Steigt der Gesamtlichtstrom bei gleichem Sichtfeld und Blende linear mit der Sensorfläche?

Steigt der Gesamtlichtstrom bei gleichem Sichtfeld und Blende linear mit der Sensorfläche?

Ja, der Gesamtlichtstrom wird zunehmen. Aber die Fotografie misst Belichtung oder Helligkeit ¹ nicht anhand des Gesamtlichtstroms. Sie basiert auf der Belichtung pro Flächeneinheit.

Das heißt, würde die Kamera mit großem Sensor bei gleichem Sichtfeld und Blende nur die Hälfte der Belichtungszeit benötigen, um denselben EV wie die Kamera mit kleinem Sensor zu erreichen?

Nein. Dies liegt daran, dass EV oder Belichtungswert per Definition eine Kombination aus äquivalenten Blendenzahlen (Av für Blendenwert ) und Belichtungszeiten (Tv für Zeitwert ) ist, die dieselbe Belichtungsmenge pro Flächeneinheit erzeugen .²

Auch hier basiert das gesamte Konzept des Belichtungswerts auf Licht pro Flächeneinheit .

_{Es wird normalerweise angenommen, dass EV = EV 100} , sofern nicht ausdrücklich anders angegeben .

Beispielsweise sind einige der Kombinationen für 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, und so weiter. Nimmt man es in die 1/3-Stopp-Skala, sind f/2.2 @ 1/160 und f/2.5 @ 1/200 ebenfalls EV9.

Ebenso sind EV ₂₀₀ 9 Kombinationen aus Blendenzahl und Tv, die einen Stufendimmer sind (dh halb so viel Licht kann in die Kamera eintreten): f/1 @ 1/1000, f/1.4 @ 1/500, f/ 2 @ 1/250 und so weiter.

Die gleichen Kombinationen von Av und Tv für EV9 sind die Kombinationen für EV ₂₀₀ 10. Da ISO 200 eine Stufe empfindlicher (Film) oder eine Stufe stärker (digital) verstärkt ist als ISO 100, dann ist EV ₂₀₀ = EV ₁₀₀ + 1.

Da ISO 800 drei Stufen empfindlicher/verstärkt ist als ISO 100, ist EV ₈₀₀ = EV ₁₀₀ + 3. Das heißt, Kombinationen von Av und Tv, die EV9 sind, wären Kombinationen von EV ₈₀₀ 12.

Beachten Sie, dass höhere EVs bei konstanter Szenenbeleuchtung weniger Licht in die Kamera lassen, nicht mehr. Was wir als „helle“ EVs betrachten, wie EV16, das ungefähr der Faustregel „sonnig 16“ entspricht, lässt bei einer Szene mit konstantem Licht tatsächlich weniger Licht in die Kamera als das, was wir normalerweise als „ dim" EVs, wie EV8, wie es oft für Nachtsportarten unter künstlicher Beleuchtung verwendet wird. Niedrigere EVs sind hellere¹ TV/AV-Kombinationen, die verwendet werden, um dunklere Szenen auszugleichen. Höhere EVs sind schwächere TV/AV-Kombinationen, die verwendet werden, um hellere Szenen auszugleichen.

Streng genommen ist der Belichtungswert kein Maß für die Lichtintensität, obwohl er heute oft so missbraucht wird. Wenn jemand so etwas wie „die Szene ist EV9“ sagt, sagt er in Wirklichkeit, dass die Szene im Durchschnitt eine bestimmte Helligkeitsstufe hat, sodass sie „richtig“ belichtet wird (was auch immer das ist), wenn eine beliebige Kombination von Fernseher, Av und ISO, die EV9 entspricht.

Dies gilt eher für eine Szene mit der gleichen Gesamthelligkeit, wie ein Stadtpark bei bedecktem Himmel zur Mittagszeit, als für eine Szene mit starken Helligkeitsunterschieden von einem Teil zum anderen, wie ein Stadtbild bei Nacht, das meistens ist sehr dunkel mit kleinen Bereichen mit hellen Lichtern und kleinen hellen Bereichen, die von Lichtern beleuchtet werden. Im zweiten Fall, wenn man einen Auflichtmesser verwenden und basierend auf dem durchschnittlichen Gesamtlichtniveau der Szene belichten würde, wäre das Bild stark überbelichtet, wobei die sehr dunklen Bereiche der Szene als mittelhell gerendert würden ("18 % Grau " wenn wir in Schwarzweiß aufnehmen würden) und die spiegelnden Glanzlichter und andere kleine Bereiche der Szene, die hell erleuchtet sind, würden vollständig ausgeblendet.

Nehmen wir also an, Sie befinden sich in einer Situation mit wenig Licht und entscheiden, welche Verschlusszeit Sie wählen müssen, um ( sic ) eine bestimmte Bildqualität zu erreichen – insbesondere, um S:N über einem bestimmten Niveau zu halten.

Zu Beginn Ihrer Frage geht es Ihnen darum, die gleiche Exposition aufrechtzuerhalten. Jetzt wollen Sie das gleiche SNR? Die beiden sind nicht dasselbe. Tatsächlich liegt der Unterschied zwischen den beiden darin, dass größere Sensoren bei schlechten Lichtverhältnissen besser abschneiden als kleinere Sensoren.

Nehmen wir der Einfachheit halber an, dass die beiden Kameras die gleiche Auflösung haben. Somit hat die Kamera mit der doppelten Sensorgröße die doppelte Pixelgröße und sammelt somit das doppelte Licht pro Pixel.

WAHR. (Wenn man anerkennt, dass Sensoren keine Pixel haben, haben sie Fotoseiten oder Sensoren. Nur aufgezeichnete digitale Bilder und die Medien, die sie anzeigen, haben Pixel.)

Daher hat eine Kamera mit doppelter Sensorgröße ungefähr die doppelte Empfindlichkeit und benötigt nur ungefähr die Hälfte der Belichtungszeit [oder wäre es 1 / sqrt (2) der Belichtungszeit, da S: N als sqrt (Signal) variiert? ] der Kamera mit kleinerem Sensor, um die gleiche Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen zu erzielen.

Was Sie hier übersehen, ist, dass Sensoren mit größeren Fotoseiten (a/k/a Pixel ( sic ) oder Sensels ) nicht die gleiche analoge Verstärkung verwenden, um mit der gleichen ISO-Empfindlichkeit bewertet zu werden. Wenn die Auflösung beider Sensoren gleich ist, dann sind die Fotoseiten des größeren Sensors doppelt so groß wie die Fotoseiten auf dem kleineren Sensor. Das Reduzieren der Verstärkung ermöglicht höhere Well-Werte für größere Fotostellen, bevor Glanzlichter abgeschnitten werden, wodurch ein größerer Dynamikbereich entsteht. Das Erhöhen der Größe von Photosites verringert auch die Variabilität von einer Photosite zur nächsten aufgrund der zufälligen Verteilung von Photonen innerhalb eines Lichtfelds. Je größer die Fläche jeder Fotostelle ist, desto mehr wird dieses Poisson-Verteilungsrauschen gemittelt.

"S:N variiert als sqrt(signal)" gilt nur für das Rauschen, das der zufälligen Verteilung von Photonen innerhalb eines Lichtfelds zuzuschreiben ist, manchmal auch als Schrotrauschen oder Poisson-Verteilungsrauschen bezeichnet. Elektronisches Rauschen und dunkle Energie, die von einer Kamera hinzugefügt werden, ändern sich nicht um die Quadratwurzel des Signals, sondern bleiben für jeden bestimmten Satz von Umgebungsbedingungen, hauptsächlich Temperatur des Sensors und der Schaltung, ziemlich konstant, unabhängig vom Signalpegel, der aus fallenden Photonen resultiert auf dem Sensor. Bei niedrigerem ISO-Wert und hellerer Belichtung ist die Hauptrauschquelle die Kameraelektronik. Bei höheren ISO-Werten und dunklerer Belichtung ist Schrotrauschen die Hauptursache für das Rauschen.

Ein größerer Sensor ist bei gleicher ISO nicht empfindlicher , er verstärkt weniger als der kleinere Sensor bei gleicher ISO-Einstellung. Wenn die Gesamtzahl der gesammelten Photonen gleich ist, bedeutet eine niedrigere analoge Verstärkung, dass niedrigere Spannungen in den ADC eingespeist werden und die Zahlen, die auf der anderen Seite des ADC herauskommen, für den größeren Sensor niedriger sind. Aufgrund der geringeren analogen Verstärkung benötigt der größere Sensor doppelt so viel Lichtenergie, um am ADC die gleiche Helligkeit¹ zu erreichen.

Bei gleicher Belichtung (Verschlusszeit) nimmt also jedes Pixel in der Kamera mit größerem Sensor den gleichen Anteil des Bildes auf wie in der Kamera mit kleinem Sensor, erhält aber doppelt so viel Licht für dasselbe Teilbild. Bei gleicher Auflösung ist jeder Pixel unabhängig von der Sensorgröße für den gleichen Prozentsatz des Bildes verantwortlich. Dh wenn man über verschiedene Formatgrößen hinweg vergleichen will, kommt es nicht auf Licht pro Einheit Sensorfläche an, sondern auf Gesamtlicht pro Gesamtbild.

In gewisser Weise haben Sie Recht, aber so funktioniert es in der Praxis nicht, weil (Digital-) Kamerahersteller und die Filmchemiker vor ihnen beschlossen haben, ein System von Blendenzahlen und Filmempfindlichkeit so zu erstellen, dass die Verwendung derselben Zahlen möglich ist für die Blende als Verhältnis zwischen Brennweite und Durchmesser der Eintrittspupille, die unabhängig von der Formatgröße die gleiche Lichtmenge pro Flächeneinheit enthält. ISO in einer Digitalkamera ist kein absoluter Wert, sondern eine kalibrierte Zahl, die darauf ausgelegt ist, unabhängig von der Formatgröße die gleiche Gesamtbildhelligkeit für die gleiche Kombination aus Blendenzahl, Belichtungszeit und ISO zu ermöglichen. Dies folgt direkt der Art und Weise, wie das EV-System für Filme verschiedener Flächengrößen und Linsen verschiedener Brennweiten geschaffen wurde.

_{Um die Zahlen, von denen einige auf √2 und andere auf log 2} (√2) basieren, einfacher zu handhaben, nehmen wir für einen Moment an, dass der größere Sensor die doppelte lineare Größe und die vierfache Fläche hat Größe des kleineren.

Wenn Sie den größeren Sensor verwenden möchten, um ein Bild mit dem gleichen SNR des kleineren Sensors zu erzeugen, würden Sie die Belichtungszeit halbieren. Aber um das Bild am ADC gleich hell¹ zu machen, müssten Sie auch die ISO verdoppeln. Sie verschenken also den Vorteil, dass der größere Sensor bei schwachem Licht eine bessere Leistung erbringt als der kleinere, im Austausch für eine kürzere Belichtungszeit. Es gibt Fälle, in denen dies angemessen wäre, z. B. wenn Kamera- oder Motivbewegungen ins Spiel kommen.

Der Lichtstrom pro Flächeneinheit wäre nur dann die relevante Metrik, wenn Menschen ihre Fotos in einer Größe ausdrucken oder betrachten würden, die proportional zur Größe des Sensors ist, mit dem sie aufgenommen wurden.“

Haben Sie jemals einen Vergrößerer in einer feuchten Dunkelkammer verwendet? Wir "schummeln" in der Dunkelkammer, indem wir mehr Licht verwenden, um ein 11 x 14 vom selben Negativ zu drucken, als wir verwenden, um ein 5 x 7 zu drucken. Unter der Annahme, dass beide auf denselben cd/m² (Nits) kalibriert sind, lässt ein 32-Zoll-Monitor mehr Gesamtenergie durch das Panel passieren und von der Vorderseite des Panels emittiert werden, um dasselbe Foto auf dem gesamten Bildschirm anzuzeigen als ein 24" Monitor würde. Alles in der Kette zwischen einer tatsächlichen Szene und einem betrachteten Foto basiert auf Licht pro Flächeneinheit!

Bei der Bestimmung der Verschlusszeit kommt es auf den Gesamtlichtstrom auf dem Sensor an..."

... multipliziert mit der analogen Verstärkung des erzeugten Signals.

Wenn ein 4-mal größerer Sensor halb so viel verstärkt wie ein kleinerer Sensor, dann muss der größere Sensor 4-mal so viele Photonen einfangen, um dasselbe Signal am ADC zu erhalten, wo analoge Spannungen in digitalisierte Zahlen umgewandelt werden.

1/4 x 4/1 = 1

Um also die gleiche Belichtung zu erhalten, muss man unabhängig von der Formatgröße das gleiche E _{v verwenden.}

^{¹ Helligkeit , da der Begriff in der Fotografie verwendet wird, um relative Werte zwischen den maximal und minimal möglichen Werten des Speichermediums (digitale Datei oder Negativ) oder des Anzeigemediums (Druck oder Monitor) anzugeben, und nicht wie definiert, wenn es um die direkte menschliche Wahrnehmung einer Primärfarbe geht Lichtquelle, für die ein Foto nur eine weniger als perfekte Darstellung ist.}

^{² Technisch gesehen sollte es als E _v notiert werden, um anzuzeigen, dass es sich um eine logarithmische Skala handelt. Siehe EXIF-Abschnitt von CIPA 2016 und anwendbare ASA-, ANSI- und ISO-Standards. Aber EV wird seit geraumer Zeit häufig verwendet.}

Der Teil, den Sie vermissen, ist das Inverse Square Law (ISL). Das Abstandsquadratgesetz besagt, dass wenn der Abstand einer *Punktlichtquelle 2x beträgt, die Dichte/der Lichtstrom des Lichts 1/2^2 (1/4) ist. Das Gegenteil davon ist bei 1/2 der Entfernung, die es 4x ist. Also zwei Haltestellen Unterschied, nicht eine. Dh nicht 1/2 der SS (was sowieso falsch ist).

Das umgekehrte Quadratgesetz funktioniert genau gleich in Bezug auf die Größe, die etwas aufgezeichnet wird ... dh wenn eine Glühbirne in 1/2 Entfernung aufgezeichnet wird, ist sie auch 2x so groß und 4x so groß wie der Lichtstrom. Aber das ändert nichts an den erforderlichen Belichtungseinstellungen. Denn wenn es mit 2x der Größe aufgenommen wird, wird das Licht auch 4x weiter in der Bildebene (in der Fläche) gestreut.

Es spielt keine Rolle, wodurch diese Größenänderung verursacht wird. Das heißt, die Belichtung von etwas ändert sich nicht, wenn Sie mit einem Zoomobjektiv mit konstanter Blende hineinzoomen; auch nicht, wenn Sie den Abstand dazu verringern. Auch die Größe des Sensors hat keinen Einfluss darauf, nur ob er noch auf den Sensor passt.

Der von Ihnen festgestellte Anstieg des Leuchtdichteflusses ist jedoch genau der Grund, warum größere Sensoren bei schlechten Lichtverhältnissen besser sind. Denn bei gleicher Belichtung (SS/f#) der gleichen Szene/Komposition empfängt/aufzeichnet ein größerer Sensor tatsächlich mehr Licht. Viele setzen dies fälschlicherweise mit mehr Licht von einer größeren Fotoseite/Pixel gleich, weil sie auf dem größeren Sensor bei gleicher Auflösung größer sein können. Aber das ist meistens egal, es kommt auf das Licht/die Fläche an.

*Technisch handelt es sich im Allgemeinen nicht um Punktlichtquellen. Aber die ISL gilt immer noch (nah genug), außer bei extrem kurzen Entfernungen.

Bearbeiten zum Hinzufügen: Der Durchmesser der Eintrittspupille nimmt am SqRt der Fläche für einen Lichtstopp zu, der den 1,4-fachen Durchmesser hat. Bsp. 1, 1,4, 2, 2,8...

Der DoF des kleineren Sensors ist größer für ein äquivalent aufgezeichnetes FOV, da entweder ein kürzerer FL oder ein längerer Motivabstand erforderlich ist; Beide beeinflussen DoF mehr als die Blende. Der Unterschied ist effektiv der Unterschied im Crop-Faktor ... dh 2 Stufen größer für den 1/2-großen 2x Crop-Faktor-Sensor.

Wir können ein Rechteck mit 2x mehr Fläche berechnen, indem wir sowohl Höhe als auch Breite mit der Quadratwurzel von 2 = 1,4 (gerundet) multiplizieren. Ein solches Rechteck hat ein 1,4 x längeres Diagonalmaß.

Dieses Delta von 1,4 ist wichtig, da es auch der Crop-Faktor ist.

Um ein 35-mm-Äquivalent zu montieren, muss seine Brennweite daher 35 mm x 1,4 = 50 mm betragen. Wenn beide Objektive auf die gleiche Blendenzahl eingestellt sind, muss der Durchmesser der Blende für das 50-mm-Objektiv 1,4-mal größer sein, um die gleiche Belichtung beizubehalten. Daher unterscheiden sich die beiden unterschiedlichen Brennweiten um ein Delta von 1,4 und auch die Irisdimeter unterscheiden sich um die gleichen 1,4 Delta.

Die Blendenzahl ist ein Verhältnis, das die Brennweite mit dem Irisdurchmesser verbindet. Jedes Objektiv, das auf die gleiche Blendenzahl eingestellt ist, liefert die gleiche Belichtung. Unterschiede bestehen, da die Transparenzen des Glases unterschiedlich sein können, ebenso wie die Anzahl der Glaselemente. Für die bildhafte Fotografie sind diese Unterschiede größtenteils strittig. Wir greifen auf „T-Stops“ zurück, wenn Übertragungsunterschiede wichtig sind, hauptsächlich bei Filmfotografie.

DOF ist komplex: Die Spannweite der Schärfentiefe ist unterschiedlich, da wir eine stärkere Vergrößerung anwenden müssen, um das Bild des kleineren Sensors anzuzeigen. Die Größe des Verwirrungskreises, der zur Berechnung des DOF ​​für den kleineren Sensor verwendet wird, muss reduziert werden, um eine erhöhte Vergrößerung zu ermöglichen, die zum Erstellen des angezeigten Bildes erforderlich ist.