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天体摄影中的曝光

(2004年11月28日 15:05:47)

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天体摄影中的曝光
“快门速度应该多少?”这是每一个天体摄影者每次进行天体拍照时所面临的一个重要问题。曝光过度会使得底片太黑而无法使用,曝光过少,底片上也不会形成清晰的图像,如果能够正确地曝光的话,则能够拍摄出黑白反差恰好的图像。那么,何谓天体摄影的“正确曝光”呢?
这一术语常常会引起误解,因为所谓“正确的曝光”‘是因不同目的而有所区别的。大体摄影不同于普通的摄影,它所表现的通常是黑暗的背景之上衬托着明亮的天体,或是其它行星上凹凸不平的地貌和云层,你的目标应该是通过恰当的曝光在底片上如实反映出你所需要的细节。
举一个例子:如果你摄制一张位于天鹅座中心天津四的照片,用一架普通相机和望远镜配合,怎样掌据正确的曝光时间呢?至少有三种答案,如果你仅想留下亮星和星座的倩影,那么正确的曝光时间应是较短的,即10秒。如果你想摄下陪至10等的星,曝光时间则要延长到25分钟,如果你想摄下银河中的星云和星团,则需要45分钟或更长的曝光时间。
对应每一张幻灯片所要追求的效果都有相应的曝光时间。
怎样才能摸索到合适的曝光时间?两条实际的经验告诉我们,首先要区分是底片(负片)还是幻灯片(反转片)。对于幻灯片,当你把所摄得的天体照片放入幻灯机,在天体周围没有轮廓,这就是正确的曝光。对于底片(负片),如果能从一英寸大小的照片上(在最暗的区域)辩认出你所需要的细节,这就是成功的曝光。较黑的幻灯片投影出来后,比我们预想的要漂亮得多,较黑的底片(负片)能够印出非常好的效果。曝光过度的幻灯片一般体现不出原有颜色,没有阴影的底片(即没有我们感兴趣的黑色细节)是曝光不足造成的。
设想你已经照了两张木星的底片和幻灯片,焦距皆很清楚,但由于曝光时间不同,一张过亮,一张过黑,你怎样才能找到最好的曝光?首先将幻灯片放入幻灯机投影出来,距10~14英寸观察,然后自问:哪一张最黑并且所要看的部分又最亮,这张就是最佳的曝光。通过幻灯机观察,虽然那些较黑的画面看起来很好,但实际是曝光不足,并没有表现出原图像的最佳效果。
现在检查一下你的负片,你可以通过背景的清晰度来检查曝光是否正确,但这并不是你所需要的细节部分。如果底片上木星部位刚好亮得能够看出所有细节,并且画面轮廓清晰得足以表现出云带和大红斑,那么,这就是一张可以反映出木星的真实色调以及它表面各个精细部分的成功的照片。
当然,如果你在同样的照片上还要摄上木星的“小月亮”,那么还应加长曝光时间。这时底片上的木星像将会变得更黑,但这时木星的照片不仅具有清晰的结构,还有若干小月亮。
同样的曝光标准适用于恒星、银河、月亮、彗星等照片,对于这些照片选择1.0~1.5中密度的胶片为最好。
正确的曝光归结起来说,就是让适量的光到达胶片,曝光时间有很宽的范围。在天体摄影中,曝光时间可以在1/1000秒到1000分之间做出选择。快门开启的时间长短,可以控制光子到达胶片的数量,然而这是有一定限度的,因为你所拍摄的天体总是在移动着,如果望远镜没有跟踪装置,被摄物像变得模糊不清;或在你进行长时间曝光尚未完结时,黎明即已到来。在天体摄影中少于1/1000秒的曝光是不常用的,只有极少数的照相机快门具有1/1000秒的装置,而同时也只有极少数的天体容许使用这样短的曝光。利用曝光时间能够控制进入快门的光子的数量范围为60,000,000到1。
除了曝光时间外,你在拍摄天体照片的时候还应考虑望远镜光学系统本身的特性,这个特性通常用焦比来表示,即f/D(f:望远镜焦距,D:物镜孔径)。高质量的镜头f/D的值可以达到1,这类镜头在较短的曝光时间内,能够允许大量的光线到达胶片。你也许并不想要一个这样的镜头,因为你用一个长焦距镜头可以拍到一张特写画面,望远镜的焦距一般是其口径的4.5到15倍之间,当你需要更大的物像时,你可以用“目镜”将焦距增加到其口径的100倍,由于底片上像的亮度取决于焦比平方的倒数,则焦比在f/1一f/100之间,像的亮度变化在l一10,000范围之间。
胶片对于光的灵敏度(感应)是不一样的,感光最快的胶片要比最慢的对光的灵敏度高1,000倍。然而,感光慢的胶片也有它的优点。这就是颗粒较少。影像更富有轮廓。。胶片的感光速率由“ISO”来表示,这是由生产、胶片的厂家根据因际标准组织的规定而确定的,感光最快的胶片为IS01600,最慢的为ISO1或ISO2。选择胶片应该首先考虑基本轮廓的表现力。然而;在实际摄影过程中,当不允许使用感光较慢的胶片时(相对颗粒较少),你必须使用快速胶片。
决定你应该怎样拍摄天体照片的因素,还有一个,这就是天体的亮度。天空中最明亮的天体是太阳,它比野外同样大小的漆黑天空要亮10兆倍,它的极高的亮度迫使你选择一种合适的胶片,一个合适的照比和一个合适的曝光时间,以便得到一张曝光正确的照计。
很明显,胶片感光速度、焦比和曝光时间之间是关联着的,它们都对底片的效果产生重大影响。倒如,你可以通过增加焦比(选择不同的望远镜、照相机镜头、目镜)来增加曝光量,但最经常的还是靠增加曝光时间来补偿,在拍摄月亮和行愿的照片时,改变照比通常是很困难的,因为你必须采用长焦镜头拍出足够大的画面,以显示你感兴趣的细节。如果你要拍摄局部的星空,则应采用最小焦比的望远镜或照相机镜头,大多数天体摄影都采用感光速度快的胶片,当然太阳除外。
与照相室内的情景不同,天体的亮度是无法改变的,只有改变曝光时间。对天文学家来说,幸运的是可以通过个简单的数学式子得到所需要的曝光时间:
E=F2/S×B
这个等式左边的E是曝光时间。以秒为单位;右边的S是胶片感光速度,以ISO为单位;F是望远镜光学系统的焦比,B是天体的亮度,我们在最后的附表中给大家列出了各种常见天体的亮度(B)值。
下面让我们通过几个例子来理解等式中几个量的关系。现在我们使用一架NF-80望远镜(福建中天科教仪器公司生产),焦距f=500mm,口径D:Φ80mm,焦比F=f/D=6.25,用感光度ISO100的胶片,摄制一张上弦月的照片,从表中查得上弦月的B值为40,将各量代入等式:
E=6.252/(40×100)≈1/100秒
在用1/100秒档照完之后,不妨再用1/60秒和1/125秒各照一张,以便相互比较。
有对我们也许并不知道望远镜的F数,肢片的感光速度以及天体的确切亮度,天体的光线在通过大气层时还要损失25%的亮度。另外,如果胶片放在较热的地方,它的感光速度有时会变化两倍。所有这些因素都要求我们多进行几次曝光,并且都应该加以记录,以积累实际经验。
让我们再做另一个实验,假设你用28mm广角镜头拍摄银河的照片,镜头为f/2.5,胶片是Ektachrome200,从表申查出银河的亮度值为10-5,代入公式:
E=2.52/(200×10-5)=3125秒
曝光时间为52分钟,这时照出的结果如果要比理想的黑,则事实上可能15-29分钟的曝光时间会使你得到更满意的结果。为此应该将镜头换成50mmf/1.4,Ektacllrome400的胶片,这时公式为:
E=1.42/400×10-5=490秒
这一次曝光时间缩短到约8分钟,但显得曝光不足。那么将镜头更换成f/2,曝光时间为17分钟,则获得满意的结果。
你也许听说过,胶片在长时间曝光时,反映迟缓,上述公式中的B值包括一个胶片反映迟缀的自动修正。在你进行几次拍照之后,如果你发现实际的曝光时间比公式计算中的数值长或短,那么即应该调整相应的曝光时间。
一旦通过你的实际拍摄得出满意的结果,你就可以得出适合于你所使用的特定设备的更精确的B值,将公式B=F2/(S×E)代入你的实际曝光时间计算,即可得到适合于自己望远镜的精确的B值。
即使你发现你所计算的B值与表中给出的数值不一致也并不是不可以理解,由设备和胶片等因素所造成的差异是合理的和普遍的,一旦你通过计算得到了自己的B值,即可用它确定曝光时间。
现在你就可以回答文章开始所提出的问题“曝光时间应该多长”了。


附表:一些常见天体的表面亮度“B”

蛾眉月(2-3天) 火星 大多数星云 蛾眉月(4-5天) 木星
10 60 0.0001 20 30
天王星、银河 满月 太阳圆面 天空背景 金星
0.00001 200 10,000,000 0.000002 2,000
凸月 弦月 土星 大多数河外星系 猎户座星云的中心
80 40 10 0.0000l 0.001
M-31的中部        
0.0002      


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