Estoy tomando imágenes de una fuente de luz en un laboratorio científico, y pensé que tenía un buen conocimiento de todas estas cosas, pero ahora estoy dudando de mí mismo después de algunos resultados. Lo más importante para mí es obtener la mayor intensidad de luz para el sensor de mi cámara desde mi fuente.
Como todos sabemos, la luz disponible cae como 1/r^2 desde la fuente. Entonces, estar más cerca en principio te da una mejor oportunidad de obtener más luz.
Sin embargo, diferentes lentes tienen diferentes capacidades para recoger la luz, en función de su tamaño de apertura (que se informa como un valor f-stop).
Entonces, una pregunta típica para nosotros es la siguiente: si tenemos una fuente de luz dada que estamos imaginando, y tenemos dos lentes diferentes con dos distancias focales diferentes pero el MISMO mínimo f-stop (por ejemplo, 1.4), ¿cuál reunirá más ¿luz? Suponiendo que ajustamos la distancia desde la fuente para que cada lente visualice el área del mismo tamaño.
Entonces, tal vez tengamos una lente de 25 mm f1.4 y una lente de 50 mm f1.4. Si ambos están posicionados para obtener imágenes de la misma región (es decir, la lente de 50 mm está más alejada de la fuente que la lente de 25 mm), ¿cuál captaría más luz?
Comencemos con lentes en la misma ubicación y luego abordemos el movimiento de la lente más larga más lejos para obtener el mismo campo de visión.
Lentes en la misma ubicación
El objetivo de 50 mm f/1,4 tiene una apertura efectiva que es el doble del diámetro y cuatro veces el área del objetivo de 25 mm f/1,4. Por lo tanto, el 50 mm recolectará cuatro veces más luz (cuatro veces más fotones) de la fuente de luz que el 25 mm (suponiendo que todos los demás aspectos de la configuración sean idénticos y que la fuente de luz encaje dentro del campo de visión de ambos lentes). ).
Sin embargo, la lente de 50 mm producirá una imagen que es dos veces más grande en cada dimensión que la lente de 25 mm. Eso significa que los fotones 4 veces más se distribuirán en un área 4 veces más grande en el sensor. El resultado es que cada lente registrará la misma cantidad de fotones por píxel en el sensor. Esta es la razón por la que los fotógrafos trabajan con números f: la exposición fotográfica se trata de mantener el número de conteos por píxel en un rango sensato (lo suficientemente alto para una buena relación señal-ruido, sin exceder el valor máximo que el píxel puede registrar).
Entonces, en esta configuración, la cuestión de "cuál reúne más luz" depende de si está pensando por píxel o integrando los recuentos en toda la imagen de la fuente de luz.
Distancia de lentes ajustada para dar el mismo aumento
Ahora, supongamos que movemos la lente de 50 mm el doble de lejos, de modo que la imagen de la fuente de luz tenga el mismo tamaño que con la lente de 25 mm.
En comparación con la situación anterior, la lente de 50 mm tiene una pérdida de 1/r^2 de (1/2)^2 = 1/4, por lo que recoge 1/4 de fotones que antes. Eso significa que recoge la misma cantidad de fotones que la lente de 25 mm a la mitad de la distancia. Y dado que hemos movido la distancia para que el tamaño de la imagen sea el mismo, esos fotones caen en la misma área del sensor que la lente de 25 mm a la mitad de la distancia.
Entonces, de hecho, la lente de 50 mm f/1.4 al doble de la distancia que la lente de 25 mm f/1.4 recolecta la misma cantidad de fotones y los proyecta en la misma área del sensor. Entonces, tanto el número total de fotones como los fotones por píxel serán los mismos para las dos configuraciones.
Nota: Hay una variedad de factores del mundo real que podrían alterar ligeramente esta equivalencia. Por ejemplo, AJ Henderson señala que el número f de trabajo variará para objetos que no estén en el infinito, y que las lentes reales no tienen una transmisión perfecta .
Sus lentes de 25 mm f/1.4 y 50 mm f/1.4 captarán exactamente la misma cantidad de luz; una de las principales razones por las que f-stop es un concepto útil es porque representa directamente la capacidad de captación de luz.
AJ Henderson
miguel c