相同的相机设置会导致不同传感器尺寸的曝光相同吗?


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假设我有一个微型4/3相机和全画幅相机,在f / 2.8时都设置为1/60,并在相同照明下拍摄相同场景的照片。尽管传感器尺寸不同,但两个摄像机的曝光量是否相同?

我要问的原因是因为micro-4 / 3和全画幅传感器之间的景深不同。我发现,为了使用全画幅相机在与Micro-4 / 3rd相机相同的景深下拍摄某些场景的照片,我必须增加光圈,这反过来又迫使我向上转动ISO。


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您有很好的答案,但我想指出您可能会发现有趣的事情。即使您可以使用相同的曝光量获得两张照片,但由于动态范围不同,它们看起来可能也不相同。您现在可以拥有一台具有9档DR的摄像机,而另一台具有14档DR的摄像机。通过将9或14档DR压缩到固定DR(例如LCD显示屏或印刷品)的介质中,您看到的色调将不会相同。
伊泰

Answers:


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是。曝光基于照射到传感器(或胶片)上任何给定点的光量,而不是整个区域的总光量。(射到角落的光线对射到中心或其他任何地方的光线都没有任何影响。)或者换句话说,全画幅传感器记录了更多的整体光线,但是对于相同的曝光,它与更多的传感器区域一样多的光。

这样想:如果您拍摄一幅全帧图像并从中间切出一个小矩形,则那里的曝光(忽略渐晕和光衰减)与整个物体的曝光相同。

现在,不进行裁剪,而是想象用一个较小的传感器代替全画幅传感器。相同曝光,只记录较少的图像。

当然,裁切后的图像的整体光线确实较少。秘诀是放大时会“作弊”。即使“拉伸”每个区域记录的实际光子数,我们也保持亮度不变。也就是说,如果在传感器上,一个正方形中收集的2亿个光子代表中等灰度,那么如果我们打印以使正方形为10“×10”,我们就不会分散亮度,而是使其变得更加暗淡-而是保持亮度,所以它是相同的灰色。

另外,是的,您必须提高ISO(或快门速度)才能以较小的光圈获得相同的最终图像亮度,从而在较大的传感器上获得较高的景深。但是,假设技术大致相同,则较大的传感器应在较高的ISO处产生与较小的传感器在较低的感光度下相同的噪声。


为了让下面的长长的注释线程让步,我将添加:如果您实际上是比较现实世界中的两种相机组合,则由于某些原因,实际的曝光可能会有所不同。其中之一是给定镜头在某个光圈值下的实际透射率-镜头元件本身并不完美,会阻挡一些光线。每个镜头都有所不同。其次,镜头制造商在指定光圈时会四舍五入到最接近的光圈,并且可能不够精确。第三,ISO的精度因制造商而异-一台相机上的ISO 800可能与另一台相机上的ISO 640曝光相同。所有这些因素都应该(甚至累计)小于停止。最重要的是,这些因素都与传感器尺寸无关,并且与传感器尺寸无关,这就是为什么我将它们排除在原始答案之外。


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等等...似乎还有其他变量要考虑,对吧?我会说,除非两台相机使用完全相同的镜头,否则它们的曝光不一定是“相同”。我的逻辑有缺陷吗?
周杰伦·兰斯摄影

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只要镜头之间的f数相同,并且忽略制造商的公差和实际的透射系数等因素,它就会完全相同。在相同的快门速度和ISO感光度下,iPhone上的f / 2.8与4×5格式相机上的f / 2.8具有相同的曝光。即使后者的表面积超过800倍。:)
mattdm

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但这是个人的事情,而不是格式问题。可能是微型4 / 3rds镜头在比较亮的一侧出现了误差。为了回答这个问题,假设所有母牛都是球形的
。...– mattdm

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:)但是,问题又来了,传感器格式是否有所不同,有用的答案是没有。
mattdm 2011年

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我是系统管理员,所以我是实际工作人员,而不是理论家。:)但我在这里不同意你的看法。具有标准化止挡的全部目的是可以与特定设备无关地比较曝光。您可以购买一个照度计,告诉您在给定的快门速度和ISO情况下,将光圈设置为f / X。该值对于任何格式都是正确的,这一点很重要!各个设备可能与标准不同的事实也是有用的实践知识,但是仅仅举手示意“一切都不同,您就无法分辨!”并没有帮助。
mattdm 2011年

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假设我有一个微型4/3相机和全画幅相机,在f / 2.8时都设置为1/60,并在相同照明下拍摄相同场景的照片。尽管传感器尺寸不同,但两个摄像机的曝光量是否相同?

是的-如果是同一镜头或两个镜头都具有相同的透射率,并假设您说“相同的曝光”,则使用的是相同的ISO等级(以消除传感器效率的差异)。

注意事项:

  • 相同的ISO并不意味着相同的噪音水平。

    在相同ISO级别下运行的不同传感器将捕获不同数量的光,但会将它们转换为相同的曝光量。但是,即使曝光相同,分辨噪点中细节的能力也会有所不同。ISO评级系统旨在消除传感器效率的差异,因此您可以将任何大小或效率的传感器设置为ISO200,并获得相同的曝光度。为此,对于同一场景,在ISO200下工作的全帧传感器比在ISO200上的4/3传感器要收集更多的光,并且它只是在内部应用不同的增益量以将场景转换为相同的场景。亮度值。

    从曝光角度看,所有的东西在最终结果上都是相同的,除了整个帧的噪点更低,因为它从更多的光信息开始。请注意,相同尺寸的传感器之间的效率也会有所不同。因此,尽管这是主要因素,但并不仅仅与传感器尺寸有关。简而言之,FF中的ISO 800与4/3中的ISO 800 具有相同的曝光度,但是由于它们的传感器效率不同,因此它们将获得不同的噪声和动态范围。

  • 相同的光圈值并不一定意味着相同的镜头透射率。

    确定有多少光通过镜头的常见方法是光圈。然而,该措施基于孔的直径,但是没有考虑透镜元件的透射特性(即,透镜中的玻璃吸收了多少光)。所有镜头玻璃都会吸收一些光。具有多层镀膜的现代镜片吸收的光线要少得多,而且简单的现代镜片可以透射超过99%的光并不少见。

    如果没有滤光片,现代多层镀膜镜片的透射损失影响非常小,几乎可以忽略不计,这仅是一项学术实践,几乎没有实用价值。不能忽略的情况可能包括在电影院拍摄,即使连拍可能使用非常不同的镜头,多次连续拍摄也应具有相同的曝光。这就是发明t挡的原因。它们就像f挡,因为它们考虑了所有玻璃的透射特性。


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要添加所有这些t档讨论,没有内在的理由,那就是全画幅镜头相对于f档,其t档要比等效的三分之四(或其他)微型镜头高或低。从字面上看,这是与传感器尺寸完全不同的因素。
mattdm 2011年

是。未指定是否使用相同的镜头。实际上,只有在您还使用不同的镜头时才有意义。它与传感器尺寸无关。
thomasrutter

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注意:以下答案最初是为回答另一个问题而写的,尽管这个问题非常相似,但特别涉及在弱光条件下拍摄时传感器尺寸之间的差异。

与APS-C传感器相比,1英寸传感器在相同的光圈和ISO设置下会提供相同的曝光吗?


曝光是光场密度的度量。意思是表示每单位面积捕获多少光。

如果您具有相同的ISO,f值和快门时间,则您将获得相同的曝光度。由于不同相机在实际ISO,快门时间和光圈方面的不准确性以及光通过各种镜头时损失的光量的变化,因此可能会有细微的差异。但是为了创意摄影的目的,大约1/6至1/3光圈内的任何东西都被认为足够接近

使用较小的传感器时,尤其是在非常弱的光线条件下拍摄时,所损失的是收集全部光线。当光的场密度相同时,落在每平方毫米上的光量是相同的,但是面积为四倍大的传感器在四倍于面积的区域中会收集到四倍的光子。假设由于焦距镜头不同,两个摄像机的视角相同,则每个mm²的亮度将相同,但是较大的传感器会产生较大的图像。当我们将图像从传感器上的尺寸放大到希望显示的尺寸时,这非常重要。

如果将两个传感器的图像放大到相同的显示尺寸,则较大传感器的图像比较小传感器的图像需要较少的放大。将图像放大到一定尺寸后,它们会投影到传感器上,一切都会变大:投影到传感器上并记录下来的光所产生的图像,相机产生的噪点,光的随机性所产生的噪点,模糊运动和聚焦/ DOF问题,以及由于镜头引起的任何光学缺陷。

因此,最后,较大的传感器可以为您提供较小的放大能力,以达到相同的显示尺寸,这意味着照片中的所有瑕疵都不会像较小的传感器那样放大。

但是,在某些情况下,有些技术可以同时改善越来越大的传感器的性能。例如,以较低的ISO拍摄较长时间的曝光会减少光子散粒噪声的影响。当然,这可能需要三角架或其他稳定相机的方法。使用暗框减法可以减少相机产生的恒定读取噪声的影响。堆叠同一场景的多个图像将减少每帧中的随机噪声。几乎可以肯定,堆叠需要三脚架。但是,使用较小的传感器所做的任何改进也可以使用较大的传感器进行。因此,较大的传感器将始终保持其聚光优势 当两者都基于相同的技术时。


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快门速度是容易理解的曝光成分。将快门速度减半,您将获得一半的光照射到传感器上。小型传感器上的1/50的光每平方米产生的光量与大型传感器上的相同。大传感器仅捕获较大的区域。

视野光圈是曝光的有趣组成部分。这就是为什么光圈是焦距的相对大小。如果不是这样,每次我们更改它时,我们的口袋里都会需要计算器。

假设您的光圈直径为5mm(面积为78.5mm²),并且视野增加了两倍(30º至60º)。现在,这使照射到相同区域的光量增加了四倍(pi.R²),这意味着您的ISO需要降低四倍,或者快门速度降低四倍。

现在,如果您保持物理光圈大小与视场成正比(由焦距和传感器大小确定),则您将取消视场分量。这是f-stop起作用的地方。现在最重要的是比率。例如,当光圈为焦距大小的1 / 2.8时,无论焦距如何,在给定的快门速度下相同量的光都会照射到传感器上。

这意味着光圈在广角处逐渐变小(缩小),在较小的视场中变大(放大)。

小型和大型传感器如何工作?在大型传感器上,相同的视场(光锥)受镜头光圈的限制是相同的,但它会扩展以覆盖传感器上更大的区域。

另一方面,ISO是标准。它确定在任何给定的快门速度和光圈下的标准曝光。

编辑以澄清

大传感器之所以能够产生较少的噪点曝光,是因为每个像素的面积都更大(有时明显更大)。这意味着与撞击每个像素的噪声相比,信号(光)的强度更大。可以将其视为一桶水,底部装有相同量的烟灰。与2L桶相比,5L桶的水比烟灰要多,从而增加了该桶的实用性。

这是信噪比(SNR)。在傻瓜相机上,信噪比要小得多。出于所有目的和目的将ISO加倍会使SNR减半。由于数码单镜反光相机上的这些大型摄影棚,尽管有相同数量的光照射到传感器芯片上,但ISO可以大大提高,并且仍比单点拍摄少噪点。

ew 那令人困惑。


这是一个很好的答案,但我认为这是对另一个问题的答案-这个问题是关于传感器的尺寸,而不是焦距,这是一个完全独立的问题。
mattdm 2011年

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实际上,当我重新阅读时,最后相关的部分是完全错误的。P&S传感器获得的光量与全帧传感器的等效面积相同,因此放大倍数完全相同。较小的传感器会产生较大的噪声,因为1)在更小的区域中包装了更多的电子产品,以及2)要打印相同大小的打印件,则必须放大更大的尺寸(尽管在处理文件时,人们通常不这么认为) -不是因为他们的曝光率降低了。
mattdm 2011年

那是真实的。我会澄清这一点。
Nick Bedford

@Nick Bedford-在您的编辑部分中,“ ...击中每个像素更大”应该更小。在“ ...噪声与信号的比率要小得多”中应该更大。在较大的像素尺寸(较大的传感器,相同的分辨率)中,SNR较高。
2011年

感谢那!不敢相信我说错了话。
尼克·贝德福德
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