Фотографи́ческая широта́ — предельный диапазон яркостей , которые фотоматериал способен воспроизводить без искажений . Фотографическая широта считается одной из важнейших сенситометрических характеристик фотоматериала и количественно выражается в виде интервала логарифмов экспозиций , в пределах которого обеспечивается пропорциональная передача яркостей объекта съёмки без изменения контраста . Применительно к электронным способам регистрации изображений та же характеристика носит название динамический диапазон и описывает возможности вакуумных передающих трубок или полупроводниковых фотоматриц . В этом случае широта измеряется в децибелах , выражающих диапазон между мощностью сигнала, соответствующего самым тёмным и самым светлым участкам изображения. В цифровой фотографии широта количественно выражается в экспозиционных ступенях .

Ограничения

Фотографическая широта в химической фотографии ограничивается максимальной оптической плотностью ${\displaystyle D_{max}}$ , которую способен обеспечить фотоматериал, и уровнем вуали ${\displaystyle D_{0}}$ , ниже которого изменения плотности не зависят от полученной экспозиции. Математически фотографическая широта может быть описана выражением :

${\displaystyle L=\lg \left({\frac {H_{2}}{H_{1}}}\right)=\lg H_{2}-\lg H_{1},}$

где ${\displaystyle L}$ — фотографическая широта,

${\displaystyle H}$ — экспозиция.

Точки 1 и 2 соответствуют концам прямолинейного участка характеристической кривой , ограничивающим область правильных экспозиций . За пределами этого отрезка кривая изгибается, снижая контраст изображения. Это приводит к искажениям при отображении полутонов объекта съёмки и снижению качества изображения . Поэтому фотографическая широта всегда меньше полного интервала экспозиций ${\displaystyle L_{max},}$ охватывающего отрезок между минимальной и максимальной оптическими плотностями фотоматериала .

В практической фотографии фотографическая широта определяет возможность получения качественного снимка сюжетов с большим диапазоном яркостей, когда остаются различимы детали как в самых ярких света́х , так и в глубоких тенях . Кроме качества изображения от широты зависит величина погрешности, допустимой при определении экспозиции . Поэтому при производстве негативных фотоматериалов (как чёрно-белых, так и цветных) в них закладывается максимально возможная фотографическая широта, которая может достигать значения 2,0 . Широта чёрно-белых негативных фото- и киноплёнок допускает ошибки до 4 ступеней экспозиции: 3 в области передержек, и 1 в сторону недодержки. Цветные негативные плёнки в силу сложного строения и чувствительности к нарушениям цветового баланса допускают лишь 1 ступень передержки экспозиции. За счёт большой широты негативных плёнок при оптической печати возможна проработка деталей отдельных участков снимка путём их затенения или дополнительной «пропечатки» с помощью масок .

Большой широтой также обладают фотокиноплёнки для контратипирования , чтобы сохранить как можно больше деталей при многоступенчатом копировании. Позитивные фотоматериалы при высоком контрасте напротив, обладают ограниченной широтой, практически не допуская ошибок экспонирования . Аналогичной чувствительностью к ошибкам обладают обращаемые фотоматериалы , фотографическая широта которых меньше, чем у негативных .

Особенности цифровой фотографии

Главным отличием электронных способов преобразования света от химического считаются разные возможности отображения светлых и тёмных участков изображения. Если в аналоговой фотографии в случае экспозиционных ошибок главная опасность заключается в получении «пустых» теней негатива при недодержке, то в цифровой фотографии следует опасаться так называемых «пробитых» светов ( клиппинга ) из-за передержки. Причина кроется в «эффекте насыщения» полупроводниковых фотоприёмных матриц, когда любое увеличение экспозиции не приводит к изменению выходного сигнала. Учитывая аналогичное фотографической вуали ограничение по шумам, затрудняющее регистрацию полутонов в области теней, фотографическая широта цифровых фотоаппаратов в большинстве случаев меньше, чем цветных, и тем более чёрно-белых негативных плёнок, но сопоставима с фотографической широтой цветного слайда .

Дополнительным ограничителем выступают свойства аналогово-цифровых преобразователей , ограничивающих число уровней квантования яркости, отображаемых по каждому из цветовых каналов. Файлы формата JPEG , получаемые на выходе любого цифрового фотоаппарата, ограничены самим стандартом формата, не допускающим глубину цвета , отличную от 8-битного, при этом максимальное количество отображаемых полутонов не превышает ${\displaystyle 2^{8}=256}$ по каждому из трёх цветоделённых каналов. В фотоаппаратах профессионального и полупрофессионального классов используются более совершенные АЦП , кодирующие файлы в формате RAW по 12- и даже 14-битному алгоритму . В этом случае регистрируется значительно больше полутонов, в последнем случае - ${\displaystyle 2^{14}=16384}$ полутонов в каждом из цветовых каналов. Поэтому при конвертации этих файлов на внешнем компьютере в формат файла JPEG есть возможность отобразить в конечном 8-битном формате JPEG участки снимка, лишённые деталей при автоматической внутрикамерной конвертации .

Увеличение фотографической широты

Недостаточную фотографическую широту также можно искусственно увеличивать с помощью специальных технологий. Наиболее широкую известность получил процесс под названием HDR .

Технология HDR

Получение изображений объектов большего диапазона яркостей, чем фотографическая широта конкретного светочувствительного материала, возможно путём многократной съёмки объекта с разными значениями экспозиции . Полученные таким способом изображения отображают разные участки шкалы яркостей, захватывая, кроме средних полутонов, глубокие тени и яркие света́. В фотолюбительской практике для такой съёмки применяется термин эксповилка , или «брекетинг» — калька с соответствующего английского термина англ. bracketing . После получения двух и более снимков, сделанных в одних и тех же условиях с разной экспозицией, эти снимки объединяются в один общий, отображающий всю необходимую шкалу полутонов . В некоторых цифровых фотоаппаратах и даже камерафонах этот процесс может выполняться автоматически самой камерой. Недостаток технологии заключается в её непригодности для съёмки движущихся объектов.

Матрицы SuperCCD

В этих матрицах для увеличения фотографической широты используется наличие на одной и той же матрице элементов различной площади и различной эффективной светочувствительности. Передача низких уровней яркости обеспечивается элементами большой чувствительности, а высоких яркостей — низкой .

SIMD-матрица

Цифровая (сокр. от англ. Single Instruction, Multiple Data ) находит применение в камерах видеонаблюдения . В таких матрицах доступна настройка оптимального времени считывания для каждого пикселя в зависимости от уровня освещенности в данном участке кадра. Для этих технологий в данный момент применяется термин «Широкий динамический диапазон» ( англ. Wide Dynamic Range ). .

См. также

• Зонная теория Адамса
• Гамма-коррекция

Примечания

Литература

• Гордийчук И. Б. Справочник кинооператора / Гордийчук И. Б., Пелль В. Г.. — М. : Искусство , 1979. — 440 с.

• Иофис Е. А. Техника фотографии. — М. : «Искусство», 1973. — 349 с.

• Иофис Е. А. / И. Ю. Шебалин. — М. : «Советская энциклопедия», 1981. — С. . — 447 с. — 100 000 экз.

• Л. Я. Крауш. Обработка фотографических материалов / Иофис Е. А. . — М. : «Искусство», 1975. — 192 с. — 100 000 экз.

• Панфилов Н. Д., Фомин А. А. III. Фотоматериалы // . — М. : «Искусство», 1985. — С. —122. — 367 с. — 100 000 экз.

• Редько А. В. Основы чёрно-белых и цветных фотопроцессов / Н. Н. Жердецкая. — М. : «Искусство», 1990. — 256 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-210-00390-6 .

• Фомин А. В. Глава IV. Сенситометрия // / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М. : «Легпромбытиздат», 1987. — С. 75—107. — 256 с. — 50 000 экз.

• Майк Шелхорн. (рус.) // «Foto&video» : журнал. — 2007. — № 1 . — С. 68—74 .

• Chris Johnson. Chapter 10. The Zone System and Digital Photography // The Practical Zone System for Film and Digital Photography = Зонная система в цифровой и классической фотографии / Diane Heppner. — 4-е изд.. — Оксфорд: Focal Print, 2007. — 285 с. — ISBN 978-0-240-80756-0 .

Ссылки