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 主题:十句话说清楚“等效光圈”
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rivershaw
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1、照相机像场照度:E=0.65×L/A^2,曝光量:H=E×T,ISO标定:ISO=10/H。式中L是景物亮度,A是光圈的F系数,T是快门开启时间。结论,像场照度E、曝光量H都与画幅无关,所以拍摄相同亮度的景物,当ISO不变时,只要光圈、快门一样,任何画幅的照相机,拍出的照片,亮度一样。这是照相机、曝光的基本原理,放之四海而皆准。

2、照度定义为单位面积上的光通量,就是E=φ/s。两部照相机,像素密度一样,就是单个像素的面积s一样,像场照度E相同时,单个像素的面积s上的光通量也就一样。光通量决定光子散弹噪声,光通量一样,光子散弹噪声的信噪比也就一样。

3、这两部照相机,像素密度一样,如果画幅不一样(CMOS面积不一样),总像素数肯定不一样。就像比较景深的标准是打印相同尺寸照片,如果缩图到相同像素数,CMOS面积大的必然单个像素面积大(几个像素合并成一个像素),单个像素的面积大,光通量也就大,光子散弹噪声的信噪比也就高。

4、光通量、光子散弹噪声最终要落实在CMOS的输出电流上,这就是光电转换效率QE(或者是综合转换效率η),如果CMOS面积大一倍,而QE小一倍,相互抵消,光子散弹噪声的信噪比还是一样。

5、怎么才能跟“等效光圈”扯上关系呢?原来问题出在拍摄相同亮度的景物上,除非你拍摄的是一面亮度均匀的大白墙,不同画幅都拍摄一个局部,不同画幅拍摄的这个局部大小虽然可能不同,但是亮度一样,光滑、圆润,没有任何细节。而真实景物,千差万别,拍摄时,不仅视角要一样,景深也要一样,否则,就不可能得到“相同亮度的景物”。

6、别急,光这个视角、景深一样还不行。光通量定义为单位时间的光能量,真正决定光子散弹噪声信噪比的是光能量,所以还要保证快门开启时间一样。

7、这样一来,一台全幅照相机、一台M43照相机,全幅用50mm镜头、M43用25mm镜头,视角一样;全幅用F4光圈、M43用F2光圈,景深一样;都使用相同的快门速度1/125秒,如果QE(η)相同,光子散弹噪声的信噪比相同。

8、不对!一个F4、一个F2,像场照度不一样了!哈哈,的确是,像场照度差了4倍,不差4倍还真不行!因为我们要把像素数缩到相同,全幅面积是M43的4倍,就是单个像素的面积,全幅要大4倍,E=φ/s,φ=E×s,为了保持相同的光通量,M43单个像素面积小了,就要靠提高像场照度4倍来弥补!

9、还是不对!一个F4、一个F2,照片亮度不一样!完全正确,为了统一照片亮度,全幅用ISO800,M43就降低到ISO200。

10、难道ISO不同,真的不影响光子散弹噪声的信噪比?臣妾就是不相信!ISO本质上是个放大器,不管是模拟放大、还是数字放大,对光子散弹噪声,放大噪声、也放大信号,所以最终的信噪比不受影响。为什么我们会感到高ISO的信噪比恶化?原因就是,我们因为光线弱而提高ISO,信噪比恶化是光线弱造成的,不是高ISO造成的。所以,老法师在光线弱的时候会想方设法补光,而不轻易提高ISO。

光子散弹噪声与“等效光圈”的定量计算,请看这里:
http://forum.xitek.com/thread-1659593-1-1-1.html
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2017-03-20 09:02
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windmind2006
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一个“浅景深焦虑症”的伪概念,用不着说那么些话去解释。
伪概念就是伪概念。
2018-11-09 21:17
paradio
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dg8 发表于 2018-11-7 18:20
简单问题复杂化
何止!

看了后我反而越来越糊涂了
2018-11-08 12:41
笑笑哭哭
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 12:30
既然知道全幅是标准,其它不同的画幅无论怎样等效,要想拍出一模一样的照片是不可能的。
视角相同景深必然不同,景深相同视角肯定不同。
本身就不是同一种系统,这样对比有什么意义呢。所谓“等效”也没有任何意义了,特别是光圈,没有任何“等效”的价值。
等效就是等效,不是一模一样,一模一样就不叫等效了。比如说,手机光圈F1.8拍的照片,其等效只为全幅同等效焦距光圈F8以上的照片,当然景深效果没有全幅F1.8的效果好。 本帖最后由 笑笑哭哭 于 2018-11-8 12:53 编辑
2018-11-08 12:34
constaintin-fox
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 12:21
就是因为各种不同,才要找个标准,这个标准就是全幅,然后大家对比标准,这就是等效。然后才好相互比较。
既然知道全幅是标准,其它不同的画幅无论怎样等效,要想拍出一模一样的照片是不可能的。
视角相同景深必然不同,景深相同视角肯定不同。
本身就不是同一种系统,这样对比有什么意义呢。所谓“等效”也没有任何意义了,特别是光圈,没有任何“等效”的价值。
2018-11-08 12:30
笑笑哭哭
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 12:18
根本问题在于,对比条件本身就不同,那么景深必然不同,这有什么好对比的呢。
就是因为各种不同,才要找个标准,这个标准就是全幅,然后大家对比标准,这就是等效。然后才好相互比较。
2018-11-08 12:21
constaintin-fox
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 12:14
等效只是为了方便比较,没有什么不可以的。
根本问题在于,对比条件本身就不同(焦距不同),那么景深必然不同,这很正常。这有什么好对比的呢。 本帖最后由 constaintin-fox 于 2018-11-8 12:19 编辑
2018-11-08 12:18
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 12:10
尺寸不同的底,等效的只是视角,焦距是不可能等效的。
所谓“等效焦距”只是一个约定俗成的说法,千万别以为焦距也是相同的。就像快门的参数是xx秒,而“秒”是时间单位,却被约定俗成说成速度一样。
焦距不同,景深就不同,这不关光圈的事。
等效只是为了方便比较,没有什么不可以的。
2018-11-08 12:14
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 11:54
这只是一种算法,以35毫米底为标准,其他底相对35毫米,才有等效之说。如果都是35毫米底的相机,就不存在等效之说。
尺寸不同的底,等效的只是视角,焦距是不可能等效的。
所谓“等效焦距”只是一个约定俗成的说法,千万别以为焦距也是相同的。就像快门的参数是xx秒,而“秒”是时间单位,却被约定俗成说成速度一样。
焦距不同,景深就不同,这不关光圈的事。
2018-11-08 12:10
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 11:50
景深只跟实际焦距有关哦,“等效焦距”已经改变了焦距,条件都不一样了。
这只是一种算法,以35毫米底为标准,其他底相对35毫米,才有等效之说。如果都是35毫米底的相机,就不存在等效之说。不能光看焦距,还要看感光尺寸,如手机4豪米焦距,但它的CMOS很小,要和全幅比较,必须等效,否则没办法比较。 本帖最后由 笑笑哭哭 于 2018-11-8 11:58 编辑
2018-11-08 11:54
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 11:44
等效焦距,也就是同视角。
景深只跟实际焦距有关哦,“等效焦距”已经改变了焦距,条件都不一样了。
2018-11-08 11:50
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 11:39
手机和单反怎么可能会是同焦距?设想下4mm的单反镜头是个什么概念。
等效焦距,也就是同视角。
2018-11-08 11:44
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 11:33
对同一个镜头,是这三个因素有关,但不同的镜头,即使光圈相同焦距相同拍摄距离相同,景深也不一定就相同。如手机和单反(同焦距)用相同光圈拍同一场景,景深就不同。
手机和单反怎么可能会是同焦距?设想下4mm的单反镜头是个什么概念。
2018-11-08 11:39
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 11:13
这怎么可能。景深只跟焦距、光圈和距离这三个因素有关,三个参数都相同,景深没道理不同啊。
难道还有第四个影响景深的参数么。
对同一个镜头,是这三个因素有关,但不同的镜头,即使光圈相同焦距相同拍摄距离相同,景深也不一定就相同。如手机和单反(同焦距)用相同光圈拍同一场景,景深就不同。
2018-11-08 11:33
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 11:08
不同相机光圈值相同,曝光相同,但景深不一定相同。当然是同距离下同场景下同光照下比较。
这怎么可能。景深只跟焦距、光圈和距离这三个因素有关,三个参数都相同,景深没道理不同啊。
难道还有第四个影响景深的参数么。
2018-11-08 11:13
笑笑哭哭
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 10:51
光圈怎么个等效法,最后都“等效”了哪些效果?

同距离,景深效果不同???同一个镜头焦距相同、距离相同、曝光也相同,那光圈还需要等效么。
如果说焦距不同,可相对孔径是一样的,即光圈一样。这时候景深跟焦距有关,也挨不上“等效光圈”的边儿啊。
不同相机光圈值相同,曝光相同,但景深不一定相同。当然是同距离下同场景下同光照下比较。
2018-11-08 11:08
水熊
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根本就不存在等效光圈这一说
2018-11-08 11:06
constaintin-fox
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 10:26
同距离,景深效果不同。等效光圈只能等效曝光,不能等效景深。
光圈怎么个等效法,最后都“等效”了哪些效果?

同距离,景深效果不同???同一个镜头焦距相同、距离相同、曝光也相同,那光圈还需要等效么。
如果说焦距不同,可相对孔径是一样的,即光圈一样。这时候景深跟焦距有关,也挨不上“等效光圈”的边儿啊。
2018-11-08 10:51
笑笑哭哭
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constaintin-fox 发表于 2018-11-8 09:45
这个“景深”根本跟光圈没关系,是距离造成的,怎么等效到光圈上了。
同距离,景深效果不同。等效光圈只能等效曝光,不能等效景深。
2018-11-08 10:26
知未
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不存在的东西,你就是说一万句也就是个【尸比】。
2018-11-08 09:53
constaintin-fox
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笑笑哭哭 发表于 2018-11-8 08:00
两句说清楚,等效光圈,曝光等效,景深不等效。
这个“景深”根本跟光圈没关系,是距离造成的,怎么等效到光圈上了。
2018-11-08 09:45
笑笑哭哭
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两句说清楚,等效光圈,曝光等效,景深不等效。
2018-11-08 08:00
轻声叹息
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smokefish 发表于 2018-11-7 22:37
只看了第一条就是错误的。。。
光圈相同的不同镜头拍出的照片亮度是不一致的,严重的话甚至可以相差1档曝光。
把这个帖子翻出来是我惹的祸,所以替楼主回答一轮,如果回答不正确是我理解或表述有误,并非楼主错误。

楼主的第一条有几个假定:物距相同,物体亮度相同,光圈系数相同,ISO相同,镜头透光率默认为0.65。

镜头透光率默认0.65源于国标,低于该值应视为不合格镜头。由于现代镜头的复杂性,过高的透光率也并不现实,因此做此默认设定以简化推导是合理的。

对于您说的在光圈相同的情况下,因为镜头影响曝光差一档,我理解在画幅相同的情况下,严格讲是不应该的,加滤镜除外。因为,差一档曝光,意味着光通量差一倍,那么镜头的透光率就差一倍。如果以0.65透光率为国标镜头合格线,优秀的镜头为0.8,那么差一档曝光的镜头透光率只有0.325-0.4,显然是不合格的镜头。而在合格镜头中,透光率顶多只有0.15的差距,不足以形成一档的曝光差距。

同时,推导公式,目的是给大家一个方向性指引,好让人知道在画幅不同时,视角、光通量、信噪比等数据的基本量化关系。过度纠结技术枝节,就无法得到方向性的物理本质。
比如我们还可以抓住第四条,说前照式、背照式的QE不同,这样讨论问题有意义吗。
同样,楼主还忽略了例如放大器的噪声、A/D转换的量化噪声对信噪比的影响。但,这没有影响本帖推导的方向的正确性,为何要纠结呢。如果如此纠结,上述噪声问题就可以另起一贴,写个几千字公式推导,方便大家继续争吵了。

对于技术细节,我认为,楼主的十句话可以加一个注释:*在相同技术和测试条件下。

本帖之中有很多大学教师或学者,都有相当高的技术能力和思辨水平,尚深陷此贴无力自辩,实在佩服无忌之水深。所以,无意挑起本类话题的无休止争吵,但愿就此打住,清者自清明者自明。
求大同,存小异是我讨论问题的原则,不当之处还请海涵。
2018-11-08 07:51
老相杭
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smokefish 发表于 2018-11-7 22:37
只看了第一条就是错误的。。。
光圈相同的不同镜头拍出的照片亮度是不一致的,严重的话甚至可以相差1档曝光。
对的。因照相镜头的光圈都是设计时算出来的只有电影头T的光圈值才是实际通光量。
2018-11-08 07:35
smokefish
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只看了第一条就是错误的。。。
光圈相同的不同镜头拍出的照片亮度是不一致的,严重的话甚至可以相差1档曝光。
2018-11-07 22:37
小野53
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+1
2018-11-07 20:28
dg8
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简单问题复杂化
2018-11-07 18:20
轻声叹息
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帖子: 135
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学习拜读此贴,言简意赅,逻辑清晰,对楼主敬佩。整个帖子中有很多回复和争鸣,部分也很有价值,获益匪浅。
2018-11-07 17:24
中庸者王
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最近这个问题又火了,复习一下自己的笔记。

中庸者王 发表于 2017-3-20 10:48
试着注解印证这十段话。

2、照度定义为单位面积上的光通量,就是E=φ/s。两部照相机,像素密度一样,就是单个像素的面积s一样,像场照度E相同时,单个像素的面积s上的光通量也就一样。光通量决定光子散弹噪声,光通量一样,光子散弹噪声的信噪比也就一样。

(照度定义为单位面积上的光通量。还记得压强和压力吗? 照度类似压强,乘以面积之后变成压力。)


1、照相机像场照度:E=0.65×L/A^2,曝光量:H=E×T,ISO标定:ISO=10/H。式中L是景物亮度,A是光圈的F系数,T是快门开启时间。结论,像场照度E、曝光量H都与画幅无关,所以拍摄相同亮度的景物,当ISO不变时,只要光圈、快门一样,任何画幅的照相机,拍出的照片,亮度一样。这是照相机、曝光的基本原理,放之四海而皆准。

(光圈的平方,正比于照度。ISO也是个平均到单位面积的量。)


3、这两部照相机,像素密度一样,如果画幅不一样(CMOS面积不一样),总像素数肯定不一样。就像比较景深的标准是打印相同尺寸照片,如果缩图到相同像素数,CMOS面积大的必然单个像素面积大(几个像素合并成一个像素),单个像素的面积大,光通量也就大,光子散弹噪声的信噪比也就高。

(区分两种情况,密度相同即单个像素面积相同;和单个像 ...
2017-12-22 12:58
rivershaw
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承诺的这一回该说缩图,结果,缩图远比我想象的复杂,另开一贴,有兴趣的请移步。

http://forum.xitek.com/thread-1669449-1-1-1.html
2017-04-05 11:47
sneeze
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帖子: 3531
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好色无悔 发表于 2017-04-01 21:10



人家拟合出的不同 ISO 下三种噪声系数的变化情况,前面标题很清楚无误地: ISO 与噪声

拟合曲线 全都证明:相机的IS...
章佳杰老师,不愿意趟这趟浑水,只做了三种噪声相关系数计算。结果让看的人自己想。我们这坛子里的那位,只着固定噪声相关系数高企说,那是固定噪声大。咱总是只能叹气。他的推理模式,独步天下,举世无双。
本帖由IOS客户端发布
2017-04-02 22:18
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