Est-ce que f-stop et le temps d'exposition s'annulent parfaitement?

Je photographie une scène avec des éléments blancs et noirs. À partir de l'arrêt f / 22, j'élargis l'ouverture d'un arrêt et diminue le temps d'exposition d'un facteur 2, prends une photo et continue de le faire pour tous les arrêts f sur l'objectif. Je m'attends à ce que les comptes bruts restent les mêmes à l'intérieur d'une région blanche ou d'une région noire, car la réduction de moitié du temps d'exposition compense l'élargissement de l'ouverture . Mais lorsque je sélectionne une région blanche et que je fais la moyenne de son nombre brut de pixels pour chaque image, il y a une variabilité entre les images(l'écart-type des dénombrements bruts est d'environ 5% de la moyenne). Même chose si je sélectionne et moyenne une région noire. Je ne modifie pas sciemment autre chose (éclairage, position de la caméra), et la caméra est un CMOS scientifique. Quelle pourrait être la cause de cette variation: du bruit ou quelque chose de plus systématique?

Il s'agit d'un comportement normal causé par:

1. Imperfections d'ouverture. Habituellement, il existe des variations par rapport au processus technologique qui empêchent d'avoir la taille exacte du trou. Sur l'objectif 50 mm f4, vous devriez avoir une ouverture de 12,5 mm, mais elle peut être de 12,4 mm ou 12,6 mm
2. Imperfections de la vitesse d'obturation. L'obturateur est également une unité mécanique et basé sur certains facteurs tels que la température, la précision des lames et d'autres éléments à l'intérieur, la vitesse ne sera pas de 1 / 100s mais peut être de 1 / 110s ou 1 / 90s.
3. Il en va de même pour le capteur lui-même (du point de vue électronique)

À la fin, même deux photos consécutives peuvent avoir une exposition (légèrement) différente.

Et ajoutez la fluctuation de votre source d'éclairage ...

En théorie, oui - les arrêts sont interchangeables. En pratique, ils n'annulent pas parfaitement pour une précision totale.

l'écart type des dénombrements bruts est d'environ 5% de la moyenne

Sur le plan photographique, ce n'est pratiquement rien . Il est bien en deçà de la perception humaine, et même lorsque la différence est perceptible, le flux de travail généralement attendu implique de travailler avec chaque image individuellement, afin que le photographe puisse compenser soit sur le terrain, soit en post-production.

Les appareils photo destinés à la photographie ne sont pas des appareils de mesure; les utiliser en tant que tels vous expose à la déception. Rendre les appareils beaucoup plus précis serait beaucoup plus cher et n'apporterait aucun avantage au marché cible. Même si vous avez un appareil photo conçu à des fins scientifiques, ces tolérances particulières peuvent ne pas être dans le domaine de préoccupation pertinent.

Si vous essayez d'obtenir la perfection pour quelque chose comme un time-lapse ou une autre série de photos, le post-traitement pour égaliser les fluctuations est votre meilleur choix.

La réponse courte est oui ... ils annulent. Mais il y a quelques nuances.

Chaque fois que le diamètre d'un cercle augmente (ou diminue) d'un facteur égal à la racine carrée de 2 (environ 1,4), l'aire de ce cercle est exactement doublée (ou réduite de moitié si elle est diminuée). Les nombres f-stop sont tous basés sur les puissances de la racine carrée de 2 (par exemple f / 1 = √2 ^ 0; f / 1,4 = √2 ^ 1; f / 2 = √2 ^ 2; f / 2,8 = √ 2 ^ 3; etc.)

Les expositions aux obturateurs sont plus intuitives. 1 / 500e de seconde est évidemment la moitié de la durée de 1 / 250e de seconde, etc.

Les nuances:

Les caméras font un peu d'arrondi. Par exemple, si vous avez un objectif de 100 mm, ce n'est probablement pas exactement 100 mm (mais ce n'est probablement pas loin) et que vous refocusez, l'objectif peut faire un peu de respiration de mise au point (pour un bon objectif qui reste avec 5% de la distance focale indiquée. .. mais certains objectifs ont des problèmes de respiration focalisée assez forts ... par exemple 30%. Lorsque cela se produit, cela signifie que le f-stop n'est pas strictement précis.

Les arrêts F ne sont pas strictement précis tels quels. Mais ils sont "suffisamment proches" pour que la marge d'erreur n'ait pas d'impact notable sur l'exposition.

Il y a d'autres problèmes. Lorsque vous photographiez fortement arrêté (par exemple f / 22), toute la lumière provient d'une très petite zone près du centre de l'axe de l'objectif et est répartie plus uniformément sur le capteur. Lorsque vous photographiez grand ouvert, la lumière provient d'un large éventail d'angles. Les zones du capteur près du centre peuvent capter la lumière sous plusieurs angles, mais les zones du capteur près d'un bord ou d'un coin sont plus limitées sur le nombre de chemins que la lumière peut emprunter à travers l'objectif pour atteindre cet endroit particulier. Il en résulte un vignettage. Ainsi, bien que vous puissiez prendre deux photos en utilisant des «expositions équivalentes» (échange d'un arrêt d'ouverture pour un arrêt de la durée d'obturation), les changements dans les motifs de vignettage peuvent entraîner une quantité de lumière collectée différente selon le pixel que vous choisissez d'inspecter.

Je pense que cela n'a pas été mentionné: avec l'augmentation du temps d'exposition vient l'augmentation du bruit thermique de Dark Shot. Vous pouvez en savoir plus ici , par exemple

En ce qui concerne les problèmes systématiques: vous tenez compte du fait qu'en ouvrant la profondeur d'ouverture de la mise au point diminue et donc les frontières des parties de la scène floues sont floues? De plus, avec de petites ouvertures, vous pouvez obtenir un certain flou en raison de la diffraction.

Si vous avez un obturateur mécanique, vous pouvez réellement obtenir une diffraction avec de grandes ouvertures à partir des temps d'obturation courts qui en résultent lorsqu'une grande partie du temps d'exposition est passée près d'au moins un des rideaux d'obturation qui se déplacent.