Estou fotografando uma cena com elementos brancos e pretos. Começando no f / 22, amplio a abertura um ponto e diminuo o tempo de exposição em um fator de 2, fotografo e continuo fazendo isso para todos os f-stops na lente. Minha expectativa é que as contagens brutas permaneçam iguais dentro de uma região branca ou preta, já que reduzir pela metade o tempo de exposição compensa o aumento da abertura . Mas quando eu seleciono uma região branca e calcula a média de suas contagens brutas de pixels para cada imagem, há variabilidade entre as imagens(o desvio padrão das contagens brutas é de ~ 5% da média). A mesma coisa se eu selecionar e calcular a média de uma região preta. Não estou mudando conscientemente mais nada (iluminação, posição da câmera) e a câmera é um CMOS científico. O que poderia estar causando essa variação: ruído ou algo mais sistemático?
O f-stop e o tempo de exposição são perfeitamente cancelados?
Respostas:
Esse é um comportamento normal, causado por:
- Imperfeições de abertura. Geralmente, existem variações do processo tecnológico que fazem com que o tamanho exato do furo não seja exato. Na lente f4 de 50 mm, você deve ter uma abertura de 12,5 mm, mas pode ser de 12,4 ou 12,6 mm
- Imperfeições na velocidade do obturador. O obturador também é uma unidade mecânica e, com base em alguns fatores como temperatura, quão precisas são as lâminas e outros elementos internos, a velocidade não será de 1 / 100s, mas poderá ser de 1 / 110s ou 1 / 90s.
- O mesmo vale para o próprio sensor (do ponto de vista eletrônico)
No final, até duas fotos consecutivas podem ter uma exposição diferente (ligeiramente).
E adicione flutuação da sua fonte de iluminação ...
Em teoria, sim - as paradas são intercambiáveis. Na prática, eles não cancelam perfeitamente para completar a precisão.
o desvio padrão das contagens brutas é de ~ 5% da média
Em termos fotográficos, isso não é basicamente nada . Está muito abaixo da percepção humana e, mesmo quando a diferença é notável, o fluxo de trabalho geralmente esperado envolve o trabalho com cada imagem individualmente, para que o fotógrafo possa compensar no campo ou na pós-produção.
Câmeras destinadas à fotografia não são dispositivos de medição; usá-los como tal está se preparando para o desapontamento. Tornar os dispositivos muito mais precisos seria muito mais caro e não proporcionaria benefícios para o mercado-alvo. Mesmo se você tiver uma câmera feita para fins científicos, essas tolerâncias específicas podem não estar na área relevante.
Se você está tentando obter perfeição em algo como um lapso de tempo ou outra série de fotos, o pós-processamento para equilibrar as flutuações é a melhor opção.
A resposta curta é sim ... eles cancelam. Mas existem algumas nuances.
Cada vez que o diâmetro de um círculo aumenta (ou diminui) por um fator igual à raiz quadrada de 2 (aproximadamente 1,4), a área desse círculo é exatamente duplicada (ou reduzida pela metade, se diminuída). Os números f-stop são todos baseados em potências da raiz quadrada de 2 (por exemplo, f / 1 = √2 ^ 0; f / 1,4 = √2 ^ 1; f / 2 = √2 ^ 2; f / 2,8 = √ 2 ^ 3; etc.)
As exposições do obturador são mais intuitivas. 1/500 de segundo é obviamente metade do tempo que 1/50 de segundo, etc.
As nuances:
As câmeras fazem um pouco de arredondamento. Por exemplo, se você tem uma lente de 100 mm, provavelmente não é exatamente 100 mm (mas provavelmente não está muito distante) e, ao refocar, a lente pode respirar um pouco mais (para uma boa lente que fique com 5% da distância focal indicada. .. mas algumas lentes têm problemas de respiração focada bastante fortes ... por exemplo, 30% Quando isso acontece, significa que o f-stop não é estritamente preciso.
As paradas de emergência não são estritamente precisas. Mas eles são "suficientemente próximos" para que a margem de erro não afete a exposição de maneira perceptível.
Existem outros problemas. Quando você fotografa com muita força parada (por exemplo, f / 22), toda a luz vem de uma área muito pequena perto do centro do eixo da lente e é distribuída pelo sensor de maneira mais uniforme. Quando você fotografa em campo aberto, a luz vem de uma ampla variedade de ângulos. As áreas do sensor perto do centro podem coletar luz de vários ângulos, mas as áreas do sensor próximas a uma borda ou canto são mais limitadas no número de caminhos que a luz pode percorrer através da lente para alcançar esse ponto específico. Isso resulta em vinhetas. Portanto, embora você possa tirar duas fotos usando "exposições equivalentes" (trocar uma parada de abertura por uma parada de duração do obturador), as alterações nos padrões de vinheta podem fazer com que os pixels tenham uma quantidade diferente de luz coletada, dependendo do pixel que você escolher inspecionar.
Eu acho que não foi mencionado: com o aumento do tempo de exposição, aumenta o ruído térmico do Dark Shot. Você pode ler mais aqui , por exemplo
Com relação aos problemas sistemáticos: você está levando em consideração que, ao abrir a abertura, a profundidade do foco diminui e, portanto, as bordas das partes da cena fora de foco desfocam? Além disso, com pequenas aberturas, você pode obter um pouco de desfoque devido à difração.
Se você possui um obturador mecânico, pode obter difração com grandes aberturas devido aos curtos tempos de obturação resultantes, quando uma quantidade significativa do tempo de exposição é gasta perto de pelo menos uma das cortinas do obturador se movendo.