Poiché la velocità della luce è così elevata, perché conta anche la velocità dell'otturatore?

Quando si apre l'otturatore di una fotocamera, se la luce raggiunge istantaneamente il sensore (velocità della luce = 300.000 km / s), perché la velocità dell'otturatore modifica la nitidezza / i dettagli dell'immagine? Perché le immagini diventano più scure con velocità dell'otturatore più elevate e più luminose con velocità dell'otturatore più basse?

I nostri occhi sono sempre aperti (quando siamo svegli), ma le immagini non sono "sovraesposte".

(Penso che questa potrebbe essere più una domanda di fisica che una foto)

perché la velocità dell'otturatore modifica la nitidezza / i dettagli dell'immagine? Perché le immagini diventano più scure con velocità dell'otturatore più elevate e più luminose con velocità dell'otturatore più basse?

Queste cose accadono perché il sensore di luce nella fotocamera non misura istantaneamente l'intensità della luce, ma piuttosto misura tutta la luce ricevuta durante l'intera esposizione. Si potrebbe dire che il sensore accumula o somma la luce ^* per la durata dell'esposizione. La luce è formata da fotoni discreti, e più a lungo il sensore è esposto, maggiore è il tempo necessario affinché i fotoni colpiscano il sensore.

Se vuoi un modello mentale per il funzionamento di un sensore, immagina di mettere un secchio fuori quando piove. Se l'intensità della pioggia rimane costante, lasciare il secchio lì il doppio del tempo comporterà il doppio dell'acqua che finisce nel secchio, giusto? Oppure, se l'intensità della pioggia raddoppia, ti aspetteresti che il secchio si riempia due volte più velocemente. Quel secchio è come un fotosite (cioè un pixel) su un sensore digitale e le gocce di pioggia sono come fotoni. L'intero sensore è come una matrice di diversi milioni di quei secchi, ognuno dei quali misura gocce di pioggia / fotoni in un punto particolare.

Pertanto, velocità dell'otturatore più elevate significano esposizioni più brevi, il che significa meno tempo per il movimento degli oggetti nell'inquadratura o della fotocamera stessa. Il motion blur si verifica quando un oggetto nella cornice si sposta rispetto alla telecamera, in modo tale che la luce proveniente da un determinato punto sull'oggetto sia registrata in più di un punto sul sensore. Più breve è l'esposizione, minore è il movimento e più nitida è l'immagine finale.

Allo stesso modo, esposizioni più lunghe consentono più tempo per l'accumulo di luce sul sensore; ciascun photosite raccoglierà più fotoni e misurerà un valore maggiore. Quei valori più grandi, presi insieme, creano un'immagine più luminosa. Proprio come con la pioggia, anche la misurazione di ciascun fotosinteso è influenzata dall'intensità: una luce più intensa fa aumentare più rapidamente il valore misurato in ciascun punto. Quindi, se vuoi un'immagine più luminosa, hai due opzioni: aumentare l'intensità della luce o utilizzare un'esposizione più lunga. Ecco perché l'apertura e la velocità dell'otturatore hanno una relazione inversa: l'apertura controlla l'intensità della luce che raggiunge il sensore. Se si desidera utilizzare una velocità dell'otturatore più breve senza influire sul livello di esposizione della foto, è possibile aumentare l'apertura per far entrare più luce; se si desidera utilizzare una velocità dell'otturatore più lunga,

^* Per essere veramente chiari a riguardo, ciò che fa davvero il sensore è accumulare l' effetto della luce. Quando un fotone colpisce un fotosite su un sensore digitale, crea una piccola carica elettrica; più fotoni, maggiore è la carica. Dopo la chiusura dell'otturatore, la fotocamera misura la carica memorizzata in ciascun photosite. Il film funziona allo stesso modo, tranne per il fatto che la luce provoca una reazione chimica che aumenta con più luce.

No, è una domanda di fotografia, va bene. Ma suppongo che per "chiarezza" intendi "nitidezza", altrimenti la domanda non ha senso.

Se il tuo oggetto è a 30 m di distanza, la luce proveniente da esso raggiungerà il sensore in 100 ns (miliardesimi di secondo). Sono diversi ordini di grandezza più veloci della velocità dell'otturatore, possiamo effettivamente ignorare i 100 ns e dire che la luce arriva istantaneamente.

Supponiamo di avere una velocità dell'otturatore media, diciamo 1/60 di secondo. Ciò significa che dal momento in cui l'otturatore apre la luce dall'oggetto raggiunge il sensore, e continuerà a farlo fino a quando l'otturatore si chiude 17 ms più tardi. Ora 17 ms non sono molti, ma con un movimento molto veloce, come un treno ad alta velocità o una macchina da corsa che passa, la scena potrebbe cambiare in quel momento. A 300 km / ha il treno si sposterà di 1,4 m in 1/60 di secondo. Se la proiezione del fronte del treno si trova al 1000 ° pixel da sinistra quando l'otturatore si apre, potrebbe essersi spostato al 1200 ° pixel da sinistra quando l'otturatore si chiude e otterrai una striscia di 200 pixel per tutte le posizioni del treno in fra.

Questo è ciò che si chiama motion blur. A volte vuoi che il motion blur dia allo spettatore la percezione della velocità del treno, e quindi utilizzerai tempi di posa più lenti. Se si sposta la fotocamera insieme all'oggetto mentre si scatta la foto, si ottiene anche la sfocatura da movimento, ma di un tipo diverso: il treno sarà nitido, ma lo sfondo mostrerà la sfocatura da movimento.

Puoi immaginare la luce come un'onda elettromagnetica, ma per questa domanda userò il suo secondo "stato" come un insieme (enorme) di particelle - i fotoni.

Perché le immagini diventano più scure con velocità dell'otturatore più elevate e più luminose con velocità dell'otturatore più basse?

In un determinato periodo di tempo una certa quantità di fotoni passa attraverso l'obiettivo ed eccita parti del chip a semiconduttore (pixel).
Il livello di eccitazione è proporzionale al conteggio dei fotoni incidenti ed è rappresentato dalla luminosità del pixel visualizzato. Se si raddoppia la velocità dell'otturatore, anche il tempo di esposizione si dimezza e la luminosità viene dimezzata. Se si dimezza la velocità dell'otturatore, si raddoppia il tempo di esposizione e si raddoppia la luminosità risultante.

Perché la velocità dell'otturatore modifica la nitidezza / i dettagli dell'immagine?

Durante il tempo ogni pixel raccoglie i fotoni colpendoli. La fotocamera e la scena non sono in perfetta posizione fissa. Le mani del fotografo si scuotono leggermente e l'oggetto nella scena potrebbe spostarsi. Questo fa sì che la luce raccolta nel chip sia sfocata (movimento). Il significato del mosso è proporzionale al tempo di esposizione e inverso proporzionale alla velocità dell'otturatore.
Per velocità dell'otturatore più elevate si ottengono immagini più scure; per compensare questo effetto devi aprire l'apertura e / o aumentare la sensibilità (ISO).

• Apertura: l'apertura aperta provoca aberrazioni più forti e una maggiore profondità di messa a fuoco.
• ISO: una maggiore sensibilità produce immagini più luminose. Ma i tempi di posa più brevi attivati ​​da una maggiore sensibilità comportano anche un rapporto segnale-rumore più basso che di solito porta a un rumore più elevato.

I nostri occhi sono sempre aperti (quando siamo svegli), ma le immagini non sono "sovraesposte".

I nostri occhi hanno un'impostazione automatica dell'apertura (diaframma) e il nostro cervello fornisce una correzione ISO automatica. Ecco perché i nostri occhi possono essere ingannati :)
Guarda l'occhio del tuo amico quando c'è una giornata di sole, vedrai iris e piccoli punti neri. Quando lo guardi nella notte oscura vedrai un piccolo anello di iris e un grande cerchio nero. L'iride regola automaticamente la quantità di luce che raggiunge la retina.
L'iride ha anche i suoi limiti. Se durante la notte qualcuno ti scoppia di lampi, sei cieco per un po ': l'iride spalancata non potrebbe chiudersi abbastanza velocemente da adattarsi al rapido cambio di luce e la tua retina era sovraesposta. Quindi ci è voluto del tempo prima che l'iride si aprisse di nuovo.

I segnali che il cervello riceve dalla retina sono anche accomodati nella sua sensibilità alla luce incidente e alla scena. Prova a sciare con gli occhiali color ambra per l'intera giornata. Dopo aver rimosso gli occhiali, una cosa blu ti sembrerà verde.
Ospita anche localmente. Qui puoi vedere un punto verde tra quelli rosa. O non puoi? Un altro trucco: fissa l'immagine inversa a lungo e poi guarda il muro bianco. Vedrai l'immagine originale.
Occhio e cervello riducono automaticamente la loro sensibilità in base all'esposizione e c'è un certo ritardo tra il cambiamento di luce e il cambiamento di sensibilità.

L'obiettivo della fotocamera è progettato per proiettare un'immagine del mondo esterno sulla superficie di un chip di imaging all'interno e sul retro della fotocamera. Tuttavia, una porta meccanica chiamata otturatore impedisce ai raggi di luce di imaging di giocare sul chip di imaging. Per scattare una foto, l'otturatore viene brevemente aperto e quindi chiuso. Questo atto consente all'immagine che forma i raggi di luce di entrare in contatto con il chip di imaging.

Sulla superficie del chip di imaging ci sono milioni di siti fotografici. Ciascuno riceve energia luminosa durante l'esposizione e questa energia è proporzionale in intensità e colore alla vista reale. Mentre i raggi di luce giocano su questi siti viene indotta una carica elettrica. La quantità di carica corrisponde alle intensità luminose della vista.

Tuttavia, i costi sono molto deboli e richiedono software nella fotocamera per amplificarli a un livello utilizzabile. Il software copre anche ogni addebito a un valore numerico (digitale). Il risultato è un'immagine composta da un sistema di "pittura per numero".

Poiché la luminosità della scena è variabile, la durata dell'esposizione è regolabile. Se la vista è scarsamente illuminata, il tempo di esposizione verrà aumentato per compensare. Viceversa, se la scena è illuminata, il tempo di esposizione sarà ridotto. Il motivo principale per cui la velocità dell'otturatore viene regolata nella sua durata è consentire al tempo di accumulare e diventare gestibile la carica in ciascun sito fotografico.

La velocità della luce è così incredibilmente veloce e la distanza, la vista dalla fotocamera e il sensore distanza dall'immagine all'immagine sono discutibili.

Riguarda la durata della fonte di luce, non la velocità della luce. Se parlo una frase potrebbero volerci 15 secondi per dirlo. La parola viaggia alle tue orecchie alla velocità del suono. se dico la frase più velocemente ogni parola arriva alle tue orecchie alla stessa velocità ma la "nitidezza" o la chiarezza delle parole cambia mentre accelero o rallento.

La velocità effettiva alla quale viaggia la luce è irrilevante. Il fatto che sia non istantaneo è molto importante. Anche se la luce viaggia molto velocemente, la luce del soggetto o della scena non colpisce il sensore o il film nello stesso istante. La luce raggiunge la fotocamera dal soggetto in un flusso di energia che si diffonde per un periodo di tempo. Per il momento in cui l'otturatore è aperto, questo flusso di luce viene registrato in una fotografia. Se la scena cambia nel corso dell'esposizione, cambia anche la forma del flusso di luce che raggiunge la telecamera durante l'esposizione.

In fisica c'è spesso una frase usata per descrivere il modo in cui la luce dimostra simultaneamente proprietà sia dell'energia delle onde che dell'energia delle particelle: la dualità della luce . Ai fini della fotografia normalmente trattiamo la luce come un flusso di fotoni che fluisce dalla scena al sensore (o pellicola). Quando colpiscono il sensore, si trasformano in elettroni in ogni pixel che colpisce un fotone. Mentre colpiscono il film, la loro energia si traduce in reazioni chimiche ai granuli di sostanze chimiche nell'emulsione del film.

Perché la velocità dell'otturatore modifica la nitidezza / i dettagli dell'immagine?

Il tempo di posa determina per quanto tempo il flusso di fotoni dalla scena può colpire il sensore. Se le cose cambiano posizione nella scena durante la durata dell'esposizione, la luce della parte della scena che si è spostata si sposterà sulla superficie del sensore e cadrà su pixel diversi. Se la videocamera stessa è la fonte del movimento, l'intera scena si sposterà e ciascun punto della scena cadrà su pixel diversi sul sensore. Qualunque sia la fonte del movimento, il risultato è sfocato poiché la luce da un singolo punto della scena viene diffusa su più pixel. Più a lungo l'otturatore viene tenuto aperto, maggiore è la sfocatura per lo stesso ritmo di movimento.

Sul rovescio della medaglia, più l'otturatore viene tenuto aperto, più luce viene catturata nella foto. Più luce viene catturata dal sensore, maggiore è la proporzione di elettroni raccolti dal sensore dalla luce della scena (che chiamiamo questo segnale ) sarà agli elettroni prodotti dall'elettronica della telecamera che vengono anche registrati insieme a la corrente dai pixel del sensore. Questi elettroni vaganti sono ciò che chiamiamo rumore. Il rumore di lettura è prodotto dall'elettronica della fotocamera. Il rumore fotografico (scatto) è prodotto dalla natura casuale della luce a causa della dualità della luce. Quelle particelle di fotoni viaggiano lungo un percorso a forma di onda definito dalla lunghezza d'onda di ogni bit di luce. Più segnale (luce) abbiamo in proporzione al rumore, più dettagli saremo in grado di produrre nella nostra fotografia. Questo è chiamato rapporto segnale-rumore .

Pertanto, un tempo di posa più breve riduce al minimo l'effetto del movimento, ma può portare a una perdita di dettagli a causa di uno scarso rapporto segnale-rumore. Un tempo di posa più lungo aumenta il rapporto segnale-rumore ma può causare una perdita di dettagli a causa del mosso.

Perché le immagini diventano più scure con velocità dell'otturatore più elevate e più luminose con velocità dell'otturatore più basse?

Poiché più a lungo l'otturatore viene tenuto aperto, più luce viene catturata nella fotografia. È la stessa cosa di aprire e chiudere un rubinetto mentre si tiene una tazza sotto il rubinetto. Più a lungo viene tenuto aperto il rubinetto, più acqua verrà raccolta nella tazza. Più a lungo l'otturatore viene tenuto aperto, più particelle di luce (fotoni) verranno raccolte dal sensore (o pellicola).

I nostri occhi sono sempre aperti (quando siamo svegli), ma le immagini non sono "sovraesposte".

Ancora una volta, la luce colpisce i nostri occhi in un flusso continuo, non in un singolo istante. Tutta la luce raccolta dalle nostre retine nel corso di un giorno o di un anno o della nostra intera vita non viene trasmessa al nostro cervello in un solo istante! Il segnale elettrochimico dai nostri occhi al nostro cervello cambia continuamente mentre cambia la scena davanti ai nostri occhi.

(Nota: il seguito è stato scritto prima che la domanda sopra fosse significativamente modificata nella sua forma attuale)

La luce è energia elettromagnetica. Pertanto, ci sono due componenti che devono essere misurati in relazione a una fotografia: intensità di campo e durata nel tempo. L'intensità del campo misura la potenza della luce su un'area specifica. La durata temporale misura per quanto tempo viene mantenuta tale intensità di campo.

È uguale a qualsiasi altra forma di energia. Se si dovesse applicare una forza costante contro un corpo, il corpo accelererebbe. Più a lungo viene applicata quella forza, più a lungo il corpo accelera e più veloce si muoverà rispetto al suo stato iniziale.

Un pezzo di pellicola fotografica raccoglie informazioni sull'energia che cade su di esso sotto forma di luce. Più a lungo l'otturatore viene lasciato aperto, più informazioni vengono raccolte. Se un otturatore viene lasciato aperto il doppio del tempo, raccoglierà il doppio delle informazioni da quella luce assumendo che la forza della luce sia costante.

Il problema in fotografia è che la luce spesso non è costante. Mentre le cose al mondo davanti alla telecamera spostano l'intensità di campo della luce su un particolare punto del film o i cambiamenti del sensore. Finché l'otturatore è aperto, continua a raccogliere informazioni sulla luce che cade su ogni punto della pellicola o del sensore. Se qualcosa nella vista della telecamera sta spostando, verranno registrate le informazioni su tutte le posizioni attraversate durante il tempo di apertura dell'otturatore. Invece di essere registrato nello stesso punto della pellicola o del sensore, l'immagine del soggetto in movimento verrà diffusa attraverso l'area su cui si muove. Ciò si tradurrà in sfocatura. Anche se non si muove nulla davanti alla telecamera, accadrà la stessa cosa.

In realtà non si tratta della velocità della luce, è la quantità di luce che conta

È anche la stessa ragione per cui diventa più scuro al tramonto; la velocità della luce non è realmente rilevante in questo caso

Bene, non è diverso in fotografia !!

In una scena molto buia, il numero di fotoni potrebbe essere così inferiore che i pixel potrebbero a malapena raccogliere qualsiasi fotone anche a esposizioni più lunghe

Ci sono troppe cose da dire se desideri dettagli, devi conoscere le lenti, vedi questo:

https://www.youtube.com/watch?v=1YIvvXxsR5Y

Per rispondere alla tua domanda, la maggiore velocità dell'otturatore evita la sbavatura dei pixel sul sensore, garantendo maggiori dettagli e chiarezza. Non è la velocità della luce, ma il congelamento dei movimenti che la causa.