Квадраты света способ выражения
Интенсивность направленного света можно измерить некоторой плотностью светового потока, зависящего от мощности (силы) источника света и расстояния от него. Когда говорят об освещенных объектах, подразумевают количественную величину освещенности, которая выражается через отношение плотности светового потока к единице площади.
Освещённость в системе СИ измеряется величиной люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр). Освещенность измеряется ручным экспонометром. Как мы уже знаем для одной и той же освещенности можно подобрать несколько различных комбинаций экспотройки.
В отличие от освещённости, количество света, отражённого поверхностью, называется светимостью (luminance). Именно светимость замеряется встроенным экспонометром. Но часто фотографы говорят, что экспонометр замеряет освещенность сцены. Строго говоря, речь в этом случае может быть только о ручных экспонометрах, но поскольку все понимают, о чем речь, думаю, что можно смириться с этим и не быть занудой.
Вообще освещенность предмета (объекта) это некая усредненная величина для множества точек поверхности, которые могут быть освещены с разной величиной, находясь на разном расстоянии от источника света.
Освещенность фотографируемого объекта влияет на яркость получаемого изображения. С точки зрения физики, а не субъективного восприятия, яркость — это отношение силы света, излучаемого (отражаемого) поверхностью объекта, к площади его проекции на плоскости изображения. Измеряется в канделах на квадратный метр. Вообще можно говорить, как о яркости изображения, так и о яркости источника света, ошибки в этом не будет. В фотографии просто общепринято говорить о яркости как о яркости изображения, а яркость объекта (источника) называть освещенностью. Яркость изображения никогда не превосходит яркости (освещенности) источника.
Уменьшение общей освещённости изменяет соотношение между яркостями светов и теней: яркость светов убывает быстрее, чем теней. Это происходит за счёт некоторого освещения теней рассеянным светом, возникающим по причине дифракции. Таким образом, уменьшение общей освещённости вызывает одновременно и уменьшение контраста.
Насколько (в стопах) необходимо изменить параметры экспозиции при перемещении объекта относительно источника света (от него или наоборот ближе к нему)? На этот вопрос отвечает закон (или правило) обратных квадратов. Условимся, что источник света всегда светит с постоянной мощностью (хотя в реальной жизни это не всегда так) равной 100%. Чем дальше объект отодвигается от источника, тем меньше света он получает. Под мощностью источника света будем понимать не его потребляемую энергию, а интенсивность свечения.
Представьте, что от точечного источника исходит свет сферой под углом 45 градусов. На расстоянии в 1 метр от источника мы получим освещенную сферу радиусом в 1 метр (т.к. угол 45 градусов). Вспомним формулу площади сферы: 4*Пи*(Радиус в квадрате) или в нашем примере будет 4*Пи*(1м в квадрате). Еще через метр мы получим сферу радиусом в 2 метра и её площадь будет уже 4*Пи*(2м в квадрате). Площадь, в сущности, характеризует падение интенсивности света, и мы можем на этом примере получить вывод, что при увеличении расстояния в два раза, интенсивность падает в четыре раза. Или в общем случае: падение интенсивности света пропорционально квадрату расстояния от источника света. Соответственно, значение интенсивности света обратно пропорционально квадрату расстояния от его источника.
Соответственно, освещенность объекта также обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света и прямо пропорциональна силе (мощности) источника света.
Рассмотрим несколько примеров:
1. При сокращении расстояния от источника света в два раза, интенсивность увеличится в 4 раза.
2. При увеличении расстояния в три раза интенсивность упадет в 9 раз!
3. При уменьшении расстояния на одну треть (в 4/3 раза), интенсивность увеличится в 2,25 раз
4. При увеличении расстояния на одну треть (в 4/3 раза), интенсивность уменьшится в 0,56 раз
5. При увеличении расстояния на четверть, интенсивность уменьшится в 0,64 раз
Характерно, что чем дальше от источника света, тем падение происходит медленнее и если интенсивность в процентном выражении через каждую единицу расстояния (отнюдь не метр, эта единица зависит от мощности источника), получится следующий ряд:
100%; 25%; 11%; 6%; 4%; 3%; 2%; 2%; 1%; 1%; .
То есть на некотором расстоянии интенсивность света при удалении начнет изменяться на незначительную величину.
Отсюда можно сделать полезные практические выводы. Возьмем съемку в ночном клубе в условиях ограниченного освещения со вспышкой. Если вы видите, что в кадре фон прорисован хорошо, а объект слегка пересвечен, можно понизить мощность вашей вспышки, а можно просто отойти назад. А вот насколько нужно отойти, это зависит от того, насколько близко вы находитесь к объекту и насколько мощный был импульс вспышки. Замечу, что снимать нужно не в режиме ETTL, а в ручном.
Если вы снимаете группу людей со вспышкой (находящихся на разном расстоянии от вспышки) следует максимально отойти с целью одинаковой подсветки всех персон. Иначе с близкого расстояния ближайшие к вам люди будут скорей всего пересвечены, а стоящие позади недосвечены.
В физике закон обратных квадратов утверждает, что значение некоторой физической величины в данной точке пространства обратно пропорционально квадрату расстояния от источника поля, которое характеризует эта физическая величина.
Интенсивность света — это энергия, приходящаяся на единицу площади в единицу времени.
Интенсивность (не путать с мощностью!) света, исходящего от точечного источника обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника.
В качестве подтверждения этой теории приведу пример: интенсивность солнечных лучей на орбите Меркурия составляет 9140 Вт на квадратный метр, а на орбите Земли (на ту же площадь) лишь 1370 Вт — трёхкратное увеличение расстояния влечёт девятикратное уменьшение интенсивности солнечных лучей.
Надо заметить, что правило обратных квадратов может быть применено только для точечных источников света. Точечным источником принято считать любой источник, для которого расстояние до объекта существенно больше пяти его диаметров. Например, широко распространённые в офисных помещениях лампы дневного света не являются точечными источниками, и поэтому к ним нельзя применять правило обратных квадратов, в отличие от большинства других источников искусственного излучения света. Также вряд ли можно использовать это правило для студийных осветителей типа софтбокс или отражающих зонтов. Но на практике люди, работающие с осветительным оборудованием, все равно используют это правило, пренебрегая характеристиками отражения, рассеивания и т.п.
Домашнее задание
В условиях плохой освещенности, например, в темной комнате, поставьте объект (например вазу) и осветите его настольной лампой с расстояния 1 метр. Поставьте камеру на штатив и определите стандартную экспозицию. Затем отодвиньте лампу назад ровно на 1 метр и проследите насколько упадут показания экспозамера. Поэкспериментируйте с разными расстояниями.
Источник
Квадраты света способ выражения
Геометрическая оптика — раздел оптики, в котором законы распространения света в прозрачных средах рассматриваются с точки зрения геометрии. Волновая оптика при λ → 0 переходит в геометрическую. Геометрическая оптика оперирует понятием световых лучей, независимых друг от друга и подчиняющихся известным законам преломления и отражения.
Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется энергия излучения от источника света. Световому лучу в волновой оптике соответствует нормаль (перпендикуляр) к волновой поверхности.
Основные свойства лучей:
- они независимы друг от друга, т. е. не взаимодействуют друг с другом
- в однородной среде распространяются прямолинейно
Поверхность нормальная к лучам называется волновой поверхностью .
Если перед точечным источником света поместить экран с отверстием, то отверстие выделит в пространстве за экраном некоторый объем, внутри которого распространяется световая энергия, называемый — световым пучком .
Наблюдать можно лишь световые пучки, но не лучи, потому что световые лучи — это идеализация.
Волновой фронт — поверхность равной фазы.
Свойства волновых фронтов:
- в рамках ГО волновые фронты не пересекаются между собой
- через каждую точку пространства проходит волновой фронт, и причём только один.
Основные законы геометрической оптики
Закон прямолинейного распространения света : в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.
Существование тени, затмения
Точечный источник света — размеры которого малы по сравнению с расстоянием, на которое распространяется свет. Протяженный источник — размерами нельзя пренебречь. Тень — область пространства, куда не попадает свет от источника. Полутень — это область пространства, освещенная некоторыми из имеющихся точечных источников света или частью протяженного источника.
Солнечное затмение
Лунное затмение
Закон независимости световых лучей: световые лучи (пучки световых лучей) могут пересекаться, не возмущая друг друга, и распространяться после пересечения независимо друг от друга.
Фотометрия
Фотометрия (от греч. photós — свет и греч. metréo — измеряю) – это раздел общей физики, занимающийся измерением света.
Основной величиной, которая позволяет судить о количестве излучения, является поток излучения (или мощность излучения):
Поток излучения (лучистый поток) Ф – это величина энергии, переносимой полем в единицу времени через данную площадку:
Поток излучения измеряется в ваттах: [Ф] = 1 Дж/с = 1 Вт
Плотностью потока электромагнитного излучения I называют отношение электромагнитной энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время Δt:
Плотность потока излучения в СИ выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2 ). Иногда эту величину называют интенсивностью волны.
Плотность потока излучения можно выразить через скорость его распространения. Выберем поверхность площадью S, перпендикулярную лучам, и построим на ней как на основании цилиндр с образующей cΔt. Объем цилиндра ΔV = ScΔt. Энергия электромагнитного поля внутри цилиндра равна произведению плотности энергии на объем: ΔW = wcΔtS. Вся эта энергия за время Δt пройдет через правое основание цилиндра.
Плотность потока излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.
Зависимость плотности потока излучения от расстояния до точечного источника
Энергия, которую переносят электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, передаваемая через поверхность единичной площадки за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.
Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь поверхности сферы S = 4πR 2 . Если считать, что источник по всем направлениям за время Δt излучает суммарную энергию ΔW, то
Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.
Зависимость плотности потока излучения от частоты
Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении заряженных частиц. Напряженность электрического поля Е и магнитная индукция В электромагнитной волны пропорциональны ускорению а излучающих частиц. Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты. Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция также пропорциональны квадрату частоты:
Е ∼ а ∼ ω 2
В ∼ а ∼ ω 2
Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля. Энергия магнитного поля, как это можно показать, пропорциональна квадрату магнитной индукции. Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей. С учетом формулы плотность потока излучения
I ∼ w ∼ (Е 2 + В 2 )
Так как Е ∼ ω 2 и В ∼ ω 2 , то
Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты.
Световой поток – мощность, переносимую излучением в заданном направлении через некоторую поверхность за единицу времени.
Сила света (Iv) – мощность светового потока, определяемая внутри конкретного телесного угла. Из этого понятия следует, что под данным параметром подразумевается не весь имеющийся в пространстве свет, а лишь та его часть, которая излучается в определенном направлении.
Количественно равна отношению светового потока, распространяющегося внутри элементарного телесного угла, к этому углу.
Для точечного источника световой поток по всем направлениям одинаковый, поэтому сила света одинакова по всем направлениям и равна:
Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): кандела (кд).
Сила света различных источников:
| Источник | Мощность, Вт | Примерная сила света, кд |
|---|---|---|
| Свеча | 1 | |
| Современная (2010 г.) лампа накаливания | 100 | 100 |
| Обычный светодиод | 0,015..0,1 | 0,005..3 |
| Сверхъяркий светодиод | 1 | 1. 30 |
| Сверхъяркий светодиод с коллиматором | 1 | 1500 |
| Современная (2010 г.) люминесцентная лампа | 22 | 120 |
| Солнце | 3,9·10 26 | 3·10 27 |
Чувствительность глаза к различным длинам волн
Освещенность — это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. С световая величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади.
Единица освещенности люкс, (лк) имеет размерность люмен на квадратный метр (лм/м 2 ).
Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:
Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхность.
Освещенность через силу света:
 |
 |
 |
