Предположим, у меня есть две разные камеры, одна с сенсором, площадь которого в два раза больше, чем у другой. Далее предположим, что датчики имеют одинаковое соотношение сторон.
Предположим, я надену на оба объектива с фокусным расстоянием, эквивалентным 35 мм, что даст одинаковое FOV (поле зрения).
Если они оба имеют одинаковую диафрагму, будет ли световой поток на датчике большего размера в 2 раза больше, чем на датчике меньшего размера?
То есть, для того же FOV и f-stop камере с большим сенсором потребуется только 1/2 времени экспозиции для достижения того же EV, что и у камеры с маленьким сенсором? *
И будет ли это, в свою очередь, означать, что для того же FOV и f-stop диаметр апертуры объектива на камере с большим сенсором должен быть в sqrt (2) раза больше, чем на камере с маленьким сенсором?
Наконец, как сравнить их глубину резкости?
* В этом ответе говорилось, что при одинаковых f-stop и FOV изображения, попадающие на датчики, будут одинаково яркими ( как размер датчика влияет на яркость изображения при том же поле зрения и диафрагме? ), но не точно определить яркость. Я думаю, что под яркостью они имели в виду люмены на единицу площади (хотя яркость на самом деле является термином восприятия), а не общий световой поток. Если да, то я считаю правильным то, что я написал курсивом.
Изменить: вот некоторые дополнительные детали, чтобы прояснить цель моего вопроса:
Основываясь на комментариях, кажется, что все согласны с тем, что для того же FOV и f-stop (и с той же светосилой объектива) камера с удвоенной площадью сенсора будет иметь удвоенную площадь входного зрачка объектива и удвоить количество света на единицу измерения. время ударит по его датчику.
Теперь, согласно Википедии:
При слабом освещении правильная экспозиция требует использования длинной выдержки (т. е. длинной выдержки) или открытой диафрагмы (меньшее число f), или и того, и другого, чтобы увеличить количество захваченного света (фотонов), что, в свою очередь, снижает воздействие звук выстрела...
Размер датчика изображения, или эффективная площадь сбора света на один пиксель датчика, является наибольшим фактором, определяющим уровни сигнала, которые определяют отношение сигнал/шум и, следовательно, уровни кажущегося шума, при условии, что площадь апертуры пропорциональна площади датчика или что Число f или освещенность в фокальной плоскости поддерживаются постоянными. То есть при постоянном f-числе чувствительность формирователя изображения примерно зависит от площади датчика , поэтому датчики большего размера обычно создают изображения с меньшим уровнем шума, чем датчики меньшего размера. [выделено мной]
Итак, давайте предположим, что вы находитесь в условиях низкой освещенности и решаете, какую скорость затвора вам нужно выбрать для достижения определенного качества изображения, в частности, чтобы поддерживать соотношение сигнал/шум выше определенного уровня. Для простоты предположим, что две камеры имеют одинаковое разрешение. Таким образом, камера с удвоенным размером сенсора будет иметь удвоенный размер пикселя и, таким образом, будет собирать вдвое больше света на пиксель. Следовательно, камера с удвоенным размером сенсора будет иметь примерно удвоенную чувствительность, и ей потребуется примерно половина времени экспозиции [или это будет 1/sqrt(2) времени экспозиции, поскольку S:N изменяется как sqrt(сигнал)? ] камеры с меньшим сенсором для достижения таких же характеристик при слабом освещении.
См. также: https://www.dpreview.com/articles/5365920428/the-effect-of-pixel-and-sensor-sizes-on-noise/1 .
Общее количество света, из которого состоит изображение, является наиболее важным фактором, определяющим качество изображения.
Как я пытался объяснить (и продемонстрировать) в своей статье об эквивалентности, f-числа определяют интенсивность света экспозиции (свет на единицу площади). Однако это игнорирует размер сенсора. Чтобы понять, сколько общего света доступно для создания вашего изображения, вам нужно умножить этот свет на единицу площади на площадь вашего сенсора.
Утверждение, что датчик меньшего размера видит меньше общего количества света и, следовательно, является более шумным (поскольку он получает меньше света и, следовательно, имеет худшее отношение сигнал/шум из-за дробового шума), является спорным. Это понятно, так как это означает думать с точки зрения всего изображения, а не отдельных пикселей или интенсивности света на единицу площади, которая лежит в основе системы экспозиции f-число/ISO (которая специально разработана для работы независимо от размера сенсора).
Однако, хотя это может показаться ересью любому, кто сильно привязан к общепринятой модели воздействия, тем не менее, это доказуемо верно.
Т.е. при определении выдержки важен общий световой поток на сенсоре, а не световой поток на единицу площади. Световой поток на единицу площади был бы релевантным показателем только в том случае, если бы люди распечатывали или просматривали свои фотографии в размере, пропорциональном размеру сенсора, используемого для их съемки.
Будет ли общий световой поток при одинаковом поле зрения и диафрагме линейно увеличиваться с площадью сенсора?
Да, общий световой поток увеличится. Но фотография не измеряет экспозицию или яркость ¹ с помощью общего светового потока. Он основан на освещении на единицу площади.
То есть, для того же FOV и f-stop камере с большим сенсором потребуется только 1/2 времени экспозиции для достижения того же EV, что и у камеры с маленьким сенсором?
Нет . Это связано с тем, что, по определению, EV или значение экспозиции представляет собой комбинацию эквивалентных чисел f (Av для значения диафрагмы ) и времени экспозиции (Tv для значения времени ), которые обеспечивают одинаковую экспозицию на единицу площади.²
Опять же, вся концепция значения экспозиции основана на количестве света на единицу площади .
Обычно предполагается, если явно не указано иное, что EV = EV 100 .
Например, некоторые комбинации для EV9 (EV 100 9): f/1 @ 1/500, f/1.4 @ 1/250, f/2 @ 1/125, f/2.8 @ 1/60, f/4 @ 1/30 и так далее. Принимая его в масштабе 1/3 ступени, f/2.2 @ 1/160 и f/2.5 @ 1/200 также являются EV9.
Аналогичным образом, EV 200 9 представляет собой комбинацию f-числа и Tv, которые обеспечивают диммер на одну ступень (т. е. в камеру попадает половина света): f/1 при 1/1000, f/1,4 при 1/500, f/ 2 @ 1/250 и так далее.
Те же комбинации Av и Tv для EV9 являются комбинациями для EV 200 10. Поскольку ISO 200 на один шаг более чувствителен (пленка) или усиление на один шаг больше (цифровой), чем ISO 100, тогда EV 200 = EV 100 + 1.
Поскольку ISO 800 на три ступени более чувствителен/усилен, чем ISO 100, тогда EV 800 = EV 100 + 3. То есть комбинации Av и Tv, которые составляют EV9, будут комбинациями EV 800 12.
Обратите внимание, что если освещенность сцены постоянна, более высокие EV пропускают в камеру меньше света, а не больше. То, что мы склонны считать «яркими» электромобилями, например, EV16, которое примерно соответствует эмпирическому правилу «солнечных 16», на самом деле пропускает меньше света в камеру со сценой с постоянным светом, чем то, о чем мы склонны думать как « тусклые электромобили, такие как EV8, которые часто используются для ночных видов спорта при искусственном освещении. Низкие значения EV означают большую яркость¹ Комбинации ТВ/Аудио, используемые для компенсации более тусклых сцен. Более высокие EV представляют собой более тусклые комбинации Tv/Av, используемые для компенсации более ярких сцен.
Строго говоря, величина экспозиции не является мерой интенсивности света, хотя сегодня ею часто злоупотребляют. Когда кто-то говорит что-то вроде «сцена EV9», на самом деле они имеют в виду, что сцена в среднем имеет определенный уровень яркости, такой, что она будет «правильно» экспонирована (что бы это ни было) с использованием любой комбинации телевизора , Av и ISO, равные EV9.
Это в большей степени относится к сценам с одинаковой общей яркостью, например городскому парку под облачным небом в полдень, чем к сценам с резкими различиями в уровнях яркости от одной части к другой, например к ночному городскому пейзажу, который в основном очень темный с небольшими участками ярких огней и небольшими яркими участками, освещенными огнями. Во втором случае, если бы кто-то использовал измеритель падающего света и экспозицию, основанную на среднем общем уровне освещенности сцены, изображение было бы сильно переэкспонировано, а очень темные области сцены отображались бы как среднеяркие («18% серого»). ", если бы мы снимали в черно-белом режиме), блики и другие небольшие области сцены, которые ярко освещены, были бы полностью затемнены.
Итак, давайте предположим, что вы находитесь в условиях низкой освещенности и решаете, какую скорость затвора вам нужно выбрать для достижения ( sic ) определенного качества изображения, в частности, чтобы поддерживать отношение сигнал/шум выше определенного уровня.
Ранее в своем вопросе вы беспокоились о сохранении той же экспозиции. Теперь вы хотите такое же SNR? Это не одно и то же. На самом деле разница между ними заключается в том, что датчики большего размера работают лучше при слабом освещении, чем датчики меньшего размера.
Для простоты предположим, что две камеры имеют одинаковое разрешение. Таким образом, камера с удвоенным размером сенсора будет иметь удвоенный размер пикселя и, таким образом, будет собирать вдвое больше света на пиксель.
Истинный. (Если признать, что у сенсоров нет пикселей, у них есть фотосайты или сенселы. Только записанные цифровые изображения и носители, которые их отображают, имеют пиксели.)
Следовательно, камера с удвоенным размером сенсора будет иметь примерно удвоенную чувствительность, и ей потребуется примерно половина времени экспозиции [или это будет 1/sqrt(2) времени экспозиции, поскольку S:N изменяется как sqrt(сигнал)? ] камеры с меньшим сенсором для достижения таких же характеристик при слабом освещении.
Что вы здесь упускаете, так это то, что датчики с более крупными фотосайтами ( пиксели a/k/a ( sic ) или sensels ) не используют такое же количество аналогового усиления, чтобы быть оцененным при той же чувствительности ISO. Если разрешение обоих сенсоров одинаково, то фотосайты большего сенсора в два раза больше, чем фотосайты меньшего сенсора. Уменьшение усиления позволяет получить более высокие значения лунок для больших фотосайтов до того, как будут обрезаны блики, что дает больший динамический диапазон. Увеличение размера фотосайтов также снижает изменчивость от одного фотосайта к другому из-за случайного распределения фотонов в световом поле. Чем больше площадь каждого фотосайта, тем больше усредняется этот шум распределения Пуассона.
«S:N изменяется как sqrt (сигнал)» верно только для шума, связанного со случайным распределением фотонов в световом поле, иногда называемого дробовым шумом или шумом распределения Пуассона. Электронный шум и темная энергия, добавленная камерой, не зависят от квадратного корня сигнала, а остаются довольно постоянными для любого конкретного набора условий окружающей среды, в первую очередь температуры датчика и схемы, независимо от уровня сигнала, возникающего в результате падения фотонов. на датчике. При более низком значении ISO и более яркой экспозиции основным источником шума является электроника камеры. При более высоких значениях ISO и меньшей экспозиции основным источником шума является дробовой шум.
Датчик большего размера не более чувствителен при том же значении ISO, он усиливается меньше , чем датчик меньшего размера при том же значении ISO. Если общее количество собранных фотонов одинаково, более низкое аналоговое усиление означает, что на АЦП подаются более низкие напряжения, а числа, выходящие с другой стороны АЦП, будут ниже для большего датчика. Из-за меньшего аналогового усиления датчику большего размера требуется в два раза больше световой энергии, падающей на него, чтобы получить тот же уровень яркости¹ на АЦП.
Таким образом, при одинаковой экспозиции (выдержке) каждый пиксель в камере с большим датчиком захватывает ту же часть изображения, что и в камере с маленьким датчиком, но получает в два раза больше света для того же фрагмента изображения. При одном и том же разрешении каждый пиксель отвечает за один и тот же процент изображения, независимо от размера сенсора. То есть, если вы хотите сравнить разные форматы, важно не количество света на единицу площади сенсора, а общее количество света на все изображение.
В некотором смысле вы правы, но на практике это не так, потому что производители (цифровых) камер и химики пленки до них решили создать систему чисел f и чувствительности пленки таким образом, чтобы можно было использовать одни и те же числа. для апертуры как отношения между фокусным расстоянием и диаметром входного зрачка, которое удерживает одинаковое количество света на единицу площади независимо от размера формата. ISO в цифровой камере не является абсолютным, это калиброванное число, предназначенное для обеспечения одинаковой общей яркости изображения для одной и той же комбинации f-числа, времени экспозиции и ISO, независимо от размера формата. Это прямо следует тому, как создавалась ЭВ система для пленок разной площади и объективов разного фокусного расстояния.
Чтобы упростить работу с числами, некоторые из которых основаны на √2, а другие основаны на логарифме 2 (√2), давайте на мгновение предположим, что больший датчик в два раза больше линейного размера и в четыре раза больше площади. размер меньшего.
Если ваша цель состоит в том, чтобы использовать датчик большего размера для создания изображения с тем же отношением сигнал-шум, что и у меньшего датчика, вы должны вдвое сократить время экспозиции. Но чтобы сделать изображение одинаково ярким¹ на АЦП, вам также потребуется удвоить ISO. Таким образом, вы отказываетесь от преимущества способности большего датчика работать лучше , чем меньшего, при слабом освещении в обмен на более короткое время экспозиции. Есть случаи, когда это было бы уместно, например, когда в игру вступает движение камеры или объекта.
Световой поток на единицу площади был бы релевантным показателем только в том случае, если бы люди распечатывали или просматривали свои фотографии в размере, пропорциональном размеру сенсора, используемого для их съемки».
Вы когда-нибудь использовали фотоувеличитель во влажной фотолаборатории? Мы «обманываем» в фотолаборатории, используя больше света для печати 11x14 с того же негатива, чем для печати 5x7. Аналогичным образом, если предположить, что они оба откалиброваны на один и тот же кд/м² (нит), 32-дюймовый монитор будет пропускать через панель и излучать больше энергии с лицевой стороны панели для отображения той же фотографии на полном экране, чем 24-дюймовый монитор будет. Все в цепочке между реальной сценой и просматриваемой фотографией основано на количестве света на единицу площади!
При определении скорости затвора важен общий световой поток на датчике..."
... умножается на аналоговое усиление генерируемого сигнала.
Если в 4 раза больший датчик усиливает вдвое меньше, чем меньший датчик, то больший датчик должен поймать в 4 раза больше фотонов, чтобы получить тот же сигнал на АЦП, где аналоговые напряжения преобразуются в оцифрованные числа.
1/4 х 4/1 = 1
Таким образом, чтобы получить одинаковую экспозицию, необходимо использовать один и тот же E v независимо от размера формата.
¹ Яркость , поскольку этот термин используется в фотографии для обозначения относительных значений между максимальным и минимальным возможными значениями носителя для хранения (цифровой файл или негатив) или отображения (печать или монитор), а не как определяется, когда речь идет о непосредственном восприятии человеком первичного источник света, для которого фотография является далеко не совершенным представлением.
² Технически это следует отметить как E v , чтобы указать, что это логарифмическая шкала. См. раздел EXIF документа CIPA 2016 и применимые стандарты ASA, ANSI и ISO. Но электромобили широко используются уже довольно давно.
Часть, которую вам не хватает, — это закон обратных квадратов (ISL). Закон обратных квадратов гласит, что если расстояние до *точечного источника света равно 2x, то плотность/световой поток света составляет 1/2^2 (1/4). В противоположность этому на 1/2 расстояния это 4x. Так что разница в две остановки, а не в одну. Т.е. не 1/2 СС (что в любом случае неверно).
Закон обратных квадратов работает точно так же в отношении размера что-либо записываемого... т.е. если лампочка зарегистрирована на расстоянии 1/2 расстояния, она также будет в 2 раза больше по размеру и в 4 раза по световому потоку. Но это не меняет требуемых настроек экспозиции. Потому что, когда он записывается в 2-кратном размере, свет также распространяется в 4 раза дальше в плоскости изображения (по площади).
Неважно, чем вызвано это изменение размера. Т.е. экспозиция чего-то не меняется, если вы увеличиваете это с помощью зум-объектива с постоянной светосилой; ни если вы уменьшите расстояние до него. Размер сенсора тоже на него не влияет, только подходит ли он еще на сенсор.
Однако отмеченное вами увеличение светового потока — это именно то, почему датчики большего размера лучше работают при слабом освещении. Потому что для той же экспозиции (SS/f#), той же сцены/композиции датчик большего размера фактически получает/записывает больше света. Многие ошибочно приравнивают это к большему количеству света от большего фотосайта/пикселя, потому что они могут быть больше на большем сенсоре при том же разрешении. Но это в основном не имеет значения, важен свет/площадь.
*технически мы обычно не имеем дело с точечными источниками света. Но ISL все еще остается верным (достаточно близко), за исключением очень коротких расстояний.
Изменить, чтобы добавить: диаметр входного зрачка увеличивается на SqRt области для остановки света, что составляет 1,4x диаметра. Например, 1, 1,4, 2, 2,8...
Глубина резкости датчика меньшего размера будет больше для эквивалентного записанного FOV из-за необходимости либо более короткого FL, либо большего расстояния до объекта; оба из них влияют на глубину резкости больше, чем диафрагма. Разница будет фактически разницей в кроп-факторе... т. е. на 2 ступени больше для датчика 2-кратного кроп-фактора размера 1/2.
Мы можем вычислить прямоугольник с удвоенной площадью поверхности, умножив высоту и ширину на квадратный корень из 2 = 1,4 (округленный). Диагональ такого прямоугольника в 1,4 раза длиннее.
Эта дельта 1,4 важна, поскольку она также является кроп-фактором.
Следовательно, для установки 35-мм эквивалента его фокусное расстояние должно быть 35 мм x 1,4 = 50 мм. Если для обоих объективов установлено одинаковое число f, диаметр диафрагмы объектива 50 мм должен быть в 1,4 раза больше, чтобы сохранить одинаковую экспозицию. Таким образом, два разных фокусных расстояния отличаются на дельту 1,4, и диметры диафрагмы также различаются на ту же дельту 1,4.
Число f — это отношение, которое связывает фокусное расстояние с диаметром диафрагмы. Любой объектив с одним и тем же числом f обеспечивает одинаковую экспозицию. Разница существует из-за того, что прозрачность стекла может отличаться, как и количество стеклянных элементов. По большей части эти различия являются спорными для пикториальной фотографии. Мы прибегаем к «T-ступеням», когда важна разница передачи, в основном это киносъемка.
Глубина резкости сложна: диапазон глубины резкости будет отличаться, потому что мы должны применять большее увеличение, чтобы увидеть изображение, сделанное меньшим датчиком. Размер кружка нерезкости, используемый для расчета глубины резкости для меньшего сенсора, должен быть уменьшен, чтобы можно было увеличить увеличение, необходимое для создания отображаемого изображения.
Майкл С
Скоттбб