błędna ekspozycja z obiektywami manualnymi

[piast9]

Obiecałem elaborat naukowy więc proszę bardzo.

Za przyczynę kłopotów z ekspozycją obarczam nowoczesne jasne matówki obecnie standardowo montowane w aparatach. Układ automatycznej ekspozycji mierzy ją analizując jasność poszczególnych fragmentów obrazu NA MATÓWCE. Wydaje się oczywistym, że jasność ta zależy od jasności obiektu, który fotografujemy - tu nie ma problemu. Problem w tym, że zależność jasności od otworu względnego obiektywu już nie jest taka prosta dla takiej matówki. Ma ona specyficzną konstrukcję, o czym wspominałem w pierwszym swoim poście w tym wątku.

Aby tego dowieść zmajstrowałem układ pomiarowy mierzący jasność obrazu na matówce. Wykorzystałem do tego fotodiodę BPW34 [1]. W bardzo szerokim zakresie natężeń światła prąd płynący przez fotodiodę spolaryzowaną zaporowo stałym napięciem liniowo zależy od tegoż natężenia [1] jest zatem dobrą miarą jasności obrazu na matówce. Prądy te są niewielkie, mierzyłem je konstruując przetwornik prąd-napięcie [2] na wzmacniaczu operacyjnym TL072 [3]. Jego wejściowy prąd polaryzacji jest wystarczająco mały. Napięcie na wyjściu takiego przetwornika liniowo zależy od prądu (czyli od natężenia światła). Fotodiodę polaryzowałem napięciem 10V, napięcie mierzyłem sobie multimetrem.

Otwór względny obiektywu to stosunek średnicy źrenicy wejściowej do ogniskowej. Strumień światła przelatujący przez obiektyw (czyli również jasność obrazu na MATRYCY) zależy zatem liniowo od pola powierzchni źrenicy wejściowej. Za obiektyw testowy posłużyła mi Sigma 30 1.4. Pole źrenicy wejściowej mogłem sobie policzyć ze wzoru

A=pi*(F/2f)^2

gdzie F to otwór wzgledny, f - ogniskowa (0,03 m).

Jak napisałem, jasność obrazu rzutowana na matrycę w trakcie ekspozycji będzie liniowo zależała od powyższej wartości. A jak zależy od niej jasność obrazu na matówce? Korzystając ze zmajstrowanego urządzenia, jasnego obiektu przed aparatem i sprytnego zaciemnienia reszty zmierzyłem to. Od razu mówię, że z dekielkiem multimetr pokazywał 0,001V zatem czujnik światła miałem dobrze osłonięty przed przypadkowym oświetleniem. Również wyświetlacz parametrów w wizjerze nie miał wpływu na tę wartość. Napięcia w trakcie pomiarów dochodziły do pół wolta zatem te 0,001 nie miało żadnego wpływu na wyniki. Poniżej pokazuję jak prąd fotodiody i proporcjonalna do niego jasność obrazu na matówce (oś pionowa) zależy od tego, jakie pole ma źrenica wejściowa (oś pozioma). Dodatkowo, przy każdym punkcie pokazałem jaka była ustawiona przysłona:

źródło

Niespodzianka, co? Byłem w szoku, że to aż tak. Punkty powinny iść według linii prostej a tymczasem od 1.4 do 2.5 jasność nie zmieniła się praktycznie wcale mimo przymknięcia obiektywu o niemal dwa stopy. Czyli światłomierz namierza praktycznie tę samą ekspozycję podczas gdy na matrycę w rzeczywistości padnie obraz o zupełnie innej jasności przy 1.4 niż przy 2.5. W wypadku obiektywów automatycznych komputer w aparacie WIE na jakiej przesłonie dokonano pomiaru i na jakiej dokona się zdjęcia i na podstawie takiej charakterystyki, jak powyżej, dokona odpowiednich poprawek. Bez tej informacji, bądź z fałszywą informacją z dandeliona poprawki będą niewłaściwe. Na wstawce dodatkowo zrobiłem przybliżenie na tę część wykresu, która jest niemal pionowa na wykresie głównym. Tu jest już lepiej ale nadal nie ma liniowej relacji pomiędzy jasnością obrazu na matówce a polem źrenicy, co łatwo zauważyć dzięki dorysowanej pomocniczej linii.

Wniosek: jak by nie patrzeć, aparat z nowoczesną, jasną matówką średnio będzie dobierał ekspozycję z manualnymi szkłami. Gdy światłomierz na matówce zobaczy, że obraz np. pociemniał 2x od poprzedniego obrazu to wydłuży ekspozycję 2x od poprzedniej ekspozycji. Jeśli pociemnienie wynikło z najścia chmury na słońce to spoko. Ale widzimy, ze to samo pociemnienie 2x wywołane przymknięciem przysłoną wcale nie musi oznaczać, że fotograf przymknął ją o jeden stop bo ta zależność jest silnie nieliniowa.

Spostrzeżenie na boku: wygląda na to, że mój obiektyw niedokładnie ustawia przysłonę 3.2. Ten punkt wyraźnie wystaje. Całą serię pomiarową powtórzyłem trzykrotnie uzyskując wyniki różniące się o 1 czy 2 cyfry na najmniej znaczącym miejscu, więc nie jest to przypadkowy błąd pomiaru.

[1] http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf
[2] Current-to-voltage converter - Wikipedia, the free encyclopedia
[3] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl071a.pdf