko przy określaniu ilości światła, ale również wielkości obiektów na matrycy/filmie:

Rys. 1. Wytłumaczenie wpływu długości ogniskowej na wielkość obiektów na obrazie. O - jakiś obiekt; S - soczewka; f1, f2 - ogniskowe.

Na rys. 1 widzimy, że obraz obiektu O przy krótszej ogniskowej (f1) będzie mniejszy, niż obraz obiektu O przy dłuższej ogniskowej (f2) - jest to najzwyklejsze zastosowanie twierdzenia Talesa.

I teraz pojawia się pewien problem.

Matryce lub filmy mogą mieć różne rozmiary i być umieszczone w różnej odległości od soczewki. Dlatego podaje się często tzw. 35mm equiv - odpowiednik długości ogniskowej dla filmu 35mm. Robi się tak po to, żeby móc porównywać ze sobą aparaty o różnej konstrukcji.

Rys. 2. Wytłumaczenie odpowiednika długości ogniskowej dla 35mm filmu fotograficznego. S - soczewka.

Na rys. 2 widzimy, że aparat o długości ogniskowej 36mm equiv może mieć w rzeczywistości ogniskową 6mm. Ale jako że jego matryca CCD jest mniejsza niż 35mm film, nie przeszkadza to w niczym - wielkość obiektów będzie na niej taka sama, jak na 35mm filmie umieszczonym 36mm od soczewki.

Problem pojawia się, gdybyśmy chcieli użyć długości ogniskowej w powyższych wzorach na aperturę - czy używać raczej equiv, czy też może rzeczywistej? Myślę że raczej equiv - i tak nie obliczamy konkretnej średnicy apertury - chcemy tylko wiedzieć ile względnie światła wpada przez obiektyw.

Uwagi o fotografowaniu

A teraz trochę o fotografowaniu nocnego nieba. Niebo nocą jest ciemne. Dlatego daje się dużą ekspozycję(*). Powoduje to jednak powstanie szumów z powodu wysokiej czułości ISO. Można spróbować zamiast tego ustawić długi czas otwarcia migawki, ale tu ostrzeżenie: dla wartości kilkunastu-kilkudziesięciu sekund gwiazdy zdążą się już w tym czasie zauważalnie przesunąć!

(*) - Tak, wiem. To nie ma sensu z punktu widzenia tego, co napisałem wcześniej, ale na aparacie tak to właśnie wygląda.

Uwaga - okazuje się, że w aparatach cyfrowych długi czas naświetlania równiez oznacza większy szum - z powodu nagrzewania się elektroniki.

Orion, 60 sekund, powiększenie 1x

Plejady, 60 sekund, powiększenie 12x

Można przeprowadzić proste obliczenia żeby się dowiedzieć jak bardzo przesuną się gwiazdy na niebie. 60 sekund, czyli 1 minuta to 1/(60*24) = 1/1440 całej doby. Jeśli przyrównamy dobę z pełnym obrotem sfery niebieskiej (360°), to dostaniemy 1/4°, co daje nam aż połowę tarczy Księżyca (średnica tarczy Księżyca wynosi 1/2°)!

Moje własne spostrzeżenia dotyczące fotografowania nocnego nieba i nie tylko:

• na zwykłym powiększeniu - nie dłużej niż 12-15s(*);
• na maksymalnym powiększeniu - nie dłużej niż 1-1,3s(*);
• (*) - lepiej trochę krócej, jeśli się da - przy takich długościach naświetlania gwiazdy i tak mogą być trochę przesunięte.
• iso - maksymalnie 400, dla większych mogą być zbyt duże szumy;
• dla gwiazd - iso 400 (lub większa), f=min;
• dla księżyca - iso 100, f=max, t=1/125s - 1/50s;
• W niektórych aparatach ostrości nie powinno ustawiać się na nieskończoność (na maksa), ale trochę mniej. Najlepiej zrobić "najazd na gwiazdę" i na niej ustawić ostrość (powinna się zrobić jak najmniejsza).
• Z tego artykułu mogę przypuszczać, że ekspozycja około -6,5 jest wystarczająca, żeby robić ładne zdjęcia Drogi Mlecznej. Niestety taka ekspozycja wymaga długiego czasu naświetlania oraz (albo) wysokiej czułości - obydwie wartości są kłopotliwe. W artykule zdjęcie zrobiono z parametrami ISO = 3200, czas ekspozycji 30s, i apertura ustawiona na f/3.3 dla ogniskowej(?) 14mm.
• Błyskawice fotografuje się z długim czasem naświetlania (ja robiłem z czasem 60s). Dlatego najlepiej robić je w nocy - żeby zdjęcia nie wyszły prześwietlone. Daje się przy tym minimalne ISO i maksymalną wartość przesłony. Gdy jest względnie jasno, można dać krótsze czasy naświetlania (30s, 15s) albo próbować dawać filtry przyciemniające (ale w tym temacie nie mam żadnego doświadczenia).
• Filtry polaryzacyjne służą przykładowo do likwidowania odbić na gładkich powierzchniach. Niebo widziane przez filtr polaryzacyjny (pionowo?) ma bardziej nasyconą barwę (ciemniejszą) co zwiększa np. kontrast z chmurami. Można dzięki niemu pozbyć się odblasków w szybach, dzięki czemu stają się przezroczyste. Zieleń za to (przy ustawieniu pionowym) robi się bardzo jaskrawa. Filtry polaryzacyjne kołowe są ponoć lepsze niż liniowe, ponieważ z tymi drugimi aparaty mają kłopoty przy automatycznym ustawianiu ostrości.
• Soczewki makro. Z tego, co zrozumiałem, skracają odległość, przy której można zrobić czemuś ostre zdjęcie. Dzięki temu że dany obiekt będzie bliżej soczewek, będzie widać większy na obrazie - tj. soczewki makro dają większe powiększenie. Ale w praktyce osobiście nie zauważyłem jakiejś specjalnej zmiany.
• Fotografia w podczerwieni. Matryce CCD są w naturalny sposób wrażliwe na światło podczerwone. Można to łatwo sprawdzić skierowując na aparat (nawet taki prosty w telefonie) pilot od telewizora i naciskając dowolny przycisk - na wyświetlaczu powinna pojawić się fioletowa kropka w miejscu gdzie pilot ma diodę podczerwoną.
  Z powodu tej wrażliwości stosuje się w aparatach wbudowany filtr ograniczający mocno światło IR docierające do matrycy. I bardzo dobrze - w przeciwnym razie obraz byłby mocno zniekształcony (kolory, ostrość). Jednak oznacza to, że zwykłym aparatem nie zrobimy raczej zdjęć w podczerwieni, a szkoda, bo świat widziany w podczerwieni jest niesamowity.
• Filtry szare stosuje się, żeby ograniczyć ilość światła docierającego do matrycy/filmu. Ma to zastosowanie, gdy nie możemy już bardziej zmniejszyć czułości ISO i średnicy apertury, a chcielibyśmy zrobić zdjęcie z długim czasem naświetlania (np. w dzień). Efektem takiego zabiegu jest rozmazanie obiektów, które poruszają się (chmury, woda, itp).
• Fotografia Słońca. Słońce można fotografować i oglądać tylko przez specjalne filtry bardzo mocno ograniczającego zarówno światło widzialne (100'000 razy) jak i UV oraz IR!
• Moja technika robienia zdjęć - widzę fajną scenę, pstrykam ile zdjęć się da, najlepiej z różnymi ustawieniami, i zdaję się na łut szczęścia. Ale ja jestem totalnym amatorem.

---

Obrazki i fotografie wykonane przeze mnie.