# Fotometrie

Das menschliche Auge ist nicht in der Lage, Helligkeitsunterschiede objektiv wahrzunehmen. Im Gegensatz zum Ohr arbeitet das Auge logarithmisch und passt sich durch Helligkeitsadaptation an verschiedene Beleuchtungssituationen an. Die Helligkeit oder Leuchtkraft einer Lichtquelle oder einer reflektierten Oberfläche ist dabei nur der subjektive Eindruck des Menschen und entspricht nicht dem wahren Wert. Zur objektiven Beurteilung einer Lichtsituation, zum Beispiel für ein Kamerasystem, muss ein Messgerät eingesetzt werden, das einen absoluten Messwert liefert.

# Leuchtdichtemessgerät (Luminance Meter)

Leuchtdichtemessgeräte messen die Oberflächenhelligkeit und damit den Anteil des reflektierten Lichts von einem Objekt oder einer Szene. Der Anteil des reflektierten Lichts hängt im Wesentlichen von der Tonalität, Farbe, Oberflächenbeschaffenheit, dem Kontrast zur Umgebung, Hintergrund und Form des Objektes oder der Szene ab. Leuchtdichtemessgeräte werden auch als Belichtungs- oder Lichtmessgerät bezeichnet und spielen für Foto-, Film- und TV-Aufnahmen eine Rolle. Viele Fotokameras beinhalten bereits ein Leuchtdichtemessgerät, den sog. TTL (Through-The-Lens) - Lichtmesser. Diese eingebauten TTL-Lichtmesser sind sehr bequem und einfach einzusetzen, haben aber gegenüber Handmessgeräten definierte technische Grenzen. In der Regel werden nur wenige Parameter angezeigt bei gleichzeitig geringen Eingriffsmöglichkeiten in den Messprozess.

Die Blende und der Shutter einer Kamera müssen für eine ausreichende Belichtung des Filmmaterials (bei Video: der CCD-Elemente) entsprechend den vorherrschenden Lichtbedingungen in Abstimmung mit dem verwendeten Filmmaterial eingestellt werden. Lichtmessgeräte ermitteln über eine gleichmäßige und konsistente Messung die Menge des in eine bestimmte Richtung (z. B. in das Objektiv) einfallenden Lichts. Dabei ist zu beachten, dass Lichtmessgeräte keine Objekte oder Farben „sehen“ können. Es werden nur Flächen verschiedener Leuchtdichten erfasst, deren gemessene Gesamtleuchtdichte ein Durchschnittswert aller Einzelleuchtdichten darstellt. So ergibt zum Beispiel die gemeinsame Messung einer schwarzen und einer weißen Fläche einen Durchschnittswert der beiden, wohingegen bei Messungen der Einzelflächen andere Messwerte entstehen. Ebenso ergeben sich für verschiedenfarbige Flächen mit gleichem Reflexionsverhalten bei separater Messung identische Messwerte.

Die Grundlage dieses Messverhaltens ist eine Kalibrierung der Messgeräte auf eine durchschnittliche 18%tige Reflexion, was einem neutralen Grau entspricht und durch die Zone V in der 10-Zonen-Grauskala (siehe Kapitel Belichtung) repräsentiert wird. Aus diesem Grund heißt dieses Messverhalten auch neutraler Graustandard. Der neutrale Graustandard ermöglicht es den Lichtmessgeräten, von durchschnittlichen Objekten (Flächen verschiedener Reflexions-eigenschaften) bei durchschnittlichen Beleuchtungssituationen korrekte Messwerte zu erstellen. Dies ist möglich, da Szenen unter normalen Bedingungen eine durchschnittliche Reflexion von 18 % aufweisen. Die originalgetreuesten Messergebnisse erreicht ein Lichtmessgerät bei einer Umgebung mit einem gleichmäßigen Grauanteil von 18 %. Messwerte von Situationen, die von dieser durchschnittlichen Betrachtungsform abweichen, werden wegen dem neutralen Graustandard unweigerlich verfälscht. Diese Tatsache bildet die Grundlage für ein korrektes Arbeiten mit Lichtmessgeräten. Das bewusste Wissen um den neutralen Graustandard ermöglicht dem Anwender eine konsistente, kontrollierte und kreative Belichtung des Filmmaterials. So können zum Beispiel Messwerte von reinen schwarzen oder weißen Flächen entsprechend interpretiert werden, um eine korrekte Belichtung des Filmmaterials zu erreichen. Zwei wichtige Faktoren für eine erfolgreiche Leuchtdichtemessung sind der Einfallswinkel und das Abschirmen des Lichtsensors von Lichtquellen außerhalb des Einfallswinkels. Trifft Licht von außerhalb des Einfallswinkels auf den Lichtsensor, wird das Messergebnis unweigerlich verfälscht. Dieser Effekt kann zum Beispiel durch Abschatten mit der Hand verhindert werden. Bei einer entsprechenden Auswahl des Einfallswinkels können auch Flächen über eine größere Distanz erfolgreich gemessen werden. Für durchschnittliche Anwendungen ist ein Einfallswinkel von 1° ausreichend. Für sehr akkurate Messungen an kleinen Oberflächen ist bei einigen Messgeräten eine Einstellung des Einfallswinkels auf 1/3° möglich. Lichtmessgeräte sind üblicherweise in cd/m2 (Leuchtdichte L) oder in Foot Lambert kalibriert. Bei fotografischen Lichtmessgeräten lassen sich vielfach die Art des Filmmaterials und andere Parameter eingeben, anhand derer nach einer Messung die entsprechende Belichtung angezeigt wird. Es sind auch Leuchtdichtemessgeräte mit einem eingebauten Colorimeter (Drei-Farb-Messgerät) erhältlich, die für eine Messung von Lichtquellen eingesetzt werden, die zu klein (z. B. Leuchtdioden) für eine Messung mit Standard-Colorimetern sind.

# Beleuchtungsstärkemessgerät (Incident Light Meter)

Ein anderer Weg der objektiven Beurteilung einer Lichtsituation ist die Messung der Beleuchtungsstärke. Bei diesem Messverfahren wird das von Scheinwerfern auf eine Szene fallende Direktlicht gemessen. Für alle Objekte, unabhängig von ihren reflektiven Eigenschaften, wird anhand der eintreffenden Lichtstrahlung eine einheitliche Belichtungszeit, Blende oder einen einheitlichen Shutter festgelegt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Beleuchtungsstärke des auftreffenden Direktlichts über eine Helligkeitssteuerung an das verwendete Filmmaterial anzupassen.

Die Beleuchtungsstärke wird üblicherweise in unmittelbarer Nähe des aufzunehmenden Objektes gemessen. Das Messgerät sollte dabei immer in Richtung des Kameraobjektivs ausgerichtet sein, da für eine Messung immer der Blickwinkel der Kamera entscheidend ist. Bei einer anderen Ausrichtung des Messgerätes werden Werte gemessen, die nicht mit den Beleuchtungsstärken entlang der Kameraachse übereinstimmen. Wegen den verschiedenen Einfallswinkeln der Lichtstrahlen führt das Messgerät bei einer Messung automatisch eine Cosinus-Korrektur (nach Lamberts Cosinus-Gesetz) der gemessenen Beleuchtungsstärke durch. Der Lichtsensor von Beleuchtungsstärkemessgeräten ist mit einer halbkugelförmigen weißen Diffusorkappe bedeckt, um das von allen Winkeln auftreffende Licht für eine Messung zu berücksichtigen. Die halbkugelige Form der Diffusorkappe simuliert zusätzlich den Effekt von Licht und Schatten auf dreidimensionalen Objekten. Bei einer optimal ausgerichteten Diffusorkappe wird die Licht- und Schattenwirkung des Führungs- und Aufhelllichts auf der Diffusorkappe sichtbar, so dass die Eigenschaften der Beleuchtungssituation in die Messung mit einfließen. Um Licht aus unerwünschten Richtungen (z. B. ein Spitzlicht, wenn nur das Führungs- und Aufhelllicht gemessen werden soll) vom Sensor des Messgerätes fern zu halten, kann die Diffusorkappe mit einer Hand entsprechend abgeschattet werden.

Anstelle der halbkugelförmigen Diffusorkappe kann eine flache Diffusorkappe verwendet werden, die zum Messen von Beleuchtungsstärken aus bestimmten Richtungen verwendet wird. Hierbei wird das Messgerät direkt in Richtung der Lichtquellen gehalten. Diese Methode kann besonders beim Abgleichen verschiedener Lichtquellen, wie z. B. ein Führungslicht mit einem Aufhelllicht, behilflich sein. Mit der flachen Diffusorkappe lassen sich mit entsprechend ausgerüsteten Messgeräten neben anderen Parametern zum Beispiel auch Kontrast- und Helligkeitsverhältnisse in einer Szene berechnen. Eine Hand kann zum Abschirmen des Sensors von Licht aus unerwünschten Richtungen verwendet werden.

In den meisten Situationen lässt sich durch die Messung der Beleuchtungsstärke, unabhängig von Tonalität, Farbe, Oberflächenbeschaffenheit, Kontrast oder Hintergrund einer Szene, eine optimale Belichtung des entsprechenden Filmmaterials erreichen.

In bestimmten Fällen ist es jedoch nicht sinnvoll oder schlicht unmöglich, ein Beleuchtungsstärkemessgerät einzusetzen. Ein augenscheinliches Beispiel hierfür sind Szenen mit weit entfernten Objekten wie z. B. Bergen.

Ebenso eigenen sich Beleuchtungsstärkemessgeräte nicht für stark reflektierende Objekte wie Spiegel, Wasser oder Metall. In diesen Situationen lassen sich mit Leuchtdichtemessgeräten wesentlich genauere und bessere Messwerte erzielen. Außerdem sind mit Leuchtdichtemessgeräten Kontrastumfänge wesentlich leichter zu bestimmen. Es gibt auch Situationen, in denen sowohl mit Leuchtdichtemessgeräten als auch mit Beleuchtungsstärkemessgeräten gearbeitet werden muss, um eine einwandfreie Belichtung des Filmmaterials zu erreichen.

Für eine einwandfreie Messung muss die spektrale Helligkeitsfunktion des Beleuchtungsstärkemessgerätes sehr genau der V()-Kurve der spektralen Helligkeitsempfindung des Auges entsprechen.

# Tristimulus-Farbmeter

Beim Film- und Fernsehen ist für eine ordentliche Farbwiedergabe die genaue Bestimmung der Farbtemperatur sehr wichtig. Tristimulus-Messgeräte eigenen sich sowohl für die Messung einer Beleuchtungsstärke als auch einer Lichtfarbe. Der Lichtsensor eines Tristiumulus-Messgerätes besteht aus drei Fotozellen, die entsprechend der drei Primärvalenzen Rot, Grün und Blau gefiltert sind. Die drei Fotozellen befinden sich unter einem speziellen Opaldiffuser, der eine Cosinus-Korrektur der einfallenden Lichtstrahlen bewirkt. Die Beleuchtungsstärke kann über die grüne Fotozelle ermittelt werden, da deren spektrale Helligkeitsfunktion der V()-Kurve der spektralen Helligkeitsempfindung des Auges entspricht. Anhand der Messdaten aller drei Fotozellen berechnet das Messgerät die spektrale Verteilung des einfallenden Lichts. Anhand des Einsatzes von Fotozellen in den Farben der Primärvalenzen werden die Messwerte in x- und y- Koordinaten der CIE-Normfarbtafel berechnet. Über die CIE-Normfarbtafel kann so eine akkurate Farbe bzw. Farbverschiebungen festgestellt werden. Die Messwerte können auch als Farbtemperaturwerte ausgegeben werden. Beim Messen einer Gasentladungslampe entspricht die angezeigte Farbtemperatur der korrelierten Farbtemperatur (siehe Kapitel Farbtemperatur).