Одинаковые ли настройки камеры приводят к одинаковой экспозиции на сенсорах разных размеров?

Question

Допустим, у меня есть камера micro-4 / 3rd и полнокадровая камера, обе из которых настроены на 1/60 при f / 2,8 и снимают одну и ту же сцену при одном освещении. Будет ли экспозиция одинаковой для обеих камер, несмотря на разные размеры сенсоров?

Причина, по которой я спрашиваю, заключается в разнице глубины резкости между микро-4/3 и полнокадровыми датчиками. Я обнаружил, что для того, чтобы сфотографировать определенные сцены с помощью полнокадровой камеры на той же глубине резкости, что и камера micro-4/3-й камеры, мне нужно увеличить апертуру, что, в свою очередь, заставляет меня провернуть ISO.

Answer 1

Допустим, у меня есть камера micro-4 / 3rd и полнокадровая камера, обе из которых настроены на 1/60 при f / 2.8 и снимают одну и ту же сцену при одном освещении. Будет ли экспозиция одинаковой для обеих камер, несмотря на разные размеры сенсоров?

Да - если это один и тот же объектив или оба объектива имеют одинаковую передачу, и при условии, что, говоря «одинаковая экспозиция», вы используете один и тот же рейтинг ISO (чтобы выровнять различия в эффективности датчика).

Предостережения:

• Тот же ISO не означает тот же уровень шума.

  Различные датчики, работающие на одном и том же уровне ISO, улавливают разное количество света, но превращают их в одну и ту же экспозицию. Однако, несмотря на то, что экспозиция одинакова, способность различать детали среди шума будет разной. Рейтинговая система ISO разработана для учета различий в эффективности датчиков, поэтому вы можете установить любой датчик независимо от его размера или эффективности на ISO200 и получить одинаковую экспозицию. Чтобы достичь этого, полнокадровый датчик, работающий при ISO200, собирает намного больше света, чем датчик 4/3 при ISO200 для той же сцены, и он просто внутренне применяет различную величину усиления, чтобы перевести сцену в ту же самую сцену. значения яркости.

  В конечном результате все будет выглядеть эквивалентно с точки зрения экспозиции, за исключением того, что полный кадр будет иметь более низкий уровень шума, так как он начинался с большего количества светлой информации. Обратите внимание, что могут быть различия в эффективности между датчиками одинакового размера; следовательно, это не связано исключительно с размером датчика, хотя это является основным фактором. Короче говоря, ISO 800 в FF - это такая же экспозиция , что и ISO 800 в 4/3, но вы получите различный шум и динамический диапазон, так как это не та же эффективность датчика.

• Один и тот же диафрагма не обязательно означает одинаковую передачу объектива.

  Распространенным методом определения количества света, попадающего через объектив, является диафрагма. Однако эта мера основана на диаметре апертуры, но не учитывает пропускающие свойства линзовых элементов (то есть, сколько света поглощается стеклом в линзе). Все линзы стекла поглощают немного света. Современные линзы с несколькими покрытиями поглощают намного меньше, и простые современные линзы нередко пропускают более 99% света.

  Без фильтров эффект потери пропускания в современных линзах с многослойным покрытием настолько мал, что почти во всех случаях его можно игнорировать, что делает его чуть более чем академическим упражнением с небольшой практической ценностью. Те случаи, в которых это не может быть проигнорировано, могут включать съемку для кино, где несколько последовательных кадров должны иметь одинаковую экспозицию, даже если они могут использовать очень разные объективы. Вот почему Т-Стоп были изобретены; они как диафрагмы, потому что они учитывают свойства передачи всего вашего стекла.

Answer 2

Да. Экспозиция основана на количестве света, попадающего на любую заданную точку на сенсоре (или пленке), а не на общее количество света для всей области. (Свет, попадающий в углы, не влияет на свет, попадающий в центр или где-либо еще.) Иными словами, полнокадровый датчик регистрирует больше общего света, но для той же экспозиции это ровно столько же света, сколько больше площади сенсора.

Подумайте об этом так: если вы возьмете полнокадровое изображение и обрежете небольшой прямоугольник из середины, экспозиция там (без учета виньетирования и ослабления света) будет такой же, как экспозиция для всего этого.

Теперь вместо обрезки представьте себе, что нужно заменить полнокадровый датчик на меньший. Та же выдержка, только меньше записанного изображения.

Конечно, обрезанное изображение имеет меньше света в целом . Секрет в том, что мы «обманываем» при увеличении. Мы сохраняем яркость одинаковой, хотя фактическое количество фотонов, зарегистрированных на область, «растягивается». То есть, если на датчике 200 миллионов фотонов, собранных в квадрате, представляют средний серый цвет, если мы печатаем так, чтобы квадрат был 10 "× 10", мы не распределяем яркость, делая его намного более тусклым - вместо этого мы сохраняем яркость, так что это тот же серый.

Кроме того, да, вам нужно увеличить ISO (или выдержку), чтобы получить ту же самую конечную яркость изображения с меньшей апертурой для большей глубины резкости на большем сенсоре. Но, предполагая примерно одинаковую технологию, больший датчик должен давать примерно такое же количество шума при более высоком ISO, что и меньший датчик при более низкой чувствительности.

---

В дополнение к длинной ветке комментариев ниже я добавлю: если вы буквально сравниваете две комбинации камер в реальном мире, точная экспозиция может варьироваться по нескольким причинам. Одним из них является фактическая передача света для данного объектива на определенном диафрагме - сами элементы объектива не идеальны и блокируют некоторое количество света. Это отличается от объектива к объективу. Во-вторых, при определении диафрагмы объектив округляется до ближайшей остановки и может быть не совсем точным. В-третьих, точность ISO варьируется от производителя к производителю - ISO 800 на одной камере может давать такую ​​же экспозицию, как ISO 640 на другой. Все эти факторы должны (даже совокупно) быть меньше, чем стоп. И самое главное, все эти факторы не зависят и не связаны с размером сенсора , поэтому я оставил их вне первоначального ответа.

Answer 3

Примечание. Следующий ответ первоначально был написан в ответ на другой вопрос, который, хотя и очень похож на этот, касался, в частности, различий между размерами датчиков при съемке в условиях низкой освещенности.

Будет ли 1-дюймовый датчик давать такую ​​же экспозицию при той же диафрагме и настройках ISO по сравнению с датчиком APS-C?

---

Экспозиция - это мера плотности поля света. Означает, что это выражение того, сколько света захвачено на единицу площади.

Если у вас одинаковый ISO, число f и время затвора, вы получите такую ​​же экспозицию . Могут быть небольшие различия из-за неточностей различных камер в отношении фактического ISO, времени затвора и диафрагмы, а также разного количества света, который теряется при прохождении через различные объективы. Но для целей творческой фотографии все, что находится в пределах от 1/6 до 1/3 остановки, рассматривается как достаточно близко .

То, что вы теряете с меньшим сенсором, особенно при съемке в условиях очень слабого освещения, это общее количество собранного света . Когда плотность поля света одинакова, количество света, падающего на каждый квадратный миллиметр, одинаково, но датчик, который в четыре раза больше по площади, собирает в четыре раза больше фотонов, рассеянных в четыре раза по площади. Предполагая, что угол обзора одинаков для обеих камер из-за разного фокусного расстояния, яркость каждого мм² будет одинаковой, но больший датчик создает большее изображение. Это важно, когда мы увеличиваем изображение с того размера, на котором оно находится на датчике, до размера, с которым мы хотим его отобразить.

Если изображения от обоих датчиков увеличиваются до одинакового размера дисплея, изображение от большего датчика требует меньшего увеличения, чем изображение от меньшего датчика. Когда изображения увеличиваются по размеру, они проецируются на сенсор, все увеличивается: изображение от света, которое проецировалось на сенсор и записывалось, шум, создаваемый камерой, шум, создаваемый случайным характером света, размытие из-за размытия к проблемам с движением и фокусировкой / DOF, а также к любым оптическим дефектам, связанным с объективом.

Итак, в конце концов, больший сенсор дает вам возможность увеличивать меньше, чтобы получить тот же размер дисплея, что означает, что все недостатки на фотографии не так увеличены, как с меньшим сенсором.

В некоторых ситуациях, однако, существуют методы , которые позволят улучшить производительность как маленьких, так и больших датчиков. Например, съемка с более низким ISO для более продолжительной экспозиции снизит влияние шума фотонной съемки. Конечно, для этого может потребоваться штатив или другие средства стабилизации камеры. Использование вычитания темных кадров может уменьшить влияние постоянного шума считывания, создаваемого камерой. Объединение нескольких изображений в одну сцену уменьшит случайный шум в каждом кадре. Для штабелирования почти наверняка требуется штатив. Но любые улучшения , которые вы делаете с использованием меньшего датчика, также могут быть сделаны с использованием большего датчика. Таким образом, датчик большего размера всегда будет сохранять свое преимущество в сборе света , если оба они основаны на одной технологии.

Answer 4

Скорость затвора - это простая составляющая восприятия. Уменьшите скорость затвора вдвое, и вы получите половину света, попадающего на датчик. 1/50 на маленьком датчике дает такое же количество света на квадратный метр, как на большом датчике. Большой датчик просто захватывает большую его площадь.

Поле зрения и Диафрагма является интересной составляющей экспозиции. Вот почему диафрагма имеет относительный размер к фокусному расстоянию. В противном случае нам понадобились бы калькуляторы в наших карманах каждый раз, когда мы меняли его.

Представьте, что у вас диаметр апертуры 5 мм (площадь 78,5 мм²), и вы увеличиваете поле зрения в два раза (от 30 ° до 60 °). Теперь это увеличивает количество света, попадающего на одну и ту же область, в четыре раза (pi.R²), что означает, что либо ваш ISO должен понизиться в четыре раза, либо ваша скорость затвора сократится в четыре раза.

Теперь, если вы сохраняете размер физической апертуры, прямо пропорциональный полю обзора (определяемый фокусным расстоянием и размером датчика), вы отменяете компонент поля зрения. Здесь вступает в игру f-stop . Все, что имеет значение сейчас, это соотношение. Например, если диафрагма составляет 1 / 2,8 от размера фокусного расстояния, одинаковое количество света при заданной скорости затвора будет попадать на датчик независимо от фокусного расстояния.

Это означает, что диафрагма физически уменьшается в широких углах (при уменьшении) и больше при меньшем поле зрения (при увеличении).

Как это работает на маленьких и больших сенсорах? Хорошо на большом датчике то же поле зрения (конус света) ограничено тем же самым количеством отверстием объектива, но оно расширено, чтобы покрыть большее на сенсоре.

ISO , с другой стороны, является стандартом. Он определяет стандартную экспозицию при любой заданной выдержке и диафрагме.

Отредактировано для уточнения

Причина, по которой большой датчик способен создавать менее шумную экспозицию, заключается в том, что площадь каждого пикселя больше (иногда значительно больше). Это означает, что уровень сигнала (света) по сравнению с уровнем шума, попадающего на каждый пиксель, выше. Думайте об этом как о ведре воды с тем же количеством сажи на дне. В ведре 5 л будет больше воды, чем в саже, по сравнению с ведром 2 л, что увеличит полезность этого ведра.

Это отношение сигнал / шум (SNR). В точке и стрельбе отношение сигнал-шум значительно меньше. Удвоение ISO для всех намерений и целей вдвое уменьшает SNR. Из-за большого объема фотоснимков на цифровой зеркальной фотокамере ISO можно значительно увеличить и при этом добиться меньшего уровня шума, чем при точечной съемке, несмотря на тот же объем света, попадающий на сенсорный чип.

Уф. Это сбивает с толку.