Так как скорость света такая высокая, почему скорость затвора имеет значение?

Question

Когда затвор камеры открывается, если свет мгновенно достигает датчика (скорость света = 300 000 км / с), почему скорость затвора влияет на резкость / детализацию изображения? Почему при более высокой скорости затвора снимки становятся темнее и ярче при более медленной скорости затвора?

Наши глаза всегда открыты (когда мы не спим), но изображения не «переэкспонированы».

(я думаю, это может быть больше физический вопрос, чем фото)

Answer 1

почему выдержка влияет на резкость / детализацию изображения? Почему при более высокой скорости затвора снимки становятся темнее и ярче при более медленной скорости затвора?

Это происходит потому, что датчик освещенности в камере не измеряет интенсивность света мгновенно, а измеряет весь свет, полученный в течение всей экспозиции. Можно сказать, что датчик накапливает или сумм свет ^* за время воздействия. Свет состоит из дискретных фотонов, и чем дольше датчик подвергается воздействию, тем больше времени у фотонов на попадание на датчик.

Если вам нужна мысленная модель того, как работает датчик, представьте, как положить ведро на улицу, когда идет дождь. Если интенсивность дождя остается постоянной, то оставление ведра там вдвое дольше приведет к тому, что в ведро попадет вдвое больше воды, верно? Или, если интенсивность дождя удваивается, можно ожидать, что ведро заполнится вдвое быстрее. Это ведро похоже на один фотосайт (то есть один пиксель) на цифровом датчике, а капли дождя похожи на фотоны. Весь датчик подобен массиву из нескольких миллионов этих ведер, каждое из которых измеряет капли дождя / фотоны в одном конкретном месте.

Таким образом, более высокая скорость затвора означает более короткие выдержки, что означает меньше времени для перемещения объектов в кадре или самой камеры. Размытие в движении происходит, когда объект в кадре перемещается относительно камеры, поэтому свет от заданной точки на объекте регистрируется в более чем одном месте на датчике. Чем короче экспозиция, тем меньше движение и тем резче конечное изображение.

Аналогичным образом, более длительные выдержки дают больше времени для накопления света на датчике; каждый фотосайт будет собирать больше фотонов и измерять большее значение. Те большие значения, взятые вместе, создают более яркое изображение. Как и при дожде, на измерение на каждом фотосайте также влияет интенсивность - более яркий свет заставляет измеренное значение в каждой точке увеличиваться быстрее. Итак, если вы хотите более яркое изображение, у вас есть два варианта: увеличить интенсивность света или использовать более длительную экспозицию. Вот почему диафрагма и скорость затвора имеют обратную зависимость: апертура контролирует интенсивность света, достигающего датчика. Если вы хотите использовать более короткую выдержку, не влияя на уровень экспозиции фото, вы можете увеличить диафрагму, чтобы впустить больше света; если вы хотите использовать более длинную выдержку, вы можете уменьшить свет с меньшей апертурой.

^* Чтобы понять, что на самом деле делает датчик, это накапливает эффект света. Когда фотон попадает на фотосайт на цифровом датчике, он создает небольшой электрический заряд; чем больше фотонов, тем больше заряд. После закрытия затвора камера измеряет накопленный заряд на каждом фотосайте. Пленка работает почти так же, за исключением того, что свет вызывает химическую реакцию, которая усиливается с увеличением количества света.

Answer 2

Нет, это вопрос фотографии, хорошо. Но я предполагаю, что под «ясностью» вы подразумеваете «резкость», иначе вопрос не имеет смысла.

Если ваш объект находится на расстоянии 30 метров, свет от него достигнет датчика за 100 нс (миллиардных долей секунды). Это на несколько порядков быстрее, чем скорость затвора, мы можем фактически игнорировать 100 нс и говорить, что свет приходит мгновенно.

Предположим, у вас средняя скорость затвора, скажем 1/60 секунды. Это означает, что с момента открытия затвора свет от объекта достигает датчика, и он будет продолжать это делать, пока затвор не закроется 17 мс спустя. Теперь 17 мс - это немного, но при очень быстром движении, например, при проезде скоростного поезда или гоночной машины, сцена может измениться за это время. На скорости 300 км / ч поезд будет двигаться на 1,4 м за 1/60 секунды. Если фронтальная проекция поезда находится на 1000-м пикселе слева при открытии затвора, возможно, он переместился на 1200-й пиксель слева при закрытии затвора, и вы получите полосу шириной 200 пикселей для всех положений поезда в между.

Это то, что называется размытие в движении. Иногда вы хотите, чтобы размытие движения давало зрителю ощущение скорости поезда, и тогда вы будете использовать более медленное время затвора. Если вы перемещаете камеру вместе с объектом во время съемки, вы также получаете размытие в движении, но другого типа: поезд будет резким, но на фоне будет размытость.

Answer 3

Вы можете представить свет как электромагнитную волну, но для этого вопроса я буду использовать его второе «состояние» в качестве (огромного) набора частиц - фотонов.

Почему снимки становятся темнее при большей скорости затвора и ярче с меньшими выдержками?

За определенный период времени некоторое количество фотонов проходит через линзу и возбуждает части полупроводникового чипа (пиксели).
Уровень возбуждения пропорционален количеству падающих фотонов и представлен яркостью отображаемого пикселя. При удвоении скорости затвора время экспозиции уменьшается вдвое, а яркость также уменьшается вдвое. Если вы вдвое уменьшите скорость затвора, вы удвоите время экспозиции и удвоите полученную яркость.

Почему выдержка влияет на резкость / детализацию изображения?

В течение времени, когда каждый пиксель собирает фотоны, попадающие в него. Камера и сцена не находятся в идеальном неподвижном положении. Руки фотографа слегка дрожат, и объект на сцене может двигаться. Это приводит к тому, что свет, собранный в чипе, (размытие) размыт. Значимость размытия при движении пропорциональна времени экспозиции и обратно пропорциональна скорости затвора.
Для более высокой скорости затвора вы получаете более темные изображения; Чтобы компенсировать этот эффект, вы должны открыть диафрагму и / или увеличить чувствительность (ISO).

• Диафрагма. Открытая диафрагма приводит к усилению аберраций и уменьшению глубины резкости.
• ISO: чем выше чувствительность, тем ярче изображения. Но более короткое время срабатывания затвора, обеспечиваемое более высокой чувствительностью, также приводит к снижению отношения сигнал / шум, что обычно приводит к более высокому шуму.

Наши глаза всегда открыты (когда мы не спим), но изображения не "Переэкспонирован."

Наши глаза имеют автоматическую настройку диафрагмы (диафрагмы), а наш мозг обеспечивает автоматическую коррекцию ISO. Вот почему наши глаза могут быть одурачены:)
Посмотрите в глаза своего друга, когда будет солнечный день, вы увидите радужную оболочку и маленькую черную точку. Когда вы посмотрите на него в темную ночь, вы увидите маленькое кольцо ириса и большой черный круг. Радужная оболочка автоматически настраивает количество света, достигающего вашей сетчатки.
Радужная оболочка также имеет свои пределы. Если кто-то вспыхивает в ваших глазах ночью, вы на некоторое время ослепнете - ваш широко раскрытый ирис не может закрыться достаточно быстро, чтобы приспособиться к быстрой смене света, и ваша сетчатка была передержана. Затем вашему радужке потребовалось некоторое время, чтобы снова широко раскрыться.

Сигналы, которые мозг получает от сетчатки, также учитывают его чувствительность к падающему свету и к сцене. Попробуйте кататься на лыжах с янтарными очками на целый день. После того, как вы удалите очки, синяя вещь будет выглядеть зеленой для вас.
Он также размещается на месте. Здесь вы можете видеть зеленую точку между розовыми. Или ты не можешь? Еще одна хитрость: долго смотрите на перевернутое изображение, а затем смотрите на белую стену. Вы увидите исходное изображение.
Ваш глаз и мозг автоматически снижают их чувствительность в зависимости от воздействия, и между изменением света и изменением чувствительности есть некоторая задержка.

Answer 4

Объектив камеры предназначен для проецирования изображения внешнего мира на поверхность микросхемы изображения внутри и сзади камеры. Однако механическая дверца, называемая затвором, предотвращает воспроизведение световых лучей на чипе изображения. Чтобы сделать снимок, шторка кратковременно открывается, а затем закрывается. Это действие позволяет образующим свет световым лучам контактировать с чипом формирования изображения.

На поверхности чипа обработки изображений находятся миллионы сайтов с фотографиями. Каждый получает световую энергию во время экспозиции, и эта энергия пропорциональна по интенсивности и цвету фактической перспективе. Когда световые лучи играют на этих участках, возникает электрический заряд. Количество заряда соответствует интенсивности света перспективы.

Тем не менее, заряды очень слабые и требуют программного обеспечения в камере, чтобы увеличить их до приемлемого уровня. Программное обеспечение также покрывает каждый заряд до числового (цифрового) значения. В результате получается изображение, составленное по системе «краска по номеру».

Поскольку яркость сцены является переменной, продолжительность экспозиции регулируется. Если изображение тускло освещено, время экспозиции будет увеличено для компенсации. И наоборот, если сцена ярко освещена, время экспозиции будет сокращено. Основная причина того, что скорость затвора регулируется по продолжительности, состоит в том, чтобы дать время накапливаться и становиться управляемым.

Скорость света невероятно высока, а расстояние, перспектива до камеры и расстояние от объектива до изображения невелики.

Answer 5

Речь идет о продолжительности источника света, а не о скорости света. Если я произнесу предложение, это может занять 15 секунд. Слово путешествует к вашим ушам со скоростью звука. если я говорю предложение быстрее, каждое слово попадает в ваши уши с той же скоростью, но «резкость» или ясность слов меняется по мере того, как я ускоряюсь или замедляюсь.

Answer 6

Дело не в скорости света, а в количестве света

Это также та же самая причина, почему становится темнее, когда солнце садится; в этом случае скорость света не имеет значения

Ну, это не отличается в фотографии !!

В очень темной сцене количество фотонов может быть настолько меньше, что пиксели едва соберут фотоны даже при длительной экспозиции

Answer 7

Фактическая скорость, с которой движется свет, не имеет значения. Тот факт, что это не мгновенно, очень важен. Даже если свет распространяется очень быстро, свет от объекта или сцены не попадает на сенсор или пленку одновременно. Свет достигает камеры от объекта в потоке энергии, который распространяется в течение некоторого времени. В течение времени, когда затвор открыт, этот поток света записывается на фотографии. Если сцена изменяется в ходе экспозиции, форма потока света, достигающего камеры во время экспозиции, также изменяется.

В физике часто используется фраза, используемая для описания того, как свет одновременно демонстрирует свойства как энергии волн, так и энергии частиц: двойственность света . Для фотографирования мы обычно рассматриваем свет как поток фотонов, стекающих со сцены на сенсор (или пленку). Когда они ударяют по датчику, они преобразуются в электроны в каждом пикселе, которые попадают в фотон. Когда они ударяют пленку, их энергия приводит к химическим реакциям с зернами химикатов в эмульсии пленки.

Почему выдержка влияет на резкость / детализацию изображения?

Время затвора определяет, как долго поток фотонов со сцены может попадать на сенсор. Если что-то изменит положение в сцене во время экспозиции, то свет от части сцены, которая переместилась, будет перемещаться по поверхности датчика и падать на разные пиксели. Если сама камера является источником движения, тогда вся сцена сместится, и каждая точка в сцене попадет на разные пиксели датчика. Каким бы ни был источник движения, результатом будет размытие , поскольку свет от одной точки сцены распространяется на несколько пикселей. Чем дольше затвор удерживается открытым, тем больше размытость при той же скорости движения.

На оборотной стороне той же монеты, чем дольше затвор удерживается открытым, тем больше света захватывается на фотографии. Чем больше света захватывается датчиком, тем выше будет доля электронов, собранных датчиком от света от сцены (мы называем это сигнал ), к электронам, создаваемым электроникой камеры. которые также записываются вместе с током от пикселей датчика. Эти рассеянные электроны - это то, что мы называем шумом . Считывание шума производится электроникой камеры. Фото (выстрел) шум создается случайным характером света из-за двойственности света. Эти фотонные частицы движутся по волнообразной траектории, определяемой длиной волны каждого бита света. Чем больше сигнала (света) у нас пропорционально шуму, тем больше деталей мы сможем воспроизвести на нашей фотографии. Это называется отношение сигнал / шум .

Таким образом, более короткое время затвора минимизирует эффект движения, но может привести к потере деталей из-за плохого отношения сигнал / шум. Более длительное время затвора увеличивает отношение сигнал / шум, но может привести к потере деталей из-за размытости при движении.

Почему снимки становятся темнее при более высокой скорости затвора и ярче при более низкой скорости затвора?

Поскольку чем дольше затвор остается открытым, тем больше света захватывается на фотографии. Это то же самое, что включать и выключать кран, держа чашку под краном. Чем дольше кран открыт, тем больше воды будет собираться в чашке. Чем дольше затвор остается открытым, тем больше легких частиц (фотонов) будет собираться датчиком (или пленкой).

Наши глаза всегда открыты (когда мы не спим), но изображения не «переэкспонированы».

Опять же свет падает на наши глаза непрерывным потоком, а не единичным мгновением. Весь свет, собранный нашими сетчатками в течение дня, года или всей нашей жизни, не передается нашему мозгу в одно мгновение! Электрохимический сигнал от наших глаз к нашему мозгу постоянно меняется по мере изменения сцены перед нашими глазами.

---

(Примечание: нижеследующее было написано до того, как вопрос, приведенный выше, был значительно переписан в его нынешнюю форму)

Свет - это электромагнитная энергия. Таким образом, есть два компонента, которые должны быть измерены в отношении фотографии: напряженность поля и продолжительность времени. Напряженность поля измеряет, насколько сильный свет над определенной областью. Продолжительность времени показывает, как долго сохраняется напряженность поля.

Это так же, как любая другая форма энергии. Если кто-то приложит постоянную силу к телу, тело будет ускоряться. Чем дольше эта сила применяется, тем дольше тело будет ускоряться и тем быстрее тело будет двигаться относительно своего начального состояния.

Кусок фотопленки собирает информацию об энергии, падающей на него в виде света. Чем дольше затвор остается открытым, тем больше информации собирается. Если оставить затвор открытым вдвое дольше, он будет собирать вдвое больше информации от этого источника света, предполагая, что сила света постоянна.

Проблема в фотографии в том, что свет часто не постоянен. По мере того, как вещи в мире перед камерой перемещают силу поля света в любой конкретной точке пленки или датчик изменяется. Пока затвор открыт, он продолжает собирать информацию о свете, падающем на каждую точку пленки или датчика. Если что-то в поле зрения камеры движется, будет записана информация обо всех положениях, через которые она прошла во время открытия затвора. Вместо того, чтобы быть записанным в том же месте на пленке или датчике, изображение движущегося объекта будет распространяться по области, по которой он движется. Это приведет к размытию. Даже если перед камерой ничего не движется, если сама камера движется, то же самое произойдет. Свет от определенного места в сцене будет распространяться по области пленки или датчика, на который он падает при перемещении камеры.

Answer 8

Слишком много, чтобы сказать, если вы хотите детали, вам нужно узнать о линзах, см. Это:

https://www.youtube.com/watch?v=1YIvvXxsR5Y

Чтобы ответить на ваш вопрос, более высокая скорость затвора предотвращает размывание пикселей на сенсоре, что улучшает детализацию и четкость изображения. Это не скорость света, а замораживание движений, которое вызывает его.