Измерители цветовой температуры.

Измерение цветовой температуры очень важно, например, при натурных съемках в период переменной облачности, поскольку в таких условиях она может изменяться от 4000К до 20000К. Получения более полной информации о распределении относительной энергии излучения потребуется также в случае применения люминесцентных ламп и светодиодных источников света, осветительных приборов с интерференционными фильтрами (из-за большого разброса показателей этих светофильтров) и других источников, спектральные характеристики которых весьма далеки от температурных излучателей, а в худшем случае могут представлять собой линейчатые спектры. В этом случае обязательно необходима спектрозональная оценка, измеряемая соотношением эффективных энергий излучений источника света в трех зонах спектра: красной – R, зеленой – G и синей – B. Такие приборы – трехзональные спектрометры, принцип работы которых построен на измерении показателей сине-красного (a) и зелено-красного (b) отношений, в настоящее время получили весьма широкое распространение.

Применение высокочувствительных телекамер и повышение мобильности съемочной аппаратуры приводят к расширению диапазона показателей съемочного освещения в отношении как значений освещенности, так и значений спектральных характеристик. Эта тенденция привела к необходимости производить измерения спектральных характеристик в широком диапазоне цветовых температур от 2500К до 20000К при достаточно низких уровнях освещенности равных 50…100 лк и даже ниже.

Для оперативного использования непосредственно на съемочной площадке результатов измерений в комплекте c двухзональным измерителем цветовой температуры или с трехзональным спектрометром ранее прилагался специальный калькулятор. В современных приборах эти функции выполняет встроенный процессор, запрограммированный на выполнение расчетов измеренной цветовой температуры, необходимой коррекции в майредах с индикацией номеров требуемых компенсационных съемочных светофильтров. Замеры можно осуществлять в достаточно большом диапазоне экспозиционных числа EV (от 3 до 16,3), которые соответствуют светочувствительности ISO100.

Измерители цветовой температуры можно разделить на две большие группы:

· Двухзональные спектрометры – приборы, которые измеряют соотношение энергий излучения источников света в синей и красной областях спектра, т.е. используют методоку определения сине-красного отношения.

· Трехзональные спектрометры, принцип работы которых построен на измерении показателей сине-красного (a) и зелено-красного (b) отношений и которые в настоящее время получили весьма широкое распространение.

При использовании метода двух- или трехзональной спектрометрии для контроля спектрального состава съемочного освещения необходимо, чтобы зоны светочувствительности фотоэлементов контрольно-измерительного прибора воспроизводили кривые спектральной чувствительности соответствующих светочувствительных RGB-матриц видеокамер (в некоторых моделях современных трехматричных видеокамер уже предусмотрена функция определения цветовой температуры, а не только ее установки и коррекции баланса «белого») или кривые спектральной чувствительности сине- зелено-и красночувствительных слоев цветной кинопленки (цветность излучения источников света применительно к съемке на фотографические цветные материалы в фотокинотехнике характеризуется термином цветофотографической температуры – Т_цв). Таким образом осуществляется "привязка" измерительных приборов к спектрозональному воздействию света. Спектральную оценку состава освещения можно охарактеризовать следующими спектрозональными коэффициентами:

· сине-красного отношения a=F_ec/F_eк

· зелено-красного отношения b=F_eз/F_eк.

В таблице 6. приведены значения цветовой температуры в зависимости от величины спектрозонального коэффициента сине-красного отношения a.

Таблица 6. Соотношения коэффициентов сине-красного отношения и цветовой температуры.

Т, К
a	0,0008	0,02	0,07	0,24	0,37	0,44	0,62	1,05	1,4	2,0

При разработке двухзональных измерителей цветовой температуре и трехзональных спектрометров вопросы компактности, малых габаритов и массы, быстроты считывания показаний столь же актуальны, как и для других операторских светоизмерительных приборов – экспонометров и яркомеров.

Приборы для контроля спектрального состава съемочного освещения должны обеспечивать:

а) трехзональный контроль цветовой температуры;

б) измерения в широком диапазоне: от 2500 К до 30000 К;

в) независимость показаний от уровня освещенности в широком диапазоне: от 50-100 лк до 100000 лк;

г) индикация требуемой коррекции цветовой температуры в майредах и в номерах коррекционных светофильтров;

д) оперативность, быстрота считывания показаний;

е) малые габариты и масса.

Как и большинство светоизмерительных приборов, измерители цветовой температуры разделяются на визуальные (субъективные) и объективные. Используя принцип построения трехцветных колориметров, С.А.Друккер (НИКФИ) в начале 1950-х разработал один из первых субъективных приборов для измерения цветовой температуры, названный измерителем цветовой температуры, сокращенно – ИЦТ.

Рис 8.. ИЦТ С.А.Друккера (НИКФИ)

В ИЦТ (рис. 8) световой поток F , цветовая температура которого подлежит измерению, условно представлен в виде параллельного пучка красных, зеленых и синих лучей. Эти лучи попадают на два окна прибора: в одном установлен синий светофильтр 1, а во втором – молочное стекло 2. Синие лучи возбуждают свечение люминофора 3, который начинает светиться красным светом. Излучаемые этим слоем длинноволновые лучи, отражаясь от белой матовой пластинки 4, попадают на зеркало 5 и оттуда в окуляр 6. Другая часть светового потока F, прошедшая через молочное стекло 2, идет в окуляр 6 через вращающийся вокруг оси О оптический клин 7 и красный светофильтр 8. Через этот же светофильтр проходит и красный свет, излучаемый люминофором 3.

Яркость обоих полей окуляра 6 (одноцветных из-за прохождения разделенного светового потока F через один и тот же красный светофильтр 8) благодаря разному коэффициенту пропускания нейтрального клина 7 можно уравнять, поворачивая клин, шкала которого проградуирована непосредственно в градусах цветовой температуры.

Поля окуляра 6 уравниваются по яркости в широком диапазоне освещенностей прибора (500…120000 лк), благодаря высокой контрастной чувствительности глаза и весьма мало зависят от особенностей цветового зрения кино- или телеоператора. Помимо шкалы цветовой температуры (в К), прибор ИЦТ имеет шкалу, отградуированную в единицах сине-красного отношения.

Получился достаточно уникальный, не требующий элементов электропитания, прибор небольших габаритов – всего 5,3×10см, и весом 280 грамм. Погрешность измерений на всем интервале шкалыне превышает ±5 майред. Например, для цветовой температуры 2500К – это ±30К; для 3200К – ±50К; для 5500К – ±150К. Диапазон измерений 2500К…25000К.

Рис.9. ИЦТ Sixticolor, фирмы Gossen (ФРГ)

В середине1970-х годов наибольшее распространение получил измеритель цветовой температуры – прибор Sixticolor, фирмы Gossen (ФРГ), представляющий собой двухзональный измеритель спектрального состава освещения (рис.9). В этой модели, которая еще не утратила своей актуальности, используются два селеновых фотоэлемента, специально скоррегированные под синюю и красную зоны спектра, включеннные в схему дифференциального гальванометра. Прибор не требует питающего напряжения и является самопоказывающим, т.е. для проведения измерений не требуется никаких дополнительных манипуляций. В приборе две шкалы: нижняя проградуирована в Кельвинах с обозначением балансной нормы для пленок типа ДС. Та же балансная норма соответствует нулевому отсчету по верхней шкале, отградуированной в номерах спектрокоррегирующих фильтров. Верхняя шкала пропорциональна величинам обратных микроградусов, выраженных в декамайредах, слева от нулевой отметки определяются величины голубых коррекционных светофильтров, справа - желтых. Диапазон измерений 2600…20000 К, а также 21 номер голубой и 24 номера желтой серии светофильтров. Шаг, соответствующий одному номеру светофильтра, равен 10 майредам. Верхняя шкала смещается относительно нижней неподвижной шкалы цветовых температур в зависимости от типа применяемой негативной кинопленки. Имеются положения для балансировки при 3200К, 3400К и 5600 К. Таким образом, верхняя шкала является своего рода встроенным калькулятором. Измерения возможны в диапазоне освещенности от 100 лк при свете ламп накаливания и от 1000 лк при дневном до 100000 лк с точностью ±10 майред.

Серьезными недостатками этой модели прибора Sixticolor были зависимость его показаний от уровня освещенности, связанная с нелинейностью световой характеристики использованных фотоэлементов, а также несоответствие спектральной чувствительности зональных светоприемников спектральной чувствительности слоев цветной негативной кинопленки.

Для измерений с помощью данного прибора достаточно направить его светоприемники на источники света и нажать кнопку. После отпускания кнопки происходит ареттирование (фиксация) отклонившейся стрелки.

Измеритель цветовой температуры Sixticolor удобно размещается на ладони.

Однойиз первых разработок японской фирмы Minolta был известный трехзональный спектрометр Minolta Color Meter. В этом приборе в качестве светоприемников уже применялись четыре кремниевых фотодиода, три из которых имеют спектральную коррекцию соответственно под синюю, зеленую и красную зоны спектра. Четвертый фотоэлемент позволял использовать этот спектрометр как обычный экспонометр или люксметр. Спектрозональная коррекция этого трехзонального измерителя цветовой температуры выполнена промежуточной для кинопленок и теле-видеокамер.

Подобно американскому измерителю Spectra 3 Color прибор Minolta самопоказывающий, однако здесь имеется только один стрелочный измеритель, и поэтому величины сине-красного и зелено-красного отношений определяются поочередно. Трехпозиционный переключатель определяет вид контроля: измерение сине-красного, зелено-красного отношения, или освещенности. Электрическая схема первого ИЦТ фирмы Minolta была выполнена на транзисторах.

Новый цифровой измеритель цветовой температуры Minolta Color Meter II (рис.10) весьма существенно отличался от своего предшественника, рассмотренного выше. Причем он выпускался в нескольких модификациях.

Рис.10. ИЦТ Minolta Color Meter II (Япония)

Новый прибор построен на микропроцессорах с дисплеем на жидких кристаллах и цифровой индикацией, что существенно упрощает работу с ним, так как не требуются операции с дисковым калькулятором и гальванометром. Как и в предыдущей модели, в схеме используются три высокочувствительных кремниевых фотоэлемента, обеспечивающих одновременное измерение сине-красного и зелено-красного отношений. Значения цветовой температуры определяются по сине-красному отношению, а характеристики коррегирующих светофильтров – по обоим: сине-красному – для фильтров типа LB (светового баланса) и зелено-красному – для фильтров CC (цветовой компенсации) Последнее позволяет использовать прибор при работе с осветительными приборами, спектральный состав которых отличается от температурных излучений (тепловых излучений).

Прибор определяет также отклонения от балансной нормы излучения в спектральных коэффициентах LB и СС, что является его особенностью. В память прибора вводится значение балансной нормы: 3200К, 3400К, 5500К или, при необходимости, какое-либо другое значение, и в зависимости от команды – нажатия той или иной клавиши, на дисплее индицируется либо значение цветовой температуры, либо необходимая коррекция в майредах по величинам LB и СС для доведения цветовой температуры источников света до балансной.

Измерения могут производиться непрерывно, измеренные значения могут запоминаться, предыдущая информация стирается. На дисплее отображается информация о роде работы, тип светового баланса и измеряемая величина.

Информация сохраняется на дисплее в течение 4 минут, и если ее не возобновить нажатием клавиши, дисплей погаснет и прибор автоматически выключается. Применение дисплея на жидких кристаллах и автоматическое отключение позволили отказаться от выключателя питания.

Минимальное значение освещенности, при которой еще можно осуществлять измерения составляет всего 10 лк. Диапазон измерений при этом составляет 1600…40000К – для цветовой температуры; величины LB – от -762 до +999 майред; величины СС – от -99 до +99 декамайред. Точность измерений: цветовой температуры ±2 майред; значений LB ±2 майред, значений СC ±1 декамайред. Одна батарейка (напряжение питания – 9 В) может обеспечить 3000 трехсекундных измерений или непрерывную работу в течение 24 часов.

Прибор получился очень легким (масса около 230 г) и при измерениях удобно помещается на ладони (170×72×33 мм).

Рассмотрим более подробно некоторые функции прибора.

Рис.11. Переключатели «VARI»-«PRESET» и балансной температуры "А" -"В" -"D"

Сначала следует установить балансную цветовую температуру. Что­бы это сделать необходимо переключатель на боковой стенке прибора установить в положение «PRESET» (рис.11). Рядом с этим переключателем установлен переключатель балансной температуры, который в положении "В" задает цветовую температуру 3200К, в положении "А" – 3400К, в положении "D" – 5500К. Нажатием кнопки (на лицевой панели) «FILМ» (рис.6.58) на жидкокристаллический индикатор выводится значение выбранной балансной цветовой температуры.

При переключении из положения «PRESET» в положение «VARI» можно установить любую другую балансную цветовую температуру. Диапазон регулируемой установки балансной температуры составляет 2000…7500К. При этом необходимо нажать кнопку «FILM» и, удерживая ее, одновременно следует нажимать одну из кнопок либо увеличения Т «­», либо уменьшения Т «¯» до тех пор, пока не появится необходимое значение балансной цветовой температуры.

После того как значение балансной цветовой температуры введено в прибор необходимо нажать кнопку «К», которая очистит инди­катор и приведет прибор в режим готовности к измерениям.

При на­жатии боковой кнопки произойдет измерение значения цветовой температуры источника света, на который будет направлено светоприемное окошко измерительной головки, которая к тому же является съемной. Головка светоприемника прибора может быть подсоединена к са­мому прибору посредством удлинителя-переходника, длиной 1 метр, что позволяет производить замеры в неудобных и труднодоступных местах. Микропроцессор выполняет расчет цветовой температуры по значению сине-красного отношения измеренных энер­гий в спектре света источника. Одновременно на цифровом дисплее можно прочитать измеренное значение цветовой температуры (рис.12).

Рис.12. Последовательная индикация замеров на ЖК-дисплее

При нажатии кнопки «LB» произойдет вычисление значений LB в майредах одновременной индикацией на цифровом жидкокристаллическом дисплее (рис.6.60). Если появится "0", то никаких светофильтров для коррекции сине-красного отношения не по­надобится. При индикации какой-либо цифры со знаком "плюс" или "минус" необходимо обратиться к таблице LB- и СС-фильтров, которая размещена на задней стенке прибора (рис.13), и применить для коррекции цветовой температуры выбранный съемочный светофильтр. Осветительные светофильтры также подбираются, но уже из фирмовых каталогов Formatt, Lee, Rosco, StrandLighting, Chris James Lighting Filters на основании полученных данных о необходимости коррекции (в майредах).

Рис.13. Таблица подбора фильтров по результатам замеров

При нажатии кнопки «СС» произойдет вычисление значений СС в декамайредах с одновременной индикацией на цифровом дисплее (рис.6.60). "0" говорит о том, что дополнительная коррекция зелено-красного отношения не требу­ется. Если появится цифра со знаком "плюс" или "минус", то необ­ходимо по той же таблице определить номер светофильтра или выбрать осветительный светофильтр из каталога.

Напоминаем, что сов­местное использование нескольких светофильтров определяется сложением корректирующего воздействия в майредах каждого из светофильтров. Например, если значение LB при измерениях окажется равным “-50”, то это будет соответствовать сумме “-18” и “-32”, То есть необходи­мо применение фильтров 82А и 82В (cм. таблицу на задней крышке прибора – рис.6.61), которые в сумме обеспечат необходимую кор­рекцию светового баланса на “-50” майред.

Если использовать cветофильтры, устанавливаемые перед объективом съемочного аппарата, то необходимо учитывать частичное поглощение светового потока и компенсировать это поглощение увеличением относительного отверстия объектива. Численное значение необходимых ступеней прироста диафрагмы +EV указано в этой же таблице, рядом с номером фильтра.

Измеритель цветовой температуры Minolta Color Meter II оснащен системой самоконтроля целого ряда параметров:

1. Если напряжение питания достигнет минимально допустимого значения, то на дисплее появятся вместо цифр три точки. А при полной отработке ресурса источника питания дисплей погаснет.

2. Если цветовая температура будет ниже 1600К или выше 40000К, то на дисплее появится цифра 1600К или 40000К и они будут мигающими. Но и в этом случае можно еще получить индексы LB и CC, так как диапазон измерения этих параметров значительно шире.

3. Если уровень освещенности достигнет нижнего предела в 10 лк, то дисплей также начнет мигать, предупреждая что измерения произ­водить нельзя.

Остается добавить, что приращения при регулируемой установке балансной нормы цветовой температуры до 4000К составляют 10К, а выше 4000К – 50К.

В следующей модификации, последней модели ИЦТ Minolta Color Meter IIIF (рис.14), фирма улучшила некоторые параметры предшествующего прототипа. При том же диапазоне измеряемых цветовых температур, возможности определения значений LB и CC, прибор показывает также название номера LB- и СС-фильтра (т.е. оператору нет необходимости искать номер фильтра в прилагаемой таблице или в справочнике), имеет память объемом 9 страниц и обеспечивает эти замеры в случае применения импульсных источников света с использованием и без использования синхроконтакта (для этого предусмотрен Sinc terminal и трехпозиционный переключатель AMBI-CORD-NON.C). Все показания последовательно выводятся на ЖК-дисплей при нажатии кнопки Display: цветовая температура → LB- и CC-значения→ LB-фильтр и CC-фильтр → цветовая температура →… и т.д. в той же последовательности. Вес прибора составляет 200 г, габариты – 160×68×28 мм. Питание обеспечивается двумя батарейками 1,5В серии АА.

Среди последних разработок ИЦТ других фирм можно отметить Gossen Color-Pro 3F (рис.15), Gossen Colormaster 3F (рис.16), Broncolor FCC (рис.17) и Kenko Colormeter KCM-3100 (рис.18), который пришел на смену Minolta Color Meter IIIF.

Операторы, предпочитавшие ранее ИЦТ Minolta Color Meter IIIF, могут так же уверенно работать с Kenko Colormeter KCM-3100 так как его показания достаточно объективны. Помимо этого, данный прибор более удобен в эксплуатации и имеет наибольшее количество сервисных функций.

Рис.14. ИЦТ Minolta Color Meter IIIF

Рис.15. ИЦТ Gossen Color-Pro 3 F

Рис.16. ИЦТ Gossen Colormaster 3F

Рис.17. ИЦТ Broncolor FCC

Рис.18. Kenko Colormeter KCM-3100

По сути ИЦТ Kenko Colormeter KCM-3100 является полным аналогом Minolta Color Meter IIIF и по принципу действия и по параметрам. Основными функциональными элементами ИЦТ Kenko Colormeter KCM-3100 можно назвать светочувствительную поворотную головку, жидкокристаллический индикатор, кнопку включения питания прибора (POWER), кнопку выбора канала памяти (М-СН), кнопку памяти (М), кнопку выбора режимов жидкокристаллического дисплея (DISPLAY), синхроконтакт (внизу на передней панели), боковой переключатель режимов измерения (AMBI –измерение при неизменной освещенности, CORD – измерение параметров вспышки с синхрокабелем и NON.CORD – измерение параметров вспышки без синхрокабеля), боковую кнопку запуска процесса измерения (старт),боковую кнопку RANGE выбора параметра измерения, переключатель измерения параметров вспышки на два диапазона (Lo: f/2.8…22 и Hi: f/22…180), боковой переключатель FILM установки необходимой балансной температуры (D -для съемки при цветовой температуре 5500К, B –для съемки при 3200К, A –для съемки при 3400К), встроенный контейнер для двух аккумуляторов (батареек) 1,5В серии АА.

Если в момент съемки объект будет освещаться импульсным и постоянным светом, то при измерении в режиме импульсного света ИЦТ также учитывает спектральный состав постоянного освещения.

Рабочий диапазон температур: от –10°C до +50°C. При весе 200 г (без батарей) размеры прибора Kenko Colormeter KCM-3100 составляют 170×70×28мм.