В чем разница между яркостью и освещенностью?

Чем больше я читаю об этом, тем больше смущаюсь. Освещенность , как я понимаю, измеряется в люксах , это воспринимаемая яркость света на поверхности. Это то, что вы бы измерили с датчиком падающего света. Таким образом , яркость - это количество отраженного света, которое вы бы увидели, глядя на эту поверхность. Это то, что измеряет светомер в камере. Я правильно до сих пор?

В обоих случаях слово «воспринимается» является важным, потому что весы взвешиваются с использованием функции яркости, чтобы отобразить длины волн для конкретной чувствительности человеческого глаза . Тем не менее, в случае освещенности, есть только фактическое восприятие, если ваш глаз оказывается рассматриваемой поверхностью.

Я могу это понять, но потом я сталкиваюсь с диаграммами, в которых говорится, что «семейная гостиная: 50 люкс». Сейчас подожди! Означает ли это, что типичные огни в доме такие яркие, или они просто сбиты с толку и ошибочны, или я сбит с толку и ошибаюсь?

Если вы не фотографируете источники света напрямую, почему показания измерителя падающего света будут полезны в фотографии? Отраженный свет, записанный на пленке или датчиком, обычно делает фотографию. Итак, если у меня есть измеритель падающего света, какое отношение это показание имеет к настройкам моей камеры?

Поскольку падающий свет метры будут продаваться и использоваться, то это означает , что должно быть каким - то полезное преобразование. Но здесь мой мозг взрывается. Google говорит мне, что 1 люмен равен 1 канделе, поэтому 1 люмен / м² (т.е. 1 люкс) должен равняться 1 канделе / ​​м2 (т.е. 1 нит). Но явно чего-то не хватает в этом. Там что-то называется "стерадиан". Конусы участвуют. Я никогда не слышал об этом раньше; как это вписывается? Я могу видеть, как это может быть определено при расчете полезности светодиодного домашнего освещения, но для фотографии я в растерянности.

Какая-то часть моего (взорванного, из последнего абзаца) мозга пытается связать это с разницей между измерением вспышки с TTL и измерителем инцидента. Но как может работать измеритель инцидентов, не зная свойств отражения объектов в сцене? Это то, что означает "C" в стандарте люкс-метра падающего света люкс → EV ? Это просто среднее значение, которое, вероятно, будет работать, или это нечто большее? И если это просто среднее значение, какие знания необходимы для компенсации сцен со средними показателями? (Как и в случае с константой K и 18% серого с отражающим замером , когда фотограф просто оценивает, должна ли сцена быть сделана ярче или темнее, чем среднее значение, заданное измерителем.)

Так что да, так много путаницы. Короче говоря:

• Какая разница?
• Можно ли однозначно конвертировать между двумя?
• Когда и как измерения освещенности / падающего света полезны для фотографии?

Обновление: я ценю ответ Стэна, который охватывает третий момент, когда и насколько хорошо. И я думаю, что я в основном понял первый пункт, как описано выше. Но я был бы признателен за некоторые ответы, касающиеся проблемы конверсии, как в математической аннотации, так и в практической для фотографии. И я не возражаю больше, почему и как.

Ответ Стэна превосходен в объяснении измерений с практической точки зрения. Вы также, кажется, спрашиваете, в чем специфика, особенно в отношении стерадиан и перехода из Lux в EV. Используя статьи из Википедии, которые вы связали, и несколько дочерних ссылок оттуда, я думаю, что смогу объяснить несколько вещей, а остальное оставлю до экстраполяции.

Прежде всего, стерадианы . Странный термин и странная концепция, однако, как только вы поймете, что это на самом деле, вещи станут более понятными. Чтобы сделать шаг назад, давайте сначала поговорим о радианах . Радиан - это угловая мера, что означает следующее:

Один радиан - это дуга, длина которой равна радиусу круга.

Радиан измеряется в двумерной плоскости. Steradian похож на радиан, измеряется только в трех измерениях. Определение стерадиана следующее:

Один стерадиан представляет собой круглое пятно на поверхности сферы, площадь которого равна квадрату радиуса сферы.

Стерадиан - это нечетная «проекция» двухмерного угла в трехмерное пространство или то, что называется телесным углом . Пересечение двумерного угла с поверхностью сферы пересекает круглое пятно (которое само делится пополам радиальной дугой). Другим термином для этого является квадрат радиан . Телесный угол, представляющий один стерадиан, вычисляется как:

θ = A/r^2

Что интригующе, это просто r ² / r ² , или имеет единицы измерения m ² * m ^-2 , что делает стерадиан, как и радиан, единичной спецификацией, описывающей фиксированную область на поверхности сферы относительно радиуса сферы ,

Чтобы завершить определение стерадиана относительно сферы:

Телесный угол всей сферы эквивалентен 4π ср.

Можно посмотреть на это по-другому:

Площадь поверхности сферы имеет единицу 4π ср.

Теперь, когда определение стерадиана отсутствует, мы можем прийти к более ясному пониманию отношения просвета к канделе . Согласно связанной статье в википедии:

1 лм = 1 кд ср

Или один просвет равен одному канделу стерадиану . Кандела-стерадиан - это сила света, излучаемая стерадианом, который, как мы теперь знаем из вышеприведенного обсуждения, представляет собой площадь круглого пятна на сфере, равную квадрату радиуса этой сферы.

Если мы привнесем источник света в обсуждение, чтобы сделать вещи более реальными, это привело бы к следующему. Предполагая , что мы имеем лампочку с 1,5" радиусом, что метры на 1 люмен, могут быть описаны как излучающие 1 CD из любой области на поверхностях этой колбы измерения 1.5" ² (2,25" общую площадь).

Полная лампочка на самом деле испускает в общей сложности 1 кд 4π ср или 12,57 лм со всех углов. Однако экспонометр не будет измерять 12,57 лм, потому что он измеряет только от одного угла до колбы, а не от всех углов до колбы. Если мы предположим, что наш экспонометр эффективно чувствителен к примерно одному стерадиану, то он будет измерять 1 люмен.

Дальнейшие вопросы?

Q: Кто-то может спросить, почему приравнивают 1 люмен к 1 канделе стерадиану, а не только к 1 канделе?

A: Ответ - это геометрия . Описание канделы полезно для того, чтобы сообщить нам количество света, но не обязательно его концентрацию или форму и размер излучения. Цель введения стерадианов в смесь состоит в том, что она включает в себя определенную геометрическую форму и площадь для источника света, излучающего свет.

Это становится более важным, когда у вас есть источник света высокой плотности. Например, лазерная указка малой мощности (милливатт) может составлять 250 000 Вт / ср. Теперь, когда вы рассматриваете возможности плотности, скажем, глаз в 120000 Вт / ср, это становится более чем тривиальным - понимаете? Ой, подождите, вы не увидите!

Согласно википедии, один люкс - это измерение люменов на квадратный метр. В единичном выражении, поскольку один lm равен одному cd sr , то:

1 lux = 1 cd sr/m^2

Если я правильно понимаю, это может быть прочитано, так как 1 люкс эквивалентен количеству света, полученного на поверхности, освещаемой источником света с радиусом один метр, который излучает 1 кд стер силы света в направлении измеряемой поверхности.

Преобразование lux в EV является довольно простым, в котором используется постоянная C. Я не могу сказать конкретно, как получается C, однако, если мы предположим, что «общее» значение 250 является точным, простая формула для преобразования из lux к EV будет:

EV = log ₂ (E * S) / C

Где S - датчик ISO, а E - освещенность в люксах. Если мы предположим, что сцена освещена 1 люкс, а наш ISO равен 100, то (длинная стрелка, переведенная в основание десять логарифм для вычисления на обычном калькуляторе):

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

Довольно низкая величина экспозиции, однако, этого можно ожидать при слабом освещении в 1 люкс. Чтобы пойти другим путем и выяснить, сколько освещения вам нужно для поддержки определенного EV, мы можем изменить преобразование между EV и E (длинная стрелка):

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

Это подводит нас к простой простой формуле для расчета люкса по EV (когда ISO равен 100):

E = 2 ^EV * 2,5

Если наша целевая EV равна 1, то мы вычисляем люкс следующим образом:

E = 2 ¹ * 2,5
E = 2 * 2,5
E = 5

Для экспозиции одного EV нам нужно ровно 5 люкс освещения, или 5 кд ср / м ^ 2, или 5 лм / м ^ 2.

Дальнейшие вопросы?

Q: Кто-то может спросить, зачем измерять люкс, который равен lm / m ^ 2, а не просто измерять люмен?

Ответ: Ответом будут единицы , или, более конкретно, единицы площади, которые человек может легко распознать. Кандела-стерадиан полезна для описания количества и геометрии, однако сам стерадиан сам по себе не имеет единиц измерения. Он чисто определяет геометрию, но не определяет какую-либо конкретную область. Стерадиан - это стерадиан, независимо от фактического радиуса сферы. Кандела стерадиан на квадратный метр , однако, приносит достаточно единичной конкретности , что мы можем более четко понимать, сколько света 1 люкс на самом деле (что, честно говоря, не так много на всех.)

У вас проблемное пространство в значительной степени привязано. Измерение падающего света измеряет то, что падает на объекте, независимо от его характеристической отражательной способности и т. Д., В то время как измерение отраженного света измеряет то, что отражается от объекта, независимо от характеристик падающего света. Носитель записи в камере, как вы указали, записывает то, что отражается от (или, если источник света включен в изображение, от которого он передается) субъекта. Независимо от того, какой тип измерения используется, цель игры состоит в том, чтобы записать свет, исходящий от объекта, соответствующим образом для изображения.

Легко представить, что происходит с помощью измерителя отраженного света, будь то встроенный в камеру измеритель, отдельное ручное пятно или средний измеритель. Измерение падающего света немного сложнее изобразить.

Большинство измерений падающего света выполняется с помощью инвертора купольного типа . По сути, у вас есть полусферический рассеиватель над светочувствительным элементом, который принимает свет от 180 градусов (90 градусов от оси во всех направлениях) и передает 18 процентов этого света на светочувствительный элемент. (Элемент обычно может также использоваться в качестве измерителя отраженного света, иногда требуя принадлежностей для измерителя.) Вы можете измерять источники света отдельно, либо путем затенения купола от отдельных источников, либо путем выборочного включения и выключения источников (как со студийным освещением) для определения коэффициентов освещения (разницы в освещенности между областями, которые будут освещены и затенены на объекте).

В то время как метод работы отличается, то, что вы делаете, почти идентично помещению серой карты в положение объекта, расположенной под углом, чтобы касаться объекта, и разговору, показывающему точечный измеритель этой серой карты. Это ничего не говорит о предмете - но это может быть хорошо. Если ваши измерения зависят от объекта, вам необходимо знать, какова отражающая способность объекта (или, в терминологии системы зон, где разместить объект на шкале экспозиции). Без этих знаний вы не сможете рассказать правду о предмете, используя только показания счетчика, - вы сможете точно уловить весь диапазон тональностей, но это может означать, скажем, серьезное недооценение или передержка одной вещи, которую вы действительно пытались запечатлеть.

Вот почему существует такой разрыв между измерением падающего и отраженного света. Вы увидите, что замеры освещенности падают чаще всего в студии, но часто и в портретной съемке, или в моде / работе с продуктом. На изображении обычно есть что-то, что нужно полностью поменять, и этого лучше всего достичь, если вообще полностью исключить его из уравнения при измерении, а затем позволить его фактическим отражающим и цветовым характеристикам упасть на сенсор. Остальная часть сцены - атмосферная атмосфера - вы можете играть с ними так, как душе угодно, и пока объект правильно освещен и выставлен, изображение будет таким, каким вы хотите его видеть.

Работая в менее контролируемой среде, особенно при съемке таких вещей, как пейзажи, вы, как правило, хотите получить все это (так сказать), не слишком заботясь о «правде». В этих случаях «истина» более субъективна, и вы стремитесь собрать данные, подтверждающие вашу версию истины. Это может означать создание этого болезненно яркого выделения гражданина зоны VII или превращение чернильной черноты в едва темный нижний полутон, чтобы сохранить детали, которые важны для вас. Но вы должны знать, что происходит в вашей версии мира. Или вы можете позволить алгоритмам распознавания сцены камеры сделать это за вас.

В любом случае, однако, счетчик является только отправной точкой. Это приведет вас к цели, тогда ваш опыт и видение позволят вам настроить объективную реальность в соответствии с вашими субъективными требованиями.