Étant donné que la vitesse de la lumière est si élevée, pourquoi la vitesse d'obturation est-elle importante?

Lorsque l'obturateur d'un appareil photo est ouvert, si la lumière atteint instantanément le capteur (vitesse de la lumière = 300 000 km / s), pourquoi la vitesse d'obturation modifie-t-elle la netteté / le détail de l'image? Pourquoi les photos deviennent-elles plus sombres avec des vitesses d'obturation plus rapides et plus lumineuses avec des vitesses d'obturation plus lentes?

Nos yeux sont toujours ouverts (quand nous sommes éveillés), mais les images ne sont pas "surexposées".

(Je pense que cela pourrait être plus une question de physique qu'une photo)

pourquoi la vitesse d'obturation modifie-t-elle la netteté / le détail de l'image? Pourquoi les photos deviennent-elles plus sombres avec des vitesses d'obturation plus rapides et plus lumineuses avec des vitesses d'obturation plus lentes?

Ces choses se produisent parce que le capteur de lumière de l'appareil photo ne mesure pas l'intensité de la lumière instantanément, mais mesure plutôt toute la lumière reçue pendant toute l'exposition. On pourrait dire que le capteur accumule ou résume la lumière ^* pendant toute la durée de l'exposition. La lumière est composée de photons discrets, et plus le capteur est exposé longtemps, plus il y a de temps pour que les photons frappent le capteur.

Si vous voulez un modèle mental pour le fonctionnement d'un capteur, imaginez mettre un seau à l'extérieur quand il pleut. Si l'intensité de la pluie reste constante, laisser le seau là deux fois plus longtemps se traduira par deux fois plus d'eau se retrouvant dans le seau, non? Ou, si l'intensité de la pluie double, vous vous attendez à ce que le seau se remplisse deux fois plus vite. Ce seau est comme un photosite (c'est-à-dire un pixel) sur un capteur numérique, et les gouttes de pluie sont comme des photons. L'ensemble du capteur est comme un réseau de plusieurs millions de ces seaux, chacun mesurant des gouttes de pluie / photons à un endroit particulier.

Ainsi, des vitesses d'obturation plus rapides signifient des expositions plus courtes, ce qui signifie moins de temps pour le mouvement des objets dans le cadre ou de l'appareil photo lui-même. Le flou de mouvement se produit lorsqu'un objet dans le cadre se déplace par rapport à la caméra, de sorte que la lumière provenant d'un point donné sur l'objet est enregistrée à plusieurs endroits sur le capteur. Plus l'exposition est courte, moins il y a de mouvement et plus l'image est nette.

De même, des expositions plus longues permettent à la lumière de s'accumuler plus longtemps sur le capteur; chaque photosite collectera plus de photons et mesurera une plus grande valeur. Ces valeurs plus grandes, prises ensemble, créent une image plus lumineuse. Tout comme avec la pluie, la mesure sur chaque photosite est également influencée par l'intensité - une lumière plus vive fait augmenter la valeur mesurée en chaque point plus rapidement. Donc, si vous voulez une image plus lumineuse, vous avez deux options: augmenter l'intensité de la lumière ou utiliser une exposition plus longue. C'est pourquoi l'ouverture et la vitesse d'obturation ont une relation inverse: l'ouverture contrôle l'intensité de la lumière atteignant le capteur. Si vous souhaitez utiliser une vitesse d'obturation plus courte sans affecter le niveau d'exposition de la photo, vous pouvez augmenter l'ouverture pour laisser entrer plus de lumière; si vous souhaitez utiliser une vitesse d'obturation plus longue,

^* Pour être vraiment clair à ce sujet, ce que le capteur fait vraiment, c'est d'accumuler l' effet de la lumière. Lorsqu'un photon frappe un photosite sur un capteur numérique, il crée une petite charge électrique; plus il y a de photons, plus la charge est importante. Une fois l'obturateur fermé, l'appareil photo mesure la charge stockée sur chaque photosite. Le film fonctionne de la même manière, sauf que la lumière provoque une réaction chimique qui augmente avec plus de lumière.

Non, c'est bien une question de photographie. Mais je suppose que par "clarté" vous voulez dire "netteté", sinon la question n'a aucun sens.

Si votre objet se trouve à 30 m de distance, la lumière de celui-ci atteindra le capteur en 100 ns (milliardièmes de seconde). C'est plusieurs ordres de grandeur plus rapides que la vitesse de l'obturateur, nous pouvons en fait ignorer les 100 ns et dire que la lumière arrive instantanément.

Supposons que vous ayez une vitesse d'obturation moyenne, disons 1/60 de seconde. Cela signifie qu'à partir du moment où l'obturateur ouvre la lumière de l'objet atteint le capteur, et il continuera à le faire jusqu'à ce que l'obturateur se ferme 17 ms plus tard. Maintenant, 17 ms, ce n'est pas grand-chose, mais avec un mouvement très rapide, comme un train à grande vitesse qui passe ou une voiture de course, la scène peut changer dans ce laps de temps. À 300 km / ha, le train se déplacera de 1,4 m en 1/60 de seconde. Si la projection de l'avant du train est au 1000e pixel à partir de la gauche lorsque l'obturateur s'ouvre, il se peut qu'il se soit déplacé au 1200e pixel à partir de la gauche lorsque l'obturateur se ferme, et vous obtiendrez une séquence de 200 pixels de large pour toutes les positions du train dans entre.

C'est ce qu'on appelle le flou de mouvement. Parfois, vous voulez que le flou de mouvement donne au spectateur une idée de la vitesse du train, puis vous utiliserez des temps d'obturation plus lents. Si vous déplacez l'appareil photo avec l'objet pendant que vous prenez la photo, vous obtenez également un flou de mouvement, mais d'un type différent: le train sera net, mais l'arrière-plan affichera un flou de mouvement.

Vous pouvez imaginer la lumière comme une onde électromagnétique, mais pour cette question, j'utiliserai son deuxième "état" comme un ensemble (gigantesque) de particules - des photons.

Pourquoi les photos deviennent-elles plus sombres avec des vitesses d'obturation plus rapides et plus lumineuses avec des vitesses d'obturation plus faibles?

Dans un laps de temps donné, une certaine quantité de photons traverse la lentille et excite des parties de la puce semi-conductrice (pixels).
Le niveau d'excitation est proportionnel au nombre de photons incidents et est représenté par la luminosité du pixel affiché. Si vous doublez la vitesse d'obturation, le temps d'exposition diminue de moitié et la luminosité est également réduite de moitié. Si vous divisez par deux la vitesse d'obturation, vous doublez le temps d'exposition et doublez la luminosité résultante.

Pourquoi la vitesse d'obturation modifie-t-elle la netteté / le détail de l'image?

Pendant le temps, chaque pixel rassemble les photons qui le touchent. La caméra et la scène ne sont pas en position immobile parfaite. Les mains du photographe tremblent légèrement et l'objet en scène peut bouger. Cela provoque un flou (mouvement) de la lumière recueillie dans la puce. L'importance du flou de mouvement est proportionnelle au temps d'exposition et inversement proportionnelle à la vitesse d'obturation.
Pour des vitesses d'obturation plus rapides, vous obtenez des images plus sombres; pour compenser cet effet, vous devez ouvrir l'ouverture et / ou augmenter la sensibilité (ISO).

• Ouverture: l'ouverture ouverte entraîne des aberrations plus fortes et une profondeur de champ plus faible.
• ISO: une sensibilité plus élevée donne des images plus lumineuses. Mais les temps d'obturation plus courts permis par une sensibilité plus élevée entraînent également un rapport signal / bruit plus faible, ce qui conduit généralement à un bruit plus élevé.

Nos yeux sont toujours ouverts (quand nous sommes éveillés), mais les images ne sont pas "surexposées".

Nos yeux ont un réglage d'ouverture automatique (iris) et notre cerveau fournit une correction ISO automatique. C'est pourquoi nos yeux peuvent être trompés :)
Regardez l'œil de votre ami quand il fait beau, vous verrez de l'iris et un petit point noir. Lorsque vous le regardez dans la nuit noire, vous verrez un petit anneau d'iris et un grand cercle noir. L'iris ajuste automatiquement la quantité de lumière atteignant votre rétine.
L'iris a aussi ses limites. Si quelqu'un éclate dans vos yeux pendant la nuit, vous êtes aveugle pendant un certain temps - votre iris grand ouvert ne pouvait pas se fermer assez rapidement pour s'adapter au changement rapide de lumière et votre rétine était surexposée. Il a ensuite fallu un certain temps pour que votre iris s'ouvre à nouveau.

Les signaux que le cerveau reçoit de la rétine sont également adaptés à sa sensibilité à la lumière incidente et à la scène. Essayez de skier avec des lunettes ambre pour toute la journée. Après avoir retiré les lunettes, une chose bleue vous semblera verte.
Il accueille également localement. Ici, vous pouvez voir un point vert entre les roses. Ou tu ne peux pas? Autre astuce: regardez longtemps l'image inversée, puis regardez le mur blanc. Vous verrez l'image d'origine.
Votre œil et votre cerveau réduisent automatiquement leur sensibilité en fonction de l'exposition et il y a un certain délai entre le changement de lumière et le changement de sensibilité.

L'objectif de la caméra est conçu pour projeter une image du monde extérieur sur la surface d'une puce d'imagerie à l'intérieur et à l'arrière de la caméra. Cependant, une porte mécanique appelée obturateur empêche les rayons lumineux d'imagerie de jouer sur la puce d'imagerie. Pour prendre une photo, l'obturateur est brièvement ouvert puis fermé. Cet acte permet aux rayons lumineux de formation d'image d'entrer en contact avec la puce d'imagerie.

À la surface de la puce d'imagerie se trouvent des millions de sites de photos. Chacun reçoit de l'énergie lumineuse pendant l'exposition et cette énergie est proportionnelle en intensité et en couleur à la vue réelle. Lorsque les rayons lumineux jouent sur ces sites, une charge électrique est induite. Le montant de la charge correspond aux intensités lumineuses de la vue.

Néanmoins, les frais sont très faibles et nécessitent un logiciel dans l'appareil photo pour les amplifier à un niveau utilisable. Le logiciel couvre également chaque charge à une valeur numérique (numérique). Le résultat est une image composée d'un système de «peinture par numéro».

La luminosité de la scène étant une variable, la durée de l'exposition est réglable. Si la vue est faiblement éclairée, le temps d'exposition sera augmenté pour compenser. Inversement, si la scène est fortement éclairée, le temps d'exposition sera raccourci. La principale raison pour laquelle la vitesse d'obturation est ajustée dans sa durée est de laisser le temps à la charge de chaque site photo de s'accumuler et de devenir gérable.

La vitesse de la lumière est incroyablement rapide et la distance entre la vue et la caméra et le capteur de distance entre l'objectif et l'image est sans objet.

Il s'agit de la durée de la source de lumière, pas de la vitesse de la lumière. Si je prononce une phrase, cela peut prendre 15 secondes pour la dire. Le mot voyage à vos oreilles à la vitesse du son. si je dis la phrase plus rapidement, chaque mot arrive à vos oreilles à la même vitesse, mais la «netteté» ou la clarté des mots change à mesure que j'accélère ou ralentis.

La vitesse réelle à laquelle la lumière se déplace est sans importance. Le fait qu'il ne soit pas instantané est très important. Même si la lumière se déplace très rapidement, la lumière du sujet ou de la scène ne frappe pas le capteur ou le film en même temps. La lumière atteint l'appareil photo à partir du sujet dans un flux d'énergie qui se propage sur une durée. Le temps que l'obturateur soit ouvert, ce flux de lumière est enregistré sur une photo. Si la scène change au cours de l'exposition, la forme du flux de lumière atteignant l'appareil photo pendant l'exposition change également.

En physique, il y a souvent une expression utilisée pour décrire la façon dont la lumière démontre simultanément les propriétés de l'énergie des vagues et de l'énergie des particules: la dualité de la lumière . Aux fins de la photographie, nous traitons normalement la lumière comme un flux de photons s'écoulant de la scène vers le capteur (ou le film). Lorsqu'ils frappent le capteur, ils sont transformés en électrons dans chaque puits de pixel qu'un photon frappe. Lorsqu'ils frappent le film, leur énergie entraîne des réactions chimiques aux grains de produits chimiques dans l'émulsion du film.

Pourquoi la vitesse d'obturation modifie-t-elle la netteté / le détail de l'image?

Le temps d'obturation détermine la durée pendant laquelle le flux de photons de la scène peut atteindre le capteur. Si les choses changent de position dans la scène pendant la durée d'exposition, la lumière de la partie de la scène qui s'est déplacée se déplacera sur la surface du capteur et tombera sur différents pixels. Si la caméra elle-même est la source du mouvement, la scène entière se décale et chaque point de la scène tombe sur différents pixels du capteur. Quelle que soit la source du mouvement, le résultat est flou car la lumière provenant d'un seul point de la scène est répartie sur plusieurs pixels. Plus l'obturateur est maintenu ouvert longtemps, plus le flou est grand pour la même vitesse de mouvement.

Sur le revers de la même pièce, plus l'obturateur est maintenu ouvert longtemps, plus la lumière est capturée sur la photo. Plus la quantité de lumière captée par le capteur est élevée, plus la proportion d'électrons collectés par le capteur à partir de la lumière de la scène (nous appelons ce signal ) sera élevée aux électrons produits par l'électronique de la caméra qui sont également enregistrés avec le courant des pixels du capteur. Ces électrons parasites sont ce que nous appelons du bruit. Le bruit de lecture est produit par l'électronique de l'appareil photo. Le bruit (photo) est produit par la nature aléatoire de la lumière en raison de la dualité de la lumière. Ces particules de photons se déplacent le long d'un chemin en forme d'onde défini par la longueur d'onde de chaque bit de lumière. Plus nous aurons de signal (lumière) proportionnellement au bruit, plus nous pourrons produire de détails sur notre photo. C'est ce qu'on appelle le rapport signal / bruit .

Un temps d'obturation plus court minimise donc l'effet du mouvement mais peut entraîner une perte de détails en raison d'un mauvais rapport signal / bruit. Un temps d'obturation plus long augmente le rapport signal / bruit, mais peut entraîner une perte de détails en raison du flou de mouvement.

Pourquoi les photos deviennent-elles plus sombres avec des vitesses d'obturation plus rapides et plus lumineuses avec des vitesses d'obturation plus lentes?

Parce que plus l'obturateur est maintenu ouvert longtemps, plus la lumière est capturée sur la photo. C'est la même chose que d'ouvrir et de fermer un robinet tout en tenant une tasse sous le robinet. Plus le robinet est ouvert longtemps, plus l'eau sera recueillie dans la tasse. Plus l'obturateur est maintenu ouvert longtemps, plus les particules de lumière (photons) seront collectées par le capteur (ou le film).

Nos yeux sont toujours ouverts (quand nous sommes éveillés), mais les images ne sont pas "surexposées".

Encore une fois, la lumière frappe nos yeux dans un flux continu, pas dans un instant singulier. Toute la lumière collectée par nos rétines au cours d'une journée, ou d'un an, ou toute notre vie ne se transmet pas à notre cerveau en un instant! Le signal électrochimique de nos yeux à notre cerveau change continuellement à mesure que la scène devant nos yeux change.

(Remarque: le texte ci-dessous a été rédigé avant que la question ci-dessus ne soit considérablement rééditée dans sa forme actuelle)

La lumière est l'énergie électromagnétique. À ce titre, deux éléments doivent être mesurés par rapport à une photographie: l'intensité du champ et la durée. L'intensité du champ mesure la force de la lumière sur une zone spécifique. La durée mesure la durée pendant laquelle le champ est maintenu.

C'est la même chose que toute autre forme d'énergie. Si l'on appliquait une force constante contre un corps, le corps accélérerait. Plus cette force est appliquée, plus le corps accélérera et plus le corps se déplacera rapidement par rapport à son état de départ.

Un morceau de film photographique recueille des informations sur l'énergie qui tombe dessus sous forme de lumière. Plus l'obturateur reste ouvert, plus les informations sont collectées. Si un volet est ouvert deux fois plus longtemps, il collectera deux fois plus d'informations de cette lumière en supposant que la force de la lumière est constante.

Le problème en photographie est que la lumière n'est souvent pas constante. Alors que les choses dans le monde devant la caméra déplacent l'intensité du champ de la lumière sur tout point particulier du film ou des changements de capteur. Tant que l'obturateur est ouvert, il continue de collecter des informations sur la lumière tombant sur chaque point du film ou du capteur. Si quelque chose dans la vue de la caméra bouge, les informations sur toutes les positions traversées pendant l'ouverture de l'obturateur seront enregistrées. Au lieu d'être enregistrée au même endroit sur le film ou le capteur, l'image du sujet en mouvement sera répartie sur la zone sur laquelle il se déplace. Cela entraînera un flou. Même si rien devant la caméra ne bouge, si la caméra elle-même bouge, la même chose se produira.

Ce n'est pas vraiment la vitesse de la lumière, c'est la quantité de lumière qui compte

C'est aussi la même raison pour laquelle il s'assombrit au coucher du soleil; la vitesse de la lumière n'est pas vraiment pertinente dans ce cas

Eh bien, ce n'est pas différent en photographie !!

Dans une scène très sombre, le nombre de photons pourrait être tellement inférieur que les pixels collecteraient à peine les photons même à des expositions plus longues

Il y a trop à dire si vous souhaitez des détails, vous devez vous renseigner sur les lentilles, voir ceci:

https://www.youtube.com/watch?v=1YIvvXxsR5Y

Pour répondre à votre question, la vitesse d'obturation plus rapide empêche le maculage des pixels sur votre capteur, ce qui améliore les détails et la clarté. Ce n'est pas la vitesse de la lumière, mais le gel des mouvements qui la provoque.