Спектральные характеристики источников света, применяемых при фотосъемке

Фотосъемка происходит как при естественном дневном свете, так и при источниках искусственного света: лампах накаливания, газоразрядных импульсных лампах, лампах-вспышках и др. Все эти источники сильно отличаются друг от друга по спектральному составу света, На выбор источника света влияют не только конкретные условия съемки, но и светотехнические характеристики источников. Если при съемке на черно-белой пленке прежде всего обращается внимание на интенсивность светового потока источника света и в меньшей степени на его спектральный состав, то при съемке на цветной пленке решающее значение имеет спектральный состав света. От спектрального состава зависит передача тональных цветов при съемке на черно-белой пленке и натуральных — при съемке цветной, выбор цвето-чувствительного материала и светофильтров.

При изменении цветности источника света изменяется и шкала тонов, которыми передаются цвета объекта. Спектральный состав света, его цветовая температура должны быть сбалансированы с цветочувствительностью негативного материала. Только в этом случае возможна правильная цветопередача.

Дневной свет относится к группе температурных ис точников света.

Земная поверхность и все, что на ней находится, освещаются либо смешанным, суммарным светом (суммарной радиацией) прямого солнечного и рассеянного излучения, идущего от небосвода и облаков, либо в пасмурную погоду, когда солнце закрыто облаками, рассеянным светом неба. Места, куда не проникает прямой солнечный свет, освещаются только рассеянным светом неба (рис. 6).

И з табл. 3 видно, как изменяется спектральный состав солнечного излучения в зависимости от высоты солнца.

Особенно быстро солнце поднимается в утренние и опускается в вечерние часы. Ориентировочные изменения цветовых температур на протяжении дня и в зависимости от состояния неба приведены в табл. 4.

Но закономерность колебаний спектрального состава и интенсивности излучений дневного света то и дело нарушается из-за происходящих в атмосфере изменений метеорологических условий (облачность, высота, степень и плотность которой весьма неустойчивы, влажность и запыленность воздуха, дымка, туман и др.). Эти случайные переменные факторы находятся в такой тесной связи и так взаимно переплетаются, что учесть влияние каждого из них весьма затруднительно.

Когда солнце поднимается над горизонтом или заходит, оно выглядит красным шаром с цветовой температурой около 1800 К. В это время на пути к земле солнечные лучи пронизывают , воздушную оболочку, окружающую нашу планету, и проходят самый длинный путь в атмосфере. Длина пути солнечных лучей в атмосфере имеет большое значение, особенно для коротковолновой части спектра. В потоке лучей солнца, прошедших самый длинный путь в толще воздуха, отсутствуют сине-фиолетовые лучи: они отфильтровываются слоем воздуха, который, изменяя спектральный состав солнечного света, действует как желтый фильтр переменной плотности. При частичной облачности, когда солнце просвечивает сквозь облака или находится в дымке, коротковолновая часть радиации также ослабевает.

Солнечная радиация в результате многократных отражений молекулами газов, входящих в состав воздуха, претерпевает молекулярное рассеивание. Видимый цвет воздушного слоя над землей, цвет неба и объясняются сильным молекулярным рассеиванием коротковолновой части солнечной радиации. Молекулярное рассеивание является причиной возникновения воздушной голубой дымки.

В результате рассеивания атмосферой части солнечного света само небо становится источником света (вторичным) с ясно выраженным цветом. В спектре голубого неба наблюдается значительное преобладание синих и фиолетовых цветов, содержатся и все остальные цвета, но в значительно меньшей степени (рис. 6, кривая 3).

Рассеянный свет неба также испытывает сильные колебания цветовой температуры в зависимости от того, исходит ли свет от синего безоблачного неба или от неба, затянутого дымкой или облаками.

В воздухе постоянно находятся во взвешенном состоянии в различных количествах механические примеси — мутящие частицы (воздух в толстых слоях можно рассматривать как мутную среду): пылинки, поднимаемые восходящими "потоками воздуха и ветром, мелкие капли воды, водяные пары, которые способствуют возникновению дымки. Количество их с высотой убывает — они не поднимаются выше 1000 м. Когда размеры мутящих частиц становятся соизмеримыми с длинноволновыми световыми волнами или даже начинают превышать их длину, возникает аэрозольное рассеивание, при котором отражаются лучи всего спектра. При этом, отраженный свет становится белым и, как следствие, небо приобретает белесоватый цвет. Разбеливанию неба способствует и повышенная влажность воздуха, которая является причиной образования дымки, белой с голубым оттенком.

При появлении облаков к свету неба примешивается еще и белый свет, отраженный от облаков. Крупные капли воды, из которых состоят облака, рассеивают лучи всего спектра.

Вблизи крупных городов из-за большой запыленности самых нижних слоев воздуха, появления в них испарений, дыма и пыли небо у горизонта окрашивается в серый или белый цвет разных оттенков.

По мере того как солнце поднимается все выше и путь лучей в атмосфере становится короче, радиация из красной, красноватой через желтую переходит в желтоватую. Одновременно изменяет свой цвет и небо. Голубоватое вначале, оно вблизи солнца при восходе и заходе окрашивается в красноватые тона и по мере подъема солнца переходит в голубое. Если воздух прозрачный, небо приобретает синий цвет.

Вскоре после восхода солнца и незадолго до его захода цветовая температура поднимается до 3000—3200К , что дает возможность съемки на цветной пленке типа ЛН. Примерно через час после восхода при высоте солнца цветовая температура его поднимается до 3500 К. Радиация в это время состоит из половины красных, одной четверти желтых лучей, а оставшаяся четверть приходится на зеленые, синие и фиолетовые. Тени, начиная от самых длинных, быстро уменьшаются, а при высоте солнца 15° становятся почти равными четырехкратной длине предмета. Во второй половине дня, когда солнце опускается ниже 13—15q, а также по мере дальнейшего движения к горизонту и ослабления сине-фиолетовых лучей радиация приобретает ясно выраженные оттенки от желтого к красному. Становятся длиннее и тени, Горизонтальные поверхности в это время освещаются главным образом небосводом и под влиянием увеличивающегося действия рассеянного света неба синеют, а вертикальные — в большей степени освещаются желтым светом солнца.

путь, проходимый его лучами в атмосфере, сильно укорачивается и большая часть коротковолнового излучения достигает земной поверхности. Суммарный свет солнца и неба при безоблачном небе стабилизируется, становится белым и почти не изменяется с высотой солнца в это время суток.

Это наилучшее время для съемки, особенно на цветной пленке ДС, сбалансированной для цветовой температуры 5600—5800 К. Если даже некоторые изменения в цветовой температуре света в это время и происходят , то для черно-белой съемки они вообще не имеют значения, а для цветной не столь значительны, чтобы заметно ухудшить цветопередачу. Изменение цветовой температуры дневного света в течение дня показано на рис. 7.

  которого она упала

  А знание высоты солнца над горизонтом позволяет определить цветовую температуру дневного света.

Для каждого времени года и дня можно найти длину тени с помощью несложного прибора — указателя (индикатора) тени. На картоне укрепляется стерженек или булавка определенной длины, например I см. Из точки крепления, как из центра, наносятся полуокружности (рис. 8) радиусами, равными 0,5—6-кратной высоте выступающего стержня. При горизонтальном положении картона тень от стержня и укажет высоту солнца.

  (в Киеве до 63°). С приближением солнца к зениту свет приобретает заметный синеватый оттенок, цветовая температура поднимается до 6000—7000 К. Это время (для Киева 11.00— 13.00) не подходит для фотосъемок и по художественным соображениям.

Солнце является эффективным источником инфракрасного излучения. Освещенность, создаваемая инфракрасной частью излучения солнца, зависит от положения солнца на небе и степени прозрачности атмосферы. В табл. 6 приведено в процентах излучение ультрафиолетового и инфракрасного участков солнечного потока на протяжении дня для прозрачной атмосферы. Излучение солнечного потока в пределах от 3 до 70 принято за 100%.

Из таблицы видно, что с подъемом солнца интенсивность инфракрасного излучения заметно ослабевает.

Лампы накаливания также относятся к группе температурных источников света. Простота и удобство пользования обеспечили им наибольшее распространение при фото- и киносъемке. Существуют различные типы электрических ламп накаливания. Это и бытовые осветительные лампы накаливания разной мощности, фотолампы, зеркальные, у которых часть колбы параболоидной формы покрыта зеркальным слоем алюминия, прожекторные (ПЖ), кинопрожекторные (КПЖ), проекционные. В последние годы широко используются галогенные (йодно-кварцевые) лампы.

В бытовых лампах максимум излучения находится в инфракрасной области спектра, в видимой области преобладают желто-красные лучи. Как видно из спектральной характеристики (см. рис. 6), излучение лампы накаливания в красной области спектра превосходит излучение в сине-фиолетовой в 5—6 раз. Поэтому цветопередача на черно-белой пленке при свете ламп накаливания резко отличается от цветопередачи при дневном свете.

При номинальном напряжении ПО, 127 и 220В у маломощных ламп накаливания (50—200 Вт) цветовая температура света, излучаемого вольфрамовой нитью, равна 2600—2800 К, у более мощных (500 и 1000 Вт) — около 3000 К, У еще более мощных (свыше 1000 Вт) цветовая температура превышает 3000 К. Маломощные бытовые лампы, обладающие низкой цветовой температурой, не пригодны для цветной съемки.

У зеркальных ламп накаливания (ЗК) цветовая температура 2800—3000К , у предназначенных для цветной съемки — 3200—3300 К. Цветовая температура прожекторных ламп (ПЖ) колеблется от 3000 К у ламп мощностью 500 Вт до 3200 К У ламп мощностью 5000—10 000 Вт. Предназначенные для цветных съемок лампы КГЩ и ПЖК обладают одинаковой цветовой температурой для всех мощностей. С увеличением температуры накала вольфрамовой нити лампы повышается ее цветовая температура.

Фотолампы, предназначенные для фотосъемки, от обычных отличаются тем, что горят при повышенном напряжении, с большим перекалом. Благодаря этому значительно не только увеличивается сила света, но и повышается цветовая температура. По сравнению с фотолампами свет бытовых ламп заметно краснее.

Постоянство цветовой температуры ламп накаливания зависит от постоянства подводимого к лампе напряжения. Колебания напряжения изменяют температуру накала вольфрамовой нити и, следовательно, цветовую температуру излучения.

При съемке на черно-белой пленке постоянство цветовой температуры ламп накаливания не столь существенно, как на цветной. На обратимой цветной пленке отклонение от нормальной цветовой температуры на 50—100К уже заметно. Колебания цветовой температуры в зависимости от изменения напряжения приведены на рис. 9. Номинальное напряжение принято за 100%. Например, при снижении напряжения до 90% от номинального цветовая температура снижается до 96% от исходной . Такое снижение напряжения уменьшает цветовую температуру лампы с 3200 до 3072 К.

В процессе горения в результате распыления нити ее поверхность уменьшается и на внутренней стороне колбы образуется пленка. В излучении такой лампы всегда больше красных лучей, чем в новой такого же типа.