ISO、絞り、シャッタースピードの関係は？

デジタルカメラにはISOオプションがあり、そのISOは光に対するカメラの感度ですが、ISOを高く設定すると、ノイズの多い画像が得られることを知っています。また、他に2つのカメラオプション、シャッタースピードと絞りがあります。

それらの間の関係は何ですか？方程式、またはそのようなものはありますか？

たとえば、ISOを640に設定した場合、シャッタースピードと絞りをどのように設定すればよいですか？

要因

そこでの式は、コンベンションで、本当に簡単であることを設定しています。基本的に一緒に考慮する5つの要素があります。

• 開口部 —光が入る開口部のサイズ、
• シャッター持続時間（またはシャッター速度）—センサー（またはフィルム）がその光を受け取る時間
• 感度（またはISO、場合によっては「フィルム速度」）—センサーまたはフィルムが受け取った光に反応する速度
• 照明 —実際のシーンの明るさ

そして、最後に、しかし重要ではない：

• 意図された露出 —最終的なイメージをどの程度明るくまたは暗くしたいか。

これは、多くのことを取り入れるためです。そのため、自動モードからの切り替えは非常に不安になります。しかし、簡単なことから始めましょう。

露出値

写真には、露出値スケールと呼ばれる慣習があります。これは、通常、ゼロの両側にある1桁または2桁の範囲の一連の数値です。各数値は、収集される光の量が同じになる絞りとシャッタースピードの設定に対応します。つまり、同じシーンと感度で、最終結果の露出が同じになります。

これらの数値を、そのEVで通常正しいと見なされる方法で公開される典型的なシーンの観点から考えると、多くの場合便利です。たとえば、ISO 100の場合、太陽は15前後、室内は通常6前後で、四分月で照らされた風景は-6のようなものです。詳細はこちら、またはこの便利な円形チャートに要約：

交換可能なストップ

各要素には独自のスケールがありますが、スケールのすべてのフルステップを「ワンストップ」と呼びます。そして、最後に、簡単なことを行いました。—クールなことは、結果として生じる明るさの観点から、任意の要素の1つのストップを他の任意のストップに交換できることです。

なぜそうしたいのですか？2つの基本的な理由。まず、各要素には制限があります。

• レンズは、開口部を非常に大きく開くか、またはこれまでに閉じることができます。
• シャッターは可能な限り速い速度であり、多くの場合、可能な限り長い速度には制限があります（そうでない場合でも、永遠に立ったくない場合があります）。
• 感度は通常、限られた量でしか増幅できず、意味のある減少はできません。そして
• 照明を変更するのは必ずしも簡単ではありません（自然はめったに連携せず、人工照明を巧みに行うには習熟に何年もかかります）。

しかし、第2に、露出に加えて、各要素は画像に別の方法で影響を与えます。これは写真の創造的なプロセスの基本です。

• シャッター速度が長くなると動きが短くなり、短くなると動きがフリーズします。
• 開口部を小さくすると、焦点が合った状態でシーン全体が前後に移動します（「被写界深度の増加」とも呼ばれます）。
• ISOが高いほど、少ない光からより多くの信号を得ようとするため、ノイズ（デジタル）または粒子（フィルム）が多くなります。
• ここでも、照明の変更は複雑です。

要因に関係なく、1つのストップで変更すると、その要因からの光の量が2倍または半分になります。

その方程式

方程式があると言いましたが、与えませんでした。それは基本的にこれです：

aperture × shutter duration × sensitivity × light = exposure

しかし、何かを掛けることを心配する必要はありません。ストップを追加および減算する必要があるだけです。

（数学によって目がうっすらと見える場合は、この括弧を省略してください。ただし、興味がある場合は、ストップシステムが対数スケールであり、指数を追加するだけなので、乗算と同じです。しかし、もう一度、すばらしいのは、これがカメラでの作業方法に事前に組み込まれているため、やりたくない場合にこれについて再度考える必要がないことです。）

もっと詳しく

個々のスケールごとに：

• Apertureには、2の平方根に基づいた特定のスケールがあります。これは奇妙で恣意的なようですが、これは、面積を 2倍にするために必要なためです。おそらくこれを見たことがあるでしょう。f/ 1.4、f / 2、f / 2.8、f / 4、f / 5.6などです。1つのストップは、光が通過する領域を2倍または2倍にすることを意味します。参照してくださいフルストップスケールを覚えて簡単な方法は何ですか？スケール自体の詳細については、https：//photo.stackexchange.com/a/6614/1943を参照してください。
• シャッター速度は秒単位で簡単に測定されます。ワンストップとは、シャッターが開いている時間を2倍または半分にすることです。（標準のスケールは正確ではありませんが、実際には正確です。詳細については、¹⁄₁₂₅がofのちょうど半分ではないという正気な理由はありますか？を参照してください。）シャッタースピードの影響の詳細については、動きを止めるのに必要なシャッター速度は？;
• 感度は、通常100から始まり、倍加する（またはそこから減少する）スケールで測定されます。1つの停止は、増幅を2倍または半分にすることを意味します。もっとにてデジタルカメラの「ISO」とは何ですか？;
• 照明— 露出値スケールに関する以前のリファレンスを参照してください— 人工光を使用している場合、おそらく、TTL以外のフラッシュが露出に及ぼす影響をどのように計算できますか？およびhttps://photo.stackexchange.com/a/58004/1943。ニュートラルデンシティフィルターを使用して、カメラに入射する光に減算的に影響を与えることもできます。

露出自体については、正しい露出を選択する方法を参照してください。。

メータリング

どのようにしてシーンのEVが何であり、どのような値から始めるかをどのようにして知るのですか？推測したり、露出計を使用したりできます。以前はこれらを個別のデバイスとして使用することは非常に一般的でしたが、今では、すべてのカメラに非常に優れたデバイスが組み込まれています（個別のデバイスにはまだ用途がありますが、それはより高度なトピックです）。これは、カメラが使用するものです。自動モード—メーターの読み取り値を取得し、プログラムを使用して、一致する露出係数を選択します。（詳しくは、どのようにDSLRがPモードでどのアパーチャーを選択するかを理解するのですか？）

自動メーターは、絞り、シャッター、ISOの設定を提供します。これにより、中間の平均的な明るさが得られます。それ以外の場合は、「EV補正」を使用してそれを伝えることができます。「EV補正を変更すると、絞り、シャッタースピード、またはISOにどのように影響しますか？」を参照してください。詳細については。

あなたが尋ねる：「たとえば、私が640にISOを設定した場合、その後、どのように私は、シャッタースピードと絞りを設定する必要がありますか？」、そして答えは次のとおりです。メーターで確認して、EVテーブルを参照するか、より実用的には、カメラに開始点を提案させます（これを行うための手動モードのボタンがカメラにない場合は、選択された内容をメモします自動モード）。そして、あなたは準備ができています...

それを一緒に入れて

結果の画像を暗くしたり明るくしたりする場合は、開口部、シャッター時間、ISO、またはシーンの照明のいずれかを変更できます（各要素の固有の制限まで）。たとえば、今のところ同じ照明を維持します。ISO400、f / 8、シャッタースピード 1 秒の 1ストップで撮影した画像を明るくしたい場合は、 ISOを800に変更できます。、絞りをf / 5.6に、またはシャッターを¹⁄₆₀に。（あなたが変更した場合はすべての3つ作ると思い、3つのストップもちろん、変更を。）

露出を同じにしたいが係数を変更したい場合は、他の係数のいずれかを反対方向に変更できます。したがって、ISO 400、f / 8、¹⁄₁₂₀thの例では、1/4のシャッターでモーションをよりよくフリーズさせたい場合は、ISOを800に変更するか、絞りをf /に変更することで、露出を同じに保つことができます。 5.6。または、照明を1段変更して、ISOと絞りをそのままにすることもできます。

露出トライアングル

「露出の三角形」は、写真の作者であるブライアンピーターソンによって、絞り、シャッター時間、ISOで広く使われている用語です。私は2つの理由でそれが好きではありません。1つは、実際には3つよりも多くの要因があることです。2つ目は、これら3つだけを考慮しても、三角形はありません。これについての詳細は、「露出の三角形」とは何ですか？を参照してください。—ジオメトリの観点から考えたい場合に役立つと思われる代替表現を含みます。

あなたが得る総露出は4つの要因によって支配されます：

1. シーンの明るさ。

2. センサーの感度。

3. シーンライトがセンサーに投影される時間。

4. シーンからの光がセンサーにどれだけ集中しているか。

最後の3つは、カメラで制御できるトレードオフであり、まとめて「露出」と呼ばれ、写真の撮影に使用されました。スタジオのライトやフラッシュなど、シーンの明るさを制御できる場合もあります。カメラは時々フラッシュを制御しますが、この答えのために、シーンの明るさが与えられていると言い、希望の露出を得るために他の3つのアイテムを調整したいと思います。

ISO

ISO設定は、センサーの感度を制御します。センサーがフィルムだったとき、カメラに何をロードしたかでこれを決定しました。フィルムには、感度と粒子の間でさまざまなトレードオフがありました。より敏感なフィルムはより粒子が粗かった。

今日のデジタルセンサーでは、フレームごとに感度を選択できます。ただし、映画と同じように、トレードオフがあります。実際、ほとんどのセンサーには単一のネイティブ感度があり、センサーの出力はデジタル化される前に増幅されます（場合によっては実際に減衰されます）。センサー信号の増幅に関する問題は、画像信号と共に固有のノイズを増幅することです。一部のセンサーは他のセンサーよりも優れている（ノイズが少ない）ため、画像信号と比較してノイズが不快になるほど大きくなる前に、より多くの増幅を可能にします。

シャッター速度

シャッタースピードは、それがどのように聞こえるかであり、画像がセンサーに投影される時間です。時間が長いほど、センサーはノイズに比べてより多くのデータを蓄積できるため、その観点からはより優れています。ただし、もちろんトレードオフがあります。シーン内で動くもの、またはカメラを動かすとシーン全体が動くものは、シャッターが開いている時間が長いほどぼかしがかかります。

たとえば、スポーツイベントで写真を撮っていて、誰かが3 m / sで横に走っている場合、彼は1秒のシャッタースピードで幅3メートルのぼかしのように見えます。1/100秒では、ぼかしは3センチメートル、1/1000秒ではわずか3 mmになります。何がより良いのかについての単一の答えはありません。これは、カメラがあなたにこれらの選択肢を与える理由の1つです。あなたはスピードを見せるためにぼやけて走っている誰かが欲しいかもしれません。一方、空中に凍った汗を垂らして、一瞬の表情を顔に見せたいと思うかもしれません。

いずれの場合でも、1/1000の露出では、センサーの光量が10分の1になるため、信号のノイズレベルが10倍近くなります。

これは多少おかしなことですが、デジタルセンサーも時間の経過とともにノイズを蓄積します。このため、デジタルカメラでは通常、露出時間が30秒程度に制限されています。フィルムとは異なり、薄暗い光で長時間デジタルセンサーを感知したままにすることはできません。

Fストップまたは絞り

Fストップまたは絞りは、レンズが通過させる光の量を制御します。Fストップ数は、実際にはレンズの有効径（光を通すため）をその焦点距離で割った比率です。これは、焦点距離とは関係なく、レンズの光透過測定を正規化するために行われます。たとえば、f / 8に設定された50 mmレンズは、f / 8に設定された200 mmレンズと同じ明るさでシーンを投影します。200 mmレンズでは、各シーンエレメントが全体で4倍大きくなるため、16倍の面積に広がります。つまり、同じ明るさを得るためには、シーンから16倍の光を集める必要があります。ただし、この正規化されたアパーチャ測定で考慮されるすべてのことは、Fストップと呼ばれます。

もちろん、やはりトレードオフがあります。開放レンズが広いほど（Fストップ数が小さいほど）、センサーの光が多くなり、その結果、信号対雑音比が向上します。ただし、被写界深度（シーンオブジェクトに焦点が合う距離）は低くなります。レンズの欠陥もより顕著になります。

本当に小さな開口部（大きなFストップ数）では、回折が問題になります。アパーチャダイアフラムのエッジをわずかに過ぎた光線は、まっすぐ進むのではなく、少し曲がります。これは、それらがそれらを遮る何かの近くを通過する場合にのみ発生するため、これは、開口部のすぐ内側を通過する光線の輪にとってのみ重要です。開口部を小さく設定すると、光線の大部分が端に近くなり、これらの曲がった光線がセンサーに当たる光の多くを占めます。その結果、シーン内の明るいオブジェクトにより、投影された画像の他の領域も明るくなります。全体的な影響は、コントラストを減らし、外観の鮮明度を下げることです。

通常f / 5.6程度がスイートスポットですが、それは特定のレンズによって異なります。ほとんどの場合、これについてあまり心配する必要はありません。また、良質のレンズはf / 2でも良好な写真を撮ることができ、f / 22では回折に気付きません。私はf / 64でマクロ写真を撮りましたが、回折による鮮明さの損失はかなり明白でした。

ただし、ほとんどの場合、Fストップは、より多くの光を通すことと、被写界深度が小さすぎることの間でトレードオフになります。

すべてを一緒に入れて

したがって、全体的な露出は、ISO設定、シャッタースピード、Fストップによって制御されます。互いにトレードオフするさまざまな結果は、ほとんどの場合、センサーに十分な光を与え、ノイズ、モーション（またはカメラシェイク）ブラー、および被写界深度に比べて画像信号が大きくなります。

一般的なガイドとして、日光が十分に当たる通常のシーンは、f / 16で十分に露光され、シャッタースピードが1に設定され、ISO値で除算されます。たとえば、f / 16、1 / 100秒、ISO 100にすることができます。または、f / 16、1 / 250秒、ISO 250にすることもできます。

露出を調整する

写真では、露出の2倍は明らかに注目すべきステップですが、特に大きなステップではありません。通常、露出を2倍のステップ数で調整することを考えます。2の因数は、写真の「標準的な増分」であると考えることができます。

ISOは直線的に調整されます。ISO 200はISO 100の2倍の露出です。

シャッター時間も線形です。ただし、シャッタースピードの数値は通常、逆数（1/100秒、1/250秒など）で表記するため、下の数値を低くして露出を増やします。1/50秒は、1/100秒の2倍の露出です。

F値の計算はより複雑です。露出は、F値の逆数の対数で発生します。これは精神的に行うのが複雑になるため、以前の半分の露出を引き起こす一連のF値が事前に計算されています。露出を半分にするためには、これらのF値はそれぞれ2の平方根でなければなりません。f / 1から（ほとんど起こりません）、したがって、進行f / 1、f / 1.4、f / 2、f / 2.8、f / 4、f / 5.6、f / 8、f / 11、f / 16、f / 22。これらの値は非常に一般的に使用されているため、初期のカメラでは絞りリングに戻り止めがあり、これらの値の1つに確実に設定でき、ビューファインダーを通して見ながら感覚で上下に調整できます。これらの戻り止めは「ストップ」とも呼ばれ、「Fストップ」という用語の由来となっています。

一般的なfストップはそれぞれ次から2の明るさの係数を表すため、「fストップ」という用語は、開口部自体が変更されていなくても、露光では2の係数として使用されるようになりました。たとえば、ISO 400はISO 100よりも「2 fストップ」であるとか、1/500シャッタースピードは1/250シャッタースピードから1 fストップと言うのが写真では一般的です。

通常、露出は「Fストップ」という用語で上下に考えられます。たとえば、ISO 200、f / 5.6、1 / 250秒で写真を撮ったとしましょう。これは暗すぎて、2 fストップ多くの露出が必要であると感じました（4倍多くの光）。次のいずれかを試して、この2つのF値の露出を追加することができます。

  ISO 200、f / 2.8、1 / 250秒
  ISO 400、f / 4、1 / 250秒
  ISO 400、f / 5.6、1 / 125秒
  ISO 200、f / 4、1 / 125秒

ただし、上記の4つの例の露出は同じですが、被写界深度、モーションブラー、センサーのS / N比は同じではありません。最新のセンサーのほとんどは、ISO 400での完全な露出に比べてノイズがほとんどないため、これらの例の最後のトレードオフはほとんどの場合問題にはなりません。

繰り返しになりますが、それはすべてトレードオフについてです。正しい答えも間違った答えもありません。カメラ、シーン、および表示しようとしているものでのみ機能します。

カメラを単にライトコレクター/レコーダーまたはフォトンカウンターと考え、実際にシーンの写真を撮ることを無視する場合、ISO、絞り、およびシャッタースピードの間には非常に単純な関係があります。

記録される総光量¹ は、 ISO × 絞り × シャッタースピード × シーンで利用可能な光に比例します

この説明の残りの部分では、利用可能なライトを、制御できない定数として扱います。

したがって、たとえば、3つのコントロール（ISO、絞り、シャッタースピード）のいずれかを2倍に増やした場合、残りの2つのコントロールのいずれかを半分にして、収集された同じ総光量を維持する必要があります。²（下の注1）

したがって、3つの入力コントロール（ISO、絞り、シャッタースピード）があり、単一の出力、つまり収集された合計光を生成します。収集されたフォトンの総数については考えていませんが、正しく露光された画像について考えています。したがって、適切に露光された画像を取得するために、撮影されている個々のシーンに基づいて、目的の画像での効果に基づいて3つのコントロールを調整します。

実際には、ISOは通常、設定する最後のコントロールであり、最も気にしない傾向があるコントロールです。³通常、被写界深度（絞り）、またはアクションの停止または暗示的なモーション（短いシャッタースピードと遅いシャッタースピード）、またはそれらのいくつかの組み合わせを作成します。それらがダイヤルインされると、希望の露出を得るために、多かれ少なかれISOが選択されます。もちろん、適切な露出を得るために絞りとシャッター速度の選択に望ましくないほど高いISO（つまり、粒子またはノイズ）が必要な場合は、いくつかの選択肢があります。

• 高ISOの粒状性/ノイズを受け入れる;
• ISOを下げ、露出の低い画像を受け入れます。
• ISOを少し減らし、絞りを開いて補正します。
• ISOを少し下げ、シャッター速度を遅くして補正します（露光時間を長くします）。または
• 前の2つのオプションのいくつかの組み合わせ。

ノート：

1. フィルムの文脈では、ISOは記録媒体の光に対する感度の尺度です。ISOが高いほど、フィルムの感度が高くなり、それに比例して入射光が少なくなります。ただし、ISOとともにフィルムの粒子（フィルムの「ノイズ」）が増加するというトレードオフがあります。

   デジタル写真のコンテキストでは、ISOはイメージセンサーの光に対する感度を記述していません。センサーは一定量の入射光に対して一定の感度を持ち、特定の電圧を生成します。ただし、結果の電圧は、ショットに設定されたISO値に従って、デジタル値に変換される前に増幅（乗算）されるか、変換後のデジタル値が乗算されるか、またはその両方が行われます。したがって、記録された画像に関して、デジタルISOはフィルムISOと同様に機能します。

2. 口径に関しては、ƒ-数を半分にするとは言いませんでした。開口部の意味のある尺度は、断面積です。：面積、すなわち、領域にわたって直線的措置の二乗に比例していることを思い出しA α D ²。したがって、アパーチャ領域を2倍または半分にするには、ƒ数を√2倍または約1.414 ...だけ増減する必要があります。

3. フィルムを使用する場合、ISOはあなたがもっと気にかけたものであり、比較的制御しにくいものでした（ISO範囲の点でも、利用可能なフィルムに基づいてISOを選択する機能でも）。デジタル一眼レフの場合、ある意味で、ISOは、絞りとシャッタースピードをより適切に選択するための補正係数です。それはまだ重要ですが、実際には優先的な選択ではありません。「他の設定に関係なく、このショットにはISO 400が必要だ」と考えて多くの写真家がシーンに近づくとは思えません。

4. この説明では、構図、被写界深度、ノイズ（粒子）などの問題を完全に無視しています。もちろん、これらは良い写真を撮る上で非常に重要です。

すべての写真家は、シャッタースピード、絞り、ISOで表される露出の基本的な完全な「絞り」を覚えておく必要があります。

それらに慣れたら、変数の1つを変更するときはいつでも、同じ露出に等しくなるように他の1つを調整することは非常に簡単です。

1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 1/1000など（ハーフまたはダブルは1フルストップ）

f / 1.4 f / 2.0 f / 2.8 f / 4.0 f / 5.6 f / 8 f / 11など

ISO100 ISO200 ISO400 ISO800 ISO1600 ISO3200 ISO6400など（ハーフまたはダブルは1フルストップ）

元の質問のとおり、ISO640を使用していて、ISOを1フルストップで変更する場合（ISOを半分または2倍にして320または1250）、開口部またはシャッタースピードを1フルストップで調整します。