Die tatsächliche Lichtgeschwindigkeit spielt keine Rolle. Die Tatsache, dass es nicht augenblicklich ist, ist sehr wichtig. Obwohl sich das Licht sehr schnell ausbreitet, trifft das Licht des Motivs oder der Szene nicht alle gleichzeitig auf den Sensor oder Film. Das Licht gelangt vom Motiv in einem über einen bestimmten Zeitraum verteilten Energiestrom zur Kamera. Für die Zeit, in der der Verschluss geöffnet ist, wird dieser Lichtstrom in einem Foto aufgezeichnet. Wenn sich die Szene im Verlauf der Belichtung ändert, ändert sich auch die Form des Lichtstroms, der die Kamera während der Belichtung erreicht.
In der Physik wird häufig ein Ausdruck verwendet, um die Art und Weise zu beschreiben, in der Licht gleichzeitig Eigenschaften sowohl der Wellenenergie als auch der Teilchenenergie zeigt: die Dualität des Lichts . Zum Zweck der Fotografie behandeln wir Licht normalerweise als einen Strom von Photonen, die von der Szene auf den Sensor (oder Film) fließen. Wenn sie auf den Sensor treffen, werden sie in jeder Pixelmulde, auf die ein Photon trifft, in Elektronen umgewandelt. Beim Auftreffen auf den Film führt ihre Energie zu chemischen Reaktionen auf die Körner der Chemikalien in der Filmemulsion.
Warum ändert die Verschlusszeit die Bildschärfe / Detailgenauigkeit?
Die Verschlusszeit bestimmt, wie lange der Photonenstrom aus der Szene auf den Sensor treffen darf. Wenn sich die Position in der Szene während der Belichtungsdauer ändert, bewegt sich das Licht des Teils der Szene, der sich bewegt hat, über die Oberfläche des Sensors und fällt auf verschiedene Pixel. Wenn die Kamera selbst die Quelle der Bewegung ist, verschiebt sich die gesamte Szene und jeder Punkt in der Szene fällt auf verschiedene Pixel auf dem Sensor. Unabhängig von der Quelle der Bewegung ist das Ergebnis unscharf, da das Licht von einem einzelnen Punkt in der Szene auf mehrere Pixel verteilt wird. Je länger der Verschluss offen gehalten wird, desto stärker ist die Unschärfe bei gleicher Bewegungsgeschwindigkeit.
Je länger der Verschluss geöffnet ist, desto mehr Licht wird auf dem Foto eingefangen. Je mehr Licht vom Sensor erfasst wird, desto höher ist der Anteil der vom Sensor gesammelten Elektronen am Licht der Szene (wir nennen dieses Signal ) an den von der Elektronik der Kamera erzeugten Elektronen, mit denen auch aufgezeichnet wird der Strom von den Sensorpixeln. Diese Streuelektronen nennen wir Rauschen. Lesegeräusche werden von der Elektronik der Kamera erzeugt. Fotorauschen wird durch die Zufälligkeit des Lichts aufgrund der Dualität des Lichts erzeugt. Diese Photonenteilchen bewegen sich entlang eines wellenförmigen Pfades, der durch die Wellenlänge jedes Lichtbits definiert ist. Je mehr Signal (Licht) wir proportional zum Rauschen haben, desto mehr Details können wir in unserem Foto erzeugen. Dies wird als Signal-Rausch-Verhältnis bezeichnet .
Eine kürzere Verschlusszeit minimiert also den Bewegungseffekt, kann aber aufgrund eines schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses zu Detailverlust führen. Eine längere Verschlusszeit erhöht das Signal-Rausch-Verhältnis, kann jedoch zu Detailverlusten aufgrund von Bewegungsunschärfe führen.
Warum werden Bilder mit kürzeren Verschlusszeiten dunkler und mit längeren Verschlusszeiten heller?
Je länger der Verschluss geöffnet bleibt, desto mehr Licht wird auf dem Foto erfasst. Dies ist das Gleiche wie das Ein- und Ausschalten eines Wasserhahns, während Sie eine Tasse unter den Zapfen halten. Je länger der Wasserhahn offen gehalten wird, desto mehr Wasser sammelt sich in der Tasse. Je länger der Verschluss offen gehalten wird, desto mehr Lichtteilchen (Photonen) werden vom Sensor (oder Film) gesammelt.
Unsere Augen sind immer geöffnet (wenn wir wach sind), aber Bilder sind nicht "überbelichtet".
Wieder fällt das Licht in einem kontinuierlichen Strom auf unsere Augen, nicht in einem einzigen Moment. Das gesamte Licht, das unsere Netzhaut im Laufe eines Tages, eines Jahres oder unseres gesamten Lebens sammelt, wird nicht in einem einzigen Augenblick auf unser Gehirn übertragen! Das elektrochemische Signal von unseren Augen zu unserem Gehirn ändert sich ständig, wenn sich die Szene vor unseren Augen ändert.
(Hinweis: Das Folgende wurde geschrieben, bevor die obige Frage in ihrer aktuellen Form erheblich überarbeitet wurde.)
Licht ist elektromagnetische Energie. Als solche gibt es zwei Komponenten, die in Bezug auf ein Foto gemessen werden müssen: Feldstärke und Zeitdauer. Die Feldstärke misst, wie stark das Licht in einem bestimmten Bereich ist. Die Zeitdauer misst, wie lange diese Feldstärke beibehalten wird.
Es ist genauso wie jede andere Energieform. Wenn man eine konstante Kraft gegen einen Körper ausüben würde, würde der Körper beschleunigen. Je länger diese Kraft angewendet wird, desto länger wird der Körper beschleunigen und desto schneller würde sich der Körper relativ zu seinem Anfangszustand bewegen.
Ein fotografischer Film sammelt Informationen über die Energie, die in Form von Licht auf ihn fällt. Je länger der Verschluss geöffnet bleibt, desto mehr Informationen werden gesammelt. Wenn ein Verschluss doppelt so lange geöffnet bleibt, werden doppelt so viele Informationen von diesem Licht erfasst, vorausgesetzt, die Lichtstärke ist konstant.
Das Problem in der Fotografie ist, dass das Licht oft nicht konstant ist. Wenn sich die Dinge in der Welt vor der Kamera bewegen, ändert sich die Feldstärke des Lichts über einen bestimmten Punkt des Films oder des Sensors. Solange der Verschluss geöffnet ist, sammelt er weiterhin Informationen über das Licht, das auf jeden Punkt des Films oder Sensors fällt. Wenn sich in der Ansicht der Kamera etwas bewegt, werden die Informationen zu allen Positionen aufgezeichnet, die sie während des Öffnens des Verschlusses durchlaufen hat. Anstatt auf der gleichen Stelle auf dem Film oder Sensor aufgezeichnet zu werden, wird das Bild des sich bewegenden Objekts über den Bereich verteilt, über den es sich bewegt. Dies führt zu Unschärfe. Auch wenn sich nichts vor der Kamera bewegt, passiert dasselbe, wenn sich die Kamera selbst bewegt.