Skoro prędkość światła jest tak wysoka, dlaczego czas otwarcia migawki ma znaczenie?

Po otwarciu migawki aparatu, jeśli światło natychmiast dociera do czujnika (prędkość światła = 300 000 km / s), dlaczego czas otwarcia migawki zmienia ostrość / szczegółowość obrazu? Dlaczego zdjęcia stają się ciemniejsze przy krótszych czasach otwarcia migawki i jaśniejsze przy dłuższych czasach otwarcia migawki?

Nasze oczy są zawsze otwarte (kiedy nie śpimy), ale obrazy nie są „prześwietlone”.

(Myślę, że może to być bardziej pytanie fizyki niż zdjęcie)

dlaczego czas otwarcia migawki zmienia ostrość / szczegółowość obrazu? Dlaczego zdjęcia stają się ciemniejsze przy krótszych czasach otwarcia migawki i jaśniejsze przy dłuższych czasach otwarcia migawki?

Dzieje się tak, ponieważ czujnik światła w aparacie nie mierzy natychmiast natężenia światła, a raczej mierzy całe światło otrzymane podczas całej ekspozycji. Można powiedzieć, że czujnik gromadzi lub sumuje światło ^* przez czas ekspozycji. Światło składa się z dyskretnych fotonów i im dłużej czujnik jest odsłonięty, tym więcej czasu fotony mogą uderzyć w czujnik.

Jeśli potrzebujesz modelu mentalnego dotyczącego działania czujnika, wyobraź sobie, że wystawiasz wiadro na zewnątrz, gdy pada deszcz. Jeśli intensywność deszczu pozostanie stała, pozostawienie wiadra tam dwa razy dłuższego spowoduje, że do wiadra trafi dwukrotnie więcej wody, prawda? Lub, jeśli intensywność deszczu podwoi się, można oczekiwać, że wiadro napełni się dwa razy szybciej. To wiadro jest jak jedna strona foto (tj. Jeden piksel) na cyfrowym czujniku, a krople deszczu są jak fotony. Cały czujnik jest jak układ kilku milionów tych wiader, z których każdy mierzy krople deszczu / fotony w jednym konkretnym miejscu.

Krótsze czasy otwarcia migawki oznaczają krótsze czasy naświetlania, co oznacza mniej czasu na poruszanie się obiektów w kadrze lub samego aparatu. Rozmycie ruchu występuje, gdy obiekt w kadrze porusza się względem kamery, tak że światło z danego punktu na obiekcie jest rejestrowane w więcej niż jednym punkcie czujnika. Im krótsza ekspozycja, tym mniej ruchów i ostrzejszy obraz końcowy.

Podobnie dłuższe ekspozycje dają więcej czasu na gromadzenie się światła na czujniku; każda strona będzie zbierać więcej fotonów i mierzyć większą wartość. Te większe wartości, razem wzięte, dają jaśniejszy obraz. Podobnie jak w przypadku deszczu, na pomiar na każdej stronie ma również wpływ intensywność - jaśniejsze światło powoduje szybsze zwiększenie wartości mierzonej w każdym punkcie. Jeśli więc chcesz uzyskać jaśniejszy obraz, masz dwie opcje: zwiększ intensywność światła lub użyj dłuższej ekspozycji. To dlatego przysłona i czas otwarcia migawki mają odwrotną zależność: przysłona kontroluje intensywność światła docierającego do czujnika. Jeśli chcesz użyć krótszego czasu otwarcia migawki bez wpływu na poziom ekspozycji zdjęcia, możesz zwiększyć przysłonę, aby wpuścić więcej światła; jeśli chcesz użyć dłuższego czasu otwarcia migawki,

^* Aby być naprawdę jasnym, czujnik tak naprawdę gromadzi efekt światła. Kiedy foton uderza w stronę fotoelektryczną czujnika cyfrowego, wytwarza niewielki ładunek elektryczny; im więcej fotonów, tym większy ładunek. Po zamknięciu migawki aparat mierzy zgromadzony ładunek na każdej stronie. Film działa w ten sam sposób, z tym wyjątkiem, że światło powoduje reakcję chemiczną, która wzrasta wraz z większą ilością światła.

Nie, to pytanie do fotografii w porządku. Ale zakładam, że przez „przejrzystość” rozumiesz „ostrość”, w przeciwnym razie pytanie nie ma sensu.

Jeśli twój obiekt znajduje się w odległości 30 m, światło z niego dociera do czujnika w ciągu 100 ns (miliardowych części sekundy). To kilka rzędów wielkości szybciej niż czas otwarcia migawki, możemy faktycznie zignorować 100 ns i powiedzieć, że światło dociera natychmiast.

Załóżmy, że masz średni czas otwarcia migawki, powiedzmy 1/60 sekundy. Oznacza to, że od momentu otwarcia migawki światło z obiektu dociera do czujnika i będzie to robić do momentu zamknięcia migawki 17 ms później. Teraz 17 ms to niewiele, ale przy bardzo szybkim ruchu, jak przejeżdżający pociąg dużych prędkości lub samochód wyścigowy, scena może się zmienić w tym czasie. Przy prędkości 300 km / ha pociąg przejedzie 1,4 m w 1/60 sekundy. Jeśli projekcja frontu pociągu jest przy 1000 pikselach z lewej strony, gdy żaluzja się otwiera, być może przesunęła się do 1200 piksela z lewej, kiedy żaluzja się zamyka, a otrzymasz szerokość 200 pikseli dla wszystkich pozycji pociągu w pomiędzy.

To się nazywa rozmycie ruchu. Czasami chcesz, aby rozmycie ruchu dało widzowi poczucie prędkości pociągu, a następnie użyjesz dłuższych czasów migawki. Jeśli podczas robienia zdjęcia poruszasz kamerą wraz z obiektem, pojawia się również rozmycie ruchu, ale innego rodzaju: pociąg będzie ostry, ale tło pokaże rozmycie ruchu.

Możesz sobie wyobrazić światło jako falę elektromagnetyczną, ale w tym pytaniu użyję jego drugiego „stanu” jako (ogromnego) zestawu cząstek - fotonów.

Dlaczego zdjęcia stają się ciemniejsze przy krótszych czasach otwarcia migawki i jaśniejsze przy krótszych czasach otwarcia migawki?

W danym okresie czasu pewna ilość fotonów przechodzi przez soczewkę i wzbudza części układu półprzewodnikowego (piksele).
Poziom podniecenia jest proporcjonalny do liczby fotonów padających i jest reprezentowany przez jasność wyświetlanego piksela. Jeśli podwoisz czas otwarcia migawki, czas ekspozycji zmniejszy się o połowę, a jasność również zmniejszy się o połowę. Jeśli zmniejszysz czas otwarcia migawki o połowę, podwoisz czas ekspozycji i podwoisz wynikową jasność.

Dlaczego czas otwarcia migawki zmienia ostrość / szczegółowość obrazu?

W tym czasie każdy piksel zbiera uderzające w niego fotony. Aparat i scena nie są w doskonałej pozycji nieruchomej. Ręce fotografa lekko się trzęsą, a obiekt na scenie może się poruszyć. Powoduje to, że światło zgromadzone w chipie jest (ruch) zamazane. Znaczenie rozmycia w ruchu jest proporcjonalne do czasu ekspozycji i odwrotnie proporcjonalne do czasu otwarcia migawki.
Aby uzyskać krótsze czasy otwarcia migawki, masz ciemniejsze obrazy; Aby skompensować ten efekt, musisz otworzyć przysłonę i / lub zwiększyć czułość (ISO).

• Przysłona: Otwarta przysłona powoduje silniejsze aberracje i bardziej płytką głębię ostrości.
• ISO: wyższa czułość daje jaśniejszy obraz. Ale krótsze czasy otwarcia migawki możliwe dzięki wyższej czułości powodują również niższy stosunek sygnału do szumu, co zwykle prowadzi do wyższego szumu.

Nasze oczy są zawsze otwarte (kiedy nie śpimy), ale obrazy nie są „prześwietlone”.

Nasze oczy mają automatyczne ustawienie przysłony (tęczówki), a nasz mózg zapewnia automatyczną korekcję ISO. Dlatego możemy oszukać nasze oczy :)
Spójrz w oczy swojego przyjaciela, gdy jest słoneczny dzień, zobaczysz tęczówkę i małą czarną kropkę. Kiedy spojrzysz na to w ciemną noc, zobaczysz mały pierścień tęczówki i duży czarny okrąg. Tęczówka automatycznie dostraja ilość światła docierającego do siatkówki.
Tęczówka ma również swoje ograniczenia. Jeśli ktoś wybucha błyskiem w twoich oczach w nocy, gdy jesteś ślepy przez chwilę - twoja szeroko otwarta przysłona nie mogła zamknąć się wystarczająco szybko, aby dostosować się do szybkiej zmiany światła, a twoja siatkówka była prześwietlona. Później otworzyło się szeroko tęczówki.

Sygnały, które mózg odbiera z siatkówki, są również dostosowane do jego wrażliwości na padające światło i na scenę. Spróbuj jeździć na nartach z bursztynowymi okularami przez cały dzień. Po zdjęciu gogli niebieska rzecz będzie dla ciebie zielona.
Obsługuje również lokalnie. Tutaj widać zieloną kropkę między różowymi. Czy nie możesz? Kolejna sztuczka: długo wpatruj się w odwrócony obraz, a następnie spójrz na białą ścianę. Zobaczysz oryginalny obraz.
Twoje oko i mózg automatycznie zmniejszają swoją czułość w zależności od ekspozycji, a zmiana między światłem a zmianą czułości jest opóźniona.

Obiektyw aparatu jest zaprojektowany do wyświetlania obrazu świata zewnętrznego na powierzchni mikroukładu obrazowania wewnątrz i z tyłu aparatu. Jednak mechaniczne drzwi zwane migawką zapobiegają odtwarzaniu promieni świetlnych obrazowania na chipie obrazowym. Aby zrobić zdjęcie, migawka jest na krótko otwierana, a następnie zamykana. Ten akt pozwala, aby promienie świetlne tworzące obraz kontaktowały się z chipem obrazującym.

Na powierzchni układu obrazującego znajdują się miliony witryn fotograficznych. Każda z nich otrzymuje energię świetlną podczas ekspozycji, a jej intensywność i kolor są proporcjonalne do rzeczywistej perspektywy. Gdy promienie świetlne grają w tych miejscach, indukowany jest ładunek elektryczny. Ilość ładunku odpowiada intensywności światła w widoku perspektywicznym.

Niemniej jednak opłaty są bardzo słabe i wymagają oprogramowania w kamerze wzmacniającego je do użytecznego poziomu. Oprogramowanie obejmuje również każdą opłatę do wartości numerycznej (cyfrowej). Rezultatem jest obraz złożony z systemu „maluj według numeru”.

Ponieważ jasność sceny jest zmienna, czas ekspozycji można regulować. Jeśli widok jest słabo oświetlony, czas ekspozycji zostanie wydłużony w celu kompensacji. I odwrotnie, jeśli scena jest jasno oświetlona, ​​czas ekspozycji zostanie skrócony. Głównym powodem, dla którego czas otwarcia migawki jest dostosowywany, jest zapewnienie czasu na nagromadzenie ładunku w każdym miejscu fotograficznym i zarządzanie nim.

Prędkość światła jest tak fantastycznie duża, a odległość, widok perspektywiczny od aparatu i czujnik odległości między obiektywem a obrazem, jest sporna.

Chodzi o czas trwania źródła światła, a nie prędkość światła. Jeśli wymówię zdanie, wypowiedzenie może zająć 15 sekund. Słowo dociera do twoich uszu z prędkością dźwięku. jeśli mówię zdanie szybciej, każde słowo dociera do twoich uszu z tą samą prędkością, ale „ostrość” lub wyrazistość słów zmienia się, gdy przyspieszam lub zwalniam.

Rzeczywista prędkość, z jaką porusza się światło, jest nieistotna. Fakt, że to nie chwilowa jest bardzo ważne. Mimo że światło porusza się bardzo szybko, światło z obiektu lub sceny nie uderza w czujnik ani film w tym samym momencie. Światło dociera do aparatu z obiektu w strumieniu energii rozproszonym w czasie. Na czas otwarcia migawki ten strumień światła jest rejestrowany na zdjęciu. Jeśli scena zmienia się w trakcie ekspozycji, zmienia się również kształt strumienia światła docierającego do aparatu podczas ekspozycji.

W fizyce często używa się wyrażenia opisującego sposób, w jaki światło jednocześnie wykazuje właściwości zarówno energii falowej, jak i energii cząstek: dualność światła . Na potrzeby fotografii zwykle traktujemy światło jako strumień fotonów płynących ze sceny na czujnik (lub film). Gdy uderzają w czujnik, są przekształcane w elektrony w każdej studni pikseli, w którą uderza foton. Gdy uderzają w folię, ich energia powoduje reakcje chemiczne z ziarenami substancji chemicznych w emulsji filmu.

Dlaczego czas otwarcia migawki zmienia ostrość / szczegółowość obrazu?

Czas migawki określa, jak długo strumień fotonów ze sceny może uderzać w czujnik. Jeśli rzeczy zmienią pozycję na scenie podczas trwania ekspozycji, światło z części sceny, która się poruszyła, przesunie się po powierzchni czujnika i padnie na różne piksele. Jeśli sama kamera jest źródłem ruchu, wówczas cała scena przesunie się, a każdy punkt w scenie spadnie na różne piksele czujnika. Niezależnie od źródła ruchu, efektem jest rozmycie, gdy światło z jednego punktu na scenie jest rozproszone na wiele pikseli. Im dłużej migawka jest otwarta, tym większe jest rozmycie dla tej samej prędkości ruchu.

Z drugiej strony tej samej monety, im dłużej migawka jest otwarta, tym więcej światła jest rejestrowane na zdjęciu. Im więcej światła jest przechwytywane przez czujnik, tym wyższy odsetek elektronów zebranych przez czujnik ze światła ze sceny (nazywamy ten sygnał ) będzie skierowany do elektronów wytwarzanych przez elektronikę kamery, które są również rejestrowane wraz z prąd z pikseli czujnika. Te zbłąkane elektrony nazywamy hałasem. Szum odczytu jest wytwarzany przez elektronikę aparatu. Szum fotograficzny (strzał) jest generowany przez losowy charakter światła ze względu na dualizm światła. Te cząstki fotonu przemieszczają się wzdłuż ścieżki w kształcie fali określonej przez długość fali każdego bitu światła. Im więcej sygnału (światła) mamy proporcjonalnie do szumu, tym więcej szczegółów będziemy w stanie przedstawić na naszym zdjęciu. Nazywa się to stosunkiem sygnału do szumu .

Krótszy czas otwarcia migawki minimalizuje efekt ruchu, ale może prowadzić do utraty szczegółów z powodu złego stosunku sygnału do szumu. Dłuższy czas otwarcia migawki zwiększa stosunek sygnału do szumu, ale może prowadzić do utraty szczegółów z powodu rozmycia ruchu.

Dlaczego zdjęcia stają się ciemniejsze przy krótszych czasach otwarcia migawki i jaśniejsze przy dłuższych czasach otwarcia migawki?

Ponieważ im dłużej migawka jest otwarta, tym więcej światła jest rejestrowane na zdjęciu. To jest to samo, co włączanie i wyłączanie kranu, trzymając kubek pod czopem. Im dłużej kran pozostaje otwarty, tym więcej wody będzie gromadzone w filiżance. Im dłużej migawka jest otwarta, tym więcej cząstek światła (fotonów) będzie zbieranych przez czujnik (lub film).

Nasze oczy są zawsze otwarte (kiedy nie śpimy), ale obrazy nie są „prześwietlone”.

Znów światło uderza w nasze oczy ciągłym strumieniem, a nie pojedynczą chwilą. Całe światło zebrane przez nasze siatkówki w ciągu dnia, roku lub całego naszego życia nie jest przekazywane do naszego mózgu w jednej chwili! Sygnał elektrochemiczny z naszych oczu do naszych mózgów ciągle się zmienia, gdy zmienia się scena przed naszymi oczami.

(Uwaga: poniżej zostało napisane, zanim powyższe pytanie zostało znacznie zmienione do obecnej formy)

Światło to energia elektromagnetyczna. Jako takie istnieją dwa elementy, które należy zmierzyć w odniesieniu do zdjęcia: siła pola i czas trwania. Siła pola mierzy siłę światła na określonym obszarze. Czas trwania mierzy, jak długo utrzymywane jest to natężenie pola.

Jest tak samo jak każda inna forma energii. Gdyby przykładać stałą siłę do ciała, ciało by przyspieszyło. Im dłużej przyłożona jest siła, tym dłużej ciało będzie przyspieszać i tym szybciej ciało będzie się poruszać względem swojego stanu początkowego.

Kawałek filmu fotograficznego zbiera informacje o energii spadającej na niego w postaci światła. Im dłużej migawka pozostaje otwarta, tym więcej informacji jest gromadzonych. Jeśli migawka pozostanie otwarta dwa razy dłużej, zbierze dwa razy więcej informacji z tego światła, zakładając, że siła światła jest stała.

Problem w fotografii polega na tym, że światło często nie jest stałe. W miarę jak rzeczy na świecie przed kamerą poruszają się natężenie światła w dowolnym punkcie zmiany filmu lub czujnika. Dopóki migawka jest otwarta, kontynuuje zbieranie informacji o świetle padającym na każdy punkt filmu lub czujnika. Jeśli coś w widoku kamery się porusza, zostaną zapisane informacje o wszystkich pozycjach, przez które przeszedł w czasie otwarcia migawki. Zamiast nagrywać w tym samym miejscu na filmie lub czujniku, obraz poruszającego się obiektu zostanie rozłożony na obszarze, na którym się porusza. Spowoduje to rozmycie. Nawet jeśli nic przed kamerą się nie poruszy, jeśli sama kamera się poruszy, stanie się to samo.

Tak naprawdę nie chodzi o prędkość światła, liczy się ilość światła

Jest to również ten sam powód, dla którego ciemnieje wraz z zachodem słońca; prędkość światła nie ma w tym przypadku znaczenia

Cóż, nie inaczej jest w fotografii !!

W bardzo ciemnej scenie liczba fotonów może być tak mniejsza, że ​​piksele ledwo gromadzą fotony, nawet przy dłuższej ekspozycji

Jest zbyt wiele do powiedzenia, jeśli chcesz szczegółów, musisz dowiedzieć się o soczewkach, zobacz to:

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

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie, krótszy czas otwarcia migawki zapobiega rozmazywaniu pikseli na matrycy, co zapewnia lepsze szczegóły i czystość obrazu. Powoduje to nie prędkość światła, ale zamrożenie ruchów.