Что значит обратно пропорционально квадрату расстояния
Закон обратных квадратов
Говоря техническими терминами, закон обратных квадратов в физике утверждает, что «значение некоторой физической величины в данной точке пространства обратно пропорционально квадрату расстояния от источника поля, которое характеризует эта физическая величина». Вам, должно быть, интересно, что закон с подобным определением может иметь общего с фотографией (и никто вас не осудит). Закон обратных квадратов применим для множества вещей в этом мире. Сегодня, однако, мы рассмотрим лишь одну из них: свет.
Объяснение концепции
Для тех из нас, кто не слишком близко знаком с высшей математикой (или даже с основами математики, если уж на то пошло), нечто вроде закона обратных квадратов может показаться невероятно сложным. Там есть уравнения с числами и переменными, ссылки на физику и множество других вещей, которые, откровенно говоря, кажутся очень скучными. По этой причине мы постараемся охватить данную тему с практической стороны, а не с технической.
Сам закон в фотографии используется в вопросах освещения. Вообще-то, он применим по отношению к любому виду освещения, но наиболее важные области его применения касаются вне-камерного освещения. В общем, закон обратных квадратов учит нас, как работает свет на расстоянии и почему расстояние между источником света и объектом так важно.
Перемещение объекта на три метра от источника (3 * 3 = 9, т.е. 1/9) приведет к тому, что мощность достигающего его света составит 1/9 от первоначального значения.
На рисунке ниже показано, как уменьшается мощность света от 1 до 10 метров, помните, что каждый показатель – просто обратный квадрат расстояния свыше 1.
Закон обратных квадратов объясняет существенное снижение мощности света на расстоянии. Мы можем использовать эту информацию, чтобы лучше понимать, как наше освещение влияет на модель, и в соответствии с этим лучше контролировать его.
Практическое применение
Итак, знание о снижении мощности света забавно и все такое прочее…но как мы можем найти ему достойное применение в нашей фотографической работе? Это касается, в первую очередь, экспозиции и относительного расположения объектов. Когда свет направлен в определенном направлении, первоначально уменьшение мощности происходит очень быстро, а затем замедляется, чем дальше, тем больше.
Помните, что с законом квадратов числа увеличиваются все быстрее и быстрее, но с законом обратных квадратов они уменьшаются все медленнее и медленнее.
Если мы взглянем на уменьшение мощности света от 1 м до 10 м в процентах с точностью до целого числа, это будет выглядеть так:
Здесь мы видим падение на 75% от 1 до 2 метров, но всего 5%-ное снижение освещенности от 4 метров до 10 метров.
Экспозиция
Таким образом, мы понимаем, что близко к источнику света мощность большая, но далеко от него мы располагаем лишь очень небольшим количеством света. Исходя из этого, для получения правильной экспозиции (предполагается, что мы используем постоянную выдержку), если объект очень близко к свету, то мы должны установить нашу диафрагму примерно на F16, чтобы блокировать все излишки света.
Если, с другой стороны, объект расположен очень далеко от источника, тогда нам следует выбрать значение диафрагмы примерно F4, чтобы захватить больше света. Оба кадра должны выглядеть идентично, потому что мы настроили камеру таким образом, чтобы пропустить одинаковое количество света для каждого из них.
Исходя из этого, мы можем приблизительно оценить, какие значения диафрагмы нужно использовать на том или ином расстоянии, чтобы получить корректную экспозицию. Помните, что мощность света поначалу снижается очень быстро, а затем медленнее. По тому же принципу, мы поначалу открываем диафрагму очень резко, а потом тем медленнее, чем дальше мы от источника света.
Освещение одного объекта
Давайте переместим шкалу с диафрагменными числами на вершину диаграммы в качестве удобной точки отсчета. Теперь следующий момент: некоторые объекты не двигаются, и это означает, что как только вы поместите объект на определенном расстоянии от источника света, вы установите экспозицию, и на этом всё.
Однако если вы снимаете человека (особенно стоящего человека), он имеют тенденцию перемещаться. Если ваша модель очень близко к источнику света, и она (или он) переместится на полшага в любом направлении, то она сразу же окажется недо- или переэкспонирована.
Однако если модель находится дальше от источника, тогда она может перемещаться на несколько шагов в любом направлении, и вам вообще не нужно будет изменять настройки камеры.
Освещение группы объектов
Предыдущее правило работает очень схоже и для группы объектов. Если все ваши объекты находятся очень близко к источнику, тогда тот, что дальше от источника, окажется сильно недоэкспонированным по сравнению с тем, что ближе к свету – в диапазоне от F22 до F11.
Но если вы переместите все объекты дальше от источника, они все будут освещены достаточно хорошо на диафрагме около F4.
Освещение фона
Конечно, порой вы действительно хотите сделать так, чтобы какой-то элемент фотографии был ярким, а другой темным, как в случае с фоном. Так, если вы помещаете модель очень близко к источнику света, а фон на определенном расстоянии, тогда (предполагается, что модель экспонирована корректно) фон будет сильно недоэкспонирован.
Если вы хотите ярко осветить и модель, и фон, переместите их дальше от источника света, но близко друг к другу.
Заключение
Это было лишь небольшое введение в закон обратных квадратов и способы его применения в освещении в фотографии. Есть множество, множество переменных, которые могут быть скорректированы для получения различных эффектов, такие как выдержка, яркость источника света и использование нескольких источников.
Однако надеюсь, что теперь вы понимаете основы закона обратных квадратов и можете начать применять их в вашей фотографической работе для получения лучшего, более подходящего вам освещения.
Если у вас есть какие-то полезные советы, которые помогут людям в понимании данной темы, или что-то еще, чем вы хотите поделиться, вы можете сделать это в комментариях ниже!
Автор статьи: John O’Nolan
Свет фотографии: понимание закона обратных квадратов
Очень теоритическая теория
Для многих из нас уже давно и напрочь забывших курс школьной математики закон обратных квадратов может показаться сложным. Да, есть уравнения и ссылки на физику, которые откровенно говоря, довольно скучны, поэтому мы рассмотрим вопрос с прикладной точки зрения.
В фотографии этот закон актуален для использования искусственного света, накамерных или синхронизированных вспышек. Закон обратных квадратов учит нас тому, как света работает с расстоянием и почему расстояние между объектом съёмки и источником света так важно.
Допустим у нас есть вспышка и есть объект съёмки в метре о неё. Если мы отодвинем объект съемки на расстояние два метра от вспышки, сколько света его достигнет? В два раза меньше, скажете вы и будете чертовски неправы.
Согласно закону, сила света будет обратно пропорциональная квадрату расстояния. Если наши два метра мы возведём в квадрат, то получим 4 метра. Сила света будет 1\4 от изначальной мощности, а не половина. Половина была ещё на расстоянии метра.
Отодвинем объект на три метра и получим (3 * 3 = 9, так что 1 / 9) от силы источника света.
Падение мощности с расстоянием вы можете рассмотреть на схеме ниже. Нижняя шкала, от 0 до 10 метров:
Закон обратных квадратов объясняет резкое падение мощности света на расстоянии. Мы можем использовать эту информацию, чтобы лучше понять как наш свет влияет на нашу сцену и тем самым добиться лучшего понимания в управлении светом.
От теории к практике
Знать о падении мощности конечно интересно, на нафига козе баян спросите вы!? Как этим пользоваться в фотографии? Конечно в экспонировании сцены и позиционировании объектов.
Давайте обратим внимание, что согласно закону обратных квадратов, чем дальше от источника света, тем более плавным становится падение силы освещения.
Если мы посмотрим на мощность света в процентах, на расстоянии с 1 метра до 10 это будет выглядеть так:
75% падения мощности происходи в промежутке от 1 метра до двух и только 5% в диапазоне от 4 метров до 10.
Таким образом, мы понимаем, что есть много света в непосредственной близости от от источника света и небольшое количество света вдалеке от него. Исходя из этого для получения правильной экспозиции (держим, в уме, что выдержка у нас правильная и одинаковая) находясь близко к объекту нам нужно установить диафрагму F16:
Напротив если мы поставим объект далеко от источника света, мы сможем использовать диафрагму F4. При этом в обоих случаях объект будет экспонирован правильно:
Если делать это только с одной
Давайте посмотрим на инфографику. Мы разместили значения диафрагмы на панели вверху. Как вы уже заметили, если модель находится близко к источнику света, то даже небольшое её перемещение может серьёзно повлиять на экспозицию:
Напротив если модель находится дальше от источника света, у неё появляется пространство, где она может двигаться без необходимости менять экспопару или настройки света:
Если делать это сразу с тремя
Всё изложенное правило также работает и с группами объектов. Если все они находятся близко к источнику света, но не на одной плоскости то дальний объект будет сильно недодержан по отношению к ближнему. Диапазон на графике от F22 до F11:
Если поместить нашу группу дальше от света, то вся она будет освещена намного более равномерно:
Если делать это на фоне ковра!
Бывает и так, что нужен ярко освещённый объект на переднем плане и тёмный фон. Поместите фон на расстоянии от модели и если модель, экспонированная правильно фон, будет недосвечен:
Чтобы получить яркий объект и яркий фон разместите их дальше от источника света но ближе друг к другу:
Конечно, есть много переменных, которые мы не упомянули, например выдержка, или глубина резкости, ну и конечно мощностью самой вспышки и боже их количество. Чтобы сложить полноценное представление о вопросе, нужно ориентироваться в этих переменных хотя бы немного.
Однако используя понимание закона обратных квадратов вы можете начать применять их в фотографии, чтобы достичь лучшего более продуманного и последовательного освещения.
Закон обратных квадратов
Говоря техническими терминами, закон обратных квадратов в физике утверждает, что «значение некоторой физической величины в данной точке пространства обратно пропорционально квадрату расстояния от источника поля, которое характеризует эта физическая величина». Вам, должно быть, интересно, что закон с подобным определением может иметь общего с фотографией (и никто вас не осудит). Закон обратных квадратов применим для множества вещей в этом мире. Сегодня, однако, мы рассмотрим лишь одну из них: свет.
Объяснение концепции
Для тех из нас, кто не слишком близко знаком с высшей математикой (или даже с основами математики, если уж на то пошло), нечто вроде закона обратных квадратов может показаться невероятно сложным. Там есть уравнения с числами и переменными, ссылки на физику и множество других вещей, которые, откровенно говоря, кажутся очень скучными. По этой причине мы постараемся охватить данную тему с практической стороны, а не с технической.
Сам закон в фотографии используется в вопросах освещения. Вообще-то, он применим по отношению к любому виду освещения, но наиболее важные области его применения касаются вне-камерного освещения. В общем, закон обратных квадратов учит нас, как работает свет на расстоянии и почему расстояние между источником света и объектом так важно.
Перемещение объекта на три метра от источника (3 * 3 = 9, т.е. 1/9) приведет к тому, что мощность достигающего его света составит 1/9 от первоначального значения.
На рисунке ниже показано, как уменьшается мощность света от 1 до 10 метров, помните, что каждый показатель – просто обратный квадрат расстояния свыше 1.
Закон обратных квадратов объясняет существенное снижение мощности света на расстоянии. Мы можем использовать эту информацию, чтобы лучше понимать, как наше освещение влияет на модель, и в соответствии с этим лучше контролировать его.
Практическое применение
Итак, знание о снижении мощности света забавно и все такое прочее…но как мы можем найти ему достойное применение в нашей фотографической работе? Это касается, в первую очередь, экспозиции и относительного расположения объектов. Когда свет направлен в определенном направлении, первоначально уменьшение мощности происходит очень быстро, а затем замедляется, чем дальше, тем больше.
Помните, что с законом квадратов числа увеличиваются все быстрее и быстрее, но с законом обратных квадратов они уменьшаются все медленнее и медленнее.
Если мы взглянем на уменьшение мощности света от 1 м до 10 м в процентах с точностью до целого числа, это будет выглядеть так:
Здесь мы видим падение на 75% от 1 до 2 метров, но всего 5%-ное снижение освещенности от 4 метров до 10 метров.
Экспозиция
Таким образом, мы понимаем, что близко к источнику света мощность большая, но далеко от него мы располагаем лишь очень небольшим количеством света. Исходя из этого, для получения правильной экспозиции (предполагается, что мы используем постоянную выдержку), если объект очень близко к свету, то мы должны установить нашу диафрагму примерно на F16, чтобы блокировать все излишки света.
Если, с другой стороны, объект расположен очень далеко от источника, тогда нам следует выбрать значение диафрагмы примерно F4, чтобы захватить больше света. Оба кадра должны выглядеть идентично, потому что мы настроили камеру таким образом, чтобы пропустить одинаковое количество света для каждого из них.
Исходя из этого, мы можем приблизительно оценить, какие значения диафрагмы нужно использовать на том или ином расстоянии, чтобы получить корректную экспозицию. Помните, что мощность света поначалу снижается очень быстро, а затем медленнее. По тому же принципу, мы поначалу открываем диафрагму очень резко, а потом тем медленнее, чем дальше мы от источника света.
Освещение одного объекта
Давайте переместим шкалу с диафрагменными числами на вершину диаграммы в качестве удобной точки отсчета. Теперь следующий момент: некоторые объекты не двигаются, и это означает, что как только вы поместите объект на определенном расстоянии от источника света, вы установите экспозицию, и на этом всё.
Однако если вы снимаете человека (особенно стоящего человека), он имеют тенденцию перемещаться. Если ваша модель очень близко к источнику света, и она (или он) переместится на полшага в любом направлении, то она сразу же окажется недо- или переэкспонирована.
Однако если модель находится дальше от источника, тогда она может перемещаться на несколько шагов в любом направлении, и вам вообще не нужно будет изменять настройки камеры.
Освещение группы объектов
Предыдущее правило работает очень схоже и для группы объектов. Если все ваши объекты находятся очень близко к источнику, тогда тот, что дальше от источника, окажется сильно недоэкспонированным по сравнению с тем, что ближе к свету – в диапазоне от F22 до F11.
Но если вы переместите все объекты дальше от источника, они все будут освещены достаточно хорошо на диафрагме около F4.
Освещение фона
Конечно, порой вы действительно хотите сделать так, чтобы какой-то элемент фотографии был ярким, а другой темным, как в случае с фоном. Так, если вы помещаете модель очень близко к источнику света, а фон на определенном расстоянии, тогда (предполагается, что модель экспонирована корректно) фон будет сильно недоэкспонирован.
Если вы хотите ярко осветить и модель, и фон, переместите их дальше от источника света, но близко друг к другу.
Заключение
Это было лишь небольшое введение в закон обратных квадратов и способы его применения в освещении в фотографии. Есть множество, множество переменных, которые могут быть скорректированы для получения различных эффектов, такие как выдержка, яркость источника света и использование нескольких источников.
Однако надеюсь, что теперь вы понимаете основы закона обратных квадратов и можете начать применять их в вашей фотографической работе для получения лучшего, более подходящего вам освещения.
Если у вас есть какие-то полезные советы, которые помогут людям в понимании данной темы, или что-то еще, чем вы хотите поделиться, вы можете сделать это в комментариях ниже!
Автор статьи: John O’Nolan
Понятно о Законе обратных квадратов для фотографов
Перевод статьи был опубликован на Фотогоре. Материал показался достойным и важным, поэтому размещаю у себя.
В этой статье я собираюсь поделиться информацией о взаимосвязи диафрагмы и Закона обратных квадратов и их влиянии на снижение интенсивности освещения. Чтобы было понятнее, начнем с диафрагмы.
Ступени диафрагмы (f-stops)
Прикрывая диафрагму, вы уменьшаете количество света, проходящего через объектив. Каждая следующая ступень диафрагмы уменьшает диаметр диафрагмы на 1/?2, что в свою очередь уменьшает относительное отверстие и количество света ровно наполовину.
Такая разбивка позволяет нам подстраивать значения диафрагмы и выдержки под условия освещения: каждое следующее значение диафрагмы (оно же – ступень диафрагмы) получается умножением предыдущего на корень квадратный из 2 (или 1.414). Значение округляется до 1.4 и получается, к примеру, что следующим значением за диафрагмой f/4 будет 4 умноженное на 1.4 = f/5.6.
Соответственно, широко известная шкала диафрагменных чисел выглядит следующим образом:
f/1 f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22 f/32
В редких случаях, как, например, у макро-объективов, шкала продолжается до f/45. Это необходимо для того, чтобы добиться приемлемой глубины резко изображаемого пространства, ведь на макро-объективы снимают с очень близкого расстояния до объекта.
Закон обратных квадратов в освещении
Закон обратных квадратов помогает добиться идеального освещения в каждой конкретной ситуации. Работает он просто: если увеличить расстояние от объекта до источника света в два раза, то источник осветит в четыре раза большую площадь.
Другими словами, для того, чтобы вычислить увеличение площади освещения, нужно возвести расстояние в квадрат. В то же время, увеличение площади ведет к обратно пропорциональному квадрату расстояния снижению интенсивности освещения, ведь одинаковое количество света будет распространяться на большую поверхность.
Технически закон обратных квадратов звучит так: Энергия (в нашем случае – сила света) в точке А (расположение объекта съемки) снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от точки А до источника энергии (в нашем случае, к примеру – до студийной вспышки).
Площадь и интенсивность: подробно о Законе обратных квадратов
Записать формулу закона обратных квадратов несложно, требуются только базовые математические знания. Но физика процесса, лежащего за ним, намного сложнее. Поэтому мы будем рассматривать закон только на примерах и с точки зрения фотографии. Говорить будем о свете, попадающем на пленку или датчик изображения цифрового фотоаппарата, и освещении объекта съемки. Закон обратных квадратов исключительно полезен и применим при съемке со вспышкой.
К примеру, интенсивность освещения увеличивается в 4 раза при уменьшении расстояния от источника света до объекта съемки наполовину. В свою очередь, если увеличить расстояние в два раза, то интенсивность снизится до четверти от исходной. По такому же алгоритму можно вычислить точные пары значений при дальнейшем увеличении расстояния (расстояние в 3 раза, интенсивность – 1/9; расстояние – в 4 раза, интенсивность – 1/16).
В общем, закон обратных квадратов говорит о диспропорциональном снижении интенсивности освещения при увеличении расстояния между источником света и объектом. Он помогает понять взаимосвязь света и освещения и расстояния до объекта и его яркости.
Применение на практике
Согласно закону обратных квадратов интенсивность освещения резко падает при первоначальном увеличении расстояния от объекта до источника света. Дальнейшее увеличение расстояния приводит к падению интенсивности в меньшей степени. К примеру, если увеличить расстояние от вспышки до объекта с 1 метра до двух, то мы потеряем 75% интенсивности света на объекте съемки. Но увеличив расстояние с 4 до 10 метров, мы потеряем всего 5 процентов.
Отсюда следует, что интенсивность света вблизи источника имеет наивысшие значения, а на расстоянии – остаются только крохи. Поэтому, при неизменной выдержке, корректное освещение достигается так: чем ближе объект к источнику, тем нужно большее значение диафрагмы – меньше света попадет в фотоаппарат.
И наоборот: при увеличении расстояния до источника, нужно соответственно уменьшить значение диафрагмы («приоткрыть диафрагму»). Снимки, сделанные с такой корреляцией, будут выглядеть практически идентично: просто потому, что объектив пропустит одинаковое количество света.
Так теоретически вычисляется правильное значение диафрагмы для каждой комбинации расстояния, интенсивности света и выдержки.
Освещение одного объекта
Статичный объект можно снимать на одном значении диафрагмы. Движущиеся объекты, в противовес, требуют гибкости в диафрагмировании, особенно если они располагаются близко к источнику освещения. Ведь по закону обратных квадратов в таком случае даже незначительное изменение расстояния приводит к серьезному изменению освещенности. В тоже время, при съемке движущегося объекта, находящегося на значительном расстоянии от источника, будет достаточно фиксированной диафрагмы, пусть даже амплитуда движений объекта будет больше.
Освещение нескольких объектов
Бывают ситуации, когда несколько объектов располагаются вблизи источника освещения. В этом случае, может получиться так, что передний объект будет переэкспонирован, в то время как находящийся позади будет недоэкспонирован. Простой пример: три объекта расположены один за другим с требуемыми значениями диафрагмы в диапазоне от f/22 до f/11. Решение простое: для того, чтобы равномерно осветить все объекты нужно отодвинуть источник освещения. Расстояние между объектами сохраниться, но для правильного экспонирования потребуется только одна фиксированная диафрагма.
Это отлично видно на приведенном примере. При расстоянии от источника до первой модели в 8 метров, падение освещения к четвертой модели составляет всего 2/3 ступени. Но на расстоянии до источника в 2 метра, падение составит уже 2 1/3 ступени (то есть f/8 для первой модели и f/3.5 – для четвертой)!
Особая задача: Корректное освещение фона
Часто равномерное освещение не является целью и на снимках нам нужен контраст – области с разной освещенностью. Например, нужно добиться темного фона, чтобы выделить и подчеркнуть ярко и правильно освещенную модель, расположенную близко к источнику. Поможет обратно пропорциональное ослабление интенсивности: отодвиньте фон дальше от источника освещения, сделайте его недоэкспонированным и, соответственно, темным. Так закон обратных квадратов помогает добиться желаемого эффекта.
«Обратные квадраты» помогут и в противном случае, когда нужно добиться равномерного и одинакового освещения объекта и фона: расположите источник света на значительном расстоянии до объекта и фона – освещение станет равномерным.
На примере ниже видно, что для равномерного освещения модели и фона достаточно установить источник на расстоянии в 4 метра – разница между объектом и фоном составит всего одну ступень. Снизить разницу можно уменьшив расстояние между моделью и фоном.
Кстати, обратите внимание, что если расположить модель слишком близко к источнику (на приведенном примере это 1 метр), то падение освещенности будет настолько резким, что в случае с ростовым портретом, вы получите недоэкспонированные ноги модели. Поэтому, такое расстояние больше подойдет для лицевого портрета.
Взаимосвязь мощности импульса, значения диафрагмы и чувствительности ISO
Для наглядного показа взаимосвязей в приведенную ниже таблицу мы свели возможно большее количество число значений.
Пояснения к таблице
Предположим, что у нас вспышка мощностью 1000 Ws с диапазоном регулировки мощности импульса от 1 до 10. Значения ISO и диафрагмы выбраны специально, чтобы проиллюстрировать взаимозависимость между настройками. Для того, чтобы сохранить одинаковую освещенность (яркость) объекта при изменении мощности импульса вспышки, нужно в соответствии с таблицей менять значение или диафрагмы, или чувствительности ISO (только одного из этих значений).
Сразу бросается в глаза, что мощность импульса вспышки (Вт/сек) должна быть удвоена на каждую ступень диафрагмы. Таким образом, изменение настроек на одно значение в верхнем диапазоне регулировок (от 9 до 10) приводит к увеличению мощности на 500 Вт, тогда как в нижнем диапазоне, между 1 и 2, мощность изменится всего на 0,2 Вт. Такая разница заставляет задуматься о том, сколько труда и усилий потратили производители вспышек, чтобы добиться необходимой точности и согласованности.
Заключение
По итогам, о чем нужно помнить?
Про диафрагму
Изменение диафрагмы на одно значение всегда приводит либо к удвоению интенсивности освещения, либо к ее уменьшению наполовину. Для вспышки это значит удвоение или сокращение наполовину мощности импульса. Например, изменение настройки мощности импульса вспышки с 5 до 6 будет эквивалентно изменению на 1 ступень диафрагмы.
Про расстояние
Чем ближе объект к источнику освещения, тем резче при изменении расстояния изменяется интенсивность освещения. Интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния. При увеличении расстояния в 2 раза для сохранения одинаковой освещенности объекта понадобится источник в 4 раза более мощный.
Относительно разницы в яркости, двукратное изменение расстояния всегда равно 2 ступеням диафрагмы. Увеличение расстояния до источника ведет к равномерному освещению объекта и фона, потому что с ростом расстояния снижается резкость падения интенсивности. Таким образом, этот эффект оказывает огромное влияние на схемы освещения.