¿Cómo se consigue una exposición uniforme cuando se utiliza un obturador de hojas?

En realidad, hay una variedad de diseños de obturadores de hoja, por lo que una sola respuesta podría no ser del todo apropiada... pero parece evidente que está hablando del tipo de diafragma de apertura en la lente.

Hay un error en su comprensión. La ruta de luz central no expone la parte central del sensor/negativo... por ejemplo, el uso de un f-stop pequeño no da como resultado una imagen circular pequeña en el medio del área de la imagen. En cambio, el círculo de la imagen sigue siendo del mismo tamaño y está limitado por el cuerpo del objetivo.

Lo primero que hay que entender es que hay toda la luz necesaria para crear una imagen completa en cada punto de la lente del objetivo; es decir, la luz de todos los puntos de una escena se esparce e incide en todos los puntos de la lente.

Y el ajuste de apertura en realidad solo cambia la exposición mediante el apilamiento de múltiples imágenes en el plano de la imagen (menos/más). Este tipo de obturador de hoja no causa viñeteado mecánico... el único viñeteado mecánico ocurrirá en aperturas máximas donde se incluyen imágenes tomadas desde el borde del elemento objetivo; y esas imágenes incluyen el borde del cilindro de la lente (que causa el sombreado y se cura al detenerse).

Algunos otros tipos de obturadores de hoja pueden causar viñeteado mecánico/óptico si están fuera del conjunto de la lente (más como un obturador de plano focal o un filtro de apodización).

Algunos diseños de lentes pueden sufrir de viñeteado natural debido a la ley del cuadrado inverso (cuarta ley del coseno), donde la luz de las partes alejadas del centro de la escena tiene que converger en el centro de una lente de diámetro pequeño y luego extenderse ampliamente sobre un una distancia corta para cubrir el área de la imagen... Básicamente, las lentes de gran angular con distancias de brida cortas son las más susceptibles. Pero no es causado ni curado por detener una restricción de apertura.

La mejor manera de abordar esto podría ser pensar en la apertura. Una apertura cerrada no solo proyecta luz en el centro del plano de la película. En cambio, todo el plano de la película se expone de manera más o menos uniforme (ignorando el viñeteado por el bien del argumento).

Un obturador de hoja actúa de manera similar, ya que tiene una forma muy similar a una abertura y, por lo tanto, no impide que la luz llegue a los bordes del plano de la película cuando el obturador está en un estado más cerrado.

La acción del obturador es muy rápida, por lo que para velocidades de obturación moderadas a lentas cualquier cambio en DOF debido al obturador es insignificante. Sin embargo, para velocidades de obturación más rápidas, el DOF puede verse afectado por el diseño de la hoja de obturación [1, 2].

1. https://shuby.de/blog/post/journey-photography/
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Shutter_%28photography%29#Diaphragm_shutter

Estoy escribiendo una respuesta totalmente ignorante, pero permítanme hacer algunas suposiciones teóricas.

Como normalmente se encuentra un obturador de hoja dentro de la lente, tiene cierta distancia al plano focal. Entonces, en el período en que se abre y se cierra, funciona como un diafragma. Todavía dejaba caer la luz en toda el área del plano focal.

Piensa sobre esto. Una apertura f22 aún permite que toda la luz caiga en todo el encuadre, al igual que una f2.8. Creo que algo similar está sucediendo en un obturador de hojas.

La diferencia con un obturador de cortina es que este se ubica al lado del plano focal, por lo que sí, esto produce una sombra muy dura cuando el contenido se mueve a través del plano. Cuando este movimiento es "seguido" cuando está fotografiando un objeto en movimiento horizontal, el resultado es un efecto de obturador rodante. Pero el obturador en sí mismo no está rodando, se está moviendo de arriba hacia abajo.

Un obturador enrollable real es el que se usa en una cámara de cine, donde necesita que el obturador se abra y cierre, por lo que simplemente coloca un disco giratorio como obturador.

En una cámara digital, el efecto de obturador no se debe al obturador, sino a cómo se escanean y transmiten las líneas del sensor. La cámara no puede procesar todos los sensores al mismo tiempo, por lo que lo hace línea por línea.

Un software de procesamiento sin procesar tiene alguna compensación de viñeteado. Algunos programas tienen información específica sobre las combinaciones de lente-apertura, por lo que en el caso de que el obturador de hoja produzca algo de viñeteado, se puede compensar de la misma manera que cualquier otro tipo de viñeteado.

Idealmente, un obturador de hoja se abriría instantáneamente, expondría la película/sensor y luego se cerraría de nuevo instantáneamente.

Para tiempos de exposición más largos, esta aproximación instantánea es válida, ya que el tiempo de apertura/cierre del obturador es mucho más corto que la exposición. Sin embargo, para exposiciones cortas, el tiempo de apertura/cierre es comparable al tiempo de exposición, lo que significa que puede sufrir viñetas y un aumento en la profundidad de campo asociado con aperturas más pequeñas.

El viñeteado en el que está pensando debido a los diferentes tiempos de exposición en la periferia y el centro del obturador de la hoja cuando se usa una exposición muy corta está ahí, pero lo está buscando en el lugar equivocado.

Debido a la posición del obturador de hoja, actúa como una apertura, por lo que puedes ver su efecto donde también puedes ver la forma de la apertura: en el bokeh y en los patrones de difracción que generalmente determinan la forma del resplandor solar.

Los círculos de Bokeh no tendrán el borde de alto contraste que los obturadores de plano focal dejan en su lugar. Sin embargo, a diferencia de las estrellas de rayos solares de la apertura, los patrones de difracción del obturador de hoja se borran ya que los bordes del obturador cambian de ángulo a lo largo de su acción. Este desvanecimiento del patrón de difracción de la hoja también es responsable de otro artefacto a altas velocidades de obturación de la hoja: una imagen más suave (menor contraste local y bordes suavizados).

El obturador de hoja está en el plano espacial de Fourier de la lente. La forma de la apertura con el tiempo a medida que se abre y se cierra expondrá diferentes frecuencias espaciales para diferentes tiempos. El componente de baja frecuencia está en el centro del plano espacial de Fourier y obtendría la mayor exposición que el componente de alta frecuencia. Esto daría como resultado una exposición ligeramente menor de pequeños detalles en la imagen y normalmente no se notarían.