Люксметр
Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2012 г. ) |
Люксметр ) — это прибор , (или люксметр используемый для измерения количества света. В фотографии экспонометр — это экспонометр , соединенный с цифровым или аналоговым калькулятором, который отображает правильную выдержку и число f для оптимальной экспозиции с учетом определенной ситуации освещения и светочувствительности пленки . Точно так же экспонометры используются в области кинематографии и сценического дизайна , чтобы определить оптимальный уровень освещенности для сцены.
Люксметры также используются в общей области проектирования архитектурного освещения для проверки правильности установки и работы системы освещения зданий, а также для оценки уровней освещенности для выращивания растений.
Если люксметр дает показания в люксах , его называют люксметром . [1]
Эволюция
[ редактировать ]- Измеритель вымирания Леуди [2]
- Метрофот
- Норвуд Директор
Модель № 56646 - Норвуд Директор
Пэт. 2 214 238 - Секоник "Твинмейт" L208
- Измеритель Voigtlander VC
- Кодалюкс
- Тессина Метр
- Leica IIIC с Voigtlander VC Meter II
- Секоник Л-358 «Флэш Мастер»
Актинометры
[ редактировать ]Самые ранние экспонометры назывались актинометрами (не путать с одноименным научным прибором ), впервые разработанные в конце 1800-х годов, после того как стали доступны коммерческие фотографические пластинки с постоянной чувствительностью. В этих фотографических актинометрах использовалась светочувствительная бумага; фотограф измерял время, необходимое для того, чтобы бумага потемнела до контрольного значения, обеспечивая входные данные для механического расчета выдержки и диафрагмы для заданного номера пластины. [3] : 69 Они были популярны примерно между 1890 и 1920 годами. [4]
Типы вымирания
[ редактировать ]Следующие экспонометры, разработанные примерно в то же время, но не вытеснившие актинометры по популярности до 1920-х и 1930-х годов, известны как , экспонометры оценивающие правильные настройки экспозиции по переменному затуханию. [4] Один тип измерителя экстинкции содержал пронумерованный или буквенный ряд фильтров нейтральной плотности с возрастающей плотностью. Фотограф располагал экспонометр перед объектом и отмечал фильтр с наибольшей плотностью, который все еще пропускал падающий свет. В другом примере, который с начала 1900-х годов продавался под названием «Актино-фотометр Хейде», фотограф смотрит на сцену через окуляр и поворачивает экспонометр, чтобы изменять эффективную плотность до тех пор, пока сцену не перестанут видеть. [6] Буква или цифра, соответствующая силе фильтра, вызывающей «затухание» сцены, использовалась в качестве индекса в таблице соответствующих комбинаций диафрагмы и выдержки для данной скорости пленки . [3] : 72
Измерители экстинкции имели тенденцию давать противоречивые результаты, поскольку они зависели от субъективной интерпретации и светочувствительности человеческого глаза , которая может варьироваться от человека к человеку. [7]
Фотоэлектрические типы
[ редактировать ]Позже [ когда? ] Измерители устранили человеческий фактор и основывались на технологиях, включающих селеновые , CdS и кремниевые фотодетекторы .
В селеновых и кремниевых люксметрах используются фотоэлектрические датчики : они генерируют напряжение, пропорциональное освещенности. Селеновые датчики генерируют достаточное напряжение для прямого подключения к счетчику; для работы им не нужна батарея, и это делало их очень удобными в полностью механических камерах. Однако селеновые датчики не могут точно измерять слабую освещенность (обычные лампочки могут выдерживать их почти до предела) и вообще не способны измерять очень слабый свет, например, свет свечей, лунный свет, звездный свет и т. д. Кремниевые датчики нуждаются в схеме усиления и источнике питания, таком как в качестве батареек для работы. В люксметрах CdS используется фоторезисторный датчик, электрическое сопротивление которого изменяется пропорционально освещенности. Для их работы также требуется аккумулятор. В большинстве современных люксметров используются кремниевые или CdS-сенсоры. Индикация экспозиции осуществляется либо игольчатым гальванометром , либо на ЖК- экране.
Многие современные потребительские фото- и видеокамеры оснащены встроенным измерителем, который измеряет уровень освещенности всей сцены и на основе этого может приблизительно измерить соответствующую экспозицию. Фотографы, работающие с контролируемым освещением, и кинематографисты используют портативные люксметры для точного измерения света, падающего на различные части объектов, и используют подходящее освещение для получения желаемых уровней экспозиции.
Измерения отраженного и падающего света
[ редактировать ]Экспонометры обычно делятся на типы отраженного света или падающего света, в зависимости от метода, используемого для измерения сцены.
Измерители отраженного света измеряют свет сцены , отраженный от снимаемой . Все встроенные в камеру экспонометры являются экспонометрами отраженного света. Измерители отраженного света откалиброваны так, чтобы показывать соответствующую экспозицию для «средних» сцен. Необычная сцена с преобладанием светлых цветов или зеркальных бликов будет иметь более высокий коэффициент отражения; измеритель отраженного света, снимающий показания, неправильно компенсирует разницу в отражательной способности и приведет к недодержке. Сильно недоэкспонированные фотографии заката являются обычным явлением именно из-за этого эффекта: яркость заходящего солнца обманывает экспонометр камеры, и, если логика камеры или фотограф не позаботятся о компенсации, изображение будет сильно недоэкспонированным и тусклым.
Этой ловушки (но не в случае заходящего солнца) можно избежать с помощью измерителей падающего света , которые измеряют количество света , падающего на объект, с помощью рассеивателя с плоским или (чаще) полусферическим полем зрения, расположенным поверх источника света. датчик. Поскольку показания падающего света не зависят от отражательной способности объекта, это с меньшей вероятностью приведет к неправильной экспозиции для объектов с необычным средним коэффициентом отражения. Для измерения падающего света необходимо поместить измеритель в положение объекта и направить его в общем направлении камеры, что не всегда достижимо на практике, например, в пейзажной фотографии, когда расстояние до объекта приближается к бесконечности.
Еще один способ избежать недо- или переэкспонирования объектов с необычной отражательной способностью — использовать точечный замер : специализированный замер отраженного света, который измеряет свет в очень узком конусе , обычно с круговым углом обзора в один градус . Опытный фотограф может измерить тени, средние и светлые участки сцены, чтобы определить оптимальную экспозицию, используя такие системы, как Zone System .
Многие современные камеры оснащены сложными многосегментными системами измерения, которые измеряют яркость различных частей сцены для определения оптимальной экспозиции. При использовании пленки, спектральная чувствительность которой не соответствует чувствительности экспонометра, например, ортохроматической черно-белой или инфракрасной пленки, измерителю могут потребоваться специальные фильтры и повторная калибровка для соответствия чувствительности пленки.
Существуют и другие типы специализированных фотографических люксметров. Вспышка используется при съемке со вспышкой для проверки правильности экспозиции. Цветомеры используются там, где требуется высокая точность цветопередачи. Денситометры используются при фотографическом воспроизведении.
Калибровка экспонометра
[ редактировать ]В большинстве случаев измеритель падающего света записывает средний тон как средний тон, а измеритель отраженного света записывает все, что измеряется , как средний тон. То, что представляет собой «средний тон», зависит от калибровки измерителя и ряда других факторов, включая обработку пленки или преобразование цифрового изображения.
Калибровка измерителя устанавливает взаимосвязь между освещением объекта и рекомендуемыми настройками камеры. Калибровка фотоэкспонометров регулируется стандартом ISO 2720:1974 .
Уравнения воздействия
[ редактировать ]Для измерителей отраженного света настройки камеры связаны со чувствительностью ISO и яркостью объекта уравнением экспозиции отраженного света:
где
- относительное отверстие ( f-число )
- — время экспозиции (« выдержка ») в секундах
- это средняя яркость сцены
- это арифметическая скорость ISO
- — калибровочная константа измерителя отраженного света.
Для измерителей падающего света настройки камеры связаны со чувствительностью ISO и освещенностью объекта уравнением экспозиции падающего света:
где
- это освещенность
- — калибровочная константа измерителя падающего света
Калибровочные константы
[ редактировать ]Определение калибровочных констант было в значительной степени субъективным; ISO 2720:1974 гласит, что
Константы и должны быть выбраны путем статистического анализа результатов большого количества испытаний, проведенных для определения приемлемости для большого числа наблюдателей рядафотографий, для которых была известна экспозиция, полученных в различных условиях съемки и в диапазоне яркостей.
На практике различия в калибровочных константах среди производителей значительно меньше, чем можно было бы предположить из этого утверждения, и значения мало изменились с начала 1970-х годов.
ISO 2720:1974 рекомендует диапазон для от 10,6 до 13,4 сяркость в кд/м 2 . Два значения для широко используются: 12,5 ( Canon , Nikon и Секоник [8] ) и 14 ( Минолта , [9] Кенко , [9] и Пентакс ); разница между двумя значениями составляет примерно 1 ⁄ 6 EV .
Самые ранние эталоны калибровки были разработаны для использования с широкоугольными усредняющими измерителями отраженного света.( Джонс и Кондит, 1941 ). Хотя широкоугольный усредненный замер в значительной степени уступил место другим схемам чувствительности замера (например, точечному, центрально-взвешенному и многосегментному), значения для определенные для широкоугольного усреднения метры остались.
Калибровочная константа падающего света зависит от типа светоприемника. Распространены два типа рецепторов: плоские ( косинусные ) и полусферические ( кардиоидные ). Для плоского рецептора стандарт ISO 2720:1974 рекомендует диапазон от 240 до 400 при освещенности в люксах ; Обычно используется значение 250. Плоский рецептор обычно используется для измерения коэффициента освещения, измерения освещенности и иногда для определения экспозиции плоского объекта.
Для определения практической фотографической экспозиции более эффективным оказался полусферический рецептор. Дон Норвуд , изобретатель экспонометра падающего света с полусферическим рецептором, считал, что сфера является разумным представлением фотографического объекта. Согласно его патенту ( Норвуд, 1938 г. ), целью было
создать экспонометр, который по существу равномерно реагирует на свет, падающий на фотографируемый объект практически со всех направлений, что может привести к отражению света в камеру или другой фотографический регистр.
а измеритель предназначен для «измерения эффективной освещенности, получаемой в месте расположения объекта».
Для полусферического рецептора стандарт ISO 2720:1974 рекомендует диапазон от 320 до 540 при освещенности в люксах; на практике значения обычно находятся в диапазоне от 320 (Minolta) до 340 (Sekonic). Относительные реакции плоских и полусферических рецепторов зависят от количества и типа источников света; когда каждый рецептор направлен на небольшой источник света, полусферический рецептор с = 330 будет указывать на экспозицию примерно на 0,40 шага больше, чем на плоском рецепторе с = 250. При слегка измененном определении освещенности измерения с помощью полусферического рецептора показывают «эффективную освещенность сцены».
Калиброванная отражательная способность
[ редактировать ]Обычно утверждается, что измерители отраженного света калибруются по коэффициенту отражения 18%. [10] но калибровка не имеет ничего общего с отражательной способностью, как это должно быть видно из формул экспозиции. Однако некоторое представление об отражательной способности подразумевается при сравнении калибровки измерителей падающего и отраженного света.
Объединение уравнений воздействия отраженного и падающего света и их перестановка дает
Отражение определяется как
Однородный идеальный рассеиватель (соответствующий закону косинуса Ламберта ) яркости. излучает плотность потока ; тогда коэффициент отражения
Освещенность измеряется плоским рецептором. Несложно сравнить измерение падающего света с использованием плоского приемника с измерением отраженного света на равномерно освещенной плоской поверхности с постоянным коэффициентом отражения. Используя значения 12,5 для и 250 за дает
С из 14 коэффициент отражения составит 17,6%, что близко к показателю стандартной нейтральной тестовой карты с коэффициентом отражения 18%. Теоретически измерение падающего света должно совпадать с измерением отраженного света тестовой карты с подходящим коэффициентом отражения, перпендикулярным направлению к измерителю. Однако тестовая карта редко представляет собой однородный рассеиватель, поэтому измерения падающего и отраженного света могут незначительно отличаться.
В типичной сцене многие элементы не плоские и расположены по-разному по отношению к камере, поэтому для практической фотографии полусферический рецептор обычно оказывается более эффективным для определения экспозиции. Используя значения 12,5 для и 330 за дает
С немного измененным определением коэффициента отражения этот результат можно считать показателем того, что средний коэффициент отражения сцены составляет примерно 12%. Типичная сцена включает в себя затененные области, а также области, которые получают прямое освещение, и широкоугольный усредняющий измеритель отраженного света реагирует на эти различия в освещении, а также на различную отражательную способность различных элементов сцены. Средняя отражательная способность сцены тогда будет равна
где «эффективная освещенность сцены» измеряется измерителем с полусферическим рецептором.
ISO 2720:1974 требует, чтобы калибровка отраженного света измерялась путем наведения приемника на просвечиваемую рассеянную поверхность, а калибровка падающего света измерялась путем наведения приемника на точечный источник в затемненной комнате. Для идеально рассеивающей тестовой карты и идеально рассеивающего плоского рецептора сравнение результатов измерения отраженного света и измерения падающего света справедливо для любого положения источника света. Однако реакция полусферического рецептора на внеосевой источник света примерно соответствует кардиоидной, а не косинусной , поэтому 12% «коэффициент отражения», определенный для измерителя падающего света с полусферическим рецептором, действителен только тогда, когда свет источник находится на оси рецептора.
Камеры с внутренними счетчиками
[ редактировать ]Калибровка камер с внутренними счетчиками регулируется стандартом ISO 2721:1982 ; тем не менее, многие производители указывают (хотя и редко указывают) калибровку экспозиции с точки зрения и многие калибровочные инструменты (например, многофункциональные тестеры камер Kyoritsu-Arrowin). [11] ) используйте указанный для установки параметров теста.
Определение воздействия с помощью нейтральной тестовой карты
[ редактировать ]Если сцена значительно отличается от среднестатистической сцены, усреднение широкоугольного измерения отраженного света может не указать правильную экспозицию. Чтобы смоделировать усредненную сцену, заменяющее измерение иногда делается с помощью нейтральной тестовой карты или серой карты .
В лучшем случае плоская карта — это приближение к трехмерной сцене, и измерение тестовой карты может привести к недодержке, если не будет произведена корректировка. В инструкциях к нейтральной тестовой карте Kodak рекомендуется увеличить указанную экспозицию на Шаг 1 ⁄ для сцены с фронтальным освещением при солнечном свете. В инструкциях также рекомендуется держать тестовую карту вертикально и смотреть в направлении посередине между Солнцем и камерой; аналогичные указания также приведены в Профессиональном фотогиде Kodak . Комбинация увеличения экспозиции и ориентации карты дает рекомендуемые экспозиции, которые достаточно близки к тем, которые дает экспонометр с полусферическим рецептором при замере с внеосевым источником света.
На практике могут возникнуть дополнительные осложнения. Многие нейтральные тестовые карты далеки от идеально рассеянных отражателей, а зеркальные отражения могут привести к увеличению показаний счетчика отраженного света, что, если им следовать, приведет к недодержке. Возможно, в инструкции нейтральной тестовой карты включена поправка на зеркальные отражения.
Использование в освещении
[ редактировать ]также используются люксметры или светоприемники В освещении . Их цель – измерить уровень освещенности в помещении и выключить или уменьшить мощность светильников . Это может значительно снизить энергетическую нагрузку здания за счет значительного повышения эффективности его системы освещения. Поэтому рекомендуется использовать люксметры в системах освещения, особенно в помещениях, где нельзя ожидать, что пользователи будут обращать внимание на ручное выключение света. Примеры включают коридоры, лестницы и большие холлы.
Однако существуют значительные препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы добиться успешного внедрения люксметров в системах освещения, из которых признание пользователей, безусловно, является наиболее значительным. Неожиданное или слишком частое переключение, а также слишком светлые или слишком темные помещения очень раздражают и тревожат пользователей помещений. Поэтому были разработаны разные алгоритмы переключения:
- алгоритм разницы, при котором освещение включается при более низком уровне освещенности, чем оно выключается, таким образом обеспечивая, чтобы разница между уровнем освещенности в состояниях «включено» и «выключено» не была слишком большой
- Алгоритмы временной задержки:
- с момента последнего переключения должно пройти определенное количество времени
- должно пройти определенное количество времени при достаточном уровне освещенности.
Другое использование
[ редактировать ]В научных исследованиях и разработках люксметр состоит из радиометра (электронного устройства/считывания), фотодиода или датчика (генерирует выходной сигнал при воздействии электромагнитного излучения/света) и фильтра (используется для изменения входящего света только для того, чтобы желаемая часть входящего излучения достигает датчика) и входную оптику с косинусной коррекцией (гарантирует, что датчик может точно видеть свет, поступающий со всех направлений).
Когда слово люксметр или фотометр используется вместо радиометра или оптометра, или часто предполагается, что система настроена так, чтобы видеть только видимый свет. Датчики видимого света часто называют датчиками освещенности или фотометрическими датчиками, поскольку они отфильтрованы так, чтобы быть чувствительными только к 400–700 нанометрам (нм), имитируя чувствительность человеческих глаз к свету. Насколько точно измеряет прибор, часто зависит от того, насколько хорошо фильтрация соответствует реакции человеческого глаза.
Датчик отправит на измеритель сигнал, пропорциональный количеству света, который достигает датчика после сбора оптикой и прохождения через фильтр. Затем измеритель преобразует входящий сигнал (обычно ток или напряжение) от датчика в показания калиброванных единиц, таких как фут-свечи (fc) или люкс (лм/м^2). Калибровка в ФК или люксах — вторая по важности характеристика люксметра. Он не только преобразует сигнал из В или мА, но также обеспечивает точность и повторяемость единиц измерения. Национального института стандартов и технологий Прослеживаемость (NIST) и аккредитация ISO/IEC 17025 — это два хорошо известных термина, которые подтверждают, что система имеет действительную калибровку.
Часть измерителя/радиометра/фотометра может иметь множество функций, включая:
Ноль: вычитает уровень окружающего/фонового освещения или стабилизирует измеритель в соответствии с рабочей средой.
Удерживать: замораживает значение на дисплее.
Диапазон: для систем, которые не являются линейными и имеют автоматическое определение диапазона, эта функция позволяет пользователю выбрать ту часть электроники измерителя, которая лучше всего обрабатывает используемый уровень сигнала.
Единицы измерения: для освещенности обычно используются только люксы и фут-свечи, но многие люксметры также можно использовать для УФ-, видимых и ИК-приложений, поэтому показания могут меняться на Вт/см^2, канделы, ватты и т. д.
Интегрировать: суммирует значения в дозу или уровень воздействия, т.е. люкс*сек или Дж/см^2.
Помимо множества функций, люксметр также может использоваться в различных целях. Они могут включать измерение других диапазонов света, таких как UVA, UVB, UVC и ближний ИК-диапазон. Например, люксметры UVA и UVB используются для фототерапии или лечения кожных заболеваний, бактерицидные радиометры используются для измерения уровня UVC ламп, используемых для дезинфекции и стерилизации, измерители яркости используются для измерения яркости вывески, витрины или выхода. Квантовые датчики PAR используются для измерения того, какая часть излучения данного источника света поможет растениям расти, а радиометры с УФ-отверждением проверяют, какая часть излучения света эффективна для отверждения клея, пластика или защитного покрытия.
Некоторые люксметры также имеют возможность отображать показания в различных единицах измерения. Люксы и фут-свечи являются общими единицами измерения видимого света, а также канделы, люмены и канделы на квадратный метр. В сфере дезинфекции УФ-излучение обычно измеряется в ваттах на квадратный сантиметр или в ваттах для данной отдельной лампы в сборе, тогда как системы, используемые в контексте отверждения покрытий, часто дают показания в джоулях на квадратный сантиметр. Таким образом, регулярные измерения интенсивности УФ-излучения могут служить гарантией надлежащей дезинфекции воды и поверхностей для приготовления пищи или надежной твердости покрытия окрашенных продуктов.
Хотя люксметр может представлять собой очень простой портативный инструмент с управлением одной кнопкой, существует также множество передовых систем измерения освещенности, доступных для использования в самых разных приложениях. Их можно встроить в автоматизированные системы, которые могут, например, протирать лампы начисто при обнаружении определенного снижения мощности или запускать сигнализацию в случае выхода лампы из строя.
См. также
[ редактировать ]- Селенометр
- Фотометр | Фотодетектор
- Колориметрия | Фотометрия | Радиометрия
- Значение света
- Фотоумножители для обнаружения света на очень низких уровнях.
- с PIN-диодами для обнаружения падающего света. Твердотельные электронные устройства
Примечания
[ редактировать ]- ^ Словарь Мерриам-Вебстера - люксметр
- ^ «Леуди, 1934 год» . Ранняя фотография . Проверено 8 сентября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Фрапри, Фрэнк Р., изд. (1915). Секрет разоблачения . Практическая фотография. Том. 1. Бостон, Массачусетс: Американское фотографическое издательство . Проверено 8 сентября 2023 г.
В приборе Хейде призмы из синего стекла отсекают свет, отраженный от объекта. Смотрим в окуляр и поворачиваем более толстую часть призм (одну или обе, в зависимости от яркости объекта) в нужное положение до тех пор, пока детали тени не будут подавлены. С помощью таблиц можно легко найти необходимую экспозицию.
- ^ Jump up to: а б «Экспонометры» . Ранняя фотография . Проверено 8 сентября 2023 г.
- ^ «Дремо, 1931 год» . Ранняя фотография . Проверено 8 сентября 2023 г.
- ^ «Хейде Актино-Фотометр, 1904 год» . Ранняя фотография . Проверено 8 сентября 2023 г.
- ^ Данн, Джек Ф.; Уэйкфилд, Джордж Л. (1974). «3: Измерители вымирания» . Руководство по экспозиции (Третье изд.). Хартфордшир, Англия: Fountain Press. стр. 82–86. ISBN 0-85242-361-6 . Проверено 8 сентября 2023 г.
- ^ Технические характеристики люксметров Sekonic доступны на веб-сайте Sekonic в разделе «Продукция».
- ^ Jump up to: а б Konica Minolta Photo Imaging, Inc. покинула бизнес по производству фотоаппаратов 31 марта 2006 г. Права и инструменты для экспонометров Minolta были приобретены Kko Co, Ltd. в 2007 г.Технические характеристики счетчиков Kko по существу такие же, как и у эквивалентных счетчиков Minolta.
- ^ Некоторые авторы ( Ctein 1997 , 29) утверждают, что калиброванная отражательная способность ближе к 12%, чем к 18%.
- ^ Технические характеристики тестеров Kyoritsu доступны на веб-сайте CRIS Camera Services в разделе «Испытательное оборудование Kyoritsu».
Ссылки
[ редактировать ]- Ктейн. 1997. Постэкспозиция: передовые методы для фотопринтера . Бостон: Focal Press . ISBN 0-240-80299-3 .
- Компания Истман Кодак. Инструкции для карты нейтрального тестирования Kodak, 453-1-78-ABX. Рочестер: Компания Eastman Kodak.
- Компания Истман Кодак. 1992. Профессиональный фотогид Kodak . Номер публикации Kodak. Р-28. Рочестер: Компания Eastman Kodak.
- ИСО 2720:1974 . Фотоэкспонометры общего назначения (фотоэлектрического типа) — Руководство по техническим характеристикам продукции . Международная организация по стандартизации .
- ИСО 2721:2013 . Фотография — Пленочные фотоаппараты — Автоматическое управление экспозицией . Международная организация по стандартизации .
- Джонс, Лойд А. и HR Condit. 1941. Шкала яркости внешних сцен и правильный расчет фотографической экспозиции. Журнал Оптического общества Америки . 31:651–678 .
- Норвуд, Дональд В. 1938. Экспонометр. Патент США № 2214283, поданный 14 ноября 1938 г. и выданный 10 сентября 1940 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Проблема с люксметрами. В статье предполагается, что люксметр может показывать неправильные показания при измерении света, исходящего не от вольфрамового источника (т.е. флуоресцентного, металлогалогенного, натриевого, светодиодного и других типов).
- Замер экспозиции: связь освещения объекта с экспозицией пленки ( PDF ) Обсуждение калибровки измерителя и ее практического эффекта.
- Оценка яркости и освещенности ( PDF ) Руководство Kodak по использованию экспонометра камеры.
- Основные принципы измерения света. Статья журнала International Light Technologies об основных принципах.