Jaka jest różnica między luminancją a luminancją?

Im więcej o tym czytam, tym bardziej się mylę. Iluminacja , jak rozumiem, mierzona w luksach , to postrzegana jasność światła na powierzchni. To jest to, co można zmierzyć za pomocą czujnika światła padającego. Luminancja jest zatem ilością odbijanego światła, które można dostrzec patrząc na tę powierzchnię. Właśnie to mierzy światłomierz w kamerze. Czy mam jak dotąd rację?

W obu przypadkach słowo „postrzegane” jest ważne, ponieważ skale są ważone za pomocą funkcji jasności w celu mapowania długości fal do określonych czułości ludzkiego oka . Jednak w przypadku natężenia oświetlenia rzeczywiste postrzeganie występuje tylko wtedy, gdy twoje oko jest przypadkową powierzchnią.

Potrafię to po prostu zrozumieć, ale potem natrafiam na wykresy z napisem „rodzinny salon: 50 luksów”. Poczekaj! Czy to naprawdę oznacza, że typowe światła w domu są tak jasne, czy jest to po prostu pomylić i źle, czy jestem I mylone i źle?

Jeśli nie robisz zdjęć bezpośrednio źródłom światła, dlaczego odczyt światłomierza padającego miałby być przydatny w fotografii? Odbite światło zarejestrowane na filmie lub czujniku jest zwykle tym, co robi zdjęcie. Więc jeśli mam światłomierz padający, w jaki sposób odczyt ten ma znaczący związek z ustawieniami mojego aparatu?

Od światła padającego metrów są sprzedawane i używane, oznacza to, że musi być jakiś użyteczny konwersji. Ale to tutaj wybucha mój mózg. Google mówi mi, że 1 lumen równa się 1 kandeli, a zatem 1 lumen / m² (tj. 1 luks) musi być równy 1 kandeli / m2 (tj. 1 nit). Ale najwyraźniej czegoś w tym brakuje. Istnieje coś takiego jak „steradian”. Zaangażowane są szyszki. Nigdy wcześniej o tym nie słyszałem; jak to pasuje? Widzę, jak można to ustalić przy obliczaniu przydatności oświetlenia domowego LED, ale na zdjęciu jestem zagubiony.

Pewna część mojego (eksplodującego, z ostatniego akapitu) mózgu próbuje powiązać to z różnicą między pomiarami błysku z TTL a miernikiem incydentów. Ale jak działa miernik incydentów, nie znając właściwości odbicia obiektów na scenie? Czy o to właśnie chodzi w „C” w światłomierzu padającym lux → standard EV ? Czy to tylko średnia wartość, która prawdopodobnie zadziała, czy może jest coś więcej? A jeśli to tylko średnia, jaka wiedza jest niezbędna do zrekompensowania scen nietypowych? (Podobnie jak w przypadku stałej K i 18% szarości z pomiarem refleksyjnym , gdzie fotograf po prostu ocenia, czy scena powinna być jaśniejsza czy ciemniejsza niż średnia podana przez miernik).

Więc tak, tyle zamieszania. W skrócie:

• Co za różnica?
• Czy można znacząco wymieniać między nimi?
• Kiedy i jak pomiary natężenia oświetlenia / światła padającego są przydatne w fotografii?

Aktualizacja: Doceniam odpowiedź Stana, która obejmuje trzeci punkt, kiedy i jak całkiem dobrze. I myślę, że w zasadzie mam pierwszy punkt, jak opisano powyżej. Ale doceniłbym również niektóre odpowiedzi dotyczące kwestii konwersji, zarówno w streszczeniu matematycznym, jak i jako praktyczne dla fotografii. I nie miałbym nic więcej uwagi na to, dlaczego i jak.

Odpowiedź Stana jest doskonała w wyjaśnianiu pomiaru z praktycznego punktu widzenia. Wydaje się również, że pytasz o specyfikę, szczególnie w przypadku steradianów i konwersji z Lux na EV. Korzystając z artykułów w Wikipedii, które podłączyłeś, oraz kilku podrzędnych linków stamtąd, wierzę, że mogę wyjaśnić kilka rzeczy, a resztę pozostawić ekstrapolacji.

Po pierwsze, steradyjczycy . Dziwny termin i dziwna koncepcja, jednak gdy zrozumiesz, co to naprawdę jest, sprawy nabierają sensu. Aby cofnąć się o krok, najpierw porozmawiajmy o radianach . Radian jest miarą kątową, co po prostu oznacza:

Jeden radian jest łukiem o długości równej promieniu koła.

Radian jest mierzony w płaszczyźnie dwuwymiarowej. Steradian jest podobny do radianu, mierzony tylko w trzech wymiarach. Definicja steradian jest następująca:

Jeden steradian to okrągła łata na powierzchni kuli, której powierzchnia jest równa kwadratowi promienia kuli.

Steradian to dziwna „projekcja” kąta 2D w trójwymiarową przestrzeń lub tak zwany kąt bryłowy . Przecięcie kąta 2D z powierzchnią kuli przecina kołową łatę (która sama jest podzielona przez łuk radianowy.) Innym terminem na nią jest kwadrat radian . Kąt bryłowy reprezentujący jeden steradian jest obliczany jako:

θ = A/r^2

Który, co intrygujące, jest po prostu r ² / r ² lub ma jednostki m ² * m ^-2 , co sprawia, że ​​steradian, podobnie jak radian, jest jednostkową specyfikacją opisującą stały obszar na powierzchni kuli względem jej promienia .

Aby uzupełnić definicję steradianu w odniesieniu do kuli:

Kąt bryłowy całej kuli jest równy 4π sr.

Można spojrzeć na to z innej strony:

Pole powierzchni kuli ma jednostkę 4π sr.

Teraz, gdy definicja steradianu nie jest już znana, możemy lepiej zrozumieć stosunek światła do kandeli . Według powiązanego artykułu w Wikipedii:

1 lm = 1 cd sr

Lub jedno światło jest równe jednej Candela steradian . Candela steradian to moc świetlna światła emitowanego ze steradianu, która, jak wiemy z powyższej dyskusji, jest obszarem okrągłej plamy na kuli równej kwadratowi promienia tej kuli.

Jeśli do dyskusji włączymy źródło światła, aby uczynić rzeczy bardziej realistycznymi, przełożyłoby się to na następujące. Zakładając, że mamy żarówkę o promieniu 1,5 ", która mierzy 1 lumen, można by ją opisać jako emitującą 1 cd z dowolnego obszaru na powierzchni tej żarówki o powierzchni 1,5" ² (powierzchnia całkowita 2,25 ").

Pełna żarówka faktycznie emituje łącznie 1 cd 4π sr, czyli łącznie 12,57 lm ze wszystkich kątów. Światłomierz nie mierzy jednak 12,57 lm, ponieważ mierzy tylko pod jednym kątem do żarówki, a nie pod każdym kątem do żarówki. Jeśli założymy, że nasz światłomierz jest efektywnie wrażliwy na mniej więcej jeden steradian, wówczas zmierzy 1 lumen.

Dalsze pytania?

P: Ktoś może zapytać, dlaczego zrównuje 1 lumen z 1 candela steradian, a nie tylko 1 candela?

Odp .: Odpowiedzią jest geometria . Opisanie kandeli jest przydatne w określaniu ilości światła, ale niekoniecznie jego koncentracji lub kształtu i wielkości emisji. Celem wprowadzenia steradianów do mieszanki jest to, że wymaga ona określonego kształtu geometrycznego i obszaru do źródła światła emitującego strumień światła.

Staje się to ważniejsze, gdy masz źródło światła o wysokiej gęstości. Na przykład wskaźnik laserowy o niskiej mocy (miliwatach) może być równy 250 000 w / sr. Teraz, gdy weźmie się pod uwagę możliwości gęstości, powiedzmy oko przy 120 000 w / sr, staje się to więcej niż trywialne - rozumiesz? Och, czekaj, nie zobaczysz!

Według wikipedii jeden luks to pomiar lumenów na metr kwadratowy. W ujęciu jednostkowym, ponieważ jeden lm jest równy jednemu cd sr , to:

1 lux = 1 cd sr/m^2

Jeśli dobrze rozumiem, można to odczytać jako 1 luks, co odpowiada ilości światła otrzymanego na powierzchnię oświetloną przez źródło światła o promieniu jednego metra, które emituje 1 cd sr mocy świetlnej w kierunku mierzonej powierzchni.

Konwersja luksów na EV jest dość prosta i obejmuje stałą C. Nie mogę powiedzieć dokładnie, w jaki sposób wyprowadza się C, jednak jeśli założymy, że „wspólna” wartość 250 jest dokładna, prosty wzór na konwersję z luksów do EV byłoby:

EV = log ₂ (E * S) / C

Gdzie S to czujnik ISO, a E to natężenie oświetlenia w luksach. Jeśli założymy, że scena jest oświetlona 1 luksem, a nasze ISO wynosi 100, to (długa ręka, przetłumaczona na dziesiętny logarytm do obliczeń na wspólnym kalkulatorze):

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

Dość niska wartość ekspozycji, jednak można by się tego spodziewać przy słabym oświetleniu zapewnianym przez 1 luks. Aby przejść w drugą stronę i dowiedzieć się, ile oświetlenia potrzebujesz do obsługi określonego EV, możemy zmienić kolejność konwersji między EV i E (długa ręka):

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

To prowadzi nas do ładnej prostej formuły do ​​obliczenia luksów na podstawie EV (gdy ISO wynosi 100):

E = 2 ^EV * 2,5

Jeśli naszym docelowym EV jest 1, to obliczamy lux w taki sposób:

E = 2 ¹ * 2,5
E = 2 * 2,5
E = 5

Do ekspozycji jednej EV potrzebujemy dokładnie 5 luksów oświetlenia lub 5 cd sr / m ^ 2 lub 5 lm / m ^ 2.

Dalsze pytania?

P: Można zapytać, dlaczego mierzyć luks, którym są lm / m ^ 2, zamiast po prostu mierzyć lumeny?

Odp .: Odpowiedzią byłyby jednostki , a dokładniej jednostki powierzchni, które człowiek może łatwo rozpoznać. Candela steradian jest przydatny w określaniu ilości i geometrii, jednak steradian sam w sobie jest jednostkowy. Definiuje wyłącznie geometrię, ale nie określa żadnego konkretnego obszaru. Steradian to steradian, niezależnie od faktycznego promienia kuli. Kandela steradian za metr kwadratowy , jednak przynosi wystarczająco specyfiki jednostki, że możemy lepiej zrozumieć dokładnie, jak dużo światła 1 lux faktycznie jest (co, szczerze mówiąc, nie jest to dużo w ogóle).

Masz problem z przestrzenią. Pomiar światła padającego mierzy to, co pada na obiekt, niezależnie od jego charakterystycznego współczynnika odbicia itp., Natomiast pomiar światła odbijanego mierzy to, co odbija się od obiektu, niezależnie od cech światła padającego. Jak zauważyłeś, nośnik zapisu w aparacie rejestruje to, co odbija się od (lub, jeśli źródło światła jest zawarte w obrazie, to, co przekazuje) obiekt. Bez względu na to, jaki rodzaj pomiaru jest używany, celem gry jest rejestrowanie światła padającego z obiektu odpowiednio do obrazu.

Łatwo jest wyobrazić sobie, co się dzieje z miernikiem światła odbitego, niezależnie od tego, czy jest to miernik w aparacie, czy oddzielny ręczny punktowy miernik, czy miernik średni. Pomiar światła padającego jest nieco trudniejszy do wyobrażenia.

Większość pomiaru światła padającego odbywa się za pomocą invercone typu kopułkowego . Zasadniczo masz półkulisty dyfuzor nad elementem światłoczułym, który przyjmuje światło z 180 stopni (90 stopni od osi we wszystkich kierunkach) i przesyła 18 procent tego światła do elementu światłoczułego. (Element może być zwykle używany również jako miernik światła odbitego, czasem wymagający akcesoriów do miernika.) Możesz mierzyć źródła światła osobno, albo cieniując kopułę z poszczególnych źródeł, albo poprzez selektywne włączanie i wyłączanie źródeł (jak z oświetleniem studyjnym), aby określić współczynniki oświetlenia (różnica w oświetleniu między obszarami, które będą rozjaśnione i zacienione na obiekcie).

Chociaż metoda pracy jest inna, to, co osiągasz, jest prawie identyczne z umieszczeniem szarej karty w pozycji przedmiotu, ustawionej pod kątem, aby być styczną do obiektu, i mówieniem odczytem tej szarej karty z licznika punktowego. Nic nie mówi na ten temat - ale to może być dobra rzecz. Jeśli Twoje pomiary zależą od obiektu, musisz wiedzieć, co to jest współczynnik odbicia (lub, zgodnie z terminologią Zone System, gdzie umieścić obiekt na skali ekspozycji). Bez tej odrobiny wiedzy nie będziesz w stanie powiedzieć prawdy na ten temat, używając jedynie odczytu licznika - możesz być w stanie doskonale uchwycić cały zakres tonów, ale może to oznaczać, na przykład, poważne niedopasowanie lub prześwietlanie jednej rzeczy, którą naprawdę próbujesz uchwycić.

Właśnie dlatego istnieje taki podział na pomiar światła incydentalnego i odbitego. Zobaczysz pomiar światła padającego najczęściej używany w studiu, ale często także w portretach lokalizacyjnych lub pracach związanych z modą / produktem. Zwykle na obrazie jest coś, co musi być absolutnie włączone, i najlepiej to osiągnąć, pozostawiając go całkowicie poza równaniem podczas pomiaru, a następnie pozwalając, aby jego rzeczywisty współczynnik odbicia i charakterystyka koloru spadły tam, gdzie mogą one wystąpić na czujniku. Reszta sceny to klimat - możesz bawić się nią według własnego uznania, a dopóki obiekt jest odpowiednio oświetlony i naświetlony, zdjęcie będzie takie, jakie chcesz.

Pracując w mniej kontrolowanym otoczeniu, szczególnie podczas fotografowania takich rzeczy jak krajobrazy, ogólnie chcesz to wszystko (że tak powiem), nie martwiąc się zbytnio o „prawdę”. W takich przypadkach „prawda” jest bardziej subiektywna i chcesz zgromadzić dane, które potwierdzą twoją wersję prawdy. Może to oznaczać zrobienie tego boleśnie jasnego podświetlenia mieszkańcem Strefy VII lub wtłoczenie atramentowej czerni w ledwo ciemny dolny półton, aby zachować ważne dla Ciebie szczegóły. Ale musisz wiedzieć, co się dzieje w twojej wersji świata. Możesz też pozwolić, aby algorytmy rozpoznawania sceny w aparacie dokonały tego za ciebie.

W obu przypadkach miernik jest tylko punktem wyjścia. Wciągnie Cię do boiska, a twoje doświadczenie i wizja pozwolą ci dostosować obiektywną rzeczywistość do swoich subiektywnych wymagań.