Автоматическое управление экспозицией

Автоматическое управление экспозицией, Экспозиционная автоматика (англ. Automatic Exposure, AE[1]) — совокупность устройств фотоаппарата, кинокамеры или видеокамеры, позволяющая автоматически устанавливать правильную экспозицию снимаемой сцены[* 1]. В автоматических фотопринтерах аналогичная система регулирует экспозицию, получаемую фотобумагой при оптической фотопечати. Главной составной частью экспозиционной автоматики является встроенный сопряжённый экспонометр, на основе показаний которого автоматически устанавливаются один или оба экспозиционных параметра[2][3]. Последнее не относится к телевизионным и видеокамерам, в которых автоматическое управление экспозицией осуществляется на основе измерения постоянной составляющей видеосигнала. В цифровых фотоаппаратах и видеокамерах некоторые режимы предусматривают также автоматическое управление светочувствительностью (автоматическую регулировку усиления видеосигнала, англ. Video AGC).

Диск выдержек фотоаппарата «Minolta XE-5», установленный в автоматический режим приоритета диафрагмы

В отличие от автоматического управления, полуавтоматическое требует действий человека, подбирающего оба экспозиционных параметра на основе «нулевой» индикации экспонометра[2].

Основная статья: Полуавтоматическое управление экспозицией

Автоматически может регулироваться экспозиция, получаемая как от постоянного освещения, так и от импульсных осветительных приборов. В последнем случае это возможно при использовании тиристорных фотовспышек, позволяющих регулировать длительность импульса, поскольку его интенсивность почти не поддаётся регулировке[4].

Историческая справка

Автоматическое управление экспозицией стало возможным только после появления фотоэлектрических экспонометров в начале 1930-х годов[5]. Первым фотоаппаратом, оснащённым экспозиционной автоматикой, считается среднеформатный складной Kodak Super Six-20 (Kodak Super 620), выпуск которого начат в 1938 году[6][7][8]. Автоматическое управление диафрагмой осуществлялось механической связью с селеновым экспонометром[9]. При нажатии на спусковую кнопку стрелка гальванометра фиксировалась арретиром, а затем в неё упирался ступенчатый поводок на кольце диафрагмы, ограничивая степень автоматического закрытия. Для учёта установленной выдержки затвор сопрягался с заслонкой, регулирующей степень открытия фотоэлемента. Автоматика работала при единственном значении светочувствительности, требуя перехода на ручное управление с нестандартными фотоматериалами.

Однако, первый патент на подобное устройство появился тремя годами раньше. 11 декабря 1935 года физики Альберт Эйнштейн и Густав Бакки зарегистрировали авторское свидетельство № 2058562 на «самонастраивающийся фотоаппарат», автоматически регулирующий количество света, проходящего через объектив[10][11]. В дальнейшем эта конструкция так и не была реализована. «Kodak Super Six-20» был выпущен в количестве всего 719 экземпляров, поскольку его цена составляла половину нового автомобиля Ford, а надёжность автоматики оставляла желать лучшего[12]. Массовая реализация автоматического управления экспозицией в фото- и киноаппаратуре произошла после распространения микроэлектроники, обеспечивающей более высокую точность и надёжность, чем рычажно-кулачковые механизмы с гальванометром[13]. В автоматических принтерах для фотопечати аналогичные устройства стали стандартными уже перед Второй мировой войной, регулируя время работы печатающей лампы с помощью фотоэлемента.

Первый в мире фотоаппарат с программным автоматом экспозиции Agfa Optima. Германия, 1959 год

Первые автоматические фотоаппараты и кинокамеры были любительскими и регулировали только диафрагму при установленной вручную выдержке. В зеркальной аппаратуре такая разновидность экспозиционной автоматики впервые реализована в 1959 году во французском фотоаппарате Royer Savoyflex с центральным затвором[14][15]. Первой классической «зеркалкой» с фокальным затвором и сменными объективами в 1965 году стал советский фотоаппарат «Киев-10», а через несколько месяцев выпущена японская камера Konica Autoreflex[16][17][18][19]. Тогда же получило распространение международное обозначение «ЕЕ» (англ. Electric Eye) автоматического управления диафрагмой, используемое в названиях фотоаппаратов, кинокамер и других устройств. Аббревиатура «TEE» описывала эту же технологию в сочетании с TTL-экспонометром. В современной аппаратуре этот режим называется «приоритет выдержки».

Для некоторых профессиональных фотоаппаратов с середины 1970-х годов выпускались приставные электромеханические устройства, поддерживающие автоматическую установку диафрагмы при помощи сервопривода. К таким устройствам можно отнести прибор Nikon DS-1 EE для фотоаппарата Nikon F2[* 2], сменную пентапризму Servo EE Finder для камеры Canon F-1[22][23] и серию объективов Zeiss Planar AA для фотоаппаратов Hasselblad[24]. Приборы имели сходный принцип действия и поворачивали кольцо диафрагмы объектива при помощи сервопривода, выполняющего команды измерительной системы. Громоздкость и неудобство таких устройств привели к их быстрому вытеснению автоматикой, встроенной непосредственно в фотоаппарат.

Другим направлением параллельных разработок стала автоматизация установки выдержки при фиксированном значении диафрагмы. В однообъективных зеркальных фотоаппаратах такой режим впервые появился в 1967 году в советском экспериментальном «Зенит-Д», выпущенном небольшой партией, а за рубежом первой камерой с автоматом выдержки в 1971 году стал серийный Pentax Electro Spotmatic[25]. По аналогичной схеме построены фотоаппараты «Силуэт-электро», «Зенит-18», «Зенит-Автомат». Современное название такого режима — «приоритет диафрагмы». Некоторое время разные производители отдавали предпочтение одному из автоматических режимов с ручной установкой диафрагмы или выдержки, считая тот или иной наиболее совершенным. Оба режима впервые реализованы одновременно в фотоаппарате «Minolta XD-11» в 1977 году, давая фотографу выбор наиболее подходящего[16].

Обе разновидности автоматики требовали ручной установки одного из параметров, ограничивая диапазон работоспособности[* 3]. Например, при уменьшении освещённости после полного открытия автоматической диафрагмы требуется ручная установка более длинной выдержки. Точно так же слишком большая освещённость приводит к необходимости закрытия диафрагмы вручную, потому что кратчайшая выдержка затвора, выбранная автоматикой, всё равно даёт передержку. Автоматика, регулирующая оба экспозиционных параметра рычажно-кулачковым механизмом с гальванометром, реализована в 1959 году в дальномерном фотоаппарате «Agfa Optima»[27][28]. В СССР программной автоматикой механического типа оснащались любительские камеры, например «Сокол-Автомат», «Зоркий-10», «Вилия-авто», «ФЭД-Микрон»[29]. Современный программный автомат на основе цифрового микропроцессора впервые появился в 1978 году в зеркальном фотоаппарате «Canon A-1»[30].

Современное название такой технологии экспозиционной автоматики — «программный автомат». Цифровая фотоаппаратура оснащается экспозиционной автоматикой всех трёх типов, позволяя выбирать соотношение экспозиционных параметров и приоритет одного из них. Кроме того, появились режимы, автоматически регулирующие в том числе и светочувствительность.

Режимы автоматического управления экспозицией
Не следует путать с режимами измерения экспозиции
Символы разных типов экспозиционной автоматики на диске режимов фотоаппарата

В кинокамерах автоматически регулировалась только диафрагма, поскольку выдержка зависит от угла раскрытия обтюратора и чаще всего неизменна при фиксированной частоте киносъёмки. Наиболее сложные системы автоматического управления экспозицией используются в фотоаппаратах, где требуется управление обоими экспозиционными параметрами. Простейшие режимы фотокамер автоматически устанавливают только выдержку или только диафрагму, тогда как второй параметр устанавливается вручную и считается приоритетным. В советских источниках такая разновидность экспоавтоматики называлась «автоматом со свободным выбором одного из параметров»[26]. Наиболее совершенная разновидность автоэкспозиции, получившая название многопрограммного автомата, устанавливает оба параметра самостоятельно. Взаимная зависимость параметров может изменяться по разным законам, которые иногда называются «сюжетными программами».

Поскольку автоматическая регулировка экспозиции фотовспышки происходит только за счёт длительности импульса, многократно более короткого, чем любая выдержка затвора, она выполняется в единственном режиме, никак не отображаемом на органах управления. При этом автоматика вспышки работает в ведомом режиме по отношению к экспозиционной автоматике непрерывного освещения. Управление импульсом вспышки происходит на основе значения диафрагмы, установленного для непрерывного освещения автоматически или вручную. Кроме того, диапазон выдержек затвора в любом автоматическом режиме при включении вспышки ограничивается, обеспечивая её синхронизацию. В режимах с автоматической установкой выдержки в фотоаппаратах обычно предусматривается дополнительная сигнализация, извещающая о слишком длинных выдержках, использование которых может привести к получению нерезкого снимка.

Автоматы с приоритетом выдержки
Основная статья: Приоритет выдержки

В таком режиме выдержка задаётся фотографом, а диафрагма устанавливается фотоаппаратом автоматически[31]. Большинство производителей фототехники обозначают этот режим символом «Tv» (англ. Time Value), которому соответствует символ «S» (англ. Shutter) у других фирм. Автоматическая регулировка диафрагмы наиболее распространёна в кинокамерах и видеокамерах, поскольку выдержка в этих устройствах поддаётся регулировке с большим трудом. Особенно это относилось к видеокамерам, основанным на вакуумных передающих трубках, которые могли обеспечивать только выдержку, точно совпадающую с длительностью полукадра. В кинокамерах при постоянной частоте киносъёмки выдержка может регулироваться только углом раскрытия обтюратора, изменение которого связано с большими сложностями и не поддаётся автоматизации. В современных фотоаппаратах автомат диафрагмы используется наряду с другими автоматическими режимами в случаях, когда значение диафрагмы не имеет решающего значения, но важна выдержка, от которой зависит степень размытости движущихся объектов.

Автоматы с приоритетом диафрагмы
Основная статья: Приоритет диафрагмы

В фотоаппаратах, оснащённых такой разновидностью автоматики, диафрагма выбирается фотографом, а выдержка устанавливается автоматически при помощи электромеханического затвора[31]. Часть производителей фототехники обозначает этот режим символом «Av» (англ. Aperture Value)[1]. Автоматическая установка выдержки в фотоаппарате нуждается в дополнительной сигнализации слишком длинных выдержек, сообщающей фотографу, что существует риск получения нерезкого снимка при съёмке без штатива. Разные производители предусматривают различные виды сигнализации, в некоторых случаях используя звуковую. Также могут мигать светодиоды или значение выдержки, отображаемое на дисплеях.

Приоритет диафрагмы пригоден в наибольшей степени для фотоаппаратов, поскольку регулировка выдержки в кино- и видеокамерах связана с определёнными трудностями. В некоторой степени это устранимо в видеокамерах, основанных на полупроводниковых матрицах, позволяющих регулировать длительность считывания кадра. Однако, уменьшение выдержки при съёмке движущегося изображения ухудшает плавность движения на экране, поэтому нежелательно. При фотосъёмке приоритет диафрагмы используется в случаях, когда наиболее важна глубина резкости, регулируемая диафрагмой, а конкретная величина выдержки может быть любой.

Программные автоматы
Основная статья: Режим программной линии

При таком режиме автоматически устанавливаются оба экспозиционных параметра. Технология предусматривает жёсткую или управляемую зависимость между выдержкой и диафрагмой, изменяющимися в соответствии с измеренной экспозицией[31]. С изменением экспозиции пропорции, в которых изменяются оба параметра, определяются программой, которая может задаваться в различных вариантах, подбираемых в зависимости от снимаемого сюжета[32]. Различные программы такого автомата получили название «сюжетных программ».

В киносъёмочной аппаратуре программный автомат не нашёл применения, но в видеокамерах он самостоятельно устанавливает значение диафрагмы и время считывания кадра с матрицы. Особенностью этого режима при видеосъёмке является ограничение максимальной выдержки длительностью телевизионного поля. В современных цифровых фотоаппаратах и видеокамерах программный автомат входит в стандартный набор режимов и считается наиболее универсальным. Его разновидностью можно считать режим «зелёной зоны», обозначаемый прямоугольником зелёного цвета. В этом режиме кроме выдержки и диафрагмы автоматически выбирается значение светочувствительности и некоторые другие параметры. Основное применение «зелёная зона» находит в любительской фото- и видеосъёмке, поскольку в некоторых ситуациях не обеспечивает достаточного контроля над процессом.

В фотографии программный автомат наиболее предпочтителен в репортажной съёмке, поскольку не отвлекает внимания от других задач. Большинство производителей профессиональной фотоаппаратуры заявляют этот режим основным в сочетании с оценочным измерением экспозиции, позволяющим автоматически учитывать особенности любых сюжетов. В любительской аппаратуре основным считается режим «зелёной зоны».

По советской терминологии различали «однопрограммный» и «многопрограммный» автоматы, управляющие обоими экспозиционными параметрами по разным принципам. В первом случае автоматически устанавливаемые экспопары выдержка-диафрагма неизменны, и возможность выбора например, более короткой выдержки при той же диафрагме, отсутствует[26]. Во втором случае автоматика отрабатывает несколько программ, каждая из которых соответствует конкретному значению определённого параметра, например, выдержки. Одним из самых совершенных многопрограммных автоматов в СССР был фотоаппарат «Сокол-Автомат»[29]. Каждой из пяти выдержек затвора соответствовала своя программа, изменявшая диафрагму в соответствии с измеренной яркостью снимаемой сцены. При выходе за пределы доступного диапазона диафрагменных чисел, программа изменяла и выдержку[33][34].

Автомат глубины резкости

Разновидность программного автомата фотоаппарата (англ. A-DEP), подбирающего диафрагму на основе данных нескольких датчиков автофокуса. Впервые реализован в 1992 году в фотоаппарате Canon EOS 5, оснащённым пятью датчиками автофокуса[35]. Датчики измеряют дистанцию в разных местах кадра, а диафрагма подбирается таким образом, чтобы обеспечить глубину резкости, достаточную для резкого отображения всего сюжета. Выдержка автоматически устанавливается на основе экспозамера и полученного значения диафрагмы. Этот режим считается любительским, поскольку во многих ситуациях выбирает полностью закрытую диафрагму и длинную выдержку.

Экспокоррекция и экспопамять

В отличие от полуавтоматического режима управления экспозицией, в котором поправки вносятся отклонением индикации от «нулевой», в автоматических режимах при съёмке нестандартных сюжетов для корректного экспонирования необходимо наличие функции экспокоррекции или экспопамяти[36].

Основная статья: Экспокоррекция

Например, при съёмке ярко освещённого лица актёра на фоне тёмной сцены, центровзвешенный замер может давать ошибку на 2—3 ступени. В результате при съёмке в любом из автоматических режимов лицо окажется передержанным. Аналогичная ситуация может сложиться при съёмке с контровым светом и в других подобных случаях[37]. Поэтому большинство камер, оснащённых автоматическим управлением экспозицией, дополнительно снабжаются вводом поправки, называемым экспокоррекцией[38]. Разновидностью экспокоррекции может считаться режим контрового освещения (англ. Backlight), включаемый отдельной кнопкой некоторых видеокамер и фотоаппаратов. В этом режиме, как правило, вводится фиксированная экспокоррекция +1—1,5 ступени, компенсирующая ошибку измерения в определённых ситуациях.

При точечном и центровзвешенном измерении его зона может попадать на участок снимка с нестандартной яркостью, приводя к ошибке[39]. Поэтому большинство камер с экспозиционной автоматикой оснащаются функцией экспопамяти (англ. Automatic Exposure Lock, AE-Lock[1]). Нажатие кнопки, включающей этот режим, останавливает измерение, результаты которого сохраняются в памяти микропроцессора. Таким образом замер может быть произведён по нужному участку изображения, а после включения экспопамяти композиция изменяется согласно замыслу и производится съёмка в автоматическом режиме[36]. Некоторые фотоаппараты оснащаются экспопамятью на несколько замеров, после которых происходит их автоматическое усреднение и съёмка с автоэкспозицией[40].

При автоматическом управлении экспозицией вспышки в некоторых случаях также необходима экспокоррекция, устанавливаемая отдельно от коррекции экспозиции непрерывного света. Экспопамять фотовспышки (англ. Flash Exposure Lock, FE-Lock, в любительских фотоаппаратах часть режима AE-Lock) реализуется при помощи предварительного импульса, излучаемого вспышкой для измерения экспозиции по системе TTL до подъёма зеркала. При нажатии соответствующей кнопки излучается импульс, в обычной ситуации генерируемый непосредственно перед съёмкой после нажатия на спусковую кнопку. Полученный результат сохраняется в памяти и может быть использован для одного или нескольких снимков.

См. также

Примечания
  1. В профессиональной киносъёмочной аппаратуре автоматическое управление экспозицией не нашло применения, за исключением отдельных типов хроникальных кинокамер. Автоматика использовалась, главным образом, в камерах для кинолюбителей
  2. Кроме этого устройства выпускались также DS-2 EE и DS-12 EE, предназначенные для разных модификаций фотоаппарата[20][21]
  3. В некоторых источниках автоматика, требующая ручной установки одного из экспозиционных параметров называется «полуавтоматом»[26]. Эти разночтения вызваны маркетинговой политикой крупных производителей фототехники

Источники
  1. Советское фото, 1990, с. 44.
  2. Общий курс фотографии, 1987, с. 41.
  3. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 57.
  4. Фотоаппараты, 1984, с. 99.
  5. Фотомагазин, 1998, с. 16.
  6. Фотография: энциклопедический справочник, 1992, с. 24.
  7. Наука и жизнь, 1966, с. 130.
  8. Todd Gustavson. 75 YEARS – THE SUPER KODAK SIX-20 (англ.) (недоступная ссылка). Eastman Museum (17 июля 2013). Дата обращения: 3 июня 2017. Архивировано 9 августа 2017 года.
  9. Super Kodak Six 20 (англ.). Historic Camera. Дата обращения: 3 июня 2017.
  10. JAYPHEN SIMPSON. Einstein Patented an Auto-Exposure Camera Before Kodak Made It Exist (англ.). PetaPixel (2 июня 2017). Дата обращения: 3 июня 2017.
  11. Light intensity self-adjusting camera (англ.). Бюро по патентам и товарным знакам США (11 декабря 1935). Дата обращения: 4 июня 2017.
  12. Classic Cameras; The Top 20 Cameras Of All-Time Countdown (англ.). журнал «Shutterbug». Дата обращения: 3 июня 2017.
  13. Фотография: энциклопедический справочник, 1992, с. 87.
  14. Советское фото, 1977, с. 41.
  15. Savoyflex — A Daring French (англ.). Pentax SLR. Дата обращения: 16 октября 2020.
  16. История «одноглазых». Часть 3. PHOTOESCAPE. Дата обращения: 2 июня 2013. Архивировано 4 июня 2013 года.
  17. Christopher J. Osborne. Kiev Automat series (англ.). Classic Cameras (6 мая 2018). Дата обращения: 16 октября 2020.
  18. Ivan Lo. Kiev-10 Automat (англ.). Vintage Camera Lab. Дата обращения: 16 октября 2020.
  19. Iain Compton. kiev 10 (англ.). Serialforeigner Photo. Дата обращения: 16 октября 2020.
  20. Leo Foo. Nikon EE Aperture Control Attachment Unit DS-1 (англ.) (недоступная ссылка). Modern Classic SLRs Series. Photography in Malaysia. Дата обращения: 8 марта 2013. Архивировано 13 марта 2013 года.
  21. Nikon EE Aperture Control Attachment Unit DS-12 (англ.). Modern Classic SLR Series. Photography in Malaysia. Дата обращения: 23 февраля 2015.
  22. Nikon EE Aperture Control Attachment Unit DS-1 (англ.). Modern Classic SLRs Series. Photography in Malaysia. Дата обращения: 8 марта 2013. Архивировано 13 марта 2013 года.
  23. Инструкция Canon F-1, с. 52.
  24. Борис Бакст. Hasselblad. Глава 5. Статьи о фототехнике. Фотомастерские РСУ (20 июня 2011). Дата обращения: 10 января 2014.
  25. Фотокурьер, 2006, с. 8.
  26. Фотокинотехника, 1981, с. 19.
  27. Фотоаппараты, 1984, с. 83.
  28. The Auto-Exposure Class of 1959 (англ.). Classic Cameras. Дата обращения: 3 июня 2017.
  29. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 59.
  30. Jon Sienkiewicz. Program AE Mode On Your Camera Is Better Than You Thought (англ.). Photo How To. Журнал «Shutterbug» (12 мая 2016). Дата обращения: 16 мая 2016.
  31. Фотография: энциклопедический справочник, 1992, с. 89.
  32. Советское фото, 1980, с. 37.
  33. И. Арисов. Фотоаппарат Сокол-2 обзор и инструкция. Фототехника СССР. Дата обращения: 13 сентября 2020.
  34. Фотокинотехника, 1981, с. 20.
  35. Фотомагазин, 2001, с. 17.
  36. Фотография: Техника и искусство, 1986, с. 65.
  37. Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 60.
  38. Фотоаппараты, 1984, с. 91.
  39. Фотоаппараты, 1984, с. 90.
  40. Фотокурьер, 2008, с. 8.

Литература
  • К. Гольдин, В. Прийменко. Автоматика в фотоаппарате // «Наука и жизнь» : журнал. — 1966. — № 1. — С. 130—135. — ISSN 0028-1263.
  • Владимир Самарин. Eлектро-Oптическая Sистема: камеры Canon EOS сегодня // «Фотомагазин» : журнал. — 2001. — № 5. — С. 10—25. — ISSN 1029-609-3.
  • О. Сербинов, П. Бояров. Аппаратная логика в фотокамерах // «Советское фото» : журнал. — 1980. — № 5. — С. 36. — ISSN 0371-4284.
  • Фомин А. В. § 5. Основные узлы и механизмы фотоаппаратов // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 25—43. — 256 с. — 50 000 экз.
  • М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л.: «Машиностроение», 1984. — 142 с.
  • Антология торговой марки Olympus. Часть 14 // «Фотокурьер» : журнал. — 2008. — № 1/133. — С. 2—14.
  • Фотография: энциклопедический справочник / С. А. Макаёнок. — Минск: «Беларуская Энцыклапедыя», 1992. — 399 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85700-052-1.
  • Экспонометрия и экспонометры // «Фотомагазин» : журнал. — 1998. — № 1—2. — С. 16—24. — ISSN 1029-609-3.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.