ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт педагогики, психологии и социологии

Кафедра «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

РЕФЕРАТ

На тему:

«Освещение, основные свойства света, светофильтры»

Красноярск 2009

Освещение

Все видимые нами изображения – от биологических, фотохимических до электромагнитных обязаны своим происхождением одному источнику энергии. Эта небольшая часть спектра электромагнитного излучения с интервалом длин волн от 0,44 до 0,70 мкм называется видимым светом.

Свет, являясь одним из видов электромагнитных колебаний, таких, как электрические волны или радиоволны, отличается от них меньшей длиной волны. Он испускается телами отдельными прерывистыми порциями – квантами (фотонами). За единицу длины волны видимых излучений принят нанометр (нм), равный одной миллионной доле миллиметра. В качестве единицы измерения волн меньшей длины принят ангстрем (А), равный одной десятой доле нанометра. Волны большой длины измеряют в микрометрах (мкм). Один микрометр равен тысячной доле миллиметра.

Попадая на сетчатую оболочку глаза, энергия света вызывает зрительное ощущение в виде яркостей и цветов. Воздействуя на светочувствительный фотоматериал, энергия света, вызывая фотохимическую реакцию, преобразуется в изображение. Но эти две системы различно «видят» свет. Наши глаза и мозг стремятся скорректировать, приспособиться к особенностям освещения. В отличие от биологического изображения картинки, зарегистрированные фотографическими системами, фиксируют освещение таким, какое оно есть на самом деле, со множеством нюансов, «не видимых» глазом и мозгом человека.

Свет по своей природе значительно более сложен и изменчив, чем может предположить человек, незнакомый со свойствами света. Без понимания природы света и освещения нельзя достичь мастерства в фотографии.

Техническая, экспозиционная функция света еще не главное в фотографии. Свет как освещение в фотографии помогает решить целый ряд изобразительных задач. Хорошо организованное освещение помогает передать объем, форму, фактуру предмета. С помощью света решаются задачи композиции, выделяется главное и уводится на второй план второстепенное. В цветной фотографии цвет светового потока создает колорит снимаемой композиции или объекта. Вообще, надо отметить, что вопросы композиции в фотографии – это большая тема для отдельного разговора.

Основные свойства света

Наиболее понятной для человеческого глаза характеристикой освещенности является яркость освещенной поверхности, или сила света. Опытный фотограф без особого труда достаточно точно оценивает степень освещенности, трудность представляет лишь оценка искусственного освещения.

Теоретически на земле максимальный уровень естественной освещенности достигается в полдень во время летнего солнцестояния на экваторе, и то только в верхних слоях атмосферы. Влажность, загрязнение, облачность, отражение от слоев воздуха с различной температурой и многие-многие другие факторы в реальных условиях значительно снижают уровень освещенности. Диапазон силы света простирается от яркого солнечного света на экваторе до безлунной ночи в глубине горного ущелья. При таких огромных «крайностях» характер освещения варьируется от яркого точечного «луча» до «пасмурного» рассеянного света. Некоторые источники света могут показаться простыми и однообразными по характеру освещения, но это только на первый взгляд. Солнце, например, на чистом голубом небе является точечным источником света, но в то же время это гигантский источник рассеянного бледно-голубого света при пасмурной погоде. Характер освещения зависит от величины источника света и расстояния от него до объекта и направления светового потока. Соотношение между линейными размерами источника света, расстоянием от источника света и направлением светового потока можно выразить следующим образом: если линейные размеры излучающего свет тела близки или. равны расстоянию от источника до объекта съемки, то освещенность объекта будет носить мягкий, светотональный характер. Если же линейные размеры источника света в десятки раз меньше расстояния от него до объекта съемки, такое освещение можно считать направленным светотеневым. При этом нужно учитывать, что изменение освещенности обратно пропорционально квадрату изменения расстояния. Так, если расстояние между осветителем и объектом съемки увеличить вдвое, то освещенность объекта уменьшится вчетверо.

Ниже приводятся примерные характеристики освещения при различных соотношениях линейных размеров источника света и расстояния до объекта съемки:

а) мягкое светотональное освещение без четко выраженных теней 1:1;

б) мягкое освещение с едва выраженными размытыми тенями от 1:1 до 1:3;

в) мягкое освещение с плавными переходами от света к теням от 1:3 до 1:6;

г) достаточно контрастное освещение с нечеткими контурными тенями от 1:6 до 1:10;

д) контрастное освещение с четкими границами тени 1:10.

Поверхность практически всех предметов поглощает свет, отражая лишь небольшую его часть. Это следует учитывать во время съемки.

Средняя отражающая способность некоторых поверхностей в процентах

Номер	Поверхность	Средняя отражательная способность, %
1	свежевыпавший снег	99
2	окись магния	96
3	окись цинка	95
4	свежевыбеленная стена	90
5	белая бумага	80
6	белая ткань	80
7	снег лежалый	75
8	эмаль фарфоровая матовая	70
9	полотно белое	70
10	краска белая масляная, эмалевая	65
11	краска алюминиевая	60
12	полотно темное	50
13	лес сосновый свежестроганый	45
14	кирпич белый силикатный	35
15	кожа светлого человека	33
16	тальк светлый сухой	32
17	кожа смуглого человека	25
18	бетон сухой	20
19	песок сухой	20
20	кирпич красный	20
21	каменная дорога сухая	20
22	каменная дорога мокрая	15
23	солома желтая	15
24	грунтовая проселочная дорога	15
25	старый деревянный дом	14
26	мокрый песок	14
27	асфальт сухой	12
28	листва зеленых деревьев	10
29	трава зеленая	10
30	чернозем вспаханный, сухой	4
31	чернозем вспаханный сырой	2
32	ткань темно-серая	5
33	мокрый асфальт	2,5
34	черное сукно или шерсть	1,2
35	черный бархат	0,6
36	черный мех	0,4
37	сажа	0,3

Некоторые источники искусственного света излучают свет, мерцая. Например, люминесцентные лампы с большой частотой чередуют моменты света и темноты. Глаза и мозг человека этого не улавливают, но фотопленка фиксирует эти моменты при очень коротких выдержках.

Свет является также источником цвета. Световые волны различной длины воспринимаются нами как разные цвета. Оттенки красного цвета образуют волны большой длины, а синие и фиолетовые цвета – это волны малой длины. Качество цветного изображения зависит от многочисленных факторов, но, пожалуй, наиважнейший из всех – спектральный состав освещения. Дневной свет состоит из смеси волн разной длины и воспринимается человеком как имеющий белый цвет. При восприятии искусственного освещения глаз адаптируется и свет ламп накаливания или ламп дневного света также воспринимается как белый. Почувствовать глазом желтоватый оттенок, например, ламп накаливания мы можем, сравнив его с другим типом освещения. Фотопленка всегда «видит» то, что есть на самом деле. Для количественного и качественного анализа смеси белого света существует понятие цветовой температуры.

Цветовая температура характеризует спектральный состав лучистой энергии и выражается температурой, до которой необходимо нагреть абсолютно черное тело в градусах абсолютной шкалы, когда видимое излучение его будет иметь такой же спектральный состав, что и данный источник света. Абсолютная температура выражается в градусах Кельвина (К) и отсчитывается от абсолютного нуля, соответствующего минус 73 градусам по шкале Цельсию.

Для того чтобы цвета на фотопленке передавались так же, как их видит глаз, необходимо учитывать спектральный состав освещения и в соответствии с ним подбирать тот или иной тип фотопленки. Глаз компенсирует изменения цветовой температуры в пределах 3000-10000 К, а фотопленка таким свойством не обладает.

Если цветовая температура источника света выше той, для которой сбалансирована фотопленка, изображение приобретает холодный голубоватый оттенок, и наоборот, если цветовая температура источника света ниже, на снимке будут преобладать теплые желтоватые оттенки.

В свободной продаже вы найдете фотопленки, сбалансированные для съемки при дневном свете (5500 – среднее значение) и для съемки при лампах накаливания (3200-3500°К).

Люминесцентные лампы представляют собой стеклянные трубки, наполненные парами ртути. При прохождении электрического заряда ртуть испускает ультрафиолетовые лучи, в свою очередь это излучение возбуждает нанесенные на внутреннюю поверхность стеклянной трубки люминофоры, излучение которых приходится на видимую часть спектра. Природа этого возбуждения такова, что люминофоры (фосфоры) излучают дискретный набор спектральных полос, расположенных на фоне непрерывного спектра. Грубо говоря, в невидимой нам части вполне белого света присутствуют «всплески» разного цвета в зависимости от состава люминофора. Использовать люминесцентное освещение в фотографии не стоит.

Цветовые температуры, соответствующие различным условиям освещения

Утреннее и вечернее сумеречное небо	2000 °К
Небо близ восходящего или заходящего солнца	2300–2400 °К
Солнце через час после восхода	3500 °К
Луна	4125 °К
Утреннее или вечернее солнце в ясном небе под углом больше 15 градусов над линией горизонта	3600 – 5000 °К
Солнце около полудня при легкой облачности	5100 – 5600 °К
Свет летнего полуденного солнца	5300 – 5700 °К
Свет полуденного солнца при легкой облачности	5700 – 5900 °К
Летнее солнце в зените в синем ясном небе	6000 – 6500 °К
Дневной свет неба при легкой высокой области	6700 – 7000 °К
Дневной свет неба при сильной облачности	7000 – 8500 °К
Дневной свет неба при слабой облачности	12000 – 14000 °К
Облачное небо в северной части	12000 – 25000 °К
Ясное голубое небо	15000 – 27000 °К

В фотографии существуют методики съемки при освещении, не совпадающем с тем, для которого изготовлена фотопленка. Для коррекции цветопередачи используют специальные конверсионные и коррекционные светофильтры. Производители светофильтров снабжают свою продукцию инструкцией с указанием сдвига в майредах (англ. mireds, от micro-reciprocal degrees). Чтобы получить числовую характеристику освещения в майредах, надо разделить 1000000 на цветовую температуру в Кельвинах. Дневной свет, в 5000°К соответствует 200 майредам. Свет лампы накаливания 3200°К это 313 майред. Таким образом, разница между дневным светом и светом ламп накаливания составляет +113 майред. Чтобы сбалансировать эту разницу, необходим светофильтр, обеспечивающий сдвиг – 113 майред.

Фильтры янтарного цвета имеют плюсовые значения, а фильтры синего цвета – минусовые. Ниже приведена таблица с характеристиками конверсиионных и коррекционных светофильтров.

Рано или поздно вы столкнетесь с ситуацией, когда понятие цветовой температуры станет для вас крайне актуальным. Практикующие фотографы быстро начинают понимать, какие фильтры нужно использовать в том или ином случае для исправления цветопередачи.

Таблица цветовой температуры искусственных источников света

Фотолампа с зеркальным рефлектором мощностью 250 – 500 Вт	3250 – 3500 °К
Фотолампа перекальная с зеркальным рефлектором мощностью до 1000 Вт	3600 – 4000 °К
Импульсная лампа-вспышка	3400 – 6500 °К
Лампа кинопроекционная	3300 – 3400 °К
Лампа прожекторная	3300 – 3500 °К
Лампа галогеновая	3300 – 3350 °К
Вспышка магния	3650 °К
Лампа дуговая	3700 – 5500 °К
Лампа люминесцентная типа ЛТБ	2800 °К
Лампа люминесцентная типа ЛБ	3500 ± 300 °К
Лампа люминесцентная типа ЛХБ	4300 ± 400 °К
Лампа люминесцентная типа ЛД	6750 ± 800 °К

Элементы светотени

Если наблюдать предмет, расположенный в лучах направленного освещения, можно увидеть образующиеся элементы светотени. Ярко освещенные поверхности, обращенные к источнику, это свет. На гладких, глянцевых, выпуклых поверхностях отражается источник света и это называется блик. Слабоосвещенные поверхности, на которые попадают скользящие световые лучи, называются полутоном. Он находится между светом и тенью. Те же участки предмета, которые не освещены прямыми или скользящими лучами, называются тенью. Различают два вида теней. собственные и падающие. Собственные тени расположены на неосвещенной части предмета. Падающие тени – это тени, отбрасываемые объектом. На предмет в теневой его части попадают отраженные световые лучи от других предметов. Некоторое высветление тени предмета называют рефлексом.

Элементы светотени как бы состоят из многих тонов, образуя гамму светотональных переходов. Это создает богатый светотональный рисунок, включающий в себя градацию от наиболее ярких тонов блика, до наименее ярких теней.

Освещение по своему характеру бывает направленное, рассеянное и комбинированное.

Направленное освещение образует на объекте съемки резко выраженные участки света, тени и бликов. Такое освещение выявляет только обращенные к источнику света поверхности, остальное остается в тени. Тени при таком освещении обычно глубокие, не показывающие фактуры и тона объекта. На свету же, напротив, фактуры и тона выявлены очень хорошо. Направленный свет от одного источника создает очень контрастное изображение, чего можно избежать, если, использовать несколько источников света или отражатели. В природе направленный свет – это прямой солнечный свет в безоблачную погоду.

Параметры коррекционных светофильтров

Таблица 1

Цвет	Номер	Изменение цветовой температуры (К)	Сдвиг в майредах	Фотопленка	Источник света	Увеличение экспозиции (в ступенях)
Синий	80А	3200–5500	-131	Дневной	Лампа	2
	80В	3400–5500	-112	Тот же	Фотолампа накаливания	1 2/3
Янтарный	85А	5500–3400	112	тип А	Фотолампа	2/3
	85В	5500–3200	131	тип В	Солнечный свет	2/3

Таблица 2

Цвет	Номер	Сдвиг в майредах	Увеличение экспозиции (в ступенях)
Синий	82С	-45	2/3
	82В	-32	2/3
	82А	-21	1/3
	82	-10	1/3
Желтый	81	9	1/3
	81А	18	1/3
	81В	27	1/3
	81С	35	1/3
	81D	42	2/3
	81EF	52	2/3

Рассеянное освещение равномерно распределяется по всей поверхности объекта, поэтому на нем отсутствуют четко выраженные тени, блики и рефлексы. Снимки, сделанные при рассеянном освещении, получаются малоконтрастными, форма и цвет предмета на них передаются тонами. Предметы выглядят как бы плоскими, невыразительными по форме. Такое освещение получается, если перед источником света установлен рассеиватель. В природе такое освещение можно наблюдать в пасмурную погоду, когда солнце скрыто облаками.

Сочетание направленного и рассеянного света называется комбинированным освещением. При комбинированном освещении можно добиться нормального контраста, правильного соотношения яркостей и создать впечатление объема объектов съемки.

Выделяют несколько видов освещения, или, как иногда говорят, света.

Источник света, образующий основной светотеневой рисунок, называется источником рисующего света. Независимо от общего количества осветительных приборов, используемых одновременно при съемке, источник рисующего света всегда один.

Включение или выключение этого источника света приводит к кардинальному изменению характера освещения. Включение или выключение всех прочих источников света при постоянно включенном источнике рисующего света не изменяет характера освещения.

Фотосъемка при одном источнике света производится крайне редко. Один источник света создает высокий контраст светотеневого рисунка и плохую проработку деталей в тенях. Поэтому в большинстве случаев наряду с источником рисующего света в освещении участвует еще один, задача которого – уменьшение контраста светотени, то есть в подсвечивании теневых участков объекта съемки. Свет от этого источника как бы заполняет тени, выявляя в них детали. Этот источник света называют заполняющим. Источник заполняющего света может излучать как направленный, так и рассеянный свет.

Для лучшего выявления формы объекта съемки или для того, чтобы дополнительно выделить детали, используют еще один источник света, так называемый моделирующий. Моделирующий свет представляет собой узкий направленный световой поток. Для создания моделирующего света используют световые приборы с различными системами линз и внутренние отражатели специальной формы.

Часто бывает, что объект съемки как бы сливается с фоном. Для создания светового контура вокруг объекта съемки используют еще один источник света – контровой.

Источники рисующего, заполняющего, моделирующего и контрового света создают идеальный светотеневой и светотональный рисунок объекта съемки, однако использовать все эти источники света одновременно совсем необязательно. Все зависит от задач, поставленных перед фотографом, и его творческих устремлений.

Существует еще один источник света, подчас просто необходимый в работе фотографа. Это источник фонового света. Его задача – равномерно осветить фон. Тональное отличие фона от контуров объекта съемки позволяет объемно выделить объект, отделить его от фона. Сам фон, его тональность и освещение могут стать элементами изображения и способствовать наилучшему раскрытию образа объекта съемки.

Съемка при естественном освещении

Работа фотографа на улице, когда главным источником света является солнце, осложняется быстрым изменением условий освещения. Особенно сильно изменение положения солнца над горизонтом и, соответственно, степени и характера освещенности влияют на цветную съемку.

В течение дня выделяют несколько периодов освещения. То время, когда солнце еще не поднялось над горизонтом и объекты видны как темные силуэты на фоне неба, называют периодом сумеречного освещения. Если в этот момент встать спиной к солнцу, то объекты будут выглядеть светлыми силуэтами на фоне темного, неосвещенного участка неба. Период такого эффектного освещения продолжается, пока солнце не поднимется над линией горизонта выше 15°. Для него характерны длинные тени от вертикально стоящих объектов и хорошее выявление деталей поверхностей этих объектов, освещенных гораздо сильнее горизонтальных.

Период, когда солнце поднимается на высоту от 15 до 60 над горизонтом, называется периодом нормального освещения. В это время освещение вертикальных и горизонтальных поверхностей примерно одинаково и создает выразительный светотеневой рисунок, особенно если тени подсвечиваются рассеянным светом неба. Эти условия рекомендуют для съемки портрета и архитектуры. Когда солнце поднимается на высоту выше 60° над горизонтом, наступает период зенитного освещения. Горизонтальные плоскости в это время освещены сильнее вертикальных, резко падает количество рассеянного света, что приводит к высокой степени контраста. В пасмурную погоду свет наиболее рассеян.

Несколько практических советов

1) Здания и другие архитектурные сооружения ограничивают подсветку теней рассеянным светом неба, создавая контраст, что впоследствии негативно скажется на качестве снимка.

2) Фотографируя человека или группу людей на фоне городского пейзажа или памятника архитектуры, старайтесь расположить их так, чтобы лица были освещены переднебоковым светом солнца.

3) Фотографируя людей на фоне освещенного солнцем здания, не стоит размещать их в тени здания. Фон как световое пятно не должен быть ярче объекта съемки.

4) Существенно влияют на освещение деревья. В солнечную погоду листья и ветви образуют множество бликов, которые затрудняют съемку. Освещенность под кронами деревьев сильно падает, одновременно снижая контрастность и создавая хорошее рассеянное освещение.

5) Надо помнить, что наше зрение не в состоянии уловить и правильно оценить степень быстро изменяющейся освещенности объекта съемки, и изменяющейся освещенности объекта съемки, и поэтому при съемке необходимо каждый раз с помощью экспонометра измерять освещенность и корректировать экспозицию. Особенно актуально это правило в утренние и вечерние час, когда солнце быстро меняет свое положение на горизонте.

• Получить на снимке портрет, хорошо проработанный во всех деталях, используя один источник света, почти невозможно, поэтому при съемке такого сложного объекта, как человеческое лицо, устанавливают несколько источников света.

• Источник рисующего света располагают, как правило, в передней полусфере по отношению к лицу так, чтобы фотографируемый человек мог его видеть, не изменяя положения головы в пространстве. Источник рисующего света всегда расположен выше или на уровне лица портретируемого и непосредственно перед ним по линии симметрии лица или же в пределах до 60-70 градусов вправо или влево. Это объясняется тем, что переднебоковое и несколько верхнее освещение наиболее привычно для нашего. глаза, вместе с тем оно наилучшим образом выявляет объемную форму лица. Наиболее ощутима взаимосвязь между формой лица и положением источника рисующего света при съемке в анфас, наименее – при съемке в профиль. Чем больше на лице выступает нос, чем глубже посажены глаза, тем ближе к оси симметрии лица должен находиться источник рисующего света. В практике съемки портрета выработан целый ряд приемов, позволяющих оптимальным образом установить источник рисующего света. Конечно, не стоит эти приемы принимать как догму, в конечном счете все зависит от творческого подхода к съемке.

• Если осветитель расположен на оси симметрии лица, его высоту следует определять по величине тени под носом – желательно, чтобы величина тени не превышала половины расстояния от носа до верхней губы. Также обратите внимание на затемнение глазных впадин: хорошо, если верхние веки освещены рисующим светом. Когда источник рисующего света расположен впереди сбоку, его высоту и положение в пространстве регулируют чаще всего так, чтобы тень от носа пересекала удаленную от источника света (теневую) щеку, оставляя на верхней ее части светлый блик. Некрасиво выглядят снимки, на которых. тень от носа пересекает. Линию губ, а глаза пропадают в тени надбровных дуг.

• Также очень важно взаимное расположение фотоаппарата и источника рисующего света. Если источник света и фотоаппарат расположены на одной плоскости на оси симметрии, то снимок получается плоский, не передающий объем и форму.

• Совсем другое дело, если фотоаппарат и источник света расположены в различных плоскостях по отношению к оси симметрии.

• В большинстве случаев вместе с источником рисующего света используют и источник заполняющего света. Для того чтобы видимые фотоаппаратом тени были хорошо заполнены светом, источник заполняющего света почти всегда размещают в непосредственной близости к объективу. Соотношение яркостей заполняющего и рисующего света при каждой съемке выбирается в соответствие с творческим замыслом и тональным решением снимка. Естественно, что при общей светлой тональности тени должны быть светлыми и прозрачными. Если же снимок строится на контрасте, то и тени будут глубокими и густыми. Важно помнить, что освещенность лица источником заполняющего света должна быть меньше освещенности, создаваемой источником рисующего света. Если светотеневой рисунок источника заполняющего света перебьет рисунок, созданный рисующим светом, то у носа, под подбородком и в других местах появятся по две тени. Если же мощность источника заполняющего света будет больше мощности рисующего света, они вообще могут поменяться местами и изменить изображение на снимке. Для того чтобы подчеркнуть форму головы и фигуры портретируемого, используют несколько источников моделирующего света. Их располагают таким образом, чтобы световой поток скользил по обращенному в сторону от фотоаппарата лицу. По направлению свет источников моделирующего света – верхнезаднебоковой. Мощность источников такого света чаще всего выбирается равной и несколько большей, чем мощность источников рисующего света.

• В некоторых случаях источников моделирующего света может быть недостаточно для обрисовки контуров всей головы и плеч портретируемого, особенно на темном фоне. В таких ситуациях используют источник контрового света, располагая его всегда выше головы, а в горизонтальной плоскости – на прямой линии, соединяющей фотоаппарат и объект съемки. Как и у моделирующего света, мощность контрового равна или несколько сильнее рисующего. Из-за того, что источники моделирующего и контрового света направлены в сторону фотоаппарата, во время съемки нужно следить за тем, чтобы лучи света от них не попали в объектив фотоаппарата. Для передачи пространственного объема, правильной экспозиции и настроения снимка важное значение имеет освещение фона. Источники фонового освещения как по направленности светового потока, так и по мощности могут быть различными, указать какие-то определенные, строгие правила невозможно, все зависит от поставленной перед фотографом творческой задачи. Можно лишь дать несколько рекомендаций общего характера. Неравномерное освещение светлого фона более объемно выделяет на этом фоне объект съемки. Фотографируя на таком фоне, следует располагать светлые участки объекта съемки на темном фоне. Интересный, своеобразный ритмический рисунок световых пятен фона хорошо помогает рассказать о предмете съемки, но не стоит увлекаться, в противном случае это отвлечет от главного. Темные предметы на светлом фоне зрительно воспринимаются человеком меньше своих истинных размеров, соответственно и наоборот. Так, человек в светлом костюме на темном фоне будет производить впечатление крупного и массивного. Лица с крупными, очень выраженными чертами производят более спокойное впечатление на притемненном, нейтральном фоне.