Задача про экспозицию

[OlegCh]

Вот ещё одна странная задача, на мой взгляд:
Картину фотографируют сначала целиком с большого расстояния с временем экспозиции 1/100 секунды, затем отдельные ее детали в натуральную величину. Во сколько раз должно быть больше время экспозиции при съемке деталей?
Мне кажется, тут не хватает данных. Мои рассуждения, как фотографа:
Пусть вначале фотографируют картину полностью. Это должно, по-видимому, означать, что вся площадь картины $S$ помещается на всю площадь кадра $S_1$ и освещенность картины получается равна освещенности кадра, что и определяет необходимую экспозицию (при которой выдержка выбирается 1/100, которую в условии неверно называют экспозицией, ну да ладно). Если мы снимаем фрагмент в натуральную величину (видимо имеется в виду, что площадь фрагмента равна площади кадра), то освещенность этого фрагмента (а значит и освещенность кадра) меньше освещенности всей картины в $S/S_1$ раз и значит экспозиция должна быть увеличена в это же число раз. Но нам это отношение не дано. Или я не прав?

[rockclimber]

OlegCh в сообщении #1088806 писал(а):

Или я не прав?

Пока нет.
Советую как фотограф фотографу: нарисуйте картинку, как фотографирует фотоаппарат.
Если есть фотоаппарат под рукой, попробуйте еще сделать два фото ("картину целиком" и деталь), а потом объяснить результат. Формулировка задачи кривовата, на мой фотографический вкус, но, поскольку фотографировать все равно никто не умеет и терминологией владеет слабо, то сойдет. Интересно даже, сколько фотографов поймет ее неправильно.

[miflin]

OlegCh в сообщении #1088806 писал(а):

Но нам это отношение не дано.

Это отношение мы можем сами ввести для конкретного случая. Другое дело, что оно тут ни при чем.
Пусть снимаем так, что картина занимает весь кадр. Потом снимаем с вдвое меньшего расстояния.
При этом четверть площади картины, которая ранее занимала четверть площади кадра,
теперь занимает весь кадр. Казалось бы, освещенность кадра уменьшится вчетверо, но ведь и телесный угол,
в пределах которого каждая точка картины посылает свет в объектив, увеличивется тоже вчетверо.
Поэтому непонятно, зачем менять выдержку.

Тут, правда, есть нюанс, связанный с перемещением объектива относительно плоскости пленки (или матрицы),
но это уже другой разговор. Вышеприведенное рассуждение справедливо для малого перемещения.

[Korvin]

При съемке с удаленного расстояния (практической бесконечности) объектив от пленки на расстоянии фокуса (который выбит на оправе), и освещенность одна, а фото в масштабе 1:1 требует двойного выдвижения объектива, что уменьшает освещенность вчетверо. Соответственно вчетверо увеличивается экспозиция, вместо 1/100 ставим 1/25. (Установка затвора соответственно 100 и 25).

[Sintetik]

Korvin в сообщении #1088880 писал(а):

При съемке с удаленного расстояния (практической бесконечности) объектив от пленки на расстоянии фокуса (который выбит на оправе), и освещенность одна, а фото в масштабе 1:1 требует двойного выдвижения объектива, что уменьшает освещенность вчетверо. Соответственно вчетверо увеличивается экспозиция, вместо 1/100 ставим 1/25. (Установка затвора соответственно 100 и 25).

Это с макрокольцами, а макрообъективы вроде бы сконструированы таким образом, что без разницы расстояние.

[Korvin]

Sintetik в сообщении #1088916 писал(а):

Korvin в сообщении #1088880 писал(а):

При съемке с удаленного расстояния (практической бесконечности) объектив от пленки на расстоянии фокуса (который выбит на оправе), и освещенность одна, а фото в масштабе 1:1 требует двойного выдвижения объектива, что уменьшает освещенность вчетверо. Соответственно вчетверо увеличивается экспозиция, вместо 1/100 ставим 1/25. (Установка затвора соответственно 100 и 25).

Это с макрокольцами, а макрообъективы вроде бы сконструированы таким образом, что без разницы расстояние.

Ну задача то точно на классику, там без разницы, выдвигается объектив кольцами или свой тубус позволяет. Входной зрачок (диафрагма) одинаковы, соответственно освещенность кадра обратно пропорциональна выдвижению, с чем можно не считаться при бытовой схемке с 1 м и дальше, но требует поправки при макросъемке. Та-же зависимость, что и для камер-обскуры. Меняешь масштаб, меняется освещенность.
Всегда для макросъемки пользовались обычными объективами, выдвигая их посредством колец и/или даже самодельного дополнительного тубуса, умельцы всегда находились выточить. Другое дело, что объектив неидеальный, и искажения начиная с масштаба 1:1 (т.е. когда идет увеличение, муха во весь кадр 24х36) меньше, когда объектив переворачивается, т.е. к объекту обращается та его линза, которая ранее была повернута в сторону пленки. И освещенность кадра при таком увеличении уменьшается катастрофически, безусловно нужна поправка.
Что касаемо макрообъективов, с особенностями их конструкции не знаком, понятно что они корригируются на некий выбранный масштаб, а широта коррекции тоже должна быть шире обычного объектива с любительской камеры. Так сейчас в помощь лантановая оптика, несферические поверхности линз и перебор вариантов на компьютере. 19 век с 2 сортами стекол - кронглас и флинтглас, и расчетом на арифмометре отдыхает. Хотя почти все схемы современных объективов были изобретены тогда, и на каждую схему непременно брался патент. Известны анекдотичные случаи, когда фирма-конкурент переманивала специалиста, и он на новом месте изобретал новый объектив, чтобы обойти свой собственный патент.
Чтобы макрообъектив обеспечивал одинаковую освещенность при изменении масштаба - необходимо изменять по особому закону входной зрачок, вряд ли это целесообразно, или встроить физическую диафрагму туда, где зрачок будет меняться автоматически при изменении масштаба.

[rockclimber]

Sintetik в сообщении #1088916 писал(а):

Это с макрокольцами, а макрообъективы вроде бы сконструированы таким образом, что без разницы расстояние.

Почти без разницы. На большинстве объективов минимальное значение диафрагмы зависит от фокусного расстояния. У объектива Nikon, которым как правило комплектуются любительские зеркалки, минимальное значение диафрагмы - 3,5 при фокусном расстоянии 18 мм и 5,6 при 55 мм. Если условия съемки плохие и надо снимать при открытой диафрагме, то выставить 3,5 при фокусном расстоянии 55 просто не получится.

Korvin в сообщении #1088880 писал(а):

а фото в масштабе 1:1 требует двойного выдвижения объектива

А в задаче не сказано, что детализация достигается путем изменения фокусного расстояния. Его можно оставить тем же, а уменьшить расстояние до объекта съемки. А если все-таки хочется крутить макрообъективом, сидя на месте, придется как-то бороться с виньетированием, а там одной экспозицией не обойдешься (не говоря уже о том, что сила эффекта зависит от размера матрицы и свойств объектива; впрочем, авторы задачи всегда могут сказать: "А мы снимаетм на цифромыльницу с крошечной матрицей, там виньетированием можно пренебречь"). Сейчас от него можно избавиться с помощью фильтра в фотошопе, а до появления цифровых технологий, насколько я знаю, не пытались избавиться вообще.

[Amw]

rockclimber в сообщении #1088838 писал(а):

Интересно даже, сколько фотографов поймет ее неправильно.

rockclimber в сообщении #1088924 писал(а):

А в задаче не сказано, что детализация достигается путем изменения фокусного расстояния. Его можно оставить тем же, а уменьшить расстояние до объекта съемки.

Есть ещё один способ - оставить объектив тот же и в том же состоянии, не изменять расстояние до объекта, а заменить фотоаппарат с меньшей по размеру матрицей. Допустим первая зеркалка с полным кадром, а вторая с КРОП=1:2. Во втором случае на кадре будет четверть площади первого снимка.
Т.е., ещё проще, но менее наглядно - фактически применить цифровой Zoom.

[OlegCh]

Не очень понятно, какая связь между выдвижением объектива и освещенностью кадра. Ведь в кадр попадает участок картины площадью $S_1$ и его (кадра) освещенность будет равна освещенности этого участка картины, т.е. $S_1/S$. В самом объективе же ничего не теряется.

[Korvin]

rockclimber в сообщении #1088924 писал(а):

А в задаче не сказано, что детализация достигается путем изменения фокусного расстояния. Его можно оставить тем же, а уменьшить расстояние до объекта съемки.

Боюсь, вы не поняли что я имел в виду, а также условие задачи. О никаком изменении фокусного расстояния речь не может идти, такие объективы сложнейшие по конструкции, в задаче безусловно предполагалось выдвижение штатного объектива на двойное фокусное расстояние. Что и требует увеличения выдержки в 4 раза.
Уменьшение расстояния до объекта съемки, что и есть съемка с увеличением масштаба, требует также и увеличения расстояния от объектива до пленки. Для того на оправе объектива и наносится градуировка расстояния с одновременным выдвижением объектива.

-- 08.01.2016, 15:05 --

rockclimber в сообщении #1088924 писал(а):

У объектива Nikon, которым как правило комплектуются любительские зеркалки, минимальное значение диафрагмы - 3,5 при фокусном расстоянии 18 мм и 5,6 при 55 мм.

Что и является свидетельством того, что при увеличении фокусного расстояния уже физически невозможно вследствие конечности диаметра какой-то линзы увеличивать физическую диафрагму а соответственно и входной зрачок. Который в 1-м случае 5 мм, во 2-м 10 мм.

-- 08.01.2016, 15:31 --

OlegCh в сообщении #1088952 писал(а):

Не очень понятно, какая связь между выдвижением объектива и освещенностью кадра. Ведь в кадр попадает участок картины площадью $S_1$ и его (кадра) освещенность будет равна освещенности этого участка картины, т.е. $S_1/S$. В самом объективе же ничего не теряется.

В объективе ничего не теряется, его можно представить себе как просто дырку диаметром с входной зрачок. Но наводка на резкость требует увеличения расстояния от объектива до пленки (матрицы), что уменьшает угол охвата, соответственно с поверхности объекта собирается меньше света. Выдвинули объектив на двойной фокус (для масштаба 1:1), углы по вертикали и горизонтали уменьшились тоже вдвое, света через объектив пройдет вчетверо меньше.

[rockclimber]

Korvin в сообщении #1088961 писал(а):

Боюсь, вы не поняли что я имел в виду, а также условие задачи.

Вас я понял, задачу - возможно нет, но пока не вижу, что ваша трактовка сильно лучше моей.
Я так понимаю, тут есть два варианта. Первый - в задачах такого рода, возможно, по умолчанию подразумевается, что фотоаппарат имеет очень простую конструкцию, на уровне аппаратов начала 19-го века (или что-то вроде того). И что такая конструкция по умолчанию подразумевается во всех подобных задачах, и если регулярно такие задачи не решать, то просто не поймешь, о чем речь. Потому что для меня сейчас задача выглядит как "угадайте, что я имел ввиду". Я читаю условие и вижу там "картину фотографируют", а потом оказывается, что у этого "фотоаппарата" диафрагмы нет, наводки на резкость нет, про зум и говорить страшно... И все это задано по умолчанию... Но это, тем не менее, "фотоаппарат". Сказали бы "трубка с линзой", я бы понял как надо сразу.
Второй вариант - если у задачи нет "настроек фотоаппарата по умолчанию", то надо рассмотреть разные конструкции и описать все варианты решения для них.

Хотя нет, один момент в задаче я действительно не понял. Что такое "детали в натуральную величину"? Под натуральной величиной можно понимать разные вещи (разной степени натуральности). Если говорить именно о технике, то это понятие довольно бессмысленное, особенно для фотокопирования картин.

Korvin в сообщении #1088961 писал(а):

в задаче безусловно предполагалось выдвижение штатного объектива на двойное фокусное расстояние. Что и требует увеличения выдержки в 4 раза.

Поясните этот момент. Совершенно не вижу, как это следует из условий задачи.

Amw в сообщении #1088944 писал(а):

Есть ещё один способ - оставить объектив тот же и в том же состоянии, не изменять расстояние до объекта, а заменить фотоаппарат с меньшей по размеру матрицей. Допустим первая зеркалка с полным кадром, а вторая с КРОП=1:2. Во втором случае на кадре будет четверть площади первого снимка.

Тоже можно, но есть куча нюансов. В задаче что-то говорилось про "натуральную величину", если натуральной величиной называть физический размер изображения объекта на пленке/матрице, то тут кроп ничего не изменит, а если допустить, что у нас цифровая матрица и кроп использовать можно, то теряется смысл понятие "натуральной величины", потому что у цифрового изображения величины нет вообще.

[arseniiv]

«В натуральную величину» может намекать на то, что у нас здесь вообще камера-обскура (с фиксированным расстоянием между зрачком и стеной — я совершенно не в курсе, было ли оно у каких-нибудь камер изменяемым и насколько часто). А вообще, и правда непонятная задача.

[Sintetik]

Если покрутить резкость – фокусировку, то экспозиция не меняется, если приблизить фотоаппарат к стене, например, тоже не меняется, значит, если и приблизить и сфокусировать экспозиция не изменится, есть и объективы с постоянной диафрагмой при зумировании, иначе работа фотографа превратилась бы в ад. Видно так делают объективы.

[Korvin]

arseniiv в сообщении #1088999 писал(а):

«В натуральную величину» может намекать на то, что у нас здесь вообще камера-обскура (с фиксированным расстоянием между зрачком и стеной — я совершенно не в курсе, было ли оно у каких-нибудь камер изменяемым и насколько часто). А вообще, и правда непонятная задача.

Имхо задача настолько же понятна, что и задача про бассейн с трубами при всей их условности. Аппарат действительно 19 века, без зума, что не упомянуто (диафрагма) вынесено за скобки, натуральная величина это масштаб 1:1. Зачем множить сущности сверх потребности? Любой занимавшийся макросъемкой любитель знал, что увеличение масштаба требует коррекции выдержки. Что-то может быть скомпенсировано фотографической широтой пленки (сейчас возможностью поиграться движками фотошопа), но под масштаб 1:1 безусловно требовалось 4-кратное увеличение выдержки по сравнению со съемкой с "бесконечности". Которая для фотографа вполне актуальна и начинается где-то с 10-15 метров, в зависимости от фокусного расстояния и светосилы. И самый обычный режим съемки это когда все резко начиная с некоторого расстояния до бесконечности, что решается мгновенно с использованием выгравированной на объективе линейной номограммы. Камер-обскуры с изменяемым расстоянием безусловно были, они и представляли собой два вдвигаемых один в другой ящичка. (До гармошки додумались значительно позднее). При этом для камер-обскуры совершенно не встает вопрос наводки на резкость - все одинаково резко (или вернее, одинаково нерезко), ящички вдвигались/выдвигались исключительно для изменения масштаба. И лишь потом врезали в переднюю стенку линзу, и пошло-поехало: проблема с наводкой на резкость, хроматичность, ореолы, и гонка за изобретением лучшего объектива - взамен монокля перископ, триплет, ахромат, апланат, анастигмат, затем трансфокаторы, зумы и пр. и пр. А теперь еще и соревнование объективов с вынесенным передним зрачком - это когда перед объективом на определенном расстоянии решетка, а он ее не видит, снимает через нее без потери качества.

-- 08.01.2016, 17:20 --

Sintetik в сообщении #1089006 писал(а):

Если покрутить резкость – фокусировку, то экспозиция не меняется, если приблизить фотоаппарат к стене, например, тоже не меняется, значит, если и приблизить и сфокусировать экспозиция не изменится, есть и объективы с постоянной диафрагмой при зумировании, иначе работа фотографа превратилась бы в ад. Видно так делают объективы.

Смотря о каком фотографе говорим. Если о художнике, то не ад, он много чего держит в голове и снимок делает при единственно пригодной согласно его творческому замыслу диафрагме и экспозиции, глубине резкости, резкости по полю и пр. И сейчас они еще гоняются за антикварной оптикой 19 века - там совершенно особые эффекты. Тогда они считались досадным несовершенством, а сейчас имитируются посредством ухищрений, в современные резкие объективы вносятся искажения - мажут линзы вазелином, ставят дырчатые диафрагмы. А фотошоп все это только симулирует - разница что традиционный музыкальный инструмент/подбор эффектов на синтезаторе. Вот сегодня слышал на России-24 про гейш - играют на каком-то инструменте, который обтянут кошачьей шкурой. На вопрос, отчего обязательно кошачья, удивились невежеству спрашивавшего - все ведь знают, что только так достигается нужный звук.
А любителю для селфи зачем все эти премудрости? Камера обеспечит средний снимок при любом освещении и расстоянии, указаны только какие-то диапазоны значений, за которые выходить не рекомендуется.

-- 08.01.2016, 17:24 --

Sintetik в сообщении #1089006 писал(а):

Если покрутить резкость – фокусировку, то экспозиция не меняется, если приблизить фотоаппарат к стене, например, тоже не меняется, значит, если и приблизить и сфокусировать экспозиция не изменится, есть и объективы с постоянной диафрагмой при зумировании, иначе работа фотографа превратилась бы в ад. Видно так делают объективы.

Просто так фокусировку не крутят, это не есть независимая переменная, влияющая на экспозицию, это зависимая переменная, функция от масштаба или расстояния до объекта съемки. Соответственно выбора нет - подошел к объекту ближе, перестраиваешь резкость, увеличиваешь экспозицию. Но если речь не идет о макросъемке, то требуемое изменение экспозиции даже не выходит за пределы допусков на чувствительность пленки, погрешности обработки и пр. При электронике то-же самое.
Другое дело, что встроенный экспонометрический датчик это изменение освещенности матрицы теперь улавливает автоматически, если он не снаружи (были и такие), а за объективом. Собственно в отдельном экспонометре уже и нужды нет - матрица целиком или отдельный ее участок сама экспонометр.

[OlegCh]

Вот до меня, кажется, наконец-то дошло, что имелось в виду в условии задачи. Ни о какой реальной картине тут и речи нет (что и запутывает все дело). А условие надо сформулировать следующим образом:
Найти отношение телесного угла фотоаппарата при наводке его на бесконечность к телесному углу при макросъемке 1:1.
Тогда и получится отношение 1:4, и соответственно увеличение экспозиции в 4 раза.