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倒易律

时间:2013-07-04来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

倒易律

摄影与全息摄影领域中,倒易律是指决定光敏材料的响应的两个物理量——光线强度与持续时间——之间的反比例关系。在某一底片的正常曝光范围内,倒易律指出底片的响应取决于总曝光量,即光线强度×时间。因此,在减少曝光时间但增加光线强度的情况下,底片的响应(比如显影后胶卷的光学密度)不变,反之亦然。
 
倒易律是大多数光敏材料研究(sensitometry)的前提条件,比如测量某一感光乳剂的H-D曲线。底片或感光元件的总曝光量是以勒克斯·秒为单位而衡量的,其定义为焦平面照度与曝光时间的乘积。
 

历史

倒易律这一概念源自Robert Bunsen和Henry Roscoe在1862年所做的工作,并曾被称作Bunsen-Roscoe倒易律。
 
Captain William de Wiveleslie Abney在1893年报道了对倒易律的偏离,Karl Schwarzschild在1899年对这一现象进行深入研究。Abney和Englisch指出了Schwarzschild的模型的不足之处。随后,在二十世纪初期的数十年间,若干更好的模型被提出。Kron于1913年提出的公式描述了在密度曲线恒定情况下倒易律失效的影响。J. Halm继承并改进了Kron的公式,完成了Kron-Halm悬垂线方程(也称为Kron-Halm-Webb方程式),用以描述对倒易律的偏离。
 

在影像化学领域

在摄影领域,倒易律是指这样一种关系:光线的总能量决定了其对底片的作用。光线的总能量正比于总曝光量,也就是光线强度与曝光时间的乘积,而这二者可分别由光圈快门所控制。也就是说,当亮度以某一比例增加时,若将曝光时间以同样的比例减少,则两者的影响相互抵消,反之亦然。换句话说,一般对于某一给定的曝光结果,光圈与快门之间呈反比例关系,即若开大光圈则需要更快的快门以保持曝光不变。比如,为了达到曝光值10(EV 10),可以采用f/2.8的光圈(f值)和1/125秒的快门;如果将光圈面积增大一倍(开大一挡)到f/2并将快门速度加快到1/250秒,那么可以得到同样的曝光值;f/4的光圈和1/60秒的快门也可以得到同样的效果。在上述的三种情况下,胶卷的响应值都应是相同的。
 

倒易律失效

对大多数感光材料来说,倒易律在一定的曝光时长范围内具有较好的精确性。但是,在过长或过短的曝光时间下,倒易律与事实不再符合,这一情况被称为倒易律失效或Schwarzschild效应。换言之,当光线强度低于倒易律的适用范围时,要使底片增加一定的总响应值(如密度),需要比倒易律计算所得的更长的曝光时间。例如,当光线强度减少一半时,其持续时间需要增加一倍以上才能达到同样的效果。用以修正这一效应的乘数被称为倒易律系数(见下文中的模型)。
 
在非常低的照度下,底片的响应值比正常情况下要低。这时光线可以视作离散的光子流,而感光乳剂则由独立的光敏颗粒如溴化银晶体组成。一个颗粒必须吸收一定数目的光子以引发光化学反应并形成潜影。特别是,在吸收了足够数量的光子(通常是几打)后,如果在溴化银晶体的表面能够形成一束相邻的约4个或更多的银原子,那么这一晶体将可以被显影。在低光照情况下,也就是单位时间内到达底片的光子数目很少时,光子撞击每一颗粒的频率相对较低,则晶体表面形成的银原子的稳定性将不足以使其维持至形成四原子的稳定潜影中心。
这一通常状况下可用的光圈与快门速度交换规律的失效情况被称作倒易律失效。不同的底片在低光照下有着不同的响应,有的底片很容易出现倒易律失效,而有些则好得多。一些在正常光照下高感光度底片在低照度下会变得非常不敏感并需要长时间的曝光。相反,一些正常情况下的低速底片在低照度下却能够更好的保持其感光度。
 
例如,对某一种胶卷,用测光表测得要达到曝光值5需要f/11的光圈和4秒的曝光时间,那么需要对曝光时间乘以1.5的倒易律系数使之成为6秒以达到预期的结果。通常在曝光长于1秒时底片的倒易律失效会变得明显,而对于相纸则为30秒以上。
 
在极高照度和极短的曝光时间下也会出现倒易律失效。这一点对科学与技术摄影非常重要,但对于一般的摄影来说很少需要考虑这点。因为只有在研究诸如爆炸或基本物理学粒子的实验时才会需要远远短于1毫秒的曝光时间,或者是在以极高快门速度(1/10,000秒以下)摄取高速动态画面时。
 
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