Je mehr ich darüber lese, desto verwirrter werde ich. Die Beleuchtungsstärke , wie ich sie verstehe, gemessen in Lux , ist die wahrgenommene Helligkeit von Licht auf einer Oberfläche. Es ist das, was Sie mit einem Auflichtsensor messen würden. Die Leuchtdichte ist also, wie viel reflektiertes Licht Sie wahrnehmen würden, wenn Sie auf diese Oberfläche schauen. Das misst der Belichtungsmesser in einer Kamera. Liege ich soweit richtig?
In beiden Fällen ist das Wort „wahrgenommen“ wichtig, da die Skalen mit einer Leuchtkraftfunktion gewichtet werden, um die Wellenlängen den besonderen Empfindlichkeiten des menschlichen Auges zuzuordnen . Bei der Beleuchtungsstärke gibt es jedoch nur dann eine tatsächliche Wahrnehmung, wenn Ihr Auge zufällig die betreffende Oberfläche ist.
Ich kann das im Grunde nachvollziehen, aber dann stoße ich auf Diagramme, auf denen Dinge stehen wie „Familienwohnzimmer: 50 Lux“. Warte, halte durch! Bedeutet das wirklich, dass die typischen Lichter in einem Haus so hell sind, oder ist es nur verwirrt und falsch, oder bin ich verwirrt und falsch?
Wenn Sie Lichtquellen nicht direkt fotografieren, warum sollte dann eine Messung des einfallenden Lichts in der Fotografie jemals nützlich sein? Reflektiertes Licht, das auf einem Film oder von einem Sensor aufgezeichnet wird, macht normalerweise ein Foto aus. Wenn ich also einen Auflichtmesser habe, in welcher Beziehung steht dieser Messwert zu meinen Kameraeinstellungen?
Da Auflichtmesser verkauft und verwendet werden , bedeutet dies, dass eine sinnvolle Umrechnung erfolgen muss. Aber hier explodiert mein Gehirn. Google sagt mir, dass 1 Lumen 1 Candela entspricht, also muss 1 Lumen/m² (dh 1 Lux) 1 Candela/m2 (dh 1 nit) entsprechen. Aber hier fehlt eindeutig etwas. Es gibt so etwas wie einen "Steradiant". Zapfen sind beteiligt. Davon hatte ich noch nie zuvor gehört; wie passt es rein? Ich kann sehen, wie es bei der Berechnung der Nützlichkeit von LED-Heimbeleuchtung bestimmt werden könnte, aber für ein Foto bin ich ratlos.
Ein Teil meines (explodierten, aus dem letzten Absatz) Gehirns versucht, dies mit dem Unterschied zwischen Blitzmessung mit TTL und mit einem Einfallsmesser in Verbindung zu bringen. Aber wie kann das Einfallsmessgerät funktionieren, ohne die Reflexionseigenschaften der Objekte in der Szene zu kennen? Ist es das, was das „C“ im Auflichtmesser lux→EV standard ausmacht ? Ist es nur ein Durchschnittswert, der wahrscheinlich funktioniert, oder steckt mehr dahinter? Und wenn es nur ein Durchschnitt ist, welches Wissen ist notwendig, um Szenen außerhalb des Durchschnitts zu kompensieren? (Wie bei der K-Konstante und 18 % Grau bei Reflexionsmessung , bei der der Fotograf einfach beurteilt, ob die Szene heller oder dunkler als der vom Messgerät angegebene Durchschnitt wiedergegeben werden soll.)
Also ja, so viel Verwirrung. Zusamenfassend:
Update: Ich schätze Stans Antwort, die den dritten Punkt wann und wie ziemlich gut abdeckt. Und ich denke, ich habe im Grunde den ersten Punkt herausgefunden, wie oben beschrieben. Aber ich würde mich über einige Antworten freuen, die auch das Problem der Konvertierung abdecken, sowohl in der mathematischen Zusammenfassung als auch in der Praxis für die Fotografie. Und ich hätte auch nichts dagegen, warum und wie.
Stans Antwort eignet sich hervorragend, um die Messung aus praktischer Sicht zu erklären. Sie scheinen auch zu fragen, was die Besonderheiten sind, insbesondere in Bezug auf Steradiant und die Umwandlung von Lux in EV. Anhand der von Ihnen verlinkten Wikipedia-Artikel und einiger untergeordneter Links von dort glaube ich, dass ich einige Dinge erklären und den Rest der Extrapolation überlassen kann.
Zunächst einmal Steradiane . Seltsamer Begriff und seltsames Konzept, aber sobald Sie verstehen, was es wirklich ist, beginnen die Dinge mehr Sinn zu machen. Um einen Schritt zurückzutreten, lassen Sie uns zuerst über das Bogenmaß sprechen . Ein Bogenmaß ist ein Winkelmaß, was vereinfacht gesagt folgendes bedeutet:
Ein Bogenmaß ist ein Bogen, dessen Länge dem Radius eines Kreises entspricht.
Ein Bogenmaß wird in der zweidimensionalen Ebene gemessen. Ein Steradiant ist ähnlich wie ein Radiant, nur in drei Dimensionen gemessen. Die Definition eines Steradianten ist wie folgt:
Ein Steradiant ist ein kreisförmiger Fleck auf der Oberfläche einer Kugel, dessen Fläche gleich dem Quadrat des Kugelradius ist.
Ein Steradiant ist eine seltsame „Projektion“ eines 2D-Neigungswinkels in den dreidimensionalen Raum oder was als Raumwinkel bezeichnet wird . Der Schnittpunkt des 2D-Winkels mit der Oberfläche der Kugel schneidet einen kreisförmigen Fleck (der selbst vom Bogenmaß halbiert wird). Ein anderer Begriff dafür ist quadratisches Bogenmaß . Der Raumwinkel, der einen Steradiant darstellt, wird wie folgt berechnet:
θ = A/r^2
Das ist interessanterweise einfach r 2 /r 2 oder hat die Einheiten m 2 * m -2 , wodurch ein Steradiant, wie das Bogenmaß, eine einheitslose Spezifikation ist, die einen festen Bereich auf der Oberfläche einer Kugel relativ zum Radius der Kugel beschreibt .
Um die Definition eines Steradianten in Bezug auf eine Kugel zu vervollständigen:
Der Raumwinkel einer ganzen Kugel entspricht 4π sr.
Man könnte das auch anders sehen:
Die Oberfläche einer Kugel hat die Einheit 4π sr.
Jetzt, da die Definition eines Steradianten aus dem Weg geräumt ist, können wir zu einem klareren Verständnis der Beziehung eines Lumens zu einer Candela kommen . Laut dem verlinkten Wikipedia-Artikel:
1 lm = 1 cd sr
Oder ein Lumen entspricht einem Candela Steradiant . Ein Candela-Steradiant ist die Leuchtkraft des Lichts, das von einem Steradiant ausgestrahlt wird, was, wie wir jetzt aus der obigen Diskussion wissen, die Fläche eines kreisförmigen Flecks auf einer Kugel ist, die gleich dem Quadrat des Radius dieser Kugel ist.
Wenn wir eine Lichtquelle in die Diskussion einbringen, um die Dinge realer zu machen, würde das Folgendes bedeuten. Angenommen, wir haben eine Glühbirne mit einem Radius von 1,5 Zoll, die 1 Lumen misst, könnte so beschrieben werden, dass sie 1 cd von jedem Bereich auf der Oberfläche dieser Glühbirne ausstrahlt, der 1,5 Zoll 2 (2,25 Zoll Gesamtfläche) misst.
Die volle Glühbirne emittiert tatsächlich insgesamt 1 cd 4π sr oder insgesamt 12,57 lm aus allen Winkeln. Der Belichtungsmesser misst jedoch keine 12,57 lm, da er nur aus einem Winkel zur Glühbirne misst, nicht aus allen Winkeln zur Glühbirne. Wenn wir davon ausgehen, dass unser Belichtungsmesser effektiv auf ungefähr ein Steradiant empfindlich ist, misst er 1 Lumen.
Weitere Fragen?
F: Man könnte sich fragen, warum 1 Lumen mit 1 Candela Steradiant gleichgesetzt wird und nicht nur mit 1 Candela?
A: Die Antwort ist Geometrie . Die Beschreibung einer Candela ist nützlich, um uns eine Lichtmenge mitzuteilen, aber nicht unbedingt ihre Konzentration oder die Form und Größe der Emission. Der Zweck, Steradiant in die Mischung einzubringen, besteht darin, dass es sich um eine bestimmte geometrische Form und Fläche für die Lichtquelle handelt, die ein Lichtlumen ausstrahlt.
Es wird wichtiger, wenn Sie eine Lichtquelle mit hoher Dichte haben. Beispielsweise könnte ein Laserpointer mit geringer Leistung (Milliwatt) 250.000 W/sr entsprechen. Wenn Sie nun die Dichtefähigkeiten eines Auges bei 120.000 w/sr betrachten, wird es mehr als trivial - sehen Sie? Oh warte, du wirst es nicht sehen!
Laut Wikipedia ist ein Lux die Maßeinheit für Lumen pro Quadratmeter. Da ein lm gleich einem cd sr ist, gilt in Einheiten ausgedrückt :
1 lux = 1 cd sr/m^2
Wenn ich das richtig verstehe, könnte das so gelesen werden, dass 1 Lux der Lichtmenge entspricht, die auf einer Oberfläche empfangen wird, die von einer Lichtquelle mit einem Radius von einem Meter beleuchtet wird, die 1 cd sr Lichtleistung auf die gemessene Oberfläche emittiert.
Die Umrechnung von Lux in EV ist ziemlich einfach und beinhaltet eine Konstante C. Ich kann nicht genau sagen, wie C abgeleitet wird, aber wenn wir davon ausgehen, dass der "übliche" Wert von 250 genau ist, eine einfache Formel zur Umrechnung von Lux zu EV wäre:
EV = log 2 (E*S)/C
Wobei S die ISO des Sensors und E die Beleuchtungsstärke in Lux ist. Wenn wir davon ausgehen, dass eine Szene mit 1 Lux beleuchtet ist und unser ISO 100 ist, dann (lange Hand, übersetzt in den Zehnerlogarithmus zur Berechnung auf einem gewöhnlichen Taschenrechner):
EV = log 2 (1 * 100) / 250
EV = log 2 100/250
EV = log 2 0,4
EV = log 10 0,4 / log 10 2
EV = -0,398 / 0,301
EV = -1,322
Ein ziemlich niedriger Belichtungswert, aber das wäre bei der mickrigen Ausleuchtung von 1 Lux zu erwarten. Um den anderen Weg zu gehen und herauszufinden, wie viel Beleuchtung Sie benötigen, um einen bestimmten EV zu unterstützen, können wir die Umrechnung zwischen EV und E (lange Hand) neu anordnen:
EV = log 2 (E S) / C
2 EV = 2 log 2 (E S) / C
2 EV = E * S/C
2 EV * C/S = E * S/C * C/S
2 EV * C /S = E
E = 2 EV * 250/100
Das bringt uns zu einer netten einfachen Formel, um Lux aus EV zu berechnen (wenn ISO 100 ist):
E = 2 LW * 2,5
Wenn unser Ziel-EV 1 ist, berechnen wir Lux wie folgt:
E = 2 1 * 2,5
E = 2 * 2,5
E = 5
Für eine Belichtung von einem EV benötigen wir genau 5 Lux Beleuchtung oder 5 cd sr/m^2 oder 5 lm/m^2.
Weitere Fragen?
F: Man könnte sich fragen, warum man Lux misst, was lm/m^2 ist, anstatt einfach nur Lumen zu messen?
A: Die Antwort wäre Einheiten oder genauer gesagt Flächeneinheiten, die ein Mensch leicht erkennen kann. Ein Candela-Steradiant ist nützlich, um uns Menge und Geometrie mitzuteilen, ein Steradiant ist jedoch selbst einheitslos. Es definiert lediglich die Geometrie, spezifiziert jedoch keinen bestimmten Bereich. Ein Steradiant ist ein Steradiant, unabhängig vom tatsächlichen Radius der Kugel. Ein Candela-Steradian pro Quadratmeter bringt jedoch genügend Einheitsspezifität mit sich, damit wir besser verstehen können, wie viel Licht 1 Lux tatsächlich ist (was, ehrlich gesagt, überhaupt nicht viel ist).
Sie haben den Problemraum ziemlich genau festgelegt. Die Messung des einfallenden Lichts misst, was auf das Motiv fällt, unabhängig von seinem charakteristischen Reflexionsvermögen usw., während die Messung des reflektierten Lichts misst, was vom Motiv reflektiert wird, unabhängig von den Eigenschaften des einfallenden Lichts. Wie Sie bereits betont haben, zeichnet das Aufnahmemedium in der Kamera auf, was vom Motiv reflektiert wird (oder, wenn eine Lichtquelle im Bild enthalten ist, was es durchlässt). Egal welche Art von Messung verwendet wird, das Ziel des Spiels ist es, das vom Motiv kommende Licht passend für das Bild aufzunehmen.
Mit einem Reflexionslichtmesser ist es einfach, sich vorzustellen, was vor sich geht, egal ob es sich um das Messgerät in der Kamera oder um einen separaten tragbaren Spot- oder Durchschnittsmesser handelt. Die Auflichtmessung ist nur etwas schwieriger vorzustellen.
Die Messung des einfallenden Lichts erfolgt meistens mit einem Invercone vom Kuppeltyp . Im Wesentlichen haben Sie einen halbkugelförmigen Diffusor über dem lichtempfindlichen Element, der Licht von 180 Grad (90 Grad von der Achse in alle Richtungen) akzeptiert und 18 Prozent dieses Lichts an das lichtempfindliche Element überträgt. (Das Element kann normalerweise auch als Messgerät für reflektiertes Licht verwendet werden, wobei manchmal Zubehör für das Messgerät erforderlich ist.) Sie können Lichtquellen separat messen, indem Sie entweder die Kuppel von einzelnen Quellen abschatten oder die Quellen selektiv ein- und ausschalten (wie z mit Studiobeleuchtung), um die Beleuchtungsverhältnisse zu bestimmen (der Unterschied in der Beleuchtung zwischen Bereichen, die Lichter und Schatten auf dem Motiv darstellen).
Während die Arbeitsmethode unterschiedlich ist, ist das, was Sie erreichen, fast identisch mit dem Platzieren einer Graukarte an der Position des Motivs, die so abgewinkelt ist, dass sie tangential zum Motiv ist, und dem Sprechen einer Spotmeterablesung dieser Graukarte. Es sagt Ihnen nichts über das Thema aus – aber das kann eine gute Sache sein. Wenn Ihre Messung vom Motiv abhängt, müssen Sie wissen, wie hoch das Reflexionsvermögen des Motivs ist (oder in der Terminologie des Zonensystems, wo Sie das Motiv auf der Belichtungsskala platzieren müssen). Ohne dieses bisschen Wissen werden Sie nicht in der Lage sein, die Wahrheit über das Thema zu sagen, indem Sie nur den Zählerstand verwenden - Sie können möglicherweise die gesamte Bandbreite der Tonalitäten perfekt erfassen, aber das kann bedeuten, sagen wir, stark unter- oder Überbelichtung der einen Sache, die Sie wirklich einfangen wollten.
Aus diesem Grund gibt es eine solche Trennung zwischen der Messung von einfallendem und reflektiertem Licht. Sie werden sehen, dass die Auflichtmessung am häufigsten im Studio verwendet wird, aber oft auch bei Porträts oder Mode-/Produktarbeiten. Es gibt normalerweise etwas im Bild, das absolut passen muss, und das lässt sich am besten erreichen, indem man es bei der Messung ganz aus der Gleichung herauslässt und dann seine tatsächlichen Reflexions- und Farbeigenschaften auf den Sensor fallen lässt, wo sie können. Der Rest der Szene ist atmosphärisch – Sie können nach Herzenslust damit spielen, und solange das Motiv richtig beleuchtet und belichtet ist, wird das Bild so sein, wie Sie es sich wünschen.
Wenn Sie in weniger kontrollierten Umgebungen arbeiten, insbesondere wenn Sie Dinge wie Landschaften aufnehmen, möchten Sie im Allgemeinen (sozusagen) alles hineinbekommen, ohne sich zu viele Gedanken über die „Wahrheit“ zu machen. In diesen Fällen ist die „Wahrheit“ subjektiver und Sie möchten die Daten sammeln, die Ihre Version der Wahrheit unterstützen. Das kann bedeuten, dass Sie dieses schmerzhaft helle Highlight zu einem Bürger der Zone VII machen oder die tintenschwarze Schwärze in einen kaum dunklen unteren Mittelton zwingen, um die für Sie wichtigen Details zu erhalten. Aber Sie müssen wissen, wohin die Dinge in Ihrer Version der Welt gehen. Oder Sie können die Szenenerkennungsalgorithmen der Kamera diese Entscheidung für Sie treffen lassen.
In beiden Fällen ist das Messgerät jedoch nur der Ausgangspunkt. Es bringt Sie ins Stadion, dann können Sie mit Ihrer Erfahrung und Vision die objektive Realität an Ihre subjektiven Anforderungen anpassen.
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jrista