¿Cuál es la relación entre ISO, apertura y velocidad de obturación?

Los factores

Hay una ecuación y, por convención, está configurada para ser realmente simple. Hay básicamente cinco factores a considerar juntos:

• Apertura : el tamaño de la abertura que deja pasar la luz,
• Duración del obturador (o velocidad del obturador): la cantidad de tiempo que el sensor (o la película) recibe esa luz,
• Sensibilidad (o ISO, o a veces "velocidad de la película"): qué tan rápido responde el sensor o la película a la luz recibida,
• Iluminación : qué tan brillante es la escena real,

y, finalmente pero no menos importante:

• Exposición prevista : qué tan brillante u oscura desea que sea la imagen final.

Eso es mucho para asimilar, por lo que cambiar el modo automático puede ser tan intimidante. Pero, empecemos con lo simple.

Valor de exposición

La fotografía tiene una convención llamada escala de valores de exposición . Esa es una serie de números generalmente en el rango de dígitos simples o dobles a ambos lados del cero. Cada número corresponde a los ajustes de apertura y velocidad de obturación que darán como resultado la misma cantidad de luz recolectada, lo que significa, con la misma escena y sensibilidad, la misma exposición en el resultado final.

A menudo es conveniente pensar en estos números en términos de escenas típicas que se expondrán de una manera que normalmente se considera correcta en ese EV. Por ejemplo, en ISO 100, el pleno sol es alrededor de 15, los interiores de las casas generalmente alrededor de 6 y un paisaje iluminado por un cuarto de luna algo así como -6. Más detalles aquí , o resumidos en este práctico gráfico circular:

Topes intercambiables

Cada factor tiene su propia escala, pero llamamos a cada paso completo en cualquiera de las escalas " una parada ", y finalmente, ¡he llegado a lo simple! — lo bueno es que, en términos de brillo resultante, puede intercambiar una parada de cualquier factor por una parada de cualquier otro.

¿Por qué querrías hacer eso? Dos razones básicas. Primero, cada factor tiene límites:

• las lentes solo pueden abrir la apertura hasta cierto punto o cerrarla hasta cierto punto;
• el obturador tiene la velocidad más rápida posible y, a menudo, hay un límite para la velocidad más larga posible (y si no, es posible que no quiera quedarse parado para siempre);
• la sensibilidad, por lo general, solo se puede aumentar de forma limitada y no se puede reducir significativamente; y
• la iluminación no siempre es fácil de cambiar (la naturaleza rara vez coopera, y dominar la iluminación artificial lleva años).

Pero segundo, además de la exposición, cada factor afecta a la imagen de otra manera, y esto es fundamental para el proceso creativo de la fotografía:

• velocidades de obturación más largas y más cortas desenfocan o congelan el movimiento, respectivamente,
• las aperturas más pequeñas enfocan más la escena de atrás hacia adelante (también conocido como "profundidad de campo aumentada"),
• ISO más alto causa más ruido (digital) o grano (película) cuando uno intenta obtener más señal con menos luz, y
• De nuevo, cambiar la iluminación es complicado.

No importa el factor, cambiar por una parada significa duplicar o reducir a la mitad la cantidad de luz de ese factor .

esa ecuación

Dije que había una ecuación y luego no la di. Básicamente es esto:

aperture × shutter duration × sensitivity × light = exposure

PERO, no se preocupe por multiplicar nada, solo necesita sumar y restar paradas .

(Si las matemáticas te ponen los ojos vidriosos, sáltate este paréntesis. Sin embargo, si tienes curiosidad, es porque el sistema de parada es una escala logarítmica, y efectivamente solo estamos sumando exponentes, que es lo mismo que multiplicar. Pero, de nuevo , lo increíble es que esto está prediseñado en la forma en que trabajamos con las cámaras, por lo que nunca más tendrá que volver a pensar en esto si no quiere).

Más detalles

Para cada una de las escalas individuales:

• Aperture tiene una escala particular basada en la raíz cuadrada de dos, lo que parece extraño y arbitrario, pero es porque eso es lo que necesitas para duplicar el área . Probablemente ya haya visto esto: f/1.4, f/2, f/2.8, f/4, f/5.6, etc. Una parada significa duplicar o reducir a la mitad el área a través de la cual se permite la luz. Consulte ¿Cuál es una manera fácil de recordar la escala de punto final? para obtener más información sobre la escala en sí, y https://photo.stackexchange.com/a/6614/1943 para obtener detalles sobre lo que significa la apertura para sus composiciones;
• La velocidad de obturación se mide simplemente en segundos. Una parada significa duplicar o reducir a la mitad el tiempo que el obturador está abierto. (Aunque la escala estándar no es precisa, efectivamente lo es. Consulte ¿Hay alguna razón lógica por la que ¹⁄₁₂₅ no sea, en cambio, exactamente la mitad de ¹⁄₆₀? para obtener más información). Para obtener más información sobre el efecto de la velocidad de obturación, consulte ¿Cuál es la velocidad de obturación necesaria para detener el movimiento? ;
• La sensibilidad se mide en una escala que normalmente comienza en 100 y se duplica (o, a veces, disminuye a partir de ahí). Una parada significa duplicar o reducir a la mitad la amplificación. Más en ¿Qué es "ISO" en una cámara digital? ;
• Iluminación: consulte la referencia anterior sobre la escala de valores de exposición y, si está utilizando luz artificial, tal vez también . ¿Cómo puedo calcular el efecto del flash sin TTL en la exposición? y https://photo.stackexchange.com/a/58004/1943 . También puede afectar la luz que entra en la cámara de forma sustractiva , con un filtro de densidad neutra ;

y, sobre la exposición en sí, ver ¿Cómo elegir la exposición correcta? .

Medida

¿Cómo sabes cuál es el EV de una escena y con qué valores empezar? Puedes adivinar, o puedes usar un medidor de exposición. Solía ​​ser muy común tener estos como dispositivos separados, pero ahora, cada cámara tiene uno muy bueno incorporado. (Los dispositivos separados aún tienen su uso, pero ese es un tema más avanzado). Esto es lo que usa su cámara en sus modos automáticos: toman una lectura del medidor y luego usan un programa para elegir los factores de exposición que coincidan. (Más información en ¿Cómo determinan las DSLR qué apertura seleccionar en el modo P? ).

El medidor automático le dará configuraciones para la apertura, el obturador y el ISO, lo que debería darle un brillo medio y promedio. Sin embargo, puede decir lo contrario con la "compensación EV": consulte Cuando cambio la compensación EV, ¿cómo afectará eso a mi apertura, velocidad de obturación o ISO? por mucho detalle.

Usted pregunta: "Por ejemplo, si configuro el ISO en 640, ¿cómo debo configurar la velocidad de obturación y la apertura?" , y la respuesta es: depende. Mide para averiguarlo y consulta una tabla EV o, más prácticamente, simplemente deja que la cámara sugiera un punto de partida (si tu cámara no tiene un botón en modo manual para hacer esto, simplemente toma nota de lo que se elige en modo automatico). Y entonces estás listo para...

Poniendo todo junto

Si desea oscurecer o aclarar la imagen resultante, puede cambiar la apertura, la duración del obturador, el ISO o la iluminación de la escena (hasta los límites inherentes de cada factor). Por ejemplo, manteniendo la iluminación igual por ahora, si desea aumentar el brillo de una imagen tomada con ISO 400, f/8 y una velocidad de obturación de ¹⁄₁₂₀th de segundo por una parada, puede cambiar cualquier factor: ISO a 800 , apertura a f/5.6 , o obturador a ¹⁄₆₀th . (Si cambia los tres , eso haría un cambio de tres paradas , por supuesto).

Si desea mantener la exposición igual pero cambiar un factor, puede cambiar cualquiera de los otros factores en la dirección opuesta . Entonces, para el ejemplo de ISO 400, f/8, ¹⁄₁₂₀th , si desea congelar mejor el movimiento con un obturador de ¹⁄₂₄₀th, puede mantener la exposición igual cambiando ISO a 800 o la apertura a f/ 5.6. O bien, puede cambiar la iluminación en una parada y dejar el ISO y la apertura solos.

El triángulo de exposición

El "triángulo de exposición" es un término popularizado por el autor de fotografía Brian Peterson para la apertura, la duración del obturador y el ISO. No me gusta por dos razones: primero, realmente hay más factores que tres, y segundo, incluso si solo consideramos esos tres, no hay nada de triángulo en ellos. Puede leer mucho, mucho más sobre esto en ¿Qué es el "triángulo de exposición"? — incluida una representación alternativa que puede resultarle más útil si desea pensar en términos de geometría.

La exposición total que obtienes se rige por cuatro factores:

1. El brillo de la escena.

2. Qué tan sensible es el sensor.

3. Cuánto tiempo se proyecta la luz de la escena en el sensor.

4. Qué tan concentrada está la luz de la escena en el sensor.

Los últimos tres son compensaciones que podemos controlar en la cámara y, en conjunto, a menudo se denominan la "exposición" que se usó para tomar una fotografía. En algunos casos podemos controlar el brillo de la escena, como con las luces de un estudio o con un flash. Las cámaras controlan los flashes a veces, pero por el bien de esta respuesta, diremos que se proporciona el brillo de la escena y que queremos ajustar los otros 3 elementos para obtener la exposición deseada.

YO ASI

La configuración ISO controla la sensibilidad del sensor. Antes, cuando los sensores eran películas, esto se decidía por lo que cargaba en la cámara. Las películas tenían varias ventajas y desventajas entre la sensibilidad y el grano. Las películas más sensibles eran más granulosas.

Con los sensores digitales de hoy, puede elegir la sensibilidad cuadro por cuadro. Sin embargo, al igual que con la película, hay una compensación. En realidad, la mayoría de los sensores tienen una sola sensibilidad nativa, luego la salida del sensor se amplifica (o, en algunos casos, se atenúa) antes de digitalizarse. El problema de amplificar la señal del sensor es que amplifica el ruido inherente junto con la señal de la imagen. Algunos sensores son mejores (menos ruidosos) que otros, así que permita una mayor amplificación antes de que el ruido sea lo suficientemente grande en comparación con la señal de la imagen como para ser objetable.

Velocidad de obturación

La velocidad de obturación es más o menos lo que parece, y es cuánto tiempo se proyecta la imagen en el sensor. Los tiempos más largos permiten que el sensor acumule más datos en relación con su ruido y, por lo tanto, son mejores desde ese punto de vista. Sin embargo, por supuesto que hay una compensación. Cualquier cosa que se mueva en la escena, o toda la escena si mueves la cámara, se verá más borrosa cuanto más tiempo esté abierto el obturador.

Por ejemplo, si está tomando una foto en un evento deportivo y alguien corre a 3 m/s de lado a lado de su vista, se vería como un desenfoque de 3 metros de ancho a una velocidad de obturación de 1 segundo. A 1/100 de segundo el desenfoque sería de 3 centímetros, y a 1/1000 de segundo solo de 3 mm. No hay una respuesta única sobre qué es mejor, que es una de las razones por las que las cámaras te dan estas opciones. Es posible que desee que alguien corriendo se vea borroso para mostrar la velocidad. Por otro lado, es posible que desee mostrar la expresión instantánea en la cara con gotas de sudor congeladas en el aire.

En cualquier caso, la exposición 1/1000 le da al sensor 10 veces menos luz para trabajar, por lo que su señal será 10 veces más cercana a su nivel de ruido.

Esto es un poco aparte, pero los sensores digitales también acumulan algo de ruido con el tiempo. Por eso, las cámaras digitales suelen limitar los tiempos de exposición a unos 30 segundos. A diferencia de la película, no puede dejar un sensor digital detectando durante largos períodos de tiempo con poca luz.

F-stop o apertura

El f-stop o apertura controla la cantidad de luz que deja pasar la lente. El número f-stop es en realidad la relación del diámetro efectivo (con el fin de dejar pasar la luz) de la lente dividida por su distancia focal. Esto se hace porque eso normaliza la medida de luz que deja pasar las lentes independientemente de la distancia focal. Por ejemplo, una lente de 50 mm configurada en f/8 proyectará la escena con el mismo brillo que una lente de 200 mm configurada en f/8. La lente de 200 mm hará que cada elemento de la escena sea 4 veces más grande, por lo que se extenderá en un área 16 veces mayor. Eso significa que necesita recolectar 16 veces más luz de la escena para obtener el mismo brillo. Sin embargo, todo eso se tiene en cuenta con esta medida de apertura normalizada que llamamos f-stop.

Por supuesto, nuevamente hay una compensación. Una lente abierta más ancha (número f-stop más bajo) le da al sensor más luz, lo que da como resultado una mejor relación señal/ruido. Sin embargo, la profundidad de campo (la distancia sobre la cual los objetos de la escena estarán enfocados) será menor. Las imperfecciones en la lente también serán más prominentes.

En aperturas realmente pequeñas (números f-stop más grandes), la difracción se convierte en un problema. Los rayos de luz que pasan por los bordes del diafragma de apertura se desvían un poco en lugar de continuar rectos. Esto solo sucede cuando pasan cerca de algo que los bloquearía, por lo que esto solo importa para el anillo de rayos de luz que pasan justo dentro de la apertura. A medida que la apertura se establece más pequeña, una fracción mayor de los rayos de luz está cerca del borde, y estos rayos doblados constituyen una mayor parte de la luz que llega al sensor. El resultado es que los objetos brillantes en la escena hacen que otras áreas de la imagen proyectada también se vuelvan más claras. El efecto general es reducir el contraste y dar la apariencia de menos nitidez.

Por lo general, f/5.6 más o menos es el punto óptimo, pero eso depende de la lente específica. La mayoría de las veces no se preocupa demasiado por esto, y los lentes de buena calidad seguirán tomando buenas fotografías a f/2, y la difracción es difícil de notar a f/22. He hecho fotos macro a f/64 y la pérdida de nitidez por difracción es bastante evidente.

La mayoría de las veces, sin embargo, intercambiamos f-stop entre dejar pasar más luz y una profundidad de campo demasiado pequeña.

Poniendolo todo junto

Por lo tanto, la exposición general está controlada por la configuración ISO, la velocidad de obturación y el f-stop. Los diversos resultados que intercambia entre sí le dan al sensor suficiente luz para que la señal de la imagen sea grande en comparación con el ruido, el desenfoque del movimiento (o el movimiento de la cámara) y la profundidad de campo.

Como guía general, una escena normal a plena luz del sol está bien expuesta con f/16 y la velocidad de obturación establecida en 1 dividido por el valor ISO. Por ejemplo, puede ser f/16, 1/100 de segundo e ISO 100. O podría ser f/16, 1/250 de segundo, ISO 250.

Ajuste de la exposición

En fotografía, un factor de dos en la exposición es un paso claramente perceptible, pero no particularmente grande. Por lo general, pensamos en ajustar la exposición en números de pasos de 2x. Puede pensar en un factor de 2 como un "incremento estándar" en fotografía.

ISO se ajusta linealmente. ISO 200 es el doble de exposición que ISO 100.

El tiempo de obturación también es lineal. Sin embargo, dado que normalmente escribimos los números de velocidad de obturación como recíprocos (1/100 segundo, 1/250 segundo, etc.), el número inferior baja para aumentar la exposición. 1/50 de segundo es el doble de la exposición de 1/100 de segundo.

La matemática de los números f es más complicada. La exposición va con el logaritmo del recíproco del número f. Dado que esto se vuelve complicado de hacer mentalmente, se han calculado previamente un montón de números f que causan la mitad de la exposición que la anterior. Cada uno de estos números f debe ser la raíz cuadrada de 2 más para hacer la mitad de la exposición. Comenzando en f/1 (casi nunca sucede), obtenemos la progresión f/1, f/1.4, f/2, f/2.8, f/4, f/5.6, f/8, f/11, f/ 16, f/22. Estos valores se usan con tanta frecuencia que las primeras cámaras a menudo tenían retenes en el anillo de apertura para permitir un ajuste positivo a uno de estos valores y para permitir el ajuste hacia arriba o hacia abajo al tacto mientras se miraba a través del visor. Estos retenes también se denominaron "stops", de donde proviene el término "f-stop".

Dado que los f-stop comunes representan cada uno un factor de brillo de 2 del siguiente, el término "f-stop" se ha utilizado como un factor de dos en la exposición, incluso si la apertura en sí no cambia. Por ejemplo, es común en fotografía decir que ISO 400 es "2 pasos f" más que ISO 100, o que la velocidad de obturación 1/500 es 1 paso f menos que la velocidad de obturación 1/250.

Por lo general, pensamos en la exposición en términos de "f-stops" hacia arriba o hacia abajo. Por ejemplo, digamos que tomaste una foto con ISO 200, f/5.6 y 1/250 de segundo. Esto salió demasiado oscuro y sentiste que necesitaba 2 f-stops más de exposición (factor de 4 más de luz). Puede probar cualquiera de los siguientes para obtener estos 2 f-stops adicionales de exposición:

  ISO 200, f/2,8, 1/250 s
  ISO 400, f/4, 1/250 s
  ISO 400, f/5,6, 1/125 s
  ISO 200, f/4, 1/125 s

Sin embargo, aunque la exposición de cada uno de estos cuatro ejemplos anteriores es equivalente, la profundidad de campo, el desenfoque de movimiento y la relación señal/ruido del sensor no lo serán. La mayoría de los sensores modernos tienen poco ruido en relación con la exposición total a ISO 400, por lo que la última compensación en estos ejemplos probablemente no sea un problema en la mayoría de los casos.

Una vez más, se trata de compensaciones. No hay respuestas correctas o incorrectas, solo lo que funciona con tu cámara, con tu escena y con lo que intentas mostrar.

Si piensa en una cámara simplemente como un colector/grabador de luz o un contador de fotones e ignora tomar una foto de una escena, existe una relación muy simple entre ISO, apertura y velocidad de obturación:

La luz total registrada ¹ es proporcional a ISO × apertura × velocidad de obturación × luz disponible en la escena

Para el resto de esta explicación, trate la luz disponible como una constante que no puede controlar.

Por lo tanto, si aumenta cualquiera de los tres controles (ISO, apertura, velocidad de obturación) por un factor de 2, por ejemplo, entonces debe reducir a la mitad uno de los dos controles restantes para mantener la misma luz total recolectada. ² ( Nota 1 a continuación)

Entonces tenemos tres controles de entrada (ISO, apertura, velocidad de obturación) para producir una sola salida, la luz total recolectada. Si bien no pensamos en términos del número total de fotones recolectados, pensamos en términos de imágenes correctamente expuestas . Entonces, para obtener una imagen correctamente expuesta deseada, ajustamos los tres controles en función de su efecto en la imagen deseada, en función de la escena individual que se está filmando.

En la práctica, ISO suele ser el último de los controles que se establece, el que menos le importa. ³ Por lo general, está componiendo para la profundidad de campo (apertura), o detener la acción o implicar movimiento (velocidad de obturación corta o lenta), o algunas combinaciones de los mismos. Una vez que se marcan, ISO se elige más o menos para usted, para obtener la exposición deseada. Por supuesto, si su elección de apertura y velocidad de obturación requiere un ISO indeseablemente alto (es decir, granulado o ruido) para obtener la exposición correcta, tiene algunas opciones para hacer:

• aceptar la granulosidad/ruido del ISO alto;
• reduzca el ISO y acepte una imagen con menor exposición;
• reduce un poco el ISO, y compensa abriendo la apertura;
• reduzca un poco el ISO y compénselo disminuyendo la velocidad de obturación (mayor tiempo de exposición); o
• alguna combinación de las dos opciones anteriores.

Notas:

1. En el contexto de la película, ISO es una medida de la sensibilidad a la luz del medio de grabación. Cuanto más alto sea el ISO, más sensible será la película a una luz proporcionalmente menor, con la contrapartida de que el grano de la película ("ruido" de la película) aumenta con el ISO.

   En el contexto de la fotografía digital, ISO no describe la sensibilidad del sensor de imagen a la luz; el sensor tiene una sensibilidad fija a una cantidad dada de luz entrante, produciendo un cierto voltaje. Sin embargo, el voltaje resultante se amplifica (multiplica) antes de convertirse en un valor digital, o se multiplica el valor digital posterior a la conversión, o ambos, de acuerdo con el valor ISO establecido para la toma. Por lo tanto, con respecto a la imagen grabada, el ISO digital funciona de manera similar al ISO de película.

2. Con respecto a la apertura, no dije reducir a la mitad el número ƒ . La medida significativa de la apertura es el área de la sección transversal . Recuerda que el área es proporcional al cuadrado de la medida lineal del área, es decir: A ∝ d ². Por lo tanto, para duplicar/reducir a la mitad el área de apertura , el número ƒ debe aumentar/disminuir por un factor de √2, o aproximadamente 1,414...

3. Cuando usaba película, ISO era algo que le importaba mucho más y algo sobre lo que tenía relativamente menos control (tanto en términos de rango ISO como en la capacidad de elegir ISO según la película que tenía disponible). Para las DSLR, en cierto sentido, ISO es el factor de compensación que le permite elegir mejor su apertura y velocidad de obturación. Todavía importa, pero no realmente como una opción prioritaria. No puedo imaginar que muchos fotógrafos se acerquen a una escena pensando "independientemente de las otras configuraciones, quiero ISO 400 para esta toma".

4. Esta explicación ignora por completo cuestiones como la composición, la profundidad de campo, el ruido (grano), etc. Por supuesto, estos son extremadamente importantes para hacer una buena imagen.

Todos los fotógrafos deben memorizar las "paradas" completas básicas en la exposición expresadas en velocidad de obturación, apertura e ISO.

Una vez que esté familiarizado con ellos, cada vez que cambie una de las variables, es muy fácil ajustar una de las otras para igualar la misma exposición.

1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 1/1000 etc. (la mitad o el doble es 1 punto)

f/1.4 f/2.0 f/2.8 f/4.0 f/5.6 f/8 f/11 etc.

ISO100 ISO200 ISO400 ISO800 ISO1600 ISO3200 ISO6400, etc. (la mitad o el doble es 1 punto)

Según la pregunta original, si está utilizando ISO640 y cambia el ISO en 1 punto completo (reducir a la mitad o duplicar el ISO a 320 o 1250), entonces ajustaría la apertura o la velocidad del obturador en 1 punto completo.