F値と露出時間は完全にキャンセルされますか？

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白と黒の要素が含まれるシーンを撮影しています。f / 22絞りから始めて、絞りを1絞り広げ、露光時間を2分の1に減らし、写真を撮り、レンズのすべてのf絞りについてこれを続けます。私の期待は、露出時間を半分にするとアパーチャの拡大が補正されるため、rawカウントは白い領域または黒い領域内で同じままになるはずです。しかし、白い領域を選択し、各画像のピクセルRawカウントを平均すると、画像間にばらつきがあります（rawカウントの標準偏差は、平均の〜5％です）。黒い領域を選択して平均化した場合も同じです。私は故意に他のもの（照明、カメラの位置）を変更していません。カメラは科学的なCMOSです。この変動の原因は何ですか：ノイズ、またはより体系的な何か？

exposure  aperture 
— KAE
ソース
2
レンズとは？また、科学的な目的のために設計されていますか？もしそうなら、公差をリストしたデータシートが付属していますか、それともメーカーから入手できますか？
— mattdm
4
芸術的/ドキュメンタリー写真に使用されるカメラには、「完璧」なものは何もありません。他の技術的なデバイスと同様に、考慮すべき許容値は常にあります。典型的なカメラでは、歴史的にその許容差は約1/3ストップでしたが、最近では1/6ストップに落ち着いたようです。カメラからの科学的な品質測定が必要な場合は、消費者グレードのカメラではなく、研究室グレードの機器を検討する必要があります（このコンテキストでは、トップの「プロ」モデルも消費者グレードです）。しかし、数百または数千ドルの代わりに数万ドルを支払う準備をしてください。
— マイケルC
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— Michael C
2
@mattdm産業用レンズです。公差情報については、mfrにお問い合わせください。
— KAE
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これを本当に気にかけている場合（伝送間隔の調整）、おそらく望んでいるのはFストップではなくTストップで調整されたシネマティックレンズです。Fストップは、純粋に焦点距離に対する開口径の測定値です。Tストップは、50％の光透過レベルの尺度です。前者は被写界深度をより正確に測定し、後者は露出を測定します。
— J ...

回答:

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これは通常の動作です。

  1. 開口部の欠陥。通常、技術プロセスにはさまざまなバリエーションがあり、それらによって穴のサイズが正確にならないことがあります。50mmレンズf4では、12.5mmの開口部が必要ですが、12.4mmまたは12.6mmの可能性があります
  2. シャッター速度の欠陥。シャッターも機械的なユニットであり、温度、ブレードや内部のその他の要素の精度など、いくつかの要因に基づいて、速度は1/100秒ではなく、1/110秒または1/90秒になります。
  3. センサー自体についても同様です（電子的な観点から）

最終的には、2枚の連続した写真でも、露出が異なる（わずかに）ことがあります。

そして、照明源の変動を追加します...

— ロミオ・ニノフ
ソース
だから「ノイズ」であり、体系的なものではない。それは理にかなっている。
— KAE
@KAE、あなたはノイズそれに名前を付けることができます:)非常に多くの変数がありますので、最後にそれがランダムである
— ロミオNinov
6
Funfact：一部のカメラは、実際に測定された絞りとシャッタースピードをメタデータに保存します。そして、私はいくつかの本当に興味深い値を見ました。しかし、これらの値の一部は少し奇妙であり、スケーリング係数が欠落している可能性があることも認めています。
— 堀津
4
また、f / 22はf / 4よりも多くの拡散環境光もブロックするため、コントラストが高くなることも付け加えます。開口部が小さいほど、暗くなります。
— CamilB
1
@CamiBこれは非常に重要な要素だと思います。太陽からの遮蔽がある場合とない場合（写真にはありません！）額縁の外側にある通常の環境照明オブジェクトでも、同じ効果がわずかに存在します。開口部を小さくすると散乱光が大幅に減少するため、画像全体が暗くなります。
— ピーター-モニカを
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理論的には、はい—ストップは交換可能です。実際には、完全な精度まで完全にキャンセルされるわけではありません。

rawカウントの標準偏差は、平均の〜5％です

写真的には、これは基本的には何もありません。人間の知覚よりもはるかに低く、違いが顕著であっても、一般的に期待されるワークフローでは各画像を個別に処理する必要があるため、写真家は現場またはポストプロダクションで補正できます。

写真撮影用のカメラは測定デバイスではありません。それらをそのまま使用することは、失望の準備をすることです。デバイスをより正確にすることは、はるかに高価であり、ターゲット市場に利益をもたらしません。科学目的のために作られたカメラを持っている場合でも、これらの特定の許容値は関連する関心領域内にない場合があります。

タイムラプスや別の一連の写真のような完璧さを求めている場合、変動を均一化するための後処理が最善の策です。

— mattdm
ソース
1
変動を均一化することをお勧めします-多分多くのフレームを取り、ピクセル値を平均します。
— KAE
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理想的には、ソフトウェアで露出を分析し、平均露出を測定してから、各ターゲットをそのターゲットに合うように調整します。ただし、数学は非常に高速になります（「明るさ」をどのように定義しますか、明るさをガンマ補正された色空間ではなく線形色空間に変換する方法を知っていますか）。ランダムであり、体系的ではありません。または、f / 8イメージをf / 5.6とf / 11の平均として計算することもできます。これは一種の「ランニン平均」です。
— ニコニー
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短い答えはイエスです...彼らはキャンセルします。しかし、いくつかのニュアンスがあります。

円の直径が2の平方根（約1.4）に等しい係数で増加（または減少）するたびに、その円の面積は正確に2倍になります（または減少すると半分になります）。fストップ数はすべて2の平方根のべき乗に基づいています（例：f / 1 =√2^ 0; f / 1.4 =√2^ 1; f / 2 =√2^ 2; f / 2.8 =√ 2 ^ 3;など）

シャッター露出はより直感的です。1/500秒は明らかに1/250秒などの半分の長さです。

ニュアンス：

カメラは少し丸めます。たとえば、100mmレンズを使用している場合、おそらく正確には 100mmではありません（ただし、それほど遠くないはずです）。焦点を合わせると、レンズは少し焦点を合わせて呼吸します（レンズの焦点距離が指定の焦点距離の5％のままである場合）。 ..しかし、一部のレンズではかなり強い焦点呼吸の問題があります（例：30％）。

Fストップはそのままでは厳密に正確ではありません。しかし、それらは「十分に近い」ので、エラーのマージンが目に見える形で露出に影響を与えることはありません。

他にも問題があります。重度の停止（f / 22など）で撮影すると、すべての光はレンズ軸の中心近くの非常に小さな領域から発せられ、センサー全体に均等に分散されます。ワイドオープンで撮影すると、光は幅広い角度から入ります。センサーの中心近くの領域は、さまざまな角度から光を収集できますが、エッジまたはコーナー近くのセンサーの領域は、特定のスポットに到達するために光がレンズを通過できる経路の数により制限されます。これにより、ケラレが発生します。そのため、「同等の露出」を使用して2枚の写真を撮ることができます（シャッター時間を停止するために絞りを停止する）。

— ティム・キャンベル
ソース
これは良い答えですが、焦点呼吸の数値はどこから得ていますか？
— ヘアリードレスデン
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@Hairy Dresdon、さまざまなレンズのレビューだけ。しかし、これらはあなた自身でもできるテストです。たとえば、ファインダーを通して（またはライブビューでも）視界中に全範囲をフォーカスし、視野の変化を観察します。計算機（このようなもの：tawbaware.com/maxlyons/calc.htm）を使用して、（本来あるべきものに対して）真の焦点距離を計算することもできます。「ヘビーブリーザー」であるという評判のあるレンズがいくつかあります。
— ティムキャンベル
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AF-S Nikkor 70-200mm f / 2.8G VR IIは、200mmにズームしてMFDに焦点を合わせたときに約140mmに「呼吸」することで有名です。ニコンは、最新のAF-Sニッコール70-200mm f / 2.8E FL VR（約2,900ドルの価格！）でこれを修正しました。
— マイケルC
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体系的な問題に関して：開口部を開くと焦点深度が低下し、焦点が合っていないシーン部分の境界がぼやけることを考慮していますか？また、小さなアパーチャでは、回折のためにいくらかぼやける場合があります。

メカニカルシャッターを使用している場合、実際には、シャッターカーテンの少なくとも1つの近くでかなりの露光時間が費やされると、結果として生じる短いシャッター時間から大きな開口で回折を得ることができます。

— user82603
ソース
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あなたが言及した焦点の変化による不鮮明さを避けるために、シーンの境界線から離れたすべて黒または白の領域内でrawカウントを十分にチェックします。
— KAE
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