Quando o obturador da câmera é aberto, se a luz atinge o sensor instantaneamente (velocidade da luz = 300.000 km / s), por que a velocidade do obturador altera a nitidez / detalhe da imagem? Por que as fotos ficam mais escuras com velocidades mais rápidas do obturador e mais claras com velocidades mais lentas do obturador?
Nossos olhos estão sempre abertos (quando estamos acordados), mas as imagens não são "superexpostas".
(Eu acho que isso poderia ser mais uma questão de física do que uma foto)
exposure
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physics
jmhostalet
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Respostas:
Isso acontece porque o sensor de luz na câmera não mede a intensidade da luz instantaneamente, mas mede toda a luz recebida durante toda a exposição. Você poderia dizer que o sensor acumula ou soma a luz * durante a exposição. A luz é composta de fótons discretos e, quanto mais tempo o sensor for exposto, mais tempo haverá para os fótons atingirem o sensor.
Se você quer um modelo mental de como um sensor funciona, imagine colocar um balde do lado de fora quando estiver chovendo. Se a intensidade da chuva permanecer constante, deixar o balde lá duas vezes maior resultará em duas vezes mais água terminando no balde, certo? Ou, se a intensidade da chuva dobrar, você esperaria que o balde se enchesse duas vezes mais rápido. Esse balde é como um photosite (ou seja, um pixel) em um sensor digital, e as gotas de chuva são como fótons. O sensor inteiro é como uma matriz de vários milhões desses baldes, cada um medindo gotas de chuva / fótons em um ponto específico.
Portanto, velocidades mais rápidas do obturador significam exposições mais curtas, o que significa menos tempo para o movimento dos objetos no quadro ou da própria câmera. O desfoque de movimento ocorre quando um objeto no quadro se move em relação à câmera, de modo que a luz de um determinado ponto no objeto seja gravada em mais de um ponto no sensor. Quanto menor a exposição, menor o movimento e mais nítida a imagem final.
Da mesma forma, exposições mais longas permitem mais tempo para a luz se acumular no sensor; cada photosite coletará mais fótons e medirá um valor maior. Esses valores maiores, juntos, criam uma imagem mais brilhante. Assim como na chuva, a medição em cada photosite também é influenciada pela intensidade - uma luz mais intensa faz com que o valor medido em cada ponto aumente mais rapidamente. Portanto, se você deseja uma imagem mais clara, tem duas opções: aumentar a intensidade da luz ou usar uma exposição mais longa. É por isso que a abertura e a velocidade do obturador têm uma relação inversa: a abertura controla a intensidade da luz que chega ao sensor. Se você quiser usar uma velocidade menor do obturador sem afetar o nível de exposição da foto, poderá aumentar a abertura para deixar mais luz; se você quiser usar uma velocidade maior do obturador,
* Para ser bem claro, o que o sensor realmente faz é acumular o efeito da luz. Quando um fóton atinge um photosite em um sensor digital, ele cria uma pequena carga elétrica; quanto mais fótons, maior a carga. Depois que o obturador fecha, a câmera mede a carga armazenada em cada photosite. O filme funciona da mesma maneira, exceto que a luz causa uma reação química que aumenta com mais luz.
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Não, é uma questão de fotografia, tudo bem. Mas suponho que por "clareza" você quer dizer "nitidez", caso contrário a pergunta não faz sentido.
Se o seu objeto estiver a 30 m, a luz alcançará o sensor em 100 ns (bilionésimos de segundo). São várias ordens de magnitude mais rápidas que a velocidade do obturador, podemos realmente ignorar os 100 ns e dizer que a luz chega instantaneamente.
Suponha que você tenha uma velocidade média do obturador, digamos 1/60 de segundo. Isso significa que a partir do momento em que o obturador abre a luz, o objeto atinge o sensor e continuará a fazê-lo até o obturador fechar 17 ms depois. Agora, 17 ms não são muito, mas com movimentos muito rápidos, como um trem que passa em alta velocidade ou um carro de corrida, a cena pode mudar nesse período. A 300 km / ha, o trem se moverá 1,4 m em 1/60 de segundo. Se a projeção da frente do trem estiver no milésimo pixel a partir da esquerda quando o obturador for aberto, ele poderá ter se movido para o 1200º pixel a partir da esquerda quando o obturador fechar, e você terá uma faixa de 200 pixels para todas as posições do trem. entre.
Isso é chamado de desfoque de movimento. Às vezes, você deseja que o motion blur dê ao espectador uma noção da velocidade do trem e, em seguida, use menos tempo do obturador. Se você mover a câmera junto com o objeto enquanto tira a foto, também obtém desfoque de movimento, mas de um tipo diferente: o trem será nítido, mas o fundo exibirá desfoque de movimento.
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Você pode imaginar a luz como uma onda eletromagnética, mas, para esta pergunta, usarei seu segundo "estado" como um conjunto (imenso) de partículas - fótons.
Em um determinado período de tempo, uma quantidade de fótons passa pelas lentes e excita partes do chip semicondutor (pixels).
O nível de excitação é proporcional à contagem de fótons incidentes e é representado pelo brilho do pixel exibido. Se você dobrar a velocidade do obturador, o tempo de exposição será reduzido pela metade e o brilho também será reduzido pela metade. Se você reduzir pela metade a velocidade do obturador, duplicará o tempo de exposição e o brilho resultante.
Durante o tempo, cada pixel reúne os fótons que o atingem. A câmera e a cena não estão em perfeita posição estática. As mãos do fotógrafo tremem levemente e o objeto em cena pode se mover. Isso faz com que a luz reunida no chip fique embaçada (movimento). O significado do desfoque de movimento é proporcional ao tempo de exposição e inverso proporcional à velocidade do obturador.
Para velocidades mais rápidas do obturador, você obtém imagens mais escuras; para compensar esse efeito, é necessário abrir a abertura e / ou aumentar a sensibilidade (ISO).
Nossos olhos têm ajuste automático de abertura (íris) e nosso cérebro fornece correção automática de ISO. É por isso que nossos olhos podem ser enganados :)
Olhe para o olho do seu amigo quando houver dia ensolarado, você verá íris e um pequeno ponto preto. Quando você olha na noite escura, verá um pequeno anel de íris e um grande círculo preto. A íris está ajustando automaticamente a quantidade de luz que atinge sua retina.
A íris também tem seus limites. Se alguém explode em seus olhos durante a noite, você fica cego por um tempo - sua íris aberta não conseguiu fechar rápido o suficiente para acomodar-se à rápida mudança de luz e sua retina ficou superexposta. Levou algum tempo até que sua íris se abrisse novamente.
Os sinais que o cérebro recebe da retina também são acomodados em sua sensibilidade à luz incidente e à cena. Tente esquiar com óculos de âmbar durante todo o dia. Depois de remover os óculos, uma coisa azul ficará verde para você.
Também acomoda localmente. Aqui você pode ver um ponto verde entre os rosa. Ou você não pode? Outro truque: observe a imagem invertida por um longo tempo e depois observe a parede branca. Você verá a imagem original.
Seu olho e cérebro reduzem automaticamente sua sensibilidade de acordo com a exposição e há algum atraso entre a mudança da luz e a mudança da sensibilidade.
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A lente da câmera foi projetada para projetar uma imagem do mundo exterior na superfície de um chip de imagem dentro e na parte traseira da câmera. No entanto, uma porta mecânica chamada obturador impede que os raios de luz da imagem sejam reproduzidos no chip de imagem. Para tirar uma foto, o obturador é brevemente aberto e depois fechado. Este ato permite que a imagem que forma raios de luz entre em contato com o chip de imagem.
Na superfície do chip de imagem existem milhões de sites de fotos. Cada um recebe energia luminosa durante a exposição e essa energia é proporcional em intensidade e cor à vista real. À medida que os raios de luz atuam nesses locais, uma carga elétrica é induzida. A quantidade de carga corresponde às intensidades de luz da vista.
No entanto, as cobranças são muito fracas e requerem software na câmera para amplificá-las a um nível utilizável. O software também cobre cada cobrança com um valor numérico (digital). O resultado é uma imagem composta de um sistema "pintar por número".
Como o brilho da cena é variável, a duração da exposição é ajustável. Se a vista estiver pouco iluminada, o tempo de exposição será aumentado para compensar. Por outro lado, se a cena estiver bem iluminada, o tempo de exposição será reduzido. A principal razão pela qual a velocidade do obturador é ajustada em sua duração é permitir que a carga em cada local fotográfico se acumule e se torne gerenciável.
A velocidade da luz é extraordinariamente rápida e a distância, a vista para a câmera e o sensor de distância da lente para a imagem são discutíveis.
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É sobre a duração da fonte de luz, não sobre a velocidade da luz. Se eu falar uma frase, pode levar 15 segundos para dizer. A palavra viaja para seus ouvidos na velocidade do som. se eu disser a frase mais rapidamente, cada palavra chegará aos seus ouvidos na mesma velocidade, mas a "nitidez" ou clareza das palavras mudam à medida que acelero ou desacelero.
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A velocidade real na qual a luz viaja é imaterial. O fato de que é não instantânea é muito importante. Embora a luz viaje muito rápido, a luz do objeto ou da cena não atinge o sensor ou o filme no mesmo instante. A luz atinge a câmera do sujeito em um fluxo de energia que se espalha por um período de tempo. Durante o tempo em que o obturador está aberto, esse fluxo de luz é gravado em uma fotografia. Se a cena mudar ao longo da exposição, o formato do fluxo de luz que chega à câmera durante a exposição também muda.
Na física, freqüentemente existe uma frase usada para descrever a maneira como a luz demonstra simultaneamente propriedades da energia das ondas e da energia das partículas: a dualidade da luz . Para fins de fotografia, normalmente tratamos a luz como um fluxo de fótons fluindo da cena para o sensor (ou filme). À medida que atingem o sensor, eles são transformados em elétrons em cada pixel que um fóton atinge. Quando atingem o filme, sua energia resulta em reações químicas aos grãos de produtos químicos na emulsão do filme.
O tempo do obturador determina quanto tempo o fluxo de fótons da cena pode atingir o sensor. Se algo mudar de posição na cena durante a duração da exposição, a luz da parte da cena que se moveu se moverá através da superfície do sensor e cairá em pixels diferentes. Se a própria câmera for a fonte do movimento, a cena inteira mudará e cada ponto da cena cairá em pixels diferentes no sensor. Qualquer que seja a fonte do movimento, o resultado é desfocado, pois a luz de um único ponto da cena se espalha por vários pixels. Quanto mais tempo o obturador for mantido aberto, maior será o desfoque pela mesma taxa de movimento.
No outro lado da mesma moeda, quanto mais tempo o obturador for mantido aberto, mais luz será capturada na foto. Quanto mais luz capturada pelo sensor, maior a proporção de elétrons coletados pelo sensor da luz da cena (chamamos de sinal ) para os elétrons produzidos pelos eletrônicos da câmera que também são gravados junto com a corrente dos pixels do sensor. Esses elétrons perdidos são o que chamamos de ruído. O ruído de leitura é produzido pelos componentes eletrônicos da câmera. O ruído da foto (foto) é produzido pela natureza aleatória da luz devido à dualidade da luz. Essas partículas de fótons estão viajando ao longo de um caminho em forma de onda definido pelo comprimento de onda de cada bit de luz. Quanto mais sinal (luz) tivermos proporcionalmente ao ruído, mais detalhes conseguiremos produzir em nossa fotografia. Isso é chamado de relação sinal / ruído .
Portanto, um tempo mais curto do obturador minimiza o efeito do movimento, mas pode levar a uma perda de detalhes devido a uma baixa relação sinal / ruído. Um tempo mais longo do obturador aumenta a relação sinal / ruído, mas pode levar a uma perda de detalhes devido ao desfoque de movimento.
Como quanto mais tempo o obturador for mantido aberto, mais luz será capturada na fotografia. É o mesmo que abrir e fechar uma torneira enquanto segura um copo debaixo da torneira. Quanto mais tempo a torneira for mantida aberta, mais água será coletada no copo. Quanto mais tempo o obturador for mantido aberto, mais partículas de luz (fótons) serão coletadas pelo sensor (ou filme).
Novamente, a luz está atingindo nossos olhos em um fluxo contínuo, não em um instante singular. Toda a luz coletada por nossas retinas ao longo de um dia, um ano ou toda a nossa vida não é transmitida ao nosso cérebro em um único instante! O sinal eletroquímico de nossos olhos para nossos cérebros muda continuamente à medida que a cena diante de nossos olhos muda.
(Nota: o texto abaixo foi escrito antes que a pergunta acima fosse reeditada significativamente em sua forma atual)
Luz é energia eletromagnética. Como tal, existem dois componentes que devem ser medidos em relação a uma fotografia: intensidade do campo e duração do tempo. A intensidade do campo mede a intensidade da luz sobre uma área específica. A duração do tempo mede quanto tempo essa intensidade do campo é mantida.
É exatamente o mesmo que qualquer outra forma de energia. Se alguém aplicasse uma força constante contra um corpo, o corpo aceleraria. Quanto mais tempo a força é aplicada, mais tempo o corpo acelera e mais rápido o corpo se move em relação ao seu estado inicial.
Um pedaço de filme fotográfico coleta informações sobre a energia que cai sobre ele na forma de luz. Quanto mais tempo o obturador for deixado aberto, mais informações serão coletadas. Se um obturador for deixado aberto duas vezes mais, ele coletará o dobro de informações dessa luz, assumindo que a força da luz seja constante.
O problema da fotografia é que a luz geralmente não é constante. À medida que as coisas no mundo à frente da câmera movem a intensidade da luz do campo sobre qualquer ponto específico do filme ou sensor muda. Enquanto o obturador estiver aberto, ele continuará a coletar informações sobre a luz que cai sobre cada ponto do filme ou sensor. Se algo na visão da câmera estiver se movendo, as informações sobre todas as posições pelas quais passou durante o tempo em que o obturador estiver aberto serão gravadas. Em vez de ser gravada no mesmo local no filme ou sensor, a imagem do objeto em movimento será espalhada pela área sobre a qual ele se move. Isso resultará em desfoque. Mesmo que nada na frente da câmera se mova, se a própria câmera se mover, a mesma coisa acontecerá.
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Não é sobre a velocidade da luz, é a quantidade de luz que importa
É também a mesma razão pela qual fica mais escuro à medida que o sol se põe; velocidade da luz não é realmente relevante neste caso
Bem, não é diferente na fotografia !!
Em uma cena muito escura, o número de fótons pode ser tão menor que os pixels mal conseguem coletar fótons mesmo em exposições mais longas
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Há muito a dizer, se você deseja detalhes, precisa aprender sobre lentes, veja o seguinte:
https://www.youtube.com/watch?v=1YIvvXxsR5Y
Para responder à sua pergunta, a velocidade mais rápida do obturador evita manchas de pixels no sensor, resultando em melhores detalhes e clareza. Não é a velocidade da luz, mas o congelamento dos movimentos que a causa.
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