Cuando se abre el obturador de una cámara, si la luz llega al sensor instantáneamente (velocidad de la luz = 300,000 km / s), ¿por qué la velocidad del obturador modifica la nitidez / detalle de la imagen? ¿Por qué las imágenes se vuelven más oscuras con velocidades de obturación más rápidas y más brillantes con velocidades de obturación más lentas?
Nuestros ojos siempre están abiertos (cuando estamos despiertos), pero las imágenes no están "sobreexpuestas".
(Creo que esto podría ser más una pregunta de física que una foto)
exposure
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physics
jmhostalet
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Respuestas:
Estas cosas suceden porque el sensor de luz en la cámara no mide la intensidad de la luz instantáneamente, sino que mide toda la luz recibida durante toda la exposición. Se podría decir que el sensor acumula o suma la luz * durante la exposición. La luz está compuesta de fotones discretos, y cuanto más tiempo esté expuesto el sensor, más tiempo tendrán los fotones para golpear el sensor.
Si quieres un modelo mental de cómo funciona un sensor, imagina poner un balde afuera cuando está lloviendo. Si la intensidad de la lluvia permanece constante, dejar el cubo allí el doble de tiempo dará como resultado el doble de agua que terminará en el cubo, ¿verdad? O, si la intensidad de la lluvia se duplica, esperarías que el cubo se llene el doble de rápido. Ese cubo es como un fotosito (es decir, un píxel) en un sensor digital, y las gotas de lluvia son como fotones. El sensor completo es como un conjunto de varios millones de esos cubos, cada uno mide gotas de lluvia / fotones en un lugar en particular.
Por lo tanto, velocidades de obturación más rápidas significan exposiciones más cortas, lo que significa menos tiempo para el movimiento de los objetos en el marco o la cámara misma. El desenfoque de movimiento ocurre cuando un objeto en el cuadro se mueve en relación con la cámara, de modo que la luz de un punto dado en el objeto se graba en más de un punto en el sensor. Cuanto más corta es la exposición, menos movimiento hay y más nítida es la imagen final.
Del mismo modo, las exposiciones más largas permiten más tiempo para que la luz se acumule en el sensor; cada fotosita recolectará más fotones y medirá un valor mayor. Esos valores más grandes, tomados en conjunto, crean una imagen más brillante. Al igual que con la lluvia, la medición en cada fotosite también está influenciada por la intensidad: la luz más brillante hace que el valor medido en cada punto aumente más rápidamente. Entonces, si desea una imagen más brillante, tiene dos opciones: aumentar la intensidad de la luz o usar una exposición más larga. Es por eso que la apertura y la velocidad de obturación tienen una relación inversa: la apertura controla la intensidad de la luz que llega al sensor. Si desea utilizar una velocidad de obturación más corta sin afectar el nivel de exposición de la foto, puede aumentar la apertura para dejar entrar más luz; si quieres usar una velocidad de obturación más larga,
* Para ser realmente claro al respecto, lo que el sensor realmente hace es acumular el efecto de la luz. Cuando un fotón golpea una fotosita en un sensor digital, crea una pequeña carga eléctrica; cuantos más fotones, mayor es la carga. Después de que se cierra el obturador, la cámara mide la carga almacenada en cada fotosite. La película funciona de la misma manera, excepto que la luz provoca una reacción química que aumenta con más luz.
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No, es una pregunta de fotografía bien. Pero supongo que por "claridad" te refieres a "nitidez", de lo contrario la pregunta no tiene sentido.
Si su objeto está a 30 m de distancia, la luz del mismo llegará al sensor en 100 ns (billonésimas de segundo). Eso es varios órdenes de magnitud más rápido que la velocidad del obturador, en realidad podemos ignorar las 100 ns y decir que la luz llega instantáneamente.
Suponga que tiene una velocidad de obturación promedio, digamos 1/60 de segundo. Eso significa que desde el momento en que el obturador abre la luz del objeto llega al sensor, y continuará haciéndolo hasta que el obturador se cierre 17 ms más tarde. Ahora 17 ms no es mucho, pero con un movimiento muy rápido, como un tren de alta velocidad o un automóvil de carrera, la escena puede cambiar en ese momento. A 300 km / ha, el tren se moverá 1,4 m en 1/60 de segundo. Si la proyección del frente del tren está en el milésimo píxel de la izquierda cuando se abre el obturador, es posible que se haya movido al milésimo mil píxeles de la izquierda cuando se cierra el obturador, y obtendrá una raya de 200 píxeles de ancho para todas las posiciones del tren en Entre.
Eso es lo que se llama desenfoque de movimiento. A veces, desea que el desenfoque de movimiento le dé al espectador una idea de la velocidad del tren, y luego usará tiempos de obturación más lentos. Si mueve la cámara junto con el objeto mientras toma la imagen, también obtendrá desenfoque de movimiento, pero de un tipo diferente: el tren será nítido, pero el fondo mostrará desenfoque de movimiento.
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Puedes imaginar la luz como una onda electromagnética, pero para esta pregunta usaré su segundo "estado" como un conjunto (enorme) de partículas: fotones.
En un período de tiempo determinado, una cantidad de fotones pasa a través de la lente y excita partes del chip semiconductor (píxeles).
El nivel de emoción es proporcional al recuento de fotones incidente y está representado por el brillo del píxel mostrado. Si duplica la velocidad de obturación, el tiempo de exposición se reduce a la mitad y el brillo también se reduce a la mitad. Si reduce a la mitad la velocidad de obturación, duplicará el tiempo de exposición y duplicará el brillo resultante.
Durante el tiempo cada píxel reúne los fotones que lo golpean. La cámara y la escena no están en perfecta posición fija. Las manos del fotógrafo tiemblan ligeramente y el objeto en escena puede moverse. Esto hace que la luz reunida en el chip se vea borrosa (movimiento). La importancia del desenfoque de movimiento es proporcional al tiempo de exposición e inversa proporcional a la velocidad de obturación.
Para velocidades de obturación más rápidas, obtienes imágenes más oscuras; Para compensar este efecto, debe abrir la apertura y / o aumentar la sensibilidad (ISO).
Nuestros ojos tienen configuración de apertura automática (iris) y nuestros cerebros proporcionan corrección ISO automática. Es por eso que nuestros ojos pueden ser engañados :)
Mire a los ojos de su amigo cuando hay un día soleado, verá iris y un pequeño punto negro. Cuando lo miras en la noche oscura, verás un pequeño anillo de iris y un gran círculo negro. El iris ajusta automáticamente la cantidad de luz que llega a la retina.
El iris también tiene sus límites. Si alguien hace estallar un destello en sus ojos en la noche en que está ciego por un tiempo, su iris abierto no puede cerrarse lo suficientemente rápido como para adaptarse al cambio rápido de luz y su retina está sobreexpuesta. Luego le tomó un tiempo a su iris abrirse de nuevo.
Las señales que el cerebro recibe de la retina también se acomodan en su sensibilidad a la luz incidente y a la escena. Intente esquiar con gafas de color ámbar durante todo el día. Después de quitar las gafas, una cosa azul se verá verde para ti.
También tiene capacidad local. Aquí puedes ver un punto verde entre los rosados. O no puedes? Otro truco: mirar fijamente la imagen inversa durante mucho tiempo y luego mirar la pared blanca. Verás la imagen original.
Su ojo y cerebro reducen automáticamente su sensibilidad de acuerdo con la exposición y hay un retraso entre el cambio de luz y el cambio de sensibilidad.
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La lente de la cámara está diseñada para proyectar una imagen del mundo exterior en la superficie de un chip de imagen en el interior y en la parte posterior de la cámara. Sin embargo, una puerta mecánica llamada obturador evita que los rayos de luz de imagen se reproduzcan en el chip de imagen. Para tomar una foto, el obturador se abre brevemente y luego se cierra. Este acto permite que la imagen que forma rayos de luz entre en contacto con el chip de imagen.
En la superficie del chip de imágenes hay millones de sitios de fotos. Cada uno recibe energía de luz durante la exposición y esta energía es proporcional en intensidad y color a la vista real. A medida que los rayos de luz juegan en estos sitios, se induce una carga eléctrica. La cantidad de carga corresponde a las intensidades de luz de la vista.
Sin embargo, los cargos son muy débiles y requieren que el software de la cámara los amplifique a un nivel utilizable. El software también convierte cada carga a un valor numérico (digital). El resultado es una imagen compuesta por un sistema de "pintar por número".
Debido a que el brillo de la escena es variable, la duración de la exposición es ajustable. Si la vista está débilmente iluminada, el tiempo de exposición aumentará para compensar. Por el contrario, si la escena está muy iluminada, el tiempo de exposición se acortará. La razón principal por la que la velocidad de obturación se ajusta en su duración es para permitir que la carga en cada sitio de fotos se acumule y sea manejable.
La velocidad de la luz es tan increíblemente rápida y la distancia, la vista de la cámara y el sensor de distancia de la lente a la imagen es discutible.
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Se trata de la duración de la fuente de luz, no de la velocidad de la luz. Si pronuncio una oración, puede tomar 15 segundos decirla. La palabra viaja a tus oídos a la velocidad del sonido. si digo la oración más rápido, cada palabra llega a sus oídos a la misma velocidad pero la "nitidez" o claridad de las palabras cambia a medida que acelero o disminuyo la velocidad.
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La velocidad real a la que viaja la luz es irrelevante. El hecho de que se trata no instantánea es muy importante. Aunque la luz viaja muy rápido, la luz del sujeto o la escena no golpea el sensor o la película al mismo tiempo. La luz llega a la cámara desde el sujeto en una corriente de energía que se extiende durante un período de tiempo. Durante el tiempo que el obturador está abierto, este flujo de luz se graba en una fotografía. Si la escena cambia en el transcurso de la exposición, también cambia la forma del flujo de luz que llega a la cámara durante la exposición.
En física, a menudo se usa una frase para describir la forma en que la luz demuestra simultáneamente las propiedades de la energía de las olas y de las partículas: la dualidad de la luz . Para el propósito de la fotografía, normalmente tratamos la luz como una corriente de fotones que fluyen desde la escena hacia el sensor (o película). Cuando golpean el sensor, se transforman en electrones en cada pozo de píxeles que golpea un fotón. Cuando golpean la película, su energía produce reacciones químicas a los granos de los productos químicos en la emulsión de la película.
El tiempo de obturación determina cuánto tiempo se permite que el flujo de fotones de la escena golpee el sensor. Si las cosas cambian de posición en la escena durante la duración de la exposición, entonces la luz de la parte de la escena que se ha movido se moverá a través de la superficie del sensor y caerá en diferentes píxeles. Si la cámara misma es la fuente del movimiento, la escena completa cambiará y cada punto de la escena caerá en diferentes píxeles en el sensor. Cualquiera que sea la fuente del movimiento, el resultado es borroso ya que la luz de un solo punto de la escena se extiende a través de múltiples píxeles. Cuanto más tiempo se mantenga abierto el obturador, mayor será el desenfoque para la misma velocidad de movimiento.
En el reverso de la misma moneda, cuanto más tiempo se mantenga abierto el obturador, más luz se capturará en la foto. Cuanta más luz capte el sensor, mayor será la proporción de electrones recogidos por el sensor de la luz de la escena (llamamos a esta señal ) a los electrones producidos por la electrónica de la cámara que también se graban junto con La corriente de los píxeles del sensor. Estos electrones perdidos son lo que llamamos ruido. El ruido de lectura es producido por la electrónica de la cámara. El ruido de la foto (disparo) se produce por la naturaleza aleatoria de la luz debido a la dualidad de la luz. Esas partículas de fotones viajan a lo largo de una trayectoria en forma de onda definida por la longitud de onda de cada bit de luz. Cuanta más señal (luz) tengamos en proporción al ruido, más detalles podremos producir en nuestra fotografía. Esto se llama relación señal-ruido .
Por lo tanto, un tiempo de obturación más corto minimiza el efecto del movimiento, pero puede conducir a una pérdida de detalles debido a una baja relación señal / ruido. Un tiempo de obturación más prolongado aumenta la relación señal / ruido, pero puede provocar una pérdida de detalles debido al desenfoque de movimiento.
Como cuanto más tiempo se mantiene abierto el obturador, más luz se captura en la fotografía. Es lo mismo que abrir y cerrar un grifo mientras sostiene una taza debajo de la espita. Cuanto más tiempo se mantenga abierta la llave, más agua se recogerá en la taza. Cuanto más tiempo se mantenga abierto el obturador, más partículas de luz (fotones) serán recogidas por el sensor (o película).
Nuevamente, la luz está golpeando nuestros ojos en una corriente continua, no en un instante singular. ¡Toda la luz recolectada por nuestras retinas en el transcurso de un día o un año, o toda nuestra vida, no se transmite a nuestro cerebro en un solo instante! La señal electroquímica de nuestros ojos a nuestros cerebros cambia continuamente a medida que cambia la escena frente a nuestros ojos.
(Nota: lo siguiente se escribió antes de que la pregunta anterior se volviera a editar significativamente en su forma actual)
La luz es energía electromagnética. Como tal, hay dos componentes que deben medirse con respecto a una fotografía: intensidad de campo y duración del tiempo. La intensidad de campo mide la intensidad de la luz sobre un área específica. La duración del tiempo mide cuánto tiempo se mantiene esa intensidad de campo.
Es igual que cualquier otra forma de energía. Si uno aplicara una fuerza constante contra un cuerpo, el cuerpo se aceleraría. Cuanto más se aplique esa fuerza, más tiempo acelerará el cuerpo y más rápido se moverá en relación con su estado inicial.
Una pieza de película fotográfica recopila información sobre la energía que cae sobre ella en forma de luz. Cuanto más tiempo se deja abierto el obturador, más información se recopila. Si un obturador se deja abierto el doble de tiempo, recogerá el doble de información de esa luz, suponiendo que la intensidad de la luz sea constante.
El problema en la fotografía es que la luz a menudo no es constante. A medida que las cosas en el mundo frente a la cámara mueven la intensidad de campo de la luz sobre cualquier punto particular de la película o los cambios del sensor. Mientras el obturador esté abierto, continuará recopilando información sobre la luz que cae sobre cada punto de la película o el sensor. Si algo en la vista de la cámara se mueve, se registrará la información sobre todas las posiciones por las que pasó durante el tiempo que el obturador está abierto. En lugar de grabarse en el mismo lugar en la película o el sensor, la imagen del sujeto en movimiento se extenderá por el área sobre la que se mueve. Esto resultará en desenfoque. Incluso si nada delante de la cámara se mueve, si la cámara se mueve, sucederá lo mismo.
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Realmente no se trata de la velocidad de la luz, lo que importa es la cantidad de luz
También es la misma razón por la que se oscurece a medida que se pone el sol; la velocidad de la luz no es realmente relevante en este caso
¡Bueno, no es diferente en fotografía!
En una escena muy oscura, el número de fotones podría ser tan pequeño que los píxeles apenas recogerían fotones, incluso con exposiciones más largas.
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Hay mucho que decir si desea detalles, necesita aprender sobre lentes, vea esto:
https://www.youtube.com/watch?v=1YIvvXxsR5Y
Para responder a su pregunta, la velocidad de obturación más rápida evita la aparición de píxeles en su sensor, lo que resulta en mejores detalles y claridad. No es la velocidad de la luz, sino el congelamiento de los movimientos lo que la causa.
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