Свойства объектов фотографирования

Свойства объектов фотографирования подразделяют на пространственные и световые.

Пространственные свойства характеризуют объемность предмета, т. е. определенную совокупность линейных размеров: длины, ширины, высоты (глубины); его форму-проекцию на какую-либо плоскость и рельеф поверхности (фактуру объекта). Пространственные свойства дают представление о взаимном расположении деталей относительно друг друга и об их величине: от крупных (большие площади) до ненаблюдаемых глазом (мелкие).

Световые (оптические) свойства объекта определяют, как световой поток взаимодействует с объектом.

При взаимодействии света с предметом, средой имеют место следующие физические явления: отражение от поверхности тела, поглощение и пропускание (см. рис. 13).

Все предметы отражают часть падающего на них света, благодаря чему они и видны. Их отражательную способность характеризует коэффициент отражения (ρ), показывающий долю отраженного телом света:

,

где Ф_о – падающий световой поток,

Ф_ρ – отраженный световой поток.

Способность поглощать часть падающего на поверхность предмета или проходящего через среду света характеризует коэффициент поглощения (α), показывающий долю поглощенного света:

,

где Ф_о – падающий световой поток,

Ф_α – поглощенный световой поток.

Прозрачные или полупрозрачные среды пропускают часть падающего на них света. Их прозрачность или способность пропускать свет характеризует коэффициент пропускания ( ), показывающий долю пропущенного света:

,

где Ф_о – падающий световой поток,

Ф_τ – пропущенный световой поток.

Данные интегральные световые коэффициенты выражают соотношение между потоком, падающим на тело, и его отраженной, поглощенной, пропущенной частями. Поскольку Ф_о = Ф_ρ + Ф_α + Ф_τ, то очевидно, что

.

Минимальные значения световых коэффициентов не могут быть меньше 0, а максимальные больше 1. Если величина коэффициента пропускания близка к нулю (τ → 0), то тело непрозрачное и ρ + α ≈ 1. Если величина коэффициента отражения пренебрежимо мала (ρ → 0), то тело прозрачное и τ + α ≈ 1.

Коэффициенты отражения, пропускания и поглощения дают представление лишь о количественном соотношении световых потоков. Пространственное распределение отраженного от различных поверхностей и пропущенного различными средами света показано на рис. 14.

Распределение отраженного и пропущенного объектом света в пространстве зависит и от размеров микронеровностей его поверхности, микрочастиц вещества среды. На полированных (зеркальных) участках имеет место направленное отражение. Участки с матовыми поверхностями отражают свет равномерно во все стороны, т. е. диффузно. Некоторые детали имеют близкое к направленному смешанное или направленно-рассеянное отражение.

Направленным пропусканием обладают оптически прозрачные среды. Диффузное или смешанное – характерно для сред, содержащих светорассеивающие частицы. В зависимости от их размеров и концентрации свет рассеивается полностью или частично. Направленно-рассеянное пропускание свойственно участкам среды с шероховатыми поверхностями.

Коэффициенты отражения, пропускания и поглощения служат мерой, характеризующей свойства предметов и сред, однако в фотографии чаще используют пропорциональные им величины – яркость и оптическую плотность.

Яркость (B) – это величина зрительного ощущения, вызываемого светящейся или отражающей в данном направлении свет поверхностью. Испускающие или отражающие больше света участки поверхности имеют и большие яркости. Яркость зависит от освещенности объекта, отражательной способности и цвета его поверхности.

В фотографии изображение получают за счет различной степени почернений, возникающих в светочувствительном слое при его экспонировании и последующей обработке. Оптическая плотность (D) характеризует прозрачность такой среды (степень поглощения света). Ее выражают десятичным логарифмом непрозрачности – величины, обратной коэффициенту пропускания (1/τ):

.

За единицу оптической плотности принята плотность такой среды, которая ослабляет световой поток в 10 раз: D=lg10=1.

Контраст объекта выражает зрительно наблюдаемое соотношение яркостей или оптических плотностей. При съемке различают общий контраст и контраст смежных участков.

Общий контраст для непрозрачных объектов выражается отношением максимальной и минимальной яркостей:

,

где К_общ – общий контраст,

В_max – наибольшее значение яркости,

В_min – наименьшее значение яркости.

Для прозрачных объектов, в том числе и для фотографических изображений, общий контраст представляет разность оптических плотностей самой светлой и наиболее темной их частей:

.

Контраст деталей характеризуется отношением яркостей смежных участков для непрозрачных объектов или разностью оптических плотностей – для прозрачных.

Интервал яркостей (оптических плотностей) нередко выражается через градацию яркостей. Градация – это последовательное возрастание яркостей объекта или последовательность зрительно воспринимаемых яркостей. Воспроизведение градации оригинала на фотоизображении – одна из основных задач фотографического процесса.

Спектральные свойства объекта. Окраска предметов, освещенных одним и тем же источником света, бывает весьма разнообразной, что объясняется зависимостью коэффициентов отражения и поглощения от длины волны. Красная книга, например, воспринимается красной потому, что она отражает лучи только красной области спектра.

Яркость и оптическая плотность в полной мере отражают световые свойства только черно-белых объектов. Рассмотренные ранее коэффициенты отражения, поглощения и пропускания являются интегральными, так как они характеризуют суммарное действие белого света на тело, без учета его спектрального состава. Для окрашенных в различные цвета участков отражение, пропускание и поглощение света неодинаковы для излучений с различной длиной волны. В этом случае действие света сложного спектрального состава на объект характеризуют монохроматические коэффициенты отражения, поглощения и пропускания, определяемые для излучения узкой спектральной зоны:

,

,

.

Распределение монохроматических коэффициентов по спектру излучения дает представление о световых свойствах окрашенных объектов и выражается зависимостью изменения этих коэффициентов от длины волны падающего света в виде кривых отражения, поглощения или пропускания. Кривые отражения или поглощения характеризуют световые свойства непрозрачных объектов, а кривые поглощения или пропускания – прозрачных. На рис. 15 показаны спектральные свойства предметов – ахроматического и окрашенных в синий и красный цветовые оттенки.

Рис. 15. Спектральные свойства ахроматического, синего и красного объектов, представленные: а – как зависимость изменения коэффициента отражения от длины волны излучения; б – как зависимость изменения коэффициента поглощения от длины волны излучения

Связь между освещенностью, яркостью и экспозицией. Одна и та же поверхность, с одной стороны, воспринимая падающий на нее свет, имеет определенную освещенность; с другой, отражая его – определенную яркость. Между понятиями «яркость» и «освещенность» существует тесная взаимосвязь, и реально получаемая фотоматериалом экспозиция зависит не только от освещенности объекта, но и от яркостей отдельных его участков, их отражательной способности.

Освещенность характеризует количество падающей на поверхность световой энергии. Рассматривая эту поверхность как приемник излучения, следует отметить, что при равной освещенности каждая единица площади поверхности получает одинаковое количество световой энергии, т.е. одинаковые экспозиции. Яркость же характеризует количество испускаемой или отражаемой от поверхности световой энергии. Поэтому одинаково освещенные, но с различной яркостью участки поверхности, как источники излучения, создают неодинаковые экспозиции. Например, для двух участков, освещенных одним источником, но окрашенных в светлый и темный тона, освещенности будут одинаковы, а яркости нет. Для съемки такого объекта необходимо определенное количество освещения. Реальные же экспозиции от этих участков будут различны. При данной освещенности яркость и, соответственно, экспозиция для отдельных участков тем больше, чем больше их отражательная способность (яркость).