Qual'è la differenza tra luminance e illuminance?

Più leggo a riguardo, più divento confuso. L'illuminamento , a quanto ho capito, misurato in lux , è la luminosità percepita della luce su una superficie. È ciò che misureresti con un sensore di luce incidente. La luminanza , quindi, è la quantità di luce riflessa che percepiresti guardando quella superficie. Questo è ciò che il misuratore di luce in una fotocamera misura. Ho ragione finora?

In entrambi i casi, la parola "percepito" è importante, perché le scale sono ponderate usando una funzione di luminosità per mappare le lunghezze d'onda alle sensibilità particolari dell'occhio umano . Tuttavia, nel caso dell'illuminamento, c'è una percezione reale solo se l' occhio sembra essere la superficie in questione.

Posso praticamente capire questo, ma poi mi imbatto in grafici che dicono cose come "soggiorno in famiglia: 50 lux". Aspetta, aspetta! Significa in realtà che le luci tipiche in una casa sono così brillante, o è solo confuso e sbagliato, o sono io confuso e sbagliato?

Se non stai fotografando direttamente fonti di luce, perché una lettura del misuratore di luce incidente potrebbe mai essere utile in fotografia? La luce riflessa registrata sul film o da un sensore è di solito ciò che rende una fotografia. Quindi, se ho un misuratore di luce incidente, in che modo tale lettura è significativamente correlata alle impostazioni della mia fotocamera?

Poiché i contatori di luce incidente vengono venduti e utilizzati, ciò implica che ci deve essere una conversione utile. Ma è qui che esplode il mio cervello. Google mi dice che 1 lumen equivale a 1 candela, quindi quindi 1 lumen / m² (cioè 1 lux) deve essere uguale a 1 candela / m2 (cioè 1 nit). Ma chiaramente manca qualcosa. C'è qualcosa chiamato "steradiano". I coni sono coinvolti. Non ne avevo mai sentito parlare prima; come si adatta? Vedo come potrebbe essere determinato quando si calcola l'utilità dell'illuminazione domestica a LED, ma per una foto, sono in perdita.

Una parte del mio cervello (esploso, dall'ultimo paragrafo) sta cercando di mettere in relazione ciò con la differenza tra la misurazione flash con TTL e un misuratore di incidenti. Ma come può il contatore degli incidenti funzionare senza conoscere le proprietà di riflettanza degli oggetti nella scena? È questa la "C" nel misuratore di luce incidente lux → EV standard ? È solo un valore medio-questo-probabilmente-funzionerà, o c'è di più? E se è solo una media, quale conoscenza è necessaria per compensare le scene fuori dalla media? (Come per la costante K e il 18% di grigio con misurazione riflettente , in cui il fotografo giudica semplicemente se la scena deve essere resa più luminosa o più scura della media indicata dal misuratore.)

Quindi sì, tanta confusione. In breve:

• Qual è la differenza?
• Si può convertire significativamente tra i due?
• Quando e in che modo le misurazioni di illuminazione / luce incidente sono utili per la fotografia?

Aggiornamento: apprezzo la risposta di Stan, che copre il terzo punto di quando e quanto abbastanza bene. E penso di aver sostanzialmente capito il primo punto, come descritto sopra. Ma apprezzerei alcune risposte riguardanti anche la questione della conversione, sia in astratto matematico sia come pratico per la fotografia. E non mi dispiacerebbe di più perché e come.

La risposta di Stan è eccellente per spiegare la misurazione dal punto di vista pratico. Sembra anche che tu stia chiedendo quali siano le specifiche, in particolare per quanto riguarda gli steradiani e la conversione da Lux a EV. Utilizzando gli articoli di Wikipedia che hai collegato e alcuni link secondari da lì, credo di poter spiegare alcune cose e lasciare il resto all'estrapolazione.

Prima di tutto, steradiani . Termine strano e concetto strano, tuttavia una volta capito cosa sia realmente, le cose iniziano a dare più senso. Per fare un passo indietro, parliamo prima dei radianti . Un radiante è una misura angolare, che semplicemente significa:

Un radiante è un arco che è uguale in lunghezza al raggio di un cerchio.

Un radiante viene misurato sul piano bidimensionale. Uno steradiano è simile a un radiante, misurato solo in tre dimensioni. La definizione di uno steradiano è la seguente:

Uno steradiano è una patch circolare sulla superficie di una sfera la cui area è uguale al quadrato del raggio della sfera.

Una steradiana è una strana "proiezione" di un angolo di 2D sotteso in uno spazio tridimensionale, o quello che viene chiamato angolo solido . L'intersezione dell'angolo 2D con la superficie della sfera interseca una toppa circolare (che è essa stessa divisa in due dall'arco radiante). Un altro termine per esso è radiante quadrato . L'angolo solido che rappresenta uno steradiano viene calcolato come:

θ = A/r^2

Che, in modo intrigante, è semplicemente r ² / r ² , o ha le unità m ² * m ^-2 , che rende una specifica steradiana, come il radiante, una specifica senza unità che descrive un'area fissa sulla superficie di una sfera rispetto al raggio della sfera .

Per completare la definizione di uno steradiano in relazione a una sfera:

L'angolo solido di un'intera sfera equivale a 4π sr.

Si potrebbe guardare in un altro modo:

La superficie di una sfera ha l'unità 4π sr.

Ora che la definizione di steradiano è fuori mano, possiamo arrivare a una comprensione più chiara della relazione tra un lume e una candela . Secondo l'articolo di Wikipedia collegato:

1 lm = 1 cd sr

Oppure, un lume è uguale a una candela steradiana . Una candela steradiana è il potere luminoso della luce emessa da una steradiana, che come ora sappiamo dalla discussione sopra, è l'area di una macchia circolare su una sfera uguale al quadrato del raggio di quella sfera.

Se portiamo una fonte di luce nella discussione, per rendere le cose più reali, ciò si tradurrebbe in quanto segue. Supponendo che abbiamo una lampadina con un raggio di 1,5 ", che metri a 1 lumen, potrebbe essere descritta come emissione di 1 cd da qualsiasi area sulla superficie di quella lampadina che misura 1,5" ² (area totale 2,25 ").

La lampadina completa emette in realtà un totale di 1 cd 4π sr, o un totale di 12,57 lm da tutte le angolazioni. Il misuratore di luce non misurerà 12,57 lm, poiché misura solo da un angolo rispetto alla lampadina, non tutti gli angoli rispetto alla lampadina. Se assumiamo che il nostro esposimetro sia effettivamente sensibile a circa uno steradiano, misurerà 1 lumen.

Ulteriori domande?

D: Ci si potrebbe chiedere, perché equiparare 1 lume a 1 candela steradiante, anziché solo 1 candela?

A: La risposta è la geometria . Descrivere una candela è utile per dirci una quantità di luce, ma non necessariamente la sua concentrazione o la forma e le dimensioni dell'emissione. Lo scopo di portare gli steradiani nel mix è che coinvolge una specifica forma geometrica e un'area alla sorgente luminosa che emette un lume di luce.

Diventa più importante quando hai una sorgente luminosa ad alta densità. Ad esempio, un puntatore laser a bassa potenza (milliwatt) potrebbe equivalere a 250.000 w / sr. Ora, quando si considerano le capacità di densità di un occhio a 120.000 w / s, diventa più che banale - vedi? Oh aspetta, non vedrai!

Secondo Wikipedia, un lux è la misurazione di lumen per metro quadrato. In termini unitari, poiché un lm equivale a un cd sr , quindi:

1 lux = 1 cd sr/m^2

Se ho capito bene, ciò potrebbe essere letto come 1 lux equivale alla quantità di luce ricevuta su una superficie illuminata da una sorgente luminosa con un raggio di un metro che emette 1 cd sr di potenza luminosa verso la superficie misurata.

La conversione di lux in EV è abbastanza semplice e coinvolge una costante C. Non posso dire in modo specifico come sia derivata la C, tuttavia se assumiamo che il valore "comune" di 250 sia preciso, una formula semplice per la conversione da lux a EV sarebbe:

EV = registro ₂ (E * S) / C

Dove S è il sensore ISO ed E è l'illuminamento in lux. Se supponiamo che una scena sia illuminata con 1 lux e il nostro ISO sia 100, quindi (lancetta lunga, tradotta in logaritmo in base dieci per il calcolo su un calcolatore comune):

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

Un valore di esposizione piuttosto basso, tuttavia, ci si aspetterebbe per l'illuminazione misera fornita da 1 lux. Per andare dall'altra parte e capire quanta illuminazione è necessaria per supportare un EV specifico, possiamo riorganizzare la conversione tra EV ed E (lancetta lunga):

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

Questo ci porta a una semplice formula semplice per calcolare lux da EV (quando ISO è 100):

E = 2 ^EV * 2.5

Se il nostro EV target è 1, calcoliamo lux in questo modo:

E = 2 ¹ * 2,5
E = 2 * 2,5
E = 5

Per un'esposizione di un EV, abbiamo bisogno esattamente di 5 lux di illuminazione, o 5 cd sr / m ^ 2 o 5 lm / m ^ 2.

Ulteriori domande?

D: Ci si potrebbe chiedere, perché misurare lux, che sono lm / m ^ 2, piuttosto che misurare semplicemente i lumen?

A: La risposta sarebbe unità , o più specificamente, unità di area che un essere umano può facilmente riconoscere. Una candela steradiana è utile per dirci quantità e geometria, tuttavia una steradiana è senza unità stessa. Definisce puramente la geometria, ma non specifica alcuna area specifica. Uno steradiano è uno steradiano, indipendentemente dal raggio effettivo della sfera. Una candela steradica al metro quadrato , tuttavia, porta abbastanza specificità nell'unità da poter comprendere più chiaramente esattamente quanta luce è in realtà 1 lux (che, francamente, non è affatto).

Lo spazio del problema è praticamente ancorato. La misurazione della luce incidente misura ciò che sta cadendo sul soggetto indipendentemente dalla sua riflettività caratteristica, ecc., Mentre la misurazione della luce riflessa misura ciò che viene riflesso dal soggetto, indipendentemente dalle caratteristiche della luce incidente. Il supporto di registrazione nella fotocamera, come hai sottolineato, registra ciò che viene riflesso dal (o, se una fonte di luce è inclusa nell'immagine, da cosa viene trasmessa) dal soggetto. Indipendentemente dal tipo di misurazione utilizzato, l'oggetto del gioco è registrare la luce proveniente dal soggetto in modo appropriato per l'immagine.

È facile immaginare cosa stia succedendo con un misuratore di luce riflessa, che si tratti del misuratore incorporato o di un dispositivo portatile separato o di un misuratore medio. La misurazione della luce incidente è solo un po 'più difficile da immaginare.

La maggior parte della misurazione della luce incidente viene eseguita con un inverter a cupola . In sostanza, hai un diffusore emisferico sopra l'elemento sensibile alla luce che accetta la luce da 180 gradi (90 gradi fuori dall'asse in tutte le direzioni) e trasmette il 18 percento di quella luce all'elemento sensibile alla luce. (L'elemento può di solito essere utilizzato anche come misuratore di luce riflessa, a volte richiede accessori per il misuratore.) È possibile misurare le sorgenti luminose separatamente, ombreggiando la cupola da singole fonti o accendendo e spegnendo selettivamente le fonti (come con illuminazione da studio) per determinare i rapporti di illuminazione (la differenza di illuminazione tra le aree che saranno luci e ombre sul soggetto).

Mentre il metodo di lavoro è diverso, quello che stai realizzando è quasi identico a posizionare una carta grigia nella posizione del soggetto, inclinata per essere tangente al soggetto e parlare una lettura del contatore di quella carta grigia. Non ti dice nulla sull'argomento, ma può essere una buona cosa. Se la misurazione dipende dal soggetto, è necessario sapere qual è la riflettività del soggetto (o, nella terminologia del sistema di zona, dove posizionare il soggetto sulla scala di esposizione). Senza quel po 'di conoscenza, non sarai in grado di dire la verità sull'argomento usando solo la lettura del contatore - potresti essere in grado di catturare perfettamente l'intera gamma di tonalità, ma ciò può significare, diciamo, gravemente sotto o sovraesporre l'unica cosa che stavi davvero cercando di catturare.

Ecco perché esiste una tale divisione tra misurazione dell'incidente e della luce riflessa. Vedrai la misurazione della luce incidente utilizzata più spesso in studio, ma spesso anche nella ritrattistica della posizione o nel lavoro su moda / prodotto. Di solito c'è qualcosa nell'immagine che deve essere assolutamente botto, e che è meglio ottenere lasciandolo del tutto fuori dall'equazione durante la misurazione, quindi lasciando che la sua reale riflessione e le caratteristiche del colore cadano dove possono sul sensore. Il resto della scena è atmosferico: puoi giocare con loro a tuo piacimento e finché il soggetto è correttamente illuminato ed esposto, l'immagine sarà quella che vuoi che sia.

Lavorando in ambienti meno controllati, specialmente quando si riprendono cose come i paesaggi, in genere si vuole ottenere tutto (per così dire) senza preoccuparsi troppo della "verità". In questi casi, la "verità" è più soggettiva e stai cercando di raccogliere i dati che supportano la tua versione della verità. Ciò può significare rendere quel cittadino dolorosamente luminoso evidenziare un cittadino della Zona VII o forzare l'inoscurità del nero in un mezzitoni appena appena scuro per preservare il dettaglio che è importante per te. Ma devi sapere dove vanno le cose nella tua versione del mondo. Oppure puoi lasciare che gli algoritmi di riconoscimento della scena della videocamera ti determinino.

In entrambi i casi, tuttavia, il contatore è solo il punto di partenza. Ti porta nel campo da baseball, quindi la tua esperienza e visione ti permetteranno di adattare la realtà oggettiva per soddisfare le tue esigenze soggettive.