Экспозиционное число

Не следует путать со Световое число — мерой интенсивности света.

Экспозиционное число, экспозиционный канал (англ. Exposure Value, EV) — условное целое число, однозначно характеризующее экспозицию при фото- и киносъёмке^[1][2]. Одному и тому же экспозиционному числу могут соответствовать различные комбинации выдержки и диафрагмы (экспопары), но одно и то же количество света^{[* 1]}. При этом, экспозиционное число не является фотометрической величиной и без конкретного значения светочувствительности не может быть однозначно сопоставлено с освещённостью и яркостью. Шаг логарифмической шкалы экспозиционных чисел, соответствующий двукратному изменению экспозиции, принято называть экспозиционная ступень^[3]. Понятие легло в основу механической автоматизации управления экспозицией с помощью шкалы световых чисел (англ. LVS-system, Light-Value Scale; нем. Lichtwerte), получившей распространение во второй половине 1950-х годов^[4].

Шкала экспозиционных чисел на оправе объектива с центральным затвором фотоаппарата «Focaflex»

Физический смысл

Понятие экспозиционного числа разработано немецким конструктором фотозатворов Фридрихом Декелем (нем. Friedrich Deckel)^[5]. В качестве органа управления шкала экспозиционных чисел использовалась в фотоаппаратах с центральным затвором, конструктивно наиболее подходящих для такого способа регулировки экспозиции^[6]. При этом градуировка шкал диафрагмы и выдержек выполняется равномерной и с одинаковым шагом, соответствующим изменению каждого из параметров вдвое. Благодаря этому совместный поворот обоих колец на одинаковый угол приводит к изменению экспопары при неизменной экспозиции^[7]. Впервые такое устройство реализовано в затворе Synchro-Compur Декеля, представленном им на выставке Photokina в 1954 году^[8][4].

Схема шкалы экспозиционных чисел 34 на центральном затворе. 20 — кольцо выдержек; 30 — кольцо диафрагм; 32 — фиксатор

Шкала, нанесённая на одно из двух соосных колец, регулирующих экспозицию, служит для выбора их взаимного положения. Выбор конкретного числа этой шкалы с помощью фиксатора относительного вращения колец выдержки и диафрагмы соответствует выбору нужной экспозиции вне зависимости от текущих значений обоих экспозиционных параметров^[9]. Такая технология существенно упростила управление экспозицией, избавив начинающих фотолюбителей от необходимости подробного изучения понятий «выдержка» и «диафрагма». При этом взаимная фиксация колец позволяет совместным поворотом обеих шкал менять сочетание параметров при механической автоматизации соблюдения закона взаимозаместимости^[10].

Первоначальное обозначение ${\displaystyle E_{v}}$, принятое как один из стандартов ISO, со временем трансформировалось в современный английский акроним EV или eV, получивший статус международного символа^[11]. Шкала экспозиционных чисел основана на логарифмической зависимости с основанием 2:

${\displaystyle \mathrm {EV} =\log _{2}{\frac {N^{2}}{t}}\,,}$

где N соответствует диафрагменному числу, а t — времени экспозиции в секундах. Светочувствительность при этом подразумевается равной 100 единицам ISO.
Если же она отличается, то значение EV изменяется на значение, равное количеству ступеней, на которое чувствительность отличается от 100.
Таким образом, значение EV 0 соответствует экспозиции с выдержкой в 1 секунду при относительном отверстии f/1,0^[5][12] при чувствительности светоприёмника равной 100. Если в данном случае изменить светочувствительность, например, на 800 ISO, то EV примет положительное значение +3. Однако, при этом же значении экспозиционного числа возможны и другие комбинации выдержки и диафрагмы: 2 секунды при f/1,4; 4 секунды при f/2,0; 8 секунд при f/2,8 и так далее. При любом из этих сочетаний экспозиция, получаемая фотоматериалом или фотоматрицей, будет одинаковой, а отличаться будут глубина резко изображаемого пространства и величина смазывания движущихся объектов^{[* 2]}. Каждое изменение экспозиционного числа на единицу, называемое ступенью (жаргонное название «стоп»), соответствует изменению экспозиции вдвое. Так, уменьшение на единицу соответствует более короткой выдержке или закрытию диафрагмы на одну ступень^[13].

Тем не менее, экспозиционное число не является фотометрической величиной, а характеризует соотношение между конкретными значениями экспозиционных параметров, непосредственно не связанное с яркостью и освещённостью. Как известно, фотометрическое понятие экспозиции выражается зависимостью^[14]:

${\displaystyle H_{\mathrm {v} }=E\cdot t\,,}$

где H_v — экспозиция, E — освещённость в плоскости действительного изображения, а t — выдержка. Освещённость E зависит не только от относительного отверстия объектива, но и от яркости объекта съёмки, последняя из которых не учитывается экспозиционным числом. Во избежание путаницы вместо экспозиционного числа чаще используется понятие экспозиционные параметры, а производители фотоаппаратов предпочитают термин «Экспозиционные установки камеры» (англ. Camera Exposure Settings). Система экспозиционных чисел, стала основой для аддитивной шкалы APEX, принятой в США в виде стандарта ASA PH2.15-1964.

Основная статья: APEX (фотография)

В СССР система была малоизвестна и понятие экспозиционного числа также не получило широкого распространения. Вместо него использовались табличные методы вычисления экспозиции, содержащие другие условные числа, не имеющие ничего общего с общепринятым экспозиционным^[15]. Лишь в фотоэкспонометрах и в некоторых фотоаппаратах с центральными затворами наносились экспозиционные шкалы международного стандарта^[13]. В западных странах система APEX так и не дошла до стадии утверждения в виде разметки шкал аппаратуры из-за массового внедрения фотоэлектрических экспонометров.

В современной справочной литературе понятие экспозиционного числа применяется для обозначения конкретных сочетаний выдержки и диафрагмы, чаще всего при описании диапазона работоспособности экспонометров, автофокуса и других устройств, зависящих от световых условий. В экспозиционных числах («стопах») измеряется также фотографическая широта цифровых устройств регистрации изображения.

Таблица 1. Значения экспозиционного числа для различных экспозиционных параметров^[10]

	Относительное отверстие
Выдержка в секундах	f/1,0	f/1,4	f/2,0	f/2,8	f/4,0	f/5,6	f/8,0	f/11	f/16	f/22	f/32	f/45	f/64
60	−6	−5	−4	−3	−2	−1	0	1	2	3	4	5	6
30	−5	−4	−3	−2	−1	0	1	2	3	4	5	6	7
15	−4	−3	−2	−1	0	1	2	3	4	5	6	7	8
8	−3	−2	−1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
4	−2	−1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2	−1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1/2	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1/4	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1/8	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1/15	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1/30	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1/60	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1/125	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
1/250	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
1/500	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
1/1000	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
1/2000	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
1/4000	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
1/8000	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25

На практике используются только целые значения экспозиционных чисел, соответствующие сочетаниям стандартных величин выдержки и диафрагмы, общепринятых в фотоаппаратуре. Дробные значения получили распространение при описании изменения уровня экспозиции, чаще всего, экспокоррекции. Для киносъёмки аналогичная таблица выглядит значительно проще, поскольку в большинстве случаев при стандартной кадровой частоте и постоянном угле раскрытия обтюратора используется единственное значение выдержки, однако в кинематографе система экспозиционных чисел не получила распространения.

Таблицы экспозиционных чисел

В большинстве ситуаций точное определение экспозиции без фотоэлектрического экспонометра невозможно, однако знание экспозиционного числа, соответствующего тому или иному типу сюжета, помогает ориентироваться при вычислении нужных экспопараметров^[16]. Для сопоставления конкретного числа с освещённостью требуется знание светочувствительности. При значении этого параметра, равного ISO 100, все экспозиционные числа принимаются равными соответствующим световым^[17].

Таблица 2. Экспозиционные числа для различных условий освещения при светочувствительности ISO 100

Световые условия	EV100
Естественное освещение на улице
Освещённые песок или снег при ярком солнце или лёгкой дымке (резкие тени)[* 3]	16
Усреднённый сюжет при ярком солнце или лёгкой дымке (резкие тени)	15
Освещённая ярким солнцем стандартная серая карта	15
Усреднённый сюжет при солнце в дымке (мягкие тени)	14
Усреднённый сюжет при лёгкой облачности (тени отсутствуют)	13
Усреднённый сюжет при плотной облачности	11–12
Сюжет в глубокой тени при ярком солнце	12
Ландшафт, освещённый лунным светом[* 4]
Полнолуние	от −3 до −2
Месяц (четверть)	−4
Полумесяц	−6
Ландшафт, освещённый светом звёздного неба	−15
Искусственное освещение на улице
Неоновые и светодиодные вывески	9–10
Ночной спорт	9
Огонь и горящие здания	9
Яркие ночные сцены	8
Ночные сцены на улице и освещённые окна	7–8
Ночной уличный траффик	5
Ярмарки и парки с аттракционами	7
Новогодняя ёлка, подсветка зданий	4–5
Освещённые здания, памятники и фонтаны	3–5
Освещённые здания издалека	2
Искусственное освещение в интерьере
Выставочные залы, галереи	8–11
Стадионы и театральные сцены при полном освещении	8–9
Ледовые шоу с заливающим светом	9
Арена цирка с заливающим светом	8
Офисы и цеха	7–8
Домашние интерьеры	5–7
Новогодняя ёлка	4–5
Источники света
Искрящийся снег на ярком солнце	21
Яркий источник искусственного света	20
Солнечные блики на блестящих металлических предметах	19
Солнечные блики на поверхности воды	18
Диск Луны[* 4]
Полная	15
Ущербная	14
Месяц (четверть)	13
Полумесяц	12
Радуга
На фоне чистого неба	15
На фоне туч и облаков	14
Небосвод у горизонта
Перед закатом	12–14
На закате	12
Сразу после заката	9–11
Полярное сияние
Яркое	от −4 до −3
Среднее	от −6 до −5
Млечный путь	от −11 до −9

Приведённая таблица позволяет с ограниченной точностью определять экспозиционное число, соответствующее описанным световым ситуациям для одного значения светочувствительности. При другой чувствительности для пересчёта используется закон взаимозаместимости, из которого следует, что при повышении значения ISO в два раза, соответствующее экспозиционное число возрастает на единицу. Одним из следствий приведённых таблиц может считаться эмпирическое правило F/16, позволяющее вычислять экспозиционные параметры более простым способом.

Экспозиционное число в фотоаппаратуре

Шкала экспозиционных чисел (красного цвета, вверху) на оправе объектива с центральным затвором (фотоаппарат «Юность»)

На большинстве фотоаппаратов не предусмотрена возможность перевода экспозиционных чисел в экспозиционные параметры. Однако, почти вся иностранная аппаратура конца 1950-х годов с центральным затвором снабжалась соответствующей шкалой^[10]. Эта же технология встречалась и в советских фотоаппаратах «Искра», «Юность», «Эстафета»^[18][7]. Впервые затвор со световой шкалой появился в 1955 году на дальномерных фотоаппаратах Agfa Super Solinette и Ansco Super Regent^[4]. Стандартные ряды выдержек и диафрагм в эти же годы были приведены к современному виду, когда каждое соседнее значение отличается ровно в 2 раза, или на 1 экспозиционную ступень. С окончанием моды на центральный затвор и распространением фокальных от шкалы стали отказываться, но она долго использовалась в профессиональной среднеформатной фотоаппаратуре, рассчитанной на сменную оптику с межлинзовым затвором, например «Hasselblad» и «Rolleiflex SL66».

Шкала экспозиционных чисел или «экспозиционная шкала» при этом наносится на одно из соосных колец, управляющих выдержкой или диафрагмой, градуированных с одинаковым равномерным угловым шагом^[19]. Поворот каждого из колец на один и тот же угол в любом месте шкалы при этом приводит к изменению соответствующих экспозиционных параметров в два раза^[13]. Направления изменений подбираются противоположными, то есть при вращении колец в одну и ту же сторону выдержка укорачивается, а диафрагма — открывается и наоборот^[20]. Отдельная защёлка, расположенная на шкале экспозиционных чисел, может запирать взаимное вращение обоих колец в соответствии с выбранным на этой шкале значением. В результате, вращение установочных шкал происходит синхронно таким образом, что экспозиция остаётся постоянной во всём диапазоне изменения параметров съёмки^[13]. Это повышает оперативность, позволяя быстро подбирать нужное сочетание в зависимости от сюжета: закрытую диафрагму для большой глубины резкости или короткую выдержку при съёмке быстрого движения^[21].

В цифровой фотоаппаратуре шкалы экспозиционных чисел не встречаются. Некоторые экспонометры (например, спотметры Pentax) выдают показания в единицах EV для светочувствительности ISO 100. Более современные цифровые модели могут выводить результат в виде экспозиционного числа для конкретного значения чувствительности, устанавливающегося перед замером.

Экспокоррекция

Основная статья: Экспокоррекция

Наиболее часто понятие и символ экспозиционного числа употребляется при разметке шкал экспокоррекции. В этом случае термин экспозиционная ступень используется как относительная величина, выражающая разницу между фактическим и расчётным уровнями экспозиции. В отличие от абсолютных величин экспозиционных чисел, отрицательные значения которых соответствуют очень низким уровням освещённости, знак экспокоррекции отражает сторону, в которую изменяется экспозиция. Так, абсолютное значение -1 EV соответствует выдержке в 4 секунды при f/1,4, в то время как -1 EV при экспокоррекции обозначает уменьшение экспозиции на 1 ступень по сравнению с расчётной. В то же время, положительные величины экспокоррекции обозначаются знаком «+», например +2 EV соответствует увеличению экспозиции на 2 ступени.

Шкала экспокоррекции противоположна шкале абсолютных значений экспозиционных чисел, то есть при коррекции +1 EV экспозиционное число должно уменьшиться на ту же величину. Например, если при съёмке слишком тёмного объекта по результатам измерения, дающего 15 EV, требуется экспокоррекция +2 EV, в конечном счёте увеличение выдержки или открытие диафрагмы приведёт к уменьшению числа до 13.

Взаимосвязь с яркостью и освещённостью

При известной светочувствительности существует прямая взаимосвязь между экспозиционным числом и такими фотометрическими величинами, как яркость и освещённость. Правильная экспозиция при данных световых условиях и светочувствительности определяется при помощи равенства^[22]:

${\displaystyle {\frac {N^{2}}{t}}={\frac {L\cdot S}{K}}\,,}$

где

• ${\displaystyle N}$ — диафрагменное число;
• ${\displaystyle t}$ — выдержка в секундах;
• ${\displaystyle L}$ — усреднённая яркость сцены в канделах на м²;
• ${\displaystyle S}$ — числовое значение светочувствительности ISO;
• ${\displaystyle K}$ — калибровочный коэффициент экспонометра^[23];

Используем в логарифме формулы экспозиционного числа вместо левой правую часть этого равенства. Тогда число EV определяется при помощи выражения:

${\displaystyle \mathrm {EV} =\log _{2}{\frac {L\cdot S}{K}}\,.}$

Коэффициент ${\displaystyle K}$ подбирается производителями самостоятельно и чаще всего равен 12,5 (в том числе у Canon, Nikon и Seconic). В этом случае и при светочувствительности ISO 100 зависимость выглядит, как равенство:

${\displaystyle L=2^{\mathrm {EV} -3}\,.}$

Используя эту зависимость, при помощи экспонометра можно измерять яркость света, отражённого от объекта съёмки.

EV100	Яркость		Освещённость
	кд/м2	фут-ламберт	Люкс	фут/кд
-4	0,008	0,0023	0,156	0,015
-3	0,016	0,0046	0,313	0,029
-2	0,031	0,0091	0,625	0,058
-1	0,063	0,018	1,25	0,116
0	0,125	0,036	2,5	0,232
1	0,25	0,073	5	0,465
2	0,5	0,146	10	0,929
3	1	0,292	20	1,86
4	2	0,584	40	3,72
5	4	1,17	80	7,43
6	8	2,33	160	14,9
7	16	4,67	320	29,7
8	32	9,34	640	59,5
9	64	18,7	1280	119
10	128	37,4	2560	238
11	256	74,7	5120	476
12	512	149	10 240	951
13	1024	299	20 480	1903
14	2048	598	40 960	3805
15	4096	1195	81 920	7611
16	8192	2391	163 840	15 221

Таблица 3. Соответствие экспозиционных чисел и яркости (для ISO 100 и коэффициента K = 12,5) и освещённости (для ISO 100 и коэффициента C = 250)

Определение зависимости даёт сравнительно точные результаты для отражённого света. При измерении падающего света (освещённости) дополнительные разночтения могут привноситься типом измерительного сенсора, которые делятся на две главных разновидности: плоские и полусферические с различным распределением направлений чувствительности. При измерении плоским светоприёмником чаще всего используется коэффициент C=250, а зависимость при ISO 100 принимает вид:

${\displaystyle E=2,5\times 2^{\mathrm {EV} }\,.}$

Однако на практике, когда большинство объектов съёмки имеют объём и различную ориентацию относительно источников света, более точный результат может быть получен полусферической измерительной головкой, для которой коэффициент C составляет 320 (Minolta) или 340 (Seconic) для освещённости в люксах.

См. также

• Ведущее число фотовспышки
• Закон взаимозаместимости
• Правило F/16

Примечания

1. Понятие «экспозиционное число» применимо только для непрерывного освещения, и непригодно для вычисления экспозиции импульсного освещения фотовспышек
2. Исключение составляют отклонения от закона взаимозаместимости из-за эффекта Шварцшильда, проявляющиеся при очень длинных или сверхкоротких выдержках
3. Значение справедливо для фронтального освещения в дневное время, начинающееся через два часа после восхода, и заканчивающееся за два часа до заката. Для бокового света число уменьшается на единицу, а для контрового — на 2 EV
4. При высоте Луны над горизонтом более 40°

Источники

1. Фотокинотехника, 1981, с. 431.
2. Наука и жизнь, 1966, с. 150.
3. Экспозиционные числа и основополагающий характер экспозиции  (рус.). Хостинг картинок. Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано 31 июля 2014 года.
4. Mike Eckman. Keppler’s Vault 25: Light Value Scale (англ.). Photography (7 декабря 2018). Дата обращения: 8 ноября 2020. Архивировано 22 октября 2020 года.
5. Экспозиционное число  (рус.). Экспонометрия. Zenit Camera. Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано 25 октября 2015 года.
6. Фотоаппараты, 1984, с. 78.
7. Оптико-механическая промышленность, 1959, с. 8.
8. М. Я. Шульман. Разработка устройств для автоматизации установки экспозиции в фотоаппаратах  (рус.). Экспонометрия. Zenit Camera. Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
9. Краткий курс фотографии, 1972, с. 103.
10. Советское фото, 1961, с. 31.
11. Советское фото, 1990, с. 46.
12. Константин Воронов. Экспозиция. Часть 3. Как измеряется экспозиция? Ступени экспозиции  (рус.). Обзоры. Prophotos (22 апреля 2015). Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано 2 июля 2015 года.
13. Фотоаппараты, 1984, с. 79.
14. Общий курс фотографии, 1987, с. 125.
15. Краткий фотографический справочник, 1952, с. 204.
16. Экспозиционные числа EV для различных условий освещения  (рус.). Фотография. «Prostophoto». Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано 31 мая 2015 года.
17. Ken Rockwell. What are LV and EV (англ.) (октябрь 2013). Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано 16 октября 2015 года.
18. Советское фото, 1963, с. 34.
19. Выбор фотоаппарата, 1962, с. 40.
20. Общий курс фотографии, 1987, с. 130.
21. Шульман М.Я. Разработка устройств для автоматизации установки экспозиции в фотоаппаратах  (рус.). Фототехника. Государственный оптический институт имени С. И. Вавилова (1958). Дата обращения: 24 октября 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
22. Фотоаппараты, 1984, с. 73.
23. Ansel Adams, 2005, с. 43.

Литература

• В. Анцев. Аббревиатура в фототехнике (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1990. — № 6. — С. 45—46. — ISSN 0371-4284.

• Д. З. Бунимович. Выбор фотоаппарата / Е. А. Иофис. — М.: «Искусство», 1962. — 128 с. — 150 000 экз.

• Д. З. Бунимович. Краткий курс фотографии (рус.) / В. С. Богатова. — М.: «Искусство», 1972. — 349 с. — 50 000 экз.

• К. Гольдин, В. Прийменко. Экспозиция (рус.) // «Наука и жизнь» : журнал. — 1966. — № 10. — С. 150—153. — ISSN 0028-1263.

• Ю. Н. Гороховский. О рациональном построении экспозиционных шкал фотографических аппаратов и фотоэлектрических экспонометров и рядов параметров фотографических материалов и импульсных ламп-вспышек (рус.) // Оптико-механическая промышленность : журнал. — 1959. — № 9. — С. 7—10. — ISSN 0030-4042.

• П. Деревянкин. Каким должен быть затвор фотокамеры (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1961. — № 6. — С. 30—32. — ISSN 0371-4284.

• П. Деревянкин. Отвечаем читателям (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1963. — № 5. — С. 34. — ISSN 0371-4284.

• Е. А. Иофис. Фотокинотехника. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 431. — 449 с.

• В. В. Пуськов. Краткий фотографический справочник / И. Кацев. — М.: Госкиноиздат, 1952. — С. 203—215. — 423 с. — 50 000 экз.

• Фомин А. В. Глава IV. Сенситометрия // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 75—103. — 256 с. — 50 000 экз.

• М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л.,: «Машиностроение», 1984. — 142 с.

• Ansel Adams. The Negative / Robert Baker. — 12th. — New York: Time Warner Book Group, 2005. — Т. 2. — С. 39—46. — 272 с. — ISBN 0-8212-2186-8.

Ссылки

• Как вычислить экспозицию (англ.). A GUIDE FOR NATURE PHOTOGRAPHERS. Fred Parker Photography. Дата обращения: 29 января 2016.