Почему изображение не становится темнее при увеличении масштаба?

По мере того как фокусное расстояние вашего объектива увеличивается, через объектив проходит меньше фотонов, чтобы попасть в зеркало / сенсор.

Почему вы не видите затемнения, когда смотрите в видоискатель и увеличиваете изображение с помощью зум-объектива, и наоборот, светлеете?

Почему телеобъективам не нужно больше выдержек, чем широкоугольным объективам?

Ответ на этот вопрос вращается вокруг объяснения того, как работают зум-объективы, потому что вы правы в своих наблюдениях: когда вы увеличиваете изображение при увеличении и увеличении, изображение тускнеет, если не применяется компенсация. Предположим, вы увеличиваете изображение с 25 до 50 мм, если рабочий диаметр диафрагмы не изменится, яркость изображения в 4 раза снизится по интенсивности. Другими словами, каждое удвоение фокусного расстояния будет тусклым, оно будет на 25% ярче, чем до увеличения. Если это правда, как предотвратить потерю света?

Количество световой энергии, которая может попасть в объектив, напрямую связано с рабочим диаметром ирисовой диафрагмы (диафрагмы). Чем больше рабочий диаметр, тем больше площадь поверхности, тем больше света может собирать линза.

У современного зум-объектива есть хитрость, которая сохраняет яркость изображения почти на всем протяжении зума. Некоторые высококачественные зумы сохраняют яркость изображения на всем протяжении увеличения. Как это работает: диаметр диафрагмы, если смотреть на объектив спереди, кажется больше, чем есть на самом деле. Это связано с тем, что передняя группа линз зум-объектива увеличивается, поэтому диаметр этого входного круга кажется больше, чем реальность.

Кроме того, при увеличении расстояние от передней группы линз до ирисовой диафрагмы также изменяется. Это вызывает видимое изменение диаметра. Факт, что это очевидно и не реальное изменение, не важен. Если смотреть со стороны, это изменение кажется реальным, и это действие позволяет вводить все больше и больше энергии света при увеличении масштаба.

Как я уже говорил ранее, некоторые высококачественные зумы хороши, чтобы пройти весь зум. Это называется постоянным увеличением диафрагмы. При более низких ценах зум-объективы сохраняют постоянную диафрагму до тех пор, пока не прибудут последние 80% зума, они выходят из строя и переносят потерю света, о которой вы просите.

Система нумерации f / stop специально разработана для того, чтобы разные объективы с одним и тем же номером f / stop видели одинаковую экспозицию. Это включает в себя ваши широкоугольные и телеобъективы. F / число остановки = фокусное расстояние / эффективный диаметр диафрагмы.

Кроме того, широкоугольный объектив может собирать больше общего количества фотонов (из более широкой области). Однако при фокусном расстоянии в 2 раза больше (100 мм против 50 мм) объект выглядит в 2 раза больше, за исключением того, что наш телеобъектив (и сенсор того же размера) обрезает наше зрение на 1/4 все еще видимой области. Предполагая, что нашим предметом была большая равномерно освещенная глухая стена (никаких особых областей, которые не усложняли бы это), тогда мы видим 1/4 света (фотоны, ваш аргумент), но в 1/4 области, которая является таким же светом на единицу площадь. Экспозиция составляет около света на единицу площади, а не общего количества фотонов во всей области кадра (яркий правый край кадра добавляет фотоны, но не меняет правильную экспозицию темной левой стороны).

Почему изображение не становится темнее при увеличении масштаба?

Если размер входного зрачка остается постоянным, он делает.

Но очень немногие зум-объективы, даже те, которые имеют переменную максимальную диафрагму, поддерживают такой же размер входного зрачка, как объектив.

По мере того как фокусное расстояние вашего объектива увеличивается, через объектив проходит меньше фотонов, чтобы попасть в зеркало / сенсор.

Опять же, только если размер входного зрачка остается постоянным.

Но для поддержания того же числа f диаметр входного зрачка должен увеличиваться с той же скоростью, что и фокусное расстояние. Если вы удвоите фокусное расстояние, вы также должны удвоить диаметр входного зрачка, который в четыре раза превышает площадь эп, чтобы сохранить то же число f.

Физический размер диафрагмы является лишь частью того, что определяет максимальную диафрагму, выраженную как число f объектива. Увеличение между передней частью объектива и расположением диафрагмы также играет роль. Число f диафрагмы определяется отношением фокусного расстояния объектива к диаметру входного зрачка , часто называемого эффективной диафрагмой.

Говоря простым языком, диаметр входного зрачка определяется тем, насколько широко открывается отверстие диафрагмы при просмотре через переднюю часть объектива .

В вашем примере 14-мм объектив с углом обзора 114 ° имеет входной зрачок шириной 5 мм при f / 2,8. Для зеркальных фотокамер и даже для большинства беззеркальных камер 14-миллиметровый объектив - это то, что называется ретрофокусным дизайном. Это более или менее эквивалент телеобъектива, повернутого назад. Таким образом, «увеличение» между апертурной диафрагмой и передней частью объектива является отрицательным. То есть входной зрачок кажется меньше, чем фактический размер физической диафрагмы! С другой стороны, для объектива 90 мм с углом обзора 27 ° требуется входной зрачок диаметром 32 мм для f / 2,8. Это в 6,4 раза шире, или в 41 раз больше, чем у 5-мм входного зрачка 14-мм объектива при f / 2,8.

Когда объективы с постоянным увеличением диафрагмы перемещаются для изменения фокусного расстояния, увеличение между передней частью объектива и диафрагмой - это то, что обычно изменяется, а не физический размер диафрагмы. Это изменение увеличения позволяет входному зрачку казаться больше при больших фокусных расстояниях и меньше при более коротких фокусных расстояниях для той же физической диафрагмы. Объектив 70-200 мм f / 2.8 имеет входной зрачок диаметром 25 мм при 70 мм и f / 2,8. На расстоянии 200 мм входной зрачок при f / 2,8 имеет толщину чуть более 71 мм. Фактическая физическая диафрагма имеет одинаковый размер в обоих случаях. Что изменилось, так это величина увеличения между диафрагмой в сборе и передней частью объектива.

Обратите внимание, что этот же принцип обычно применяется и в объективах с переменным увеличением диафрагмы. Возьмите, к примеру, 18-300 мм объектив с фокусным расстоянием f / 3,5-5,6. На 18 мм входной зрачок для f / 3.5 имеет ширину примерно 5,14 мм. При 300 мм входной зрачок для f / 5,6 в десять раз больше, чем при ширине 53,6 мм. Обратите внимание, что большинство зум-объективов с максимальным фокусным расстоянием 300 мм и f / 5,6 имеют передние элементы, диаметр которых немного превышает 54 мм. Необходимый размер входного зрачка является причиной! Если бы входной зрачок на 300 мм по-прежнему имел ширину 5,14 мм, а на 18 мм и f / 3,5, максимальная диафрагма на 300 мм была бы f / 58!

Так почему же не все зум-объективы используют достаточное увеличение, чтобы сохранять постоянную диафрагму во всем диапазоне зума? Прежде всего, это стоимость, связанная с дополнительными размерами, весом и сложностью, необходимыми для изготовления объектива с постоянной апертурой.

Ваши зрачки расширяются, чтобы компенсировать, глядя в видоискатель.

Да, ваши рассуждения верны, при увеличении изображение становится темнее, если все остальные факторы остаются неизменными .

Когда используется режим автоматической экспозиции, ваша камера просто компенсирует затемнение, регулируя время экспозиции, ISO или диафрагму. Переключитесь в ручной режим или проверьте отображаемые параметры фото при масштабировании, чтобы увидеть взаимосвязь между этими параметрами и видимой яркостью.