Como os filtros ND graduados realmente funcionam?

Minha pergunta decorre do fato de que a superfície do filtro está completamente desfocada.

Meu entendimento é que a luz de qualquer ponto do objeto atinge a lente por todo o lado ... alguns passando pela parte mais escura e outros passando pela parte mais clara do filtro. Supondo que o assunto esteja focado, toda essa luz volta para um único ponto no sensor.

Parece-me lógico que cada ponto do sensor receba uma quantidade igual de luz que passou por cada uma das metades (por uma questão de simplicidade) do filtro graduado ... e, portanto, deduzi que logicamente o filtro receberá não funciona de maneira diferente de um filtro ND uniforme.

Obviamente, eu estou errado, como é evidente por muitas fotos bem-sucedidas do pôr do sol. As lentes não usam toda a luz que atinge o elemento frontal? Se não, para onde vai tudo isso?

filters optics graduated-filters

— Johan
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Eu estava pensando exatamente a mesma coisa sobre as lentes no outro dia e começou a confundir-me: D

— Dreamager

Respostas:

Sua intuição é essencialmente correta, mas há alguns pontos importantes.

Quando a lente é parada, apenas a direção da luz no centro do elemento frontal aparece na imagem, de modo que todo o elemento frontal não é usado para todos os pontos de luz que atingem o sensor (embora tudo seja usado para algum ponto de luz).
Mesmo quando a abertura estiver totalmente aberta e a luz estiver passando por todo o elemento frontal de cada pixel, o filtro estará a uma distância pequena, mas significativa, na frente da lente.

Hora de alguns diagramas desenhados à mão. No primeiro caso, é fácil ver que, se o filtro for colocado em qualquer lugar, exceto no nível morto da íris, ele bloqueará a luz vinda da parte superior da cena, mas não da parte inferior:

http://www.mattgrum.com/photo_se/pinhole.jpg

Agora considere o segundo caso. A lente está totalmente aberta e, exceto os efeitos da vinheta, cada ponto de luz de um objeto em foco se espalha, atingindo todo o elemento frontal antes de ser focalizado em um ponto. Isso sugere que a luz da parte superior e inferior do objeto passa pela mesma quantidade de filtro ND, o que significa que não há efeito graduado. No entanto, o filtro não será montado nivelado com o elemento frontal:

http://www.mattgrum.com/photo_se/wideopen.jpg

Quando estiver ligeiramente à frente, haverá um ângulo em que a luz apenas sai sob o filtro ao sair da parte inferior da cena, enquanto a luz do topo é parcialmente filtrada, levando a uma diferença no brilho entre a parte superior e a inferior.

No entanto, se a lente for muito rápida e o filtro estiver montado bem próximo à lente, o ND graduado realmente não funcionará, conforme sugerido pela sua pergunta. Para provar isso, colei um cartão preto sobre uma lente de 50mm f / 1.4 para que fique logo acima do centro, cobrindo quase metade do elemento frontal:

http://mattgrum.com/photo_se/f1_4.jpg

Está bem aberto, apontando para o céu (distância de foco 3m). Há uma leve vinheta visível no topo, mas nem de longe o efeito que você esperaria do que é essencialmente um filtro graduado que vai abruptamente de 0 a 100% de filtragem! Aqui está a mesma foto em f / 11:

http://mattgrum.com/photo_se/f11.jpg

— Matt Grum
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Impressionante. Eu estava começando a temer que a magia estivesse envolvida (de novo).

— 21413 Johan Johan

Isso significa que a distância entre a lente e o filtro é importante?

— 11113 Johan Johan

@ John até certo ponto, sim, a distância é importante, especialmente com lentes rápidas bem abertas. No entanto, na prática, os ND graduados são usados com a lente parada e, portanto, a distância tem um efeito muito menor na quantidade de graduação e pode ser ignorada.

— Matt Grum 12/03

Nem todo pixel usa luz de todas as luzes que chegam à lente.

Sua suposição de que toda luz vai para um único ponto está correta somente se você pegar um único ponto do seu objeto. Se você tirar outro ponto adjacente do assunto, esse ponto será projetado próximo ao ponto anterior. No final, você tem um plano de foco (projeção), não apenas um único ponto.

Em outras palavras, o pixel central da sua imagem usará principalmente a luz proveniente do centro de uma lente, enquanto os pixels da borda usarão a luz das bordas da lente. Dessa forma, parte da imagem coberta pelo grad-ND ficará mais escura.

— Evaldas Dzimanavicius
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Eu sei que todos os pontos do assunto se concentram em um ponto diferente no plano da imagem. Isso não responde à minha pergunta.

— Johan

@ John - ele responde à pergunta embora. Se você pensar assim, a maior parte da luz que compõe o centro virá do centro, a maioria da luz que compõe um pixel próximo à borda virá perto da borda. Sim, o filtro ND afeta alguns pixels, mas tem um efeito maior em que uma porcentagem maior da luz que compõe esse pixel passou por ele. Pensando nisso de outra maneira, onde você vê seu dedo se o segurar na frente da parte superior da lente?

— AJ Henderson

@AJHenderson não é bem assim que as lentes funcionam - se você tem uma lente com muito pouco vinheta aberta, cada pixel da imagem recebe luz que passou por todo o elemento frontal.

— quer

@mattgrum Certo, mas a maioria da luz não vem do local na posição relativa? Isso afeta todo o cenário, mas não com a mesma influência. Estou esquecendo de algo?

— AJ Henderson

@AJHenderson quando a lente está totalmente aberta e um objeto está em foco, cada pixel recebe uma conta igual de luz de cada parte antiga do elemento frontal, não importa onde o pixel esteja no sensor. Pense no que acontece quando um ponto de luz está fora de foco, você obtém um círculo de luz no sensor e esse círculo é de brilho uniforme.

— Matt Grum