Quelle est la différence entre la luminance et l'éclairement?

Plus je lis à ce sujet, plus je deviens confus. L'éclairement , si je comprends bien, mesuré en lux , est la luminosité perçue de la lumière sur une surface. C'est ce que vous mesureriez avec un capteur de lumière incidente. La luminance est donc la quantité de lumière réfléchie que vous percevriez en regardant cette surface. C'est ce que mesure le photomètre dans une caméra. Suis-je correct jusqu'à présent?

Dans les deux cas, le mot «perçu» est important, car les échelles sont pondérées à l'aide d'une fonction de luminosité pour mapper les longueurs d'onde aux sensibilités particulières de l'œil humain . Cependant, dans le cas de l'éclairement, il n'y a de perception réelle que si votre œil se trouve être la surface en question.

Je peux essentiellement comprendre cela, mais je tombe sur des graphiques disant des choses comme "salon familial: 50 lux". Attendez! Est-ce que cela signifie vraiment que les lumières typiques d'une maison sont si brillantes, ou est-ce simplement confus et faux, ou suis- je confus et faux?

Si vous ne prenez pas directement des photos de sources lumineuses, pourquoi une lecture incidente d'un posemètre serait-elle utile en photographie? La lumière réfléchie enregistrée sur un film ou par un capteur est généralement ce qui fait une photographie. Donc, si j'ai un posemètre incident, comment cette lecture se rapporte-t-elle de manière significative aux paramètres de ma caméra?

Étant donné que les luxmètres incidents sont vendus et utilisés, cela implique qu'il doit y avoir une conversion utile. Mais c'est là que mon cerveau explose. Google me dit que 1 lumen équivaut à 1 candela, donc 1 lumen / m² (soit 1 lux) doit donc être égal à 1 candela / m2 (soit 1 nit). Mais il est clair que quelque chose manque à cela. Il y a ce qu'on appelle un "stéradian". Les cônes sont impliqués. Je n'en avais jamais entendu parler auparavant; comment cela s'intègre-t-il? Je peux voir comment cela pourrait être déterminé lors du calcul de l'utilité de l'éclairage domestique à LED, mais pour une photo, je suis à court.

Une partie de mon cerveau (éclaté, du dernier paragraphe) essaie de relier cela à la différence entre la mesure flash avec TTL et avec un compteur d'incidents. Mais comment le compteur d'incidents peut-il fonctionner sans connaître les propriétés de réflectance des objets dans la scène? Est-ce à cela que sert le "C" dans le luxmètre incident lux → norme EV ? S'agit-il simplement d'une valeur moyenne, cela fonctionnera probablement, ou y a-t-il plus que cela? Et s'il ne s'agit que d'une moyenne, quelles connaissances sont nécessaires pour compenser les scènes hors moyennes? (Comme avec la constante K et le gris 18% avec la mesure réfléchissante , où le photographe juge simplement si la scène doit être rendue plus claire ou plus sombre que la moyenne donnée par le mètre.)

Alors oui, tellement de confusion. En bref:

• Quelle est la différence?
• Peut-on vraiment convertir entre les deux?
• Quand et comment les mesures d'éclairement / lumière incidente sont-elles utiles pour la photographie?

Mise à jour: j'apprécie la réponse de Stan, qui couvre le troisième point de quand et comment assez bien. Et je pense que j'ai essentiellement compris le premier point, comme décrit ci-dessus. Mais j'apprécierais quelques réponses couvrant également la question de la conversion, à la fois dans l'abstrait mathématique et dans la pratique pour la photographie. Et cela ne me dérangerait pas davantage pourquoi et comment.

La réponse de Stan est excellente pour expliquer le comptage d'un point de vue pratique. Vous semblez également demander quelles sont les spécificités, en particulier concernant les stéradians et la conversion de Lux en EV. En utilisant les articles de Wikipédia que vous avez liés et quelques liens enfants à partir de là, je pense que je peux expliquer quelques choses et laisser le reste à l'extrapolation.

Tout d'abord, les stéradians . Terme étrange et concept étrange, mais une fois que vous comprenez ce que c'est vraiment, les choses commencent à avoir plus de sens. Pour prendre du recul, parlons d' abord des radians . Un radian est une mesure angulaire qui signifie simplement:

Un radian est un arc de longueur égale au rayon d'un cercle.

Un radian est mesuré dans le plan bidimensionnel. Un stéradian est similaire à un radian, mesuré uniquement en trois dimensions. La définition d'un stéradian est la suivante:

Un stéradian est un patch circulaire sur la surface d'une sphère dont l'aire est égale au carré du rayon de la sphère.

Un stéradian est une étrange "projection" d'un angle sous-tendu 2D dans un espace tridimensionnel, ou ce qu'on appelle un angle solide . L'intersection de l'angle 2D avec la surface de la sphère coupe une plaque circulaire (qui est elle-même coupée en deux par l'arc radian). Un autre terme pour cela est radian carré . L'angle solide qui représente un stéradian est calculé comme suit:

θ = A/r^2

Qui, curieusement, est simplement r ² / r ² , ou a les unités m ² * m ^-2 , ce qui fait d'un stéradian, comme le radian, une spécification sans unité décrivant une zone fixe à la surface d'une sphère par rapport au rayon de la sphère .

Pour compléter la définition d'un stéradian par rapport à une sphère:

L'angle solide d'une sphère entière équivaut à 4π sr.

On pourrait regarder cela d'une autre manière:

La surface d'une sphère a l'unité 4π sr.

Maintenant que la définition d'un stéradian est à l'écart, nous pouvons arriver à une compréhension plus claire de la relation entre une lumière et une candela . Selon l'article wikipedia lié:

1 lm = 1 cd sr

Ou, un lumen équivaut à un candela stéradian . Un candela steradian est la puissance lumineuse de la lumière émise par un steradian, qui, comme nous le savons maintenant de la discussion ci-dessus, est l'aire d'un patch circulaire sur une sphère égale au carré du rayon de cette sphère.

Si nous apportons une source de lumière dans la discussion, pour rendre les choses plus réelles, cela se traduirait par ce qui suit. En supposant que nous ayons une ampoule avec un rayon de 1,5 ", qui mesure 1 lumen, pourrait être décrite comme émettant 1 cd de n'importe quelle zone de la surface de cette ampoule mesurant 1,5" ² (2,25 "de surface totale).

L'ampoule pleine émet en fait un total de 1 cd 4π sr, soit un total de 12,57 lm sous tous les angles. Le posemètre ne mesurera cependant pas 12,57 lm, car il ne mesure que sous un angle par rapport à l'ampoule, pas tous les angles par rapport à l'ampoule. Si nous supposons que notre photomètre est effectivement sensible à environ un stéradian, il mesurera 1 lumen.

D'autres questions?

Q: On peut se demander, pourquoi assimiler 1 lumen à 1 candela stéradian, plutôt que juste 1 candela?

R: La réponse est la géométrie . Décrire une candela est utile pour nous indiquer une quantité de lumière, mais pas nécessairement sa concentration ou la forme et la taille de l'émission. Le but d'introduire des stéradians dans le mélange est qu'il implique une forme géométrique et une zone spécifiques à la source de lumière émettant une lumière.

Cela devient plus important lorsque vous avez une source de lumière à haute densité. Par exemple, un pointeur laser de faible puissance (milliwatts) pourrait équivaloir à 250 000 w / sr. Maintenant, lorsque vous considérez les capacités de densité d'un oeil à 120 000 w / sr, cela devient plus que trivial - vous voyez? Oh attendez, vous ne verrez pas!

Selon wikipedia, un lux est la mesure des lumens par mètre carré. En termes unitaires, puisqu'un lm est égal à un cd sr , alors:

1 lux = 1 cd sr/m^2

Si je comprends bien, cela pourrait être lu comme 1 lux équivaut à la quantité de lumière reçue sur une surface éclairée par une source lumineuse d'un rayon d'un mètre qui émet 1 cd sr de puissance lumineuse vers la surface mesurée.

La conversion de lux en EV est assez simple qui implique une constante C. Je ne peux pas dire précisément comment C est dérivé, cependant si nous supposons que la valeur "commune" de 250 est exacte, une formule simple pour convertir de lux à EV serait:

EV = log ₂ (E * S) / C

Où S est le capteur ISO et E est l'éclairement en lux. Si nous supposons qu'une scène est éclairée avec 1 lux et que notre ISO est de 100, alors (main longue, traduite en logarithme en base dix pour le calcul sur une calculatrice commune):

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

Une valeur d'exposition assez faible, cependant, qui serait attendue pour l'éclairage maigre fourni par 1 lux. Pour aller dans l'autre sens et déterminer la quantité d'éclairage dont vous avez besoin pour prendre en charge un EV spécifique, nous pouvons réorganiser la conversion entre EV et E (main longue):

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

Cela nous amène à une belle formule simple pour calculer le lux à partir d' EV (lorsque ISO est de 100):

E = 2 ^EV * 2,5

Si notre EV cible est 1, alors nous calculons le lux comme suit:

E = 2 ¹ * 2,5
E = 2 * 2,5
E = 5

Pour une exposition d'un EV, il nous faut exactement 5 lux d'éclairage, soit 5 cd sr / m ^ 2, soit 5 lm / m ^ 2.

D'autres questions?

Q: On peut se demander pourquoi mesurer les lux, qui sont lm / m ^ 2, plutôt que de simplement mesurer les lumens?

R: La réponse serait des unités , ou plus précisément, des unités de surface qu'un humain peut facilement reconnaître. Un stéradian candela est utile pour nous dire la quantité et la géométrie, mais un stéradian est lui-même sans unité. Il définit purement la géométrie, mais ne spécifie aucune zone spécifique. Un stéradian est un stéradian, quel que soit le rayon réel de la sphère. Un candela stéradian par mètre carré , cependant, apporte suffisamment de spécificité unitaire pour que nous puissions mieux comprendre exactement combien de lumière 1 lux est réellement (ce qui, franchement, n'est pas beaucoup du tout.)

Vous avez à peu près l'espace problématique. La mesure de la lumière incidente mesure ce qui tombe sur le sujet indépendamment de sa réflectivité caractéristique, etc., tandis que la mesure de la lumière réfléchie mesure ce qui est réfléchi par le sujet, indépendamment des caractéristiques de la lumière incidente. Le support d'enregistrement dans l'appareil photo, comme vous l'avez souligné, enregistre ce qui est réfléchi par le sujet (ou, si une source lumineuse est incluse dans l'image, ce qu'elle a transmis). Quel que soit le type de mesure utilisé, le but du jeu est d'enregistrer la lumière provenant du sujet de manière appropriée pour l'image.

Il est facile d'imaginer ce qui se passe avec un posemètre réfléchi, qu'il s'agisse du posemètre à huis clos ou d'un spot portable séparé ou d'un posemètre moyen. La mesure de la lumière incidente est juste un peu plus difficile à imaginer.

La plupart des mesures de lumière incidente sont effectuées avec un invertone de type dôme . Essentiellement, vous avez un diffuseur hémisphérique sur l'élément photosensible qui accepte la lumière de 180 degrés (90 degrés hors de l'axe dans toutes les directions) et transmet 18% de cette lumière à l'élément photosensible. (L'élément peut généralement être également utilisé comme photomètre réfléchi, nécessitant parfois des accessoires pour le glucomètre.) Vous pouvez mesurer des sources de lumière séparément, soit en ombrant le dôme de sources individuelles, soit en allumant et éteignant sélectivement les sources (comme avec un éclairage de studio) pour déterminer les rapports d'éclairage (la différence d'éclairage entre les zones qui seront mises en évidence et les ombres sur le sujet).

Bien que la méthode de travail soit différente, ce que vous accomplissez est presque identique à placer une carte grise à la position du sujet, inclinée pour être tangente au sujet, et à parler d'une mesure spotmètre de cette carte grise. Cela ne vous dit rien sur le sujet - mais cela peut être une bonne chose. Si votre mesure dépend du sujet, vous devez savoir quelle est la réflectivité du sujet (ou, dans la terminologie de Zone System, où placer le sujet sur l'échelle d'exposition). Sans ce peu de connaissances, vous ne pourrez pas dire la vérité sur le sujet en utilisant uniquement la lecture du compteur - vous pourrez peut-être capturer parfaitement toute la gamme des tonalités, mais cela peut signifier, disons, gravement sous- ou surexposer la seule chose que vous essayez vraiment de capturer.

C'est pourquoi il existe un tel fossé entre la mesure de la lumière incidente et réfléchie. Vous verrez la mesure de la lumière incidente utilisée le plus souvent en studio, mais aussi souvent dans le portrait de lieu ou le travail de mode / produit. Il y a généralement quelque chose dans l'image qui doit être absolument frappant, et cela est mieux réalisé en le laissant complètement hors de l'équation lors de la mesure, puis en laissant sa réflectance réelle et ses caractéristiques de couleur tomber là où elles peuvent sur le capteur. Le reste de la scène est atmosphérique - vous pouvez jouer avec eux à votre guise, et tant que le sujet est correctement éclairé et exposé, l'image sera ce que vous voulez qu'elle soit.

Travailler dans des environnements moins contrôlés, en particulier lorsque vous photographiez des choses comme des paysages, vous voulez généralement tout comprendre (pour ainsi dire) sans trop vous soucier de la «vérité». Dans ces cas, la «vérité» est plus subjective et vous cherchez à collecter les données qui soutiennent votre version de la vérité. Cela peut signifier faire en sorte que cette lumière douloureusement brillante fasse ressortir un citoyen de la zone VII ou forcer la noirceur de l'encre vers le haut dans une tonalité inférieure à peine sombre afin de préserver les détails qui sont importants pour vous. Mais vous devez savoir où vont les choses dans votre version du monde. Ou vous pouvez laisser les algorithmes de reconnaissance de scène de l'appareil photo faire cette détermination pour vous.

Dans les deux cas, cependant, le compteur n'est que le point de départ. Cela vous fait entrer dans le stade, puis votre expérience et votre vision vous permettront d'ajuster la réalité objective pour répondre à vos exigences subjectives.