Экспозиция: теория

Правильная экспозиция критична для получения качественной фотографии. Вместе с тем суть экспозиции предельно проста. Экспозиция – это всего лишь количество света, попадающего на фотосенсор. Сам же процесс съёмки кадра иногда называют экспонированием.

Экспозицию можно уменьшить, а можно увеличить. Вот, собственно, и всё, на что вы можете повлиять. Меньшая экспозиция делает кадр темнее, большая – светлее. Недостаток экспозиции называется недодержкой, избыток – передержкой.

Экспозиция измеряется в экспозиционных числах или ступенях экспозиции (EV – exposure value). Изменение экспозиции на одну ступень означает изменение освещённости сенсора вдвое.

Экспозицию можно контролировать, варьируя два параметра – выдержку и диафрагму. Диафрагма, т.е. величина относительного отверстия объектива, определяет интенсивность светового потока, в то время как выдержка регулирует продолжительность экспонирования.

Диафрагма

Диафрагма – это устройство, позволяющее изменять размер отверстия, через которое свет проникает в камеру. Чем больше отверстие, тем больше света, и наоборот. Значение диафрагмы (диафрагменное число) определяется как отношение фокусного расстояния объектива к диаметру отверстия диафрагмы. Например, запись вида f/4 означает, что диаметр отверстия диафрагмы в четыре раза меньше фокусного расстояния объектива.

Диафрагменные числа образуют следующий ряд:

f/1; f/1,4; f/2; f/2,8; f/4, f/5,6; f/8; f/11; f/16; f/22; f/32; f/45; f/64.

Чем больше диафрагменное число, тем меньше относительное отверстие. Каждая ступень означает изменение освещённости вдвое, т.е. диафрагма f/11 пропускает в два раза меньше света, чем f/8, а f/2,8 – в два раза больше, чем f/4.

Помимо экспозиции, диафрагма также оказывает влияние на глубину резкости и на общее качество изображения.

Выдержка

Выдержка – это время, в течение которого затвор фотоаппарата находится в открытом состоянии, пропуская свет к матрице. Чем длиннее выдержка, тем дольше открыт затвор, тем больше света попадает в камеру. Как и в случае с диафрагмой, стандартные значения выдержек различаются вдвое. Вот они:

30 с.; 15 с.; 8 с.; 4 с.; 2 с.; 1 с.; 1/2; 1/4; 1/8; 1/15; 1/30; 1/60; 1/125; 1/250; 1/500; 1/1000; 1/2000; 1/4000; 1/8000.

Короткая выдержка способна останавливать движение на снимке, длинная же выдержка подчёркивает движение, размывая движущиеся объекты (подробнее – в статье «Выдержка»).

Экспопара и закон взаимозаместимости

Комбинация значений диафрагмы и выдержки, необходимая для экспозиции кадра называется экспопарой. Как выдержка, так и диафрагма позволяют независимо управлять количеством света, проникающего внутрь камеры. Увеличение выдержки или диафрагмы на один шаг удваивает количество света, т.е. добавляет одну ступень экспозиции. Напротив, уменьшение выдержки или диафрагмы уменьшает экспозицию. Например, экспопара f/5,6*1/30 даёт на две ступени большую экспозицию (т.е. пропускает в четыре раза больше света), чем f/8*1/60.

Представьте себе, что вы снимаете некий пейзаж, и экспонометр рекомендует вам использовать выдержку 1/125 с при диафрагме f/8. Однако для того, чтобы все планы пейзажа вышли на фотографии резкими, вы решаете прикрыть диафрагму с f/8 до f/16. Тем самым вы уменьшаете экспозицию на две ступени, и теперь, если вы решите сохранить выдержку 1/125 с, кадр окажется сильно недоэкспонированным. Для корректной экспозиции вам необходимо увеличить выдержку на те же две ступени, т.е. до 1/30 с.

Таким образом, одну и ту же экспозицию можно получить, используя различные сочетания выдержки и диафрагмы. Это явление называется законом взаимозаместимости (или законом Бунзена – Роско). Например, комбинация f/11*1/15 пропустит столько же света, сколько и f/4*1/125. Диафрагма уменьшилась на три ступени, а выдержка, напротив, на три ступени увеличилась.

Современные камеры позволяют изменять выдержку и диафрагму не только на целые ступени, но и на промежуточные значения – на половину или на треть шага, что необходимо для более точного экспонирования. Поэтому, сочетание вида f/6,3*1/80 вполне имеет право на существование.

Чувствительность ISO

Кроме выдержки и диафрагмы, для определения правильной экспозиции необходимо учитывать ещё один параметр – светочувствительность фотоматериала. Светочувствительность измеряется в условных единицах ISO (ИСО – Международная организация по стандартизации). Все фотоплёнки и сенсоры с одинаковой чувствительностью ISO при одинаковом уровне освещённости требуют одинаковой экспозиции.

Как и в случае с выдержкой и диафрагмой, значения ISO образуют логарифмический ряд: 100, 200, 400, 800, 1600 и т.д. Изменение чувствительности вдвое требует двукратного изменения экспозиции. Например, если при ISO 200 для съёмки некой сцены вам нужна экспопара f/11*1/30, то при увеличении ISO до 400 вам следует уменьшить экспозицию вдвое, т.е. взять f/11*1/60 или f/16*1/30.

Чувствительность ISO в отличие от выдержки или диафрагмы не является в строгом смысле параметром экспозиции, и непосредственно на экспозицию изменение ISO никак не влияет (отсюда, кстати, моя нелюбовь к т.н. «треугольнику экспозиции» – популярной нынче педагогической аналогии). Экспозиция – это количество света, попадающего в камеру, а количество света регулируется исключительно двумя описанными выше параметрами: выдержкой и диафрагмой. Повышение же ISO никак не может повлиять на количество света, попадающего в камеру, однако оно приводит к усилению электрического сигнала, формируемого фотосенсором, что, в свою очередь, даёт возможность пропорционально уменьшить экспозицию.

Цифровые камеры позволяют изменять светочувствительность сенсора от кадра к кадру, что весьма удобно. Это можно делать вручную, а можно предоставить камере возможность автоматически выбирать необходимое значение ISO. Более высокие значения позволяют использовать более короткие выдержки и снимать с рук в условиях слабой освещённости, но при этом ведут к ухудшению качества снимка, поскольку повышение чувствительности сенсора неизбежно повышает и уровень цифрового шума. Базовое значение ISO (чаще 100, реже 200) всегда обеспечивает наилучшее качество изображения, и потому следует избегать чрезмерного повышения ISO, если в этом нет необходимости. Что значит чрезмерного? Это зависит от характеристик конкретной камеры и от предпочтений конкретного фотографа. Опытным путём определите максимальное значение ISO, при котором уровень шума остаётся для вас приемлемым, и впредь не превышайте это значение.

Экспокоррекция

Современные фотоаппараты снабжаются встроенным экспонометром, который способен автоматически оценивать уровень освещённости и подбирать соответствующие значения параметров экспозиции. В случае если величина экспозиции, предлагаемая экспонометром, не устраивает фотографа, он может либо перейти в ручной режим и выставить экспозицию самостоятельно, либо, оставаясь в автоматическом режиме, воспользоваться экспокоррекцией. Экспокоррекция или компенсация экспозиции – это принудительное изменение экспозиции относительно значения, определяемого экспонометром. Положительная экспокоррекция заставляет камеру увеличить экспозицию на заданную величину, а отрицательная – уменьшить. Например, если экспонометр камеры в определённых условиях допускает передержку на одну ступень, вам следует применить экспокоррекцю в размере – 1 EV, чтобы получить нормально проэкспонированный кадр.

Режимы определения экспозиции

Большинство фотоаппаратов предлагают пользователю четыре стандартных режима определения экспозиции:

P – Режим программной линии (Program auto). Камера сама определяет оптимальные (с её точки зрения) значения выдержки и диафрагмы. Если предлагаемая экспопара вас не устраивает, вы можете сдвинуть программу, выбрав другое сочетание выдержки и диафрагмы, обеспечивающее ту же экспозицию. Закон взаимозаместимости в действии! Уменьшить или увеличить экспозицию можно с помощью экспокоррекции (+/-). P – оптимальный режим для начинающего фотографа. Я сам пользуюсь программным режимом, когда мне приходится снимать в спешке и у меня нет времени задумываться о таких мелочах, как выдержка или диафрагма.

A (или Av) – Приоритет диафрагмы (Aperture priority или Aperture value). Вы устанавливаете необходимое вам значение диафрагмы, а камера определяет соответствующую этому значению выдержку. Экспокоррекция влияет только на выдержку, но не изменяет значение диафрагмы. Режим приоритета диафрагмы – мой любимый режим. Для меня очень важно иметь постоянный контроль в первую очередь именно над диафрагмой, для управления глубиной резко изображаемого пространства.

S (или Tv) – Приоритет выдержки (Shutter priority или Time value). Всё наоборот – вы устанавливаете выдержку, а камера подбирает диафрагму. Этот режим менее гибок, чем предыдущий, поскольку диапазон значений диафрагмы всегда у́же диапазона скоростей затвора. Приоритет выдержки бывает весьма полезен при съёмке подвижных объектов.

M – Ручной режим. Здесь вы полностью контролируете ситуацию, устанавливая и выдержку и диафрагму по собственному желанию. Экспонометр камеры в данном случае только подсказывает правильную экспозицию, но не навязывает её фотографу. Этот режим удобен, прежде всего, при студийной съёмке, когда освещение не меняется от снимка к снимку, сами вы не спешите и вам нужен очень точный контроль над экспозицией. При работе со студийными вспышками режим M просто незаменим.

Многочисленные сюжетные режимы (портрет, пейзаж, спорт, макро и т.п.), а также полностью автоматический режим AUTO представляют собой всего лишь вариации на тему P, A или S с сильно урезанной функциональностью. Оставьте их для новичков. Если вы читаете эту статью, значит, вы способны освоить и традиционную четвёрку режимов определения экспозиции.

Способы экспозамера

В зависимости от ваших предпочтений экспонометр камеры может использовать один из трёх способов замера экспозиции:

Матричный (Оценочный) экспозамер оценивает освещённость всего кадра, учитывает уровень контраста и предлагает сбалансированную экспозицию. Я использую матричный экспозамер практически всегда. Если экспозиция меня не устраивает, я применяю экспокоррекцию (компенсацию экспозиции) и получаю то, что мне нужно.

Центровзвешенный экспозамер собирает информацию также со всего кадра, но при расчёте экспозиции приоритет отдаётся центральному участку, что может пригодиться, если вы захотите экспонировать кадр преимущественно по объекту, пренебрегая проработкой фона. Сам я никогда не использую этот способ, но это дело вкуса.

Точечный экспозамер учитывает освещённость лишь небольшой точки в центре кадра. Это может быть полезно для высокопрецизионного определения экспозиции, но только при соблюдении трёх условий: во-первых, у вас должно быть достаточно времени, во-вторых, вы должны хорошо понимать Зонную систему, и, в третьих, сам процесс экспонометрии должнен быть для вас интересным, поскольку практическая выгода здесь сомнительна. Для плёнки этот метод оправдан – вы не можете видеть только что сделанный снимок на экране и попадать в правильную экспозицию приходится с первого раза, но при съёмке на цифровую камеру использование матричного экспозамера в паре с экспокоррекцией позволяет работать куда как более оперативно.

Динамический диапазон

Свет, падающий на фотодиоды матрицы цифрового фотоаппарата, преобразуется в электрический сигнал. Чтобы это произошло, количество фотонов, попавших на каждый отдельный фотодиод, должно превысить порог чувствительности сенсора. Если фотонов окажется недостаточно, соответствующий участок кадра получится абсолютно чёрным. Если же экспозиция чрезмерна, фотодиоды насыщаются фотонами и пересвеченный участок оказывается белым. Отношение между значениями экспозиции, необходимыми для получения абсолютно чёрного и абсолютно белого цвета, называется динамическим диапазоном сенсора или его фотографической широтой.

Матрица цифровой камеры имеет динамический диапазон около семи-восьми ступеней (или, иначе говоря, зон) экспозиции. В принципе из RAW-файла можно вытянуть до десяти и более ступеней, но злоупотреблять этим не следует. Восемь зон – это не так уж и мало, но и не слишком много. Значительно меньше, чем у негативных плёнок (как чёрно-белых, так и цветных), но несколько больше, чем у цветных слайдов.

Если разница в яркости между самыми светлыми и самыми тёмными участками сцены превышает динамический диапазон сенсора, это неизбежно влечёт за собой потерю деталей либо в тенях, либо в светах, либо и там, и там одновременно. Все объекты, детали и фактура которых важны для снимка, обязаны укладываться в динамический диапазон. Чёрные тени, лишённые деталей, бывают уместны, но выбитые света, как правило, недопустимы.

Почему экспонометр бывает не прав?

Обычно встроенный в камеру экспонометр неплохо справляется со своими обязанностями, но в некоторых случаях в его работу стоит вмешаться. Дело в том, что каким бы совершенным не был экспонометр, он всё равно не будет наделён даже зачатками разума. Это всего лишь электронное устройство, измеряющее количество падающего на него света.

При одинаковом уровне освещённости разные объекты в разной степени отражают свет – именно поэтому одни предметы выглядят тёмными, другие светлыми, а третьи имеют нейтральный тон. Светлый предмет выглядит для нас светлым, а тёмный – тёмным при любом освещении благодаря контексту, поскольку наш мозг учитывает общий уровень освещённости и разницу в яркости одинаково освещённых предметов. При этом абсолютная яркость тёмного предмета на свету может быть выше, нежели яркость светлого предмета в тени.

Включите точечный экспозамер и сфотографируйте какой-нибудь объект нейтрального тона – бетонную плиту, синее небо, зелёный газон, лицо умеренно загорелого человека. Экспозиция окажется более-менее правильной, поскольку экспонометр откалиброван на заводе по нейтрально серому цвету.

Теперь установите экспозицию по чему-нибудь радикально чёрному – это может быть чёрная кошка, фрак пианиста, катафалк – неважно. Как бы ни были они черны в жизни, на фотографии они окажутся нейтрально серыми и вам, возможно, придётся уменьшить экспозицию на пару ступеней, чтобы вернуть им естественный вид.

Сфотографируйте что-нибудь белое – лист бумаги, снег, белого лебедя – они тоже получатся серыми, и на этот раз вам придётся крутить экспокоррекцию вверх.

Экспонометр не в состоянии понять: действительно ли кошка чёрная, или же она на самом деле белая, но спряталась в тёмном чулане? Он исходит из предположения, что в мире примерно поровну тёмных и светлых предметов, и что если рассчитать усреднённо-нейтральную экспозицию, то, скорее всего, она будет верной.

Когда включен матричный экспозамер, экспонометр уже не настолько глуп. Он старается учитывать яркость отдельных предметов в кадре и по возможности сохранять тональные отношения. Но сцены, общий тон которых значительно светлее или темнее нейтрального, ставят экспонометр в тупик. В итоге угольная шахта окажется переэкспонированной, а заснеженное поле – недоэкспонированным. Высокий контраст, превышающий динамический диапазон сенсора камеры, также ведёт к ошибкам экспонометра. Если вас это не устраивает (а я надеюсь, что вас это не устраивает), то вам придётся научиться распознавать ситуации, в которых экспонометр может дать маху, а распознав, брать контроль над экспозицией в свои руки.

На самом деле всё не так уж и страшно. Экспонометр-то, конечно, ошибается, но делает он это достаточно предсказуемо и однообразно. Со временем вы усвоите алгоритм его работы и будете точно знать, когда можно полностью положиться на автоматику, когда стоит воспользоваться экспокоррекцией, а когда лучше перейти в ручной режим.

Если же вы заинтересованы в том, чтобы всегда определять экспозицию предельно точно, вам стоит познакомиться с прикладными аспектами экспозиции в цифровой фотографии.

Благодарю за внимание.

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью (хотя и с меньшим удовольствием).

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы в некоммерческих целях при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Вернуться к разделу "Технические аспекты фотографии"