В чем техническая разница между искусственным и естественным освещением?

Question

Комментарии как этот заставил меня задуматься ...

Если предположить, что два источника света имеют одинаковый размер и относительную интенсивность (например, моносветы и солнце), и предположить, что вы снимаете в необработанном виде для цветового баланса, в чем разница между ними в отношении качества света? Это только спектр? Почему один из них производит свет значительно другого качества, чем другой?

(Меня не интересует тот факт, что кто-то проще в использовании или более гибкий, или всегда включен, или что-то подобное - меня больше волнует качество .)

Answer 1

Существует несколько видов искусственного освещения - флуоресцентное, вольфрамовое, светодиодное, галогенное, ксеноновое, взрывчатое, электрическая дуга и т. Д. А также есть несколько видов естественного освещения - солнечный свет, лунный свет (солнечный свет, отражающийся от Луны), свет от других звезд, огня, молнии, вулканов, aurora borealis , светлячков и т. д. Очевидно, что оба класса содержат очень разные источники света, и любые различия между такими широкими классами могут быть обнаружены только при чрезмерном обобщении классов в пару Наиболее распространенные примеры обоих (например, ксеноновая вспышка против солнечного света).

Большинство естественных источников света находятся значительно дальше, чем достигают искусственные источники света, поэтому падение интенсивности (спад) искусственного света быстрее , поскольку источник света намного ближе. Поэтому область, которую вы могли бы освещать одним искусственным освещением, намного меньше. Попробуйте осветить пейзаж или небо монолайтом:)

Наиболее распространенные формы естественного света - солнечный свет и лунный свет - всегда включены, а источники искусственного света, наиболее часто используемые в фотографии, синхронизируются для включения во время экспозиции. Таким образом, естественный свет облегчает моделирование освещения, а максимальная скорость синхронизации вашей камеры 1010 * не имеет значения, и не будет мигающего для вспышки.

Распространение солнечного света по небу подразумевает, что тени, отбрасываемые солнцем, не совсем черные, а наполнены голубоватым оттенком.

Поскольку искусственное освещение можно легко перемещать, вы можете легко создавать схемы освещения, которые были бы невозможны только при естественном освещении (вам может быть немного повезло с направлением огня или светлячков, а не с другими). ​​

Наконец, несколько слов о «качестве» в бизнес-контексте (превосходство), в отличие от философского контекста (свойство или атрибут).

Здесь искусственный свет процветает на

• наличие (вы можете принести его в любое время дня и ночи);
• повторяемость (вы можете получить такое же освещение, используя те же настройки снова; солнце и луна движутся, погода может измениться);
• надежность (погода оказывает гораздо меньшее влияние на искусственный свет, потому что между источником света и сценой его намного меньше; при искусственном освещении не заряженные батареи - ваша вина, а не освещение).

Обратите внимание, что для художественных результатов непредсказуемость естественного света может быть предпочтительнее.

Естественный свет легко превосходит искусственный

• ожидаемый срок службы;
• первоначальная стоимость;
• эксплуатационные расходы.

Нет разницы в отношении сигнал / шум, если уровень освещенности объекта одинаков. Солнечный свет (особенно рассеянный) обеспечит более сильное освещение, чем большинство искусственных источников света, и, следовательно, лучшее соотношение сигнал / шум; другие естественные источники света слабее вспышки рядом с объектом.

Answer 2

«Только спектр» является очень важным фактором.

Следующее лишь упрощенно «царапает поверхность» чрезвычайно сложной предметной области:

«Цветовая температура» является мерой «теплоты» источника белого света - это предмет, который быстро погружается в черную (или белую) магию и не должен обсуждаться здесь, кроме как в качестве средства сравнения, в то время как компоненты света , Цветовая температура - это температура, до которой излучатель черного тела должен быть нагрет, чтобы произвести белый свет того же эквивалентного «тепла».

Солнечный свет относительно непрерывно распределен по световым частотам.

Источники света, такие как вольфрамовая или галогенная лампа, в которых для получения света используется нагретый металл, имеют относительно непрерывный спектр в ограниченном диапазоне частот. Пик вольфрама сосредоточен вокруг более длинных волн / более низких частот, чем распределение дневного света, и является более желтым и имеет более низкую эффективную цветовую температуру.

Искусственные источники, которые возбуждают люминофоры с одной длиной волны света, чтобы заставить их излучать свет на других длинах волн, производят свет в ряде относительно резких частотных пиков с промежутками между меньшим или отсутствующим светом. Эти пики длины волны расположены так, что система глаз / мозг объединяет их для получения «белого» света. В то время как глаз может видеть белый, прерывистый спектр производит фотографические эффекты, которые отличаются от непрерывного спектра естественного света.

Этот метод применяется для люминесцентных ламп, CFL (компактных люминесцентных ламп) и люминофорных светодиодов. Аналогичные результаты возникают, когда газ подвергается воздействию электрического или термического давления, поэтому он излучает свет с четко определенными частотами или когда используется несколько одноцветных светодиодов. Результирующий «Белый» - это фантазия мозга. Источник - CCA / SA . Изогнутая сплошная линия - это «планковский локус», и это цвет, которому нагретое черное тело будет следовать при повышении температуры. Числа 1500-10000 - температуры в Кельвинах, вызывающие связанный цвет. Глаз и мозг видят цвета на этой линии как версии "белого" . Числа вокруг внешней стороны цветной области - это длины волн в нанометрах монохромного света в этой точке. Возьмите любые две точки на границе, смешайте свет, используя эти два цвета, и измените относительные амплитуды, и эффективный цвет будет двигаться вдоль линии между ними. (Увы, это не просто прямая линия, нарисованная на этом графике). Сделайте это с 3 краями, и вы можете сделать цвета, которые лежат внутри треугольника, образованного 3 цветами. НО в то время как вы МОЖЕТЕ быть настойчивы, чтобы заставить глаз / мозг думать, что у вас есть свет одного цвета или широкий диапазон цветов, сенсорная система пленки или фильтров или ... может реагировать по-другому.

Современные белые «люминофорные светодиоды» обычно используют коротковолновый синий светодиод и желтый люминофор. Часть синего света преобразуется в желтый, «возбуждая» люминофор, чтобы он снова излучал энергию в виде синего света. Относительное сочетание синего и желтого и точного излучаемого диапазона частот варьируется в зависимости от производимой высоты: от «теплого белого» (около 2500 - 3500 Кельвинов эффективной цветовой температуры) до дневного света, такого как белые в диапазоне 4000–7000 К, а затем до ярко-синего белый до 10000 К. При или около 10000K «белый свет» выглядит очень синим. Желто-синий микс корректируется таким образом, чтобы сумма векторов лежала на линии спектра, вдоль которой следуют истинные цвета излучателя черного тела, так что свет «выглядит» белым в определенных пределах.

Например, если у вас есть свет непрерывного спектра, вы можете применить фильтрацию на любой длине волны, чтобы удалить или изменить часть света, чтобы изменить общий микс. Если у вас есть несколько конечных пиков, у вас может не быть света в частотном диапазоне фильтра, который работал нормально при естественном освещении. Результаты МОГУТ сильно отличаться.

Например, фотодатчик может определенным образом реагировать на естественный свет в широком диапазоне частот. Искусственный свет с такой же кажущейся цветовой температурой для глаз подарит датчик

Например, если у вас есть, например, натриевая лампа, как на некоторых автомагистралях с очень оранжевым светом, у вас есть несколько близко расположенных оранжевых линий излучения и больше ничего. Никакая фильтрация не «исправит» это, чтобы выглядеть как естественный свет. Хотя это, очевидно, ext = Remember, это просто крайний случай того, что происходит с источниками выходных сигналов с ограниченной длиной волны, упомянутыми выше. Источник CCA / SA

Answer 3

Строго говоря, если бы вы могли действительно подражать всему, что касается естественного освещения, искусственным светом, они были бы точно такими же. Поскольку нам не хватает искусственного источника света с той же интенсивностью солнечного света, не говоря уже о радио-триггерах с дальностью 93 миллиона миль, лучшее, что мы можем сделать с искусственным освещением, - это моделировать солнечный свет.

Расположив источник искусственного света ближе к нашему объекту (на несколько миллионов миль), мы можем создать аналогичную интенсивность освещения объекта, но довольно сложно воспроизвести диффузию, вызванную всеми этими милями космической пыли и атмосфера между нами и солнцем, между прочим. Вы также затронули спектр, который, я думаю, мы можем повторить, но его действительно сложно воспроизвести.

Одним из сложных аспектов дублирования естественного света, конечно же, является то, что естественный свет постоянно меняется. Учитывая все факторы, которые могут ароматизировать естественный солнечный свет, это действительно почти бесконечное количество различных источников света, не так ли? Если вы снимаете вблизи восхода или заката солнца, это становится очевидным, когда ваша экспозиция меняется от одного снимка к другому. Я ожидал бы, что несмотря на случайный счастливый сюрприз, когда естественный свет делает что-то неожиданное, что мы как , эта переменная природа - фактически та область, где искусственное освещение улучшает естественного освещения.

Answer 4

Если вы хотите получить простой ответ, касающийся различий между «искусственным» и «естественным» light :

Ширина и непрерывность задействованного спектра.

Помни свои уроки физики. Цвет объектов, которые мы видим, зависит от того, сколько света они поглощают и сколько они отражают, а также от распределения поглощения и отражения по видимому спектру. Синий объект синий, потому что он меньше поглощает и отражает больше синего света, оранжевый объект оранжевый, потому что он меньше поглощает и отражает больше оранжевого света и т. Д. Если вы освещаете сцену, полную синих объектов, искусственным вольфрамовым светом узкого спектра, ваш синие объекты будут казаться более тусклыми и менее красочными, чем если бы они были освещены естественным светом широкого спектра.

Чем непрерывнее и шире ваш источник света, тем выше будет цветопередача вашей сцены.

---

Простой ответ на конкретику.

Источники искусственного света не обязательно излучают широкий спектр и редко излучают "полный" спектр, а также не всегда излучают непрерывный спектр для диапазона, который они охватывают. Качество или точность цвета и деталей, которые мы видим от освещенного предмета, очень зависит от ширины и непрерывности света, который его освещает. Искусственное освещение также обычно имеет неестественное распределение длин волн, в котором его спектральная кривая обычно достигает максимума либо слишком теплая, либо слишком холодная по сравнению с солнечным светом, создавая смещенный баланс белого, который требует коррекции после съемки. Если вы работаете с вольфрамовым (галогеновым) освещением, вы работаете с очень узкой полосой, в основном непрерывного, но очень теплого света. Некоторые объекты выглядят очень хорошо при таком освещении с коррекцией баланса белого в посте, так как они в первую очередь реагируют на более красные смещения длин волн света. Однако другим объектам может не хватать деталей и точности цветопередачи при освещении вольфрамовым светом, потому что они в основном реагируют на более голубые волны света.

В то время как некоторые формы искусственного света предлагают более широкий спектр, как правило, существуют либо ограничения их ширины полосы, либо могут быть дыры и промежутки в излучаемом спектре. Свет, основанный на излучении черного тела, или, другими словами, источники света, которые излучают свет при нагревании какого-либо элемента (обычно мета), обычно обеспечивают более непрерывное освещение спектра, которое имеет более ограниченную полосу пропускания. Огни, основанные на газовой эмиссии, или, другими словами, источники света, которые излучают свет, пропуская электрический ток через газ некоторого вида, часто обеспечивают широкую полосу пропускания, но пятнистую непрерывность (много промежутков). Ни одна из форм освещения не является идеальной, хотя многие специализированные типы освещения значительно смягчают негативы, одновременно усиливая позитивы ... например, обеспечивая как можно более широкий спектр с минимальным зазором.

---

С другой стороны, естественный свет - это не просто широкий спектр ... его "полный спектр", включая все длины волн от радио до всего видимого спектра, до EUV и рентгеновского. Естественный свет включает в себя все в видимом спектре, поэтому он имеет широкую полосу пропускания и является полностью непрерывным, с идеальной спектральной кривой, которая достигает пика прямо в середине спектра видимого света (желто-зеленый-зеленый, полоса около 555 нм).

Преимущество освещения в полном спектре состоит в том, что можно получить полную цветопередачу и детализацию вашего объекта. Если у вас пятнистое освещение с зазорами и ограниченной шириной спектральной полосы, и ваши объекты в большей степени реагируют на длины волн света, не входящие в полосу первичного излучения искусственного освещения, вы получите цвето-анемичные результаты. Это не значит, что вы не можете исправить такую ​​проблему в посте, но, как правило, она не будет выглядеть так же хорошо, как при использовании широкого спектра или полного спектра освещения. Существуют искусственные источники света, которые излучают широкий спектр или излучают спектр света, который является настолько широким, насколько это возможно, с помощью искусственных средств, и который максимально точно повторяет спектральную кривую солнечного света. При таком источнике освещения качественный свет и тень в вашей сцене будут сводиться к тому, как вы настраиваете и настраиваете свое освещение ... но вы должны иметь полный контроль над ним.

Answer 5

С практической точки зрения, что в основном характеризует солнце в течение полудня, кроме его спектра, это тот факт, что это всенаправленный свет, сияющий сверху, очень яркий ( яркость 3,84 × 10 ²⁶ W ) и имеет небольшой угловой диаметр, 0,53 градуса, , что приводит к лучам, близким к параллельным. Искусственный источник с такой же освещенностью и угловым диаметром почти воспроизвел бы многие световые эффекты, которые вы видите на солнце, при условии, что он находится достаточно далеко от сцены, а именно: резкие, очень темные тени и заполняют свет, отраженный от близлежащих объектов ( который обычно рассеянный, но может и не быть, если они зеркальны - он также имеет тенденцию приобретать цвета этих объектов).

Чтобы источник света на расстоянии d имел такой же угловой диаметр и освещенность, что и солнце, он должен иметь фактический диаметр около d / 108 и яркость 17200d ² W. Так что если ваш Источник света находится на расстоянии 1 м, его диаметр должен составлять 9 мм, а светимость - 17,2 кВт. Если он находится на расстоянии 10 м, он должен иметь диаметр 9 см и 1,72 мегаватта, в то время как на расстоянии 100 м он должен иметь диаметр 93 см и яркость 172 мегаватта.

Для сравнения, типичная высокопроизводительная стробоскопическая студийная вспышка работает до 1000 Вт в секунду, что при типичной максимальной скорости в 1/1500 секунды дает 1,5 МВт. Располагая такую ​​вспышку на расстоянии около 9,3 м над сценой, вы можете получить эффект, подобный солнцу, если его диаметр не превышает 8,6 см, что вполне вероятно. Однако такая установка потребует значительных инвестиций.

С другой стороны, вспышки на камере не дают шансов воспроизвести солнечные эффекты - Nikon SB800 выдает максимум около 60 кВт, не допуская потерь от отражателей и рассеивателей. Таким образом, он должен находиться на расстоянии 1,9 м и иметь диаметр 1,8 см, чего у него нет.