Was ist der Unterschied zwischen Leuchtdichte und Beleuchtungsstärke?

Je mehr ich darüber lese, desto verwirrter werde ich. So wie ich es verstehe, ist die in Lux gemessene Beleuchtungsstärke die wahrgenommene Helligkeit des Lichts auf einer Oberfläche. Es ist das, was Sie mit einem Auflichtsensor messen würden. Die Leuchtdichte gibt an, wie viel reflektiertes Licht Sie auf dieser Oberfläche wahrnehmen würden. Das misst der Belichtungsmesser in einer Kamera. Habe ich soweit Recht?

In beiden Fällen ist das Wort "wahrgenommen" wichtig, da die Skalen mit einer Leuchtkraftfunktion gewichtet werden , um die Wellenlängen auf die besonderen Empfindlichkeiten des menschlichen Auges abzubilden . Bei der Beleuchtungsstärke gibt es jedoch nur dann eine tatsächliche Wahrnehmung, wenn Ihr Auge zufällig die betreffende Oberfläche ist.

Ich kann das im Grunde verstehen, aber dann stoße ich auf Diagramme, in denen Dinge wie "Familienwohnzimmer: 50 Lux" stehen. Warte, warte! Bedeutet das wirklich, dass die typischen Lichter in einem Haus so hell sind, oder ist es nur verwirrt und falsch, oder bin ich verwirrt und falsch?

Wenn Sie nicht direkt Bilder von Lichtquellen aufnehmen, warum ist eine Messung mit einfallendem Licht jemals in der Fotografie nützlich? Auf Film oder von einem Sensor aufgenommenes reflektiertes Licht ist normalerweise das, was ein Foto ausmacht. Wenn ich also einen Auflichtmesser habe, wie hängt dieser Wert mit meinen Kameraeinstellungen zusammen?

Da einfallendes Licht Meter sind verkauft und verwendet wird , bedeutet dies , dass es müssen einige nützliche Umwandlung. Aber hier explodiert mein Gehirn. Google sagt mir, dass 1 Lumen 1 Candela entspricht, daher muss 1 Lumen / m² (dh 1 Lux) 1 Candela / m2 (dh 1 Nite) entsprechen. Aber es fehlt eindeutig etwas. Es gibt etwas, das man "Steradiant" nennt. Zapfen sind beteiligt. Ich hatte noch nie davon gehört. Wie passt das zusammen? Ich kann sehen, wie es bei der Berechnung des Nutzens der LED-Hausbeleuchtung ermittelt werden kann, aber für ein Foto bin ich ratlos.

Ein Teil meines (explodierten, aus dem letzten Absatz) Gehirns versucht, dies mit dem Unterschied zwischen Blitzmessung mit TTL und einer Störungsmessung in Verbindung zu bringen. Aber wie kann der Incident Meter funktionieren, ohne die Reflexionseigenschaften der Objekte in der Szene zu kennen? Geht es hier um das "C" im Lux → EV-Standard des Auflichtmessers ? Ist es nur ein durchschnittlicher Wert, der wahrscheinlich funktioniert, oder steckt mehr dahinter? Und wenn es nur ein Durchschnitt ist, welche Kenntnisse sind erforderlich, um Szenen mit Abweichungen auszugleichen? (Wie bei der K-Konstante und 18% Grau bei der Reflexionsmessung , bei der der Fotograf einfach beurteilt, ob die Szene heller oder dunkler als der vom Messgerät angegebene Durchschnitt dargestellt werden soll.)

Also ja, so viel Verwirrung. Zusamenfassend:

• Was ist der Unterschied?
• Kann man sinnvoll zwischen den beiden konvertieren?
• Wann und wie sind Beleuchtungsstärken- / Auflichtmessungen für die Fotografie nützlich?

Update: Ich schätze Stans Antwort, die den dritten Punkt abdeckt, wann und wie gut. Und ich denke, ich habe im Grunde den ersten Punkt herausgefunden, wie oben beschrieben. Aber ich würde mich über einige Antworten freuen, die sich auch mit dem Thema Konvertierung befassen, sowohl in der mathematischen Zusammenfassung als auch als Praktikum für die Fotografie. Und ich hätte auch nichts dagegen, warum und wie.

Stans Antwort ist hervorragend, um die Messung vom praktischen Standpunkt aus zu erklären. Sie scheinen auch zu fragen, was die Besonderheiten sind, insbesondere in Bezug auf Steradians und die Umstellung von Lux auf EV. Mit den Wikipedia-Artikeln, die Sie verlinkt haben, und einigen untergeordneten Links von dort kann ich einige Dinge erklären und den Rest der Extrapolation überlassen.

Zuallererst Steradier . Seltsamer Begriff und seltsames Konzept. Sobald Sie jedoch verstehen, was es wirklich ist, werden die Dinge sinnvoller. Um einen Schritt zurückzutreten, lassen Sie uns zuerst über das Bogenmaß sprechen . Ein Bogenmaß ist ein Winkelmaß, das einfach ausgedrückt Folgendes bedeutet:

Ein Bogenmaß ist ein Bogen, dessen Länge dem Radius eines Kreises entspricht.

Ein Bogenmaß wird in der zweidimensionalen Ebene gemessen. Ein Steradiant ähnelt einem Bogenmaß, das nur in drei Dimensionen gemessen wird. Die Definition eines Steradians lautet wie folgt:

Ein Steradiant ist ein kreisförmiger Fleck auf der Oberfläche einer Kugel, dessen Fläche dem Quadrat des Kugelradius entspricht.

Ein Steradiant ist eine seltsame "Projektion" eines zweidimensionalen Winkels in den dreidimensionalen Raum oder ein sogenannter Raumwinkel . Der Schnittpunkt des 2D-Winkels mit der Kugeloberfläche schneidet ein kreisförmiges Feld (das selbst vom Bogenradius halbiert wird). Ein anderer Begriff dafür ist der Quadratradius . Der Raumwinkel, der ein Steradiant darstellt, wird wie folgt berechnet:

θ = A/r^2

Was faszinierenderweise einfach r ² / r ² ist oder die Einheiten m ² · m ^{–2 hat} , was einen Steradiant wie den Bogenmaßstab zu einer uneinheitlichen Spezifikation macht, die einen festen Bereich auf der Oberfläche einer Kugel relativ zum Radius der Kugel beschreibt .

So vervollständigen Sie die Definition eines Steradians in Bezug auf eine Kugel:

Der Raumwinkel einer ganzen Kugel entspricht 4π sr.

Man könnte das anders sehen:

Die Oberfläche einer Kugel hat die Einheit 4π sr.

Nachdem die Definition eines Steradians nicht mehr möglich ist, können wir die Beziehung eines Lumens zu einer Candela klarer verstehen . Laut dem verlinkten Wikipedia-Artikel:

1 lm = 1 cd sr

Oder ein Lumen entspricht einer Candela steradian . Ein Candela-Steradiant ist die Lichtleistung eines Steradiant, die, wie wir jetzt aus der obigen Diskussion wissen, die Fläche eines kreisförmigen Fleckens auf einer Kugel ist, die dem Quadrat des Radius dieser Kugel entspricht.

Wenn wir eine Lichtquelle in die Diskussion einbeziehen, um die Dinge realer zu machen, würde dies Folgendes bedeuten. Angenommen, wir haben eine Glühbirne mit einem Radius von 1,5 Zoll, dh Meter bei 1 Lumen, die 1 CD aus einem beliebigen Bereich auf der Oberfläche dieser Glühbirne mit einer Gesamtfläche von 1,5 ^Zoll (2,25 Zoll) emittiert .

Die volle Glühbirne strahlt tatsächlich insgesamt 1 cd 4π sr oder insgesamt 12,57 lm aus allen Winkeln aus. Der Belichtungsmesser misst jedoch nicht 12,57 lm, da er nur aus einem Winkel zur Glühlampe misst, nicht aus allen Winkeln zur Glühlampe. Wenn wir davon ausgehen, dass unser Lichtmesser für ungefähr einen Steradiant effektiv empfindlich ist, misst er 1 Lumen.

Weitere Fragen?

F: Man könnte fragen, warum 1 Lumen mit 1 Candela steradian gleichgesetzt wird, anstatt nur 1 Candela?

A: Die Antwort ist Geometrie . Das Beschreiben einer Candela ist nützlich, um uns die Lichtmenge, aber nicht unbedingt die Konzentration oder die Form und Größe der Emission mitzuteilen. Der Zweck, Steradians in die Mischung zu bringen, besteht darin, dass die Lichtquelle eine bestimmte geometrische Form und Fläche aufweist, die ein Lichtlumen emittiert.

Es wird wichtiger, wenn Sie eine Lichtquelle mit hoher Dichte haben. Zum Beispiel könnte ein Laserpointer mit niedriger Leistung (Milliwatt) 250.000 w / sr entsprechen. Wenn Sie nun die Dichtefähigkeiten eines Auges mit 120.000 w / s betrachten, wird dies mehr als trivial - sehen Sie? Oh warte, du wirst es nicht sehen!

Ein Lux ist laut Wikipedia das Maß für Lumen pro Quadratmeter. In Einheiten ausgedrückt, da ein lm gleich einer cd sr ist , dann:

1 lux = 1 cd sr/m^2

Wenn ich das richtig verstehe, kann dies so abgelesen werden, dass 1 Lux der Lichtmenge entspricht, die auf einer Oberfläche empfangen wird, die von einer Lichtquelle mit einem Radius von einem Meter beleuchtet wird, die 1 cd sr Lichtleistung in Richtung der gemessenen Oberfläche abgibt.

Die Umrechnung von Lux in EV ist relativ einfach und beinhaltet eine Konstante C. Ich kann nicht genau sagen, wie C abgeleitet wird. Wenn wir jedoch annehmen, dass der "gemeinsame" Wert von 250 genau ist, ist dies eine einfache Formel für die Umrechnung von Lux zu EV wäre:

EV = log ₂ (E · S) / C

Wobei S der Sensor ISO und E die Beleuchtungsstärke in Lux ist. Wenn wir annehmen, dass eine Szene mit 1 Lux beleuchtet ist und unsere ISO 100 ist, dann (lange Hand, umgerechnet auf einen Basis-Zehn-Logarithmus für die Berechnung mit einem herkömmlichen Taschenrechner):

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

Ein ziemlich niedriger Belichtungswert wäre jedoch für die mäßige Beleuchtung durch 1 Lux zu erwarten. Um in die andere Richtung zu gehen und herauszufinden, wie viel Beleuchtung Sie benötigen, um einen bestimmten EV zu unterstützen, können wir die Konvertierung zwischen EV und E (lange Hand) neu anordnen:

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

Das bringt uns zu einer schönen einfachen Formel, um Lux aus EV zu berechnen (wenn ISO 100 ist):

E = 2 ^EV * 2,5

Wenn unser Ziel-EV 1 ist, berechnen wir Lux wie folgt:

E = 2 ¹ · 2,5
E = 2 · 2,5
E = 5

Für eine Belichtung mit einem EV benötigen wir genau 5 Lux Beleuchtung oder 5 cd sr / m ^ 2 oder 5 lm / m ^ 2.

Weitere Fragen?

F: Man könnte fragen, warum Lux messen, die lm / m ^ 2 sind, anstatt einfach Lumen zu messen.

A: Die Antwort wäre Einheiten , oder genauer gesagt Einheiten von Flächen, die ein Mensch leicht erkennen kann. Ein Candela-Steradiant ist nützlich, um uns Menge und Geometrie zu sagen, ein Steradiant ist jedoch selbst einheitenlos. Sie definiert lediglich die Geometrie, gibt jedoch keinen bestimmten Bereich an. Ein Steradiant ist ein Steradiant, unabhängig vom tatsächlichen Radius der Kugel. Ein Candela-Steradiant pro Quadratmeter führt jedoch zu einer ausreichenden Einheitsspezifität, mit der wir genauer verstehen können, wie viel Licht 1 Lux tatsächlich ist (was, ganz offen gesagt, überhaupt nicht viel ist).

Sie haben das Problem Raum ziemlich festgefahren. Die Auflichtmessung misst, was auf das Motiv fällt, unabhängig von dessen charakteristischem Reflexionsvermögen usw., während die Auflichtmessung misst, was vom Motiv reflektiert wird, unabhängig von den Eigenschaften des auftreffenden Lichts. Das Aufnahmemedium in der Kamera zeichnet, wie Sie bereits betont haben, auf, was vom Motiv reflektiert wird (oder, wenn eine Lichtquelle im Bild enthalten ist, was von diesem übertragen wird). Unabhängig davon, welche Art der Messung verwendet wird, besteht das Ziel des Spiels darin, das vom Motiv kommende Licht für das Bild angemessen aufzunehmen.

Mit einem Messgerät für reflektiertes Licht ist es einfach, sich ein Bild zu machen, ob es sich um ein Messgerät in der Kamera oder ein separates Handmessgerät oder ein Durchschnittsmessgerät handelt. Die Messung von Auflicht ist nur ein wenig schwieriger.

Die meisten Auflichtmessungen werden mit einem kuppelförmigen Invercone durchgeführt . Im Wesentlichen haben Sie einen halbkugelförmigen Diffusor über dem lichtempfindlichen Element, der Licht von 180 Grad (90 Grad von der Achse in alle Richtungen) aufnimmt und 18 Prozent dieses Lichts auf das lichtempfindliche Element überträgt. (Das Element kann normalerweise auch als Reflexionslichtmesser verwendet werden und erfordert manchmal Zubehör für den Zähler.) Sie können Lichtquellen separat messen, indem Sie die Kuppel von einzelnen Quellen abschatten oder die Quellen selektiv ein- und ausschalten (als mit Studiobeleuchtung), um die Beleuchtungsverhältnisse zu bestimmen (der Unterschied in der Beleuchtung zwischen Bereichen, die Lichter und Schatten auf dem Motiv sein werden).

Während die Arbeitsmethode anders ist, ist das, was Sie tun, fast identisch mit dem Platzieren einer Graukarte an der Motivposition, der Ausrichtung auf das Motiv und dem Sprechen eines Spotmesswerts dieser Graukarte. Es sagt Ihnen nichts über das Thema - aber das kann eine gute Sache sein. Wenn Ihre Messung vom Motiv abhängt, müssen Sie das Reflexionsvermögen des Motivs kennen (oder in der Terminologie des Zonensystems wissen, wo das Motiv auf der Belichtungsskala platziert werden soll). Ohne dieses Wissen können Sie nicht nur mit dem Zählerstand die Wahrheit über das Thema sagen - Sie können möglicherweise den gesamten Tonwertumfang perfekt erfassen, aber das kann zum Beispiel bedeuten, dass die Werte stark unter- oder unterschritten werden Überbelichtung der einen Sache, die Sie wirklich zu erfassen versuchten.

Deshalb gibt es eine solche Kluft zwischen Auflicht- und Auflichtmessung. Sie werden eine Auflichtmessung sehen, die am häufigsten im Studio verwendet wird, aber oft auch bei Porträtaufnahmen oder Mode- / Produktarbeiten. In der Regel muss das Bild auf jeden Fall angegriffen werden. Dies lässt sich am besten erreichen, indem Sie es bei der Messung ganz aus der Gleichung streichen und dann die tatsächlichen Reflexions- und Farbmerkmale auf den Sensor fallen lassen. Der Rest der Szene ist atmosphärisch - Sie können nach Herzenslust damit spielen. Solange das Motiv richtig beleuchtet und belichtet ist, ist das Bild genau das, was Sie möchten.

Wenn Sie in weniger kontrollierten Umgebungen arbeiten, insbesondere wenn Sie Dinge wie Landschaften aufnehmen, möchten Sie im Allgemeinen (sozusagen), dass Sie sich nicht zu viele Gedanken über die "Wahrheit" machen. In diesen Fällen ist die "Wahrheit" subjektiver und Sie möchten die Daten sammeln, die Ihre Version der Wahrheit unterstützen. Das kann bedeuten, dass Sie einen Bürger der Zone VII so hell erscheinen lassen oder die dunkle Farbe in einen kaum dunklen Mittelton zwingen, um die Details zu erhalten, die für Sie wichtig sind. Aber Sie müssen wissen, wohin die Dinge in Ihrer Version der Welt gehen. Oder lassen Sie sich von den Algorithmen zur Szenenerkennung der Kamera diese Bestimmung vornehmen.

In beiden Fällen ist der Zähler jedoch nur der Ausgangspunkt. Es bringt Sie in den Ballpark, und mit Ihrer Erfahrung und Vision können Sie die objektive Realität an Ihre subjektiven Anforderungen anpassen.