Rychlá navigace

Jak se měří světlo

18% střední šedá

Expoziční čas

Clona a clonové číslo

Clonové číslo versus clona

Reciprocita času a clony

ISO citlivost

Expoziční hodnota (EV)

Metody měření expozice

 

          porozumění správné expozici

Každý z nás se často spoléhá na automatiku fotoaparátu. Pokud fotíte za standardních podmínek a pokud nechcete ve fotografii zobrazit "více" je to zcela v pořádku. Zabudovaný expozimetr a firmware fotoaparátu pracuje totiž na jednoduchém principu - změří jas v měřících bodech snímku (nejčastější režim tzv. poměrové (evaluative) měření ho změří v cca 30 bodech) a nastaví expozici tak, aby  výsledkem byla střední šedá. Je fuk co snímáte - sníh i uhlí bude šedé. Protože by to takto bylo až moc jednoduché, jsou v každém fotoaparátu zabudovány algoritmy na korekci výše zmíněného pravidla ve speciálních situacích. Problém ale je, že vy ty korekce neznáte a ony často zas až tam moc dobře nefungují. Fotoaparát nemá totiž ani potuchy o tom, co:

  • vy vidíte v celé scéně

  • co je nejdůležitější a tudíž co a kde má být nejlépe exponováno

  • jak chcete, aby snímek celkově vyzněl

  • jak chcete pracovat s hloubkou ostrosti atp.

Proto je docela dobré vědět, jak to celé funguje a mít šanci automaticky navrženou expozici fotoaparátu korigovat.

Scény podobného typu jsou automatikou v podstatě nevyfotitelné a nezbude nám, než se zajímat o to, jak určit správnou expozici...
Canon EOS 10D, 1/200sec, f/16, ISO200, 28mm

  Jak se měří světlo

V každém oboru lidské činnosti je užitečné určit si nějaké stabilní a nezávislá měřítka - tzv. absolutní veličiny. Nejinak je tomu i ve fotografii, kde si fotografové zvykli používat tzv. EV hodnoty. EV hodnoty měří absolutní množství světla na scéně vně fotoaparátu a každý pozorovatel nezávisle na vybavení a metodě musí dojít ke stejné hodnotě EV měří-li ve stejném místě (bodě) scény.

K měření EV lze s výhodou použít fotoaparát a jeho vestavěný expozimetr. Expozimetr fotoaparátu se snaží regulovat množství světla, které z vnějšku propustí dovnitř na digitální senzor nebo film. Snaží se regulovat množství světla na stále stejné množství (takové, které vyhovuje senzoru), přičemž správně množství světla je takové, které v průměru za celou fotografii vytvoří tzv. střední šedou.
 

18% střední šedá

Střední šedá je definována jako šedá, která odráží 18% dopadajícího světla. V 8-bitové RGB representaci je vyjádřena jako {127,127,127}. Střední se jmenuje proto, že subjektivně leží ve středu stupnice mezi černou a bílou.

Fotoaparát má celkem 3 veličiny, kterými může regulovat množství světla dopadající na senzor a tím dosáhnout kýžené střední šedé.

Jsou to:

Známe-li tedy tyto 3 veličiny, je možné z nich vypočítat EV hodnotu v měřeném bodě scény.

Expoziční čas (rychlost závěrky)

Prvním způsobem jak ovlivnit expozici je měnit dobu jak dlouho světlo na film/senzor působí. Stupnice ale není lineární, nýbrž logaritmická (což Vás nemusí trápit). Logaritmický průběh totiž odpovídá fyziologickému vnímání světla okem. V praxi to znamená, že sousední hodnota na stupnici expozičních časů mění dobu a tím i množství světla vždy 2x. Typická stupnice expozičních časů tedy je:

..., 8, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000, ... vteřiny

Že to není vždy přesně 2x je způsobeno snahou používat "rozumná čísla" a proto se řada trochu zaokrouhluje. V praxi se také používá jemnější dělení, kdy mezi sousedními hodnotami na výše uvedené stupnici je ještě jedna mezihodnota (1/2) nebo dvě mezihodnoty (1/3 a 2/3). Důležitý závěr ale je, že změna expozičního času o 1 hodnotu na uvedené stupnici mění množství světla dvakrát neboli o 1 expoziční hodnotu EV (viz dále).

Clona a clonové číslo

Druhým způsobem jak ovlivnit expozici je měnit množství světla, které na senzor dopadá. Stupnice ale opět není lineární, nýbrž ze stejného důvodu jako u expozičního času logaritmická (což Vás opět nemusí trápit). V praxi to znamená, že sousední hodnota na stupnici clonových čísel mění množství světla vždy 2x.

Podle definice musí tedy otevření/zavření clony o 1 hodnotu (1 clonové číslo) zdvojnásobit/snížit na polovinu množství světla dopadajícího na senzor. Ke zdvojnásobení světla je třeba zdvojnásobit plochu, kterou světlo v objektivu prochází. Pro kruhové clony znamená zdvojnásobení plochy zvětšení průměru clony o odmocninu ze 2, což je ~1,4 (plocha kterou světlo prochází je 3,14 * r2, kde r je poloměr clony). Typická stupnice clonových čísel jsou tedy násobky odmocniny ze 2:

1.0, 1.4, 2.0, 2.8, 4.0, 5.6, 8, 11, 16, 22, ...

V praxi se opět používá jemnější dělení, kdy mezi sousedními hodnotami na výše uvedené stupnici je ještě jedna mezihodnota (1/2) nebo dvě mezihodnoty (1/3 a 2/3).

Je to k nevíře, ale téměř každý dobře exponovaný snímek vede po zprůměrování všech bodů na střední šedou. Měření expozice fotoaparátů tedy v principu probíhá tak, že zprůměrují všechny body snímku a hledají takovou kombinaci expozičního času, clony a ISO citlivosti, která dá ve výsledku 18% střední šedou.


Originální snímek.


Zprůměrování všech bodů se dá v PC nasimulovat rozostřením obrázku.


Skutečně masivním rozostřením se ztratí kresba i barva a výsledkem je šedá. Obrázek výše byl lehce podexponován, protože výsledkem není 18% střední šedá (RGB=127,127,127) ale lehce tmavší šedá. Je to způsobeno tím, že v původním obrázku převládají na větší ploše tmavé tóny.

Clonové číslo versus clona

Clonou se rozumí průměr otvoru, kterým prochází světlo.
Clonovým číslem - které je v praxi používáno téměř výhradně - se rozumí poměr ohniskové vzdálenosti objektivu a clony (průměru otvoru):
  a = f / d
kde:
  a = clonové číslo (např. 2.8)
  f = ohnisková vzdálenost objektivu (např. 50mm)
  d = průměr otvoru (clony) v mm

Naopak výpočet průměru clony z clonového čísla:
  d = f / a
a proto často vidíme vyjádření clony jako f/2.8, f/8 atp.

Důvod těchto hrátek je, že dramaticky zjednodušují expoziční úvahy a vyřazují z nich ohniskovou vzdálenost objektivu. Kdyby to tak nebylo, tak by se totiž při zoomování měnila expozice! Pokud např. zoom objektiv 28-105 mm drží v celém svém rozsahu clonové číslo 4, potom se při zoomování mění automaticky a dramaticky průměr clony!

Proč se expozice nemění při stejném poměru průměru clony a ohniskové vzdálenosti

Světla ubývá s 2 mocninou vzdálenosti (zdvojnásobíte-li vzdálenost od zdroje světla, množství světla poklesne 4x). Důvodem je ten prostý fakt, že světlo se rozptyluje na plochu a ta roste s druhou mocninou. Stejně tak i u clony světla přibývá s druhou mocninou průměru clony (její plocha je 3,14 * r2). Dáme-li tyto dvě veličiny do poměru, druhé mocniny se vykrátí a zbude nám lineární vztah ohniskové vzdálenosti objektivu (plní funkci vzdálenosti od zdroje) a průměru clony. Mimochodem tento fakt je příčinou toho, proč teleobjektivy (např. 300mm) mají zřídka kdy světelnost (minimální clonové číslo) lepší než 4. Je to tím, že i při clonovém čísle 4 vychází průměr clony (tudíž i objektivu) 75 mm - což znamená velký, těžký a drahý objektiv.

Princip reciprocity času a clony

Z logiky věci vyplývá, že pokud např. zdvojnásobíte množství světla změnou clony nebo totéž docílíte změnou expozičního času, je to jedno a výsledek je tentýž. Proto se můžete téměř 100% spolehnout na reciprocitu (záměnnost) účinku změny clony a expozičního času. Z hlediska expozice je tedy zcela lhostejné, jestli exponujete clonou f/2.0 a časem 1/500 nebo clonou f/2,8 a časem 1/250. Reciprocita selhává pouze v krajních případech - extrémně krátké časy a naopak extrémně dlouhé časy (desítky vteřin). Tam je třeba potom kompenzovat různé fyzikální efekty filmů. U digitálních fotoaparátů tyto kompenzace nebývají nutné. Přesné informace je obtížné zjistit, protože výrobci CCD nebo CMOS chipů tyto informace neposkytují. Vzhledem ale k velmi lineárnímu chování těchto chipů lze usuzovat, že reciprocita platí v celém rozsahu bez výjimek.

ISO citlivost

Třetím způsobem jak ovlivnit expozici je změnit citlivost senzoru/filmu. Čím vyšší citlivost, tím menší množství světla stačí ke správné expozici. Citlivost se udává v jednotkách ISO a opět sousední hodnota na stupnici ISO mění citlivost vždy 2x. Typická stupnice ISO je:

..., 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, ...

Pokud zvýšíme ISO citlivost např. 2x (z ISO=100 na ISO=200), ke stejné expozici stačí poloviční množství světla. Můžeme tedy zkrátit čas na polovinu nebo zvýšit clonové číslo na o 1 vyšší. Velkou výhodou digitálních fotoaparátů je fakt, že je možné snadno nastavovat ISO, klidně i pro každý snímek jinak. V klasické fotografii to znamená vyměnit film, což je v praxi velmi nepraktické.

Expoziční hodnota (Exposure Value, EV)

Ve fotografické praxi je expoziční hodnota absolutní veličina informující o množství světla vně fotoaparátu. Dá se zjistit z expozičního času, clonového čísla a ISO citlivosti, které vedou na výslednou středně šedou fotografii.

Sousední hodnoty EV mění faktor světla 2x (na polovinu nebo dvojnásobek). Zvýšení expozice o 1 EV zdvojnásobí množství světla dopadající na senzor nebo film, zatímco snížení expozice o 1 EV ho sníží na polovinu. Z uvedeného vyplývá, že expozice má opět logaritmický charakter, což perfektně odpovídá lidskému vnímání světla.

EV = 0 znamená expozici časem 1 vteřina při cloně f/1 a ISO=100 (světla je tudíž málo), kdežto např. EV = 11 znamená expozici časem 1/30 při cloně f/8 a ISO=100 (světla je tudíž dost). Čím větší EV, tím je na scéně více světla a je mu možné se více bránit při vstupu do objektivu (vyšším clonovým číslem, kratším časem nebo nižším ISO).
 

expoziční čas (sec) přírůstek EV   clonové číslo přírůstek EV   ISO přírůstek EV
1 0   1.0 0   50 1
1/2 1   1.4 1   100 0
1/4 2   2.0 2   200 -1
1/8 3   2.8 3   400 -2
1/15 4

+

4.0 4

+

800 -3
1/30 5   5.6 5   1600 -4
1/60 6   8 6   3200 -5
1/125 7   11 7      
1/250 8   16 8      
1/500 9   22 9      
1/1000 10   32.0 10      
1/2000 11   45.0 11      


Tabulka k zjištění EV hodnoty.
Jednoduše zjistěte přírůstek EV z expozičního času (např. 1/500 = 9 EV), přičtěte přírůstek EV z clonového čísla (např. clona f/ 8 = 6 EV) a přičtěte přírůstek EV z ISO (např. ISO=200 je -1 EV), celkové EV je tedy 9 EV + 6 EV - 1 EV = 14 EV. Expoziční hodnota (množství světla vně fotoaparátu) při 1/500sec, cloně f/8 a ISO 200 je tedy 14 EV.

 

Užitečná utilitka pro Vaše PC

Užitečný software - on-line EV kalkulátor - s laskavým svolením pana Miloslava Kukly si můžete stáhnout zde.

Trochu matematiky

Expoziční hodnoty v tabulce výše je možné vyjádřit jako dvojkový logaritmus expozičního času, druhé mocniny clonového čísla a ISO:
  EV = log2 (a2/t) - log2 (ISO/100)
      = log2 a2 + log2 (1/t) - log2 (ISO/100)
      = 2 * log2 a - log2 t - log2 (ISO/100)
kde a je clonové číslo a t je expoziční čas v sekundách.


  Metody měření expozice

Většina moderních fotoaparátů (zrcadlovek i kompaktů) má několik režimů měření expozice. Liší se v podstatě pouze plochou, kterou z celkové scény berou v úvahu pro změření expozice na střední šedou. Různé režimy se hodí při různých situacích:

Název podle
fy Canon
Částečné
(Partial)
Celoplošné se zdůrazněným středem
(Center-weighted Average)
Poměrové
(Evaluative)
Další používané názvy Bodové
(Spot)
- Zónové, maticové
(Multi-zone, Multi-segment, Matrix)
Symbol podle Canonu
Měřící charakteristika

Význam Expozici měří na velmi malé ploše (Canon kolem 9%, některé jiné fotoaparáty jen cca 1% až 3.5%) ve středu hledáčku. V podstatě bodové měření, které zjistí jas v jednom konkrétním místě scény. Měří na celé ploše hledáčku, upřednostňuje však ve významu střed (typicky 75%)  a okraje snímku bere do úvahy pouze  z cca 25%. Expozice se vypočítá na základě jednotlivých údajů z obdélníkových segmentů scény. Do úvahy se berou další faktory jako poloha zaostřovacího bodu, velikost a vzdálenost objektu, kontrast scény, barva a bůhví co ještě. Segmentů je obvykle od 3 do 35.
Použití  Při velkých rozdílech v jasu scény (protisvětlo), při úvahách nad kontrastem scény, při makrofotografii. Je-li hlavní objekt ve středu hledáčku a pokrývá-li jeho velkou plochu. Běžné použití.
Výhody Přesné. Jednoduché a celkem spolehlivé, dobře se provádějí kompenzace EV. Jednoduché - fotoaparát si vše rozhodne sám.
Nevýhody  Problematické pro běžné a "bezmyšlenkovité" použití. Vyžaduje úvahy o kontrastu scény. Nebezpečí přeexponování okolí hlavního objektu (např. nebe, voda atp.) Nikdo neví jak to přesně funguje a proto se špatně dělají kompenzační úvahy.

 

Zpět nahoru

Text a obrázky - copyright © 2013 ing. Roman Pihan.

Nemohou být použity či přetištěny bez svolení autora vyjma pro privátní a nekomerční použití.

 

 Mnohem více informací o DSLR, optice, expozici, ostření atd. najdete v knize Mistrovství práce s DSLR.