Was ist der technische Unterschied zwischen künstlichem und natürlichem Licht?

Kommentare wie dieser haben mich gefragt ...

Angenommen, Sie nehmen zwei Lichtquellen gleicher Größe und relativer Intensität an (sagen wir als Beispiel Monolicht und Sonne) und nehmen an, dass Sie roh auf Farbbalance fotografieren. Was ist der Unterschied zwischen ihnen in Bezug auf die Lichtqualität? Ist es nur Spektrum? Warum sollte einer ein Licht von deutlich anderer Qualität erzeugen als der andere?

(Ich bin nicht daran interessiert, dass man einfacher zu bedienen oder flexibler ist oder immer eingeschaltet ist oder so - mir geht es mehr um die Qualität .)

"Nur Spektrum" ist ein sehr wichtiger Faktor.

Folgendes kratzt nur vereinfacht an der Oberfläche eines immens komplexen Themenbereichs:

"Farbtemperatur" ist ein Maß für die "Wärme" einer weißen Lichtquelle - dies ist ein Thema, das in schwarzer (oder weißer) Magie schnell abfällt und hier nur als Vergleichsmittel für Lichtkomponenten erörtert werden muss. Die Farbtemperatur ist die Temperatur, die ein Schwarzkörperstrahler erwärmen müsste, um weißes Licht mit der gleichen äquivalenten "Wärme" zu erzeugen.

Sonnenlicht ist relativ kontinuierlich in Lichtfrequenzen verteilt.

Lichtquellen wie eine Wolfram- oder Halogenlampe, die ein erhitztes Metall zur Erzeugung von Licht verwendete, haben ein relativ kontinuierliches Spektrum über einen begrenzten Frequenzbereich. Der Wolframpeak ist um längere Wellenlängen / niedrigere Frequenzen als die Tageslichtverteilung zentriert und ist gelber und hat eine niedrigere effektive Farbtemperatur.

Künstliche Quellen, die Leuchtstoffe mit einer Lichtwellenlänge anregen, damit sie Licht mit anderen Wellenlängen emittieren, erzeugen Licht in einer Reihe relativ scharfer Frequenzspitzen mit Lücken zwischen weniger oder keinem Licht. Diese Wellenlängenspitzen sind so angeordnet, dass das Auge / Gehirn-System sie kombiniert, um "weißes" Licht zu erzeugen. Während das Auge weiß sehen kann, erzeugt das diskontinuierliche Spektrum fotografische Effekte, die sich von natürlichem Licht mit kontinuierlichem Spektrum unterscheiden.

Diese Methode gilt für Leuchtstofflampen, CFL (Compact Fluroescent) und Phosphor-LEDs. Ähnliche Ergebnisse treten auf, wenn ein Gas elektrisch oder thermisch erregt wird, so dass es Licht mit scharf definierten Frequenzen emittiert, oder wenn mehrere einfarbige LEDs verwendet werden. Das resultierende "Weiß" ist ein Phantasma des Gehirns. Quelle - CCA / SA . Die gekrümmte durchgezogene Linie ist der "plankische Ort" und die Farbe, der ein erhitzter schwarzer Körper bei steigender Temperatur folgen würde. Die Zahlen 1500-10000 sind die Temperaturen in Kelvin, die die zugehörige Farbe verursachen. Das Auge und das Gehirn sehen Farben auf dieser Linie als Versionen von "Weiß". Die Zahlen um die Außenseite des farbigen Bereichs sind die Wellenlängen in Nanometern monochromen Lichts an diesem Punkt. Nehmen Sie zwei beliebige Punkte an der Grenze, mischen Sie Licht mit diesen beiden Farben und ändern Sie die relativen Amplituden. Die effektive Farbe bewegt sich entlang einer Linie zwischen den beiden. (Es ist leider nicht nur eine gerade Linie in diesem Diagramm gezeichnet). Wenn Sie dies mit 3 Randfarben tun, können Sie Farben erstellen, die innerhalb des Dreiecks liegen, das aus den 3 Farben besteht. ABER während Sie möglicherweise in der Lage sind, das Auge / Gehirn glauben zu lassen, Sie hätten ein Licht einer Farbe oder eine breite Palette von Farben, kann ein Sensorsystem aus Film oder Filtern oder ... unterschiedlich reagieren.

Moderne weiße Leuchtstoff-LEDs verwenden normalerweise eine kurzwellige blaue LED und einen gelben Leuchtstoff. Ein Teil des blauen Lichts wird durch "Anregung" des Leuchtstoffs in Gelb umgewandelt, so dass es die Energie als gelbes Licht wieder abgibt. Die relative Mischung aus Blau und Gelb und die exakten emittierten Frequenzbereiche variieren je nach Produktgröße von "warmweiß" (etwa 2500 - 3500 Kelvin effektive Farbtemperatur) bis hin zu Tageslicht wie Weiß im Bereich von 4000K - 7000k und dann deutlich blau Weiß bis zu etwa 10.000 K Äquivalent. Bei oder über 10.000 K erscheint das "weiße Licht" sehr blau. Die Gelb / Blau-Mischung wird so eingestellt, dass die Vektorsumme auf einer Spektrallinie liegt, entlang der echte Schwarzkörperstrahlerfarben verlaufen, so dass das Licht in Grenzen weiß "aussieht".

Wenn Sie beispielsweise Licht mit kontinuierlichem Spektrum haben, können Sie bei jeder Wellenlänge filtern, um einen Teil des Lichts zu entfernen oder zu ändern, um die Gesamtmischung zu ändern. Wenn Sie einige endliche Spitzen haben, haben Sie möglicherweise kein Licht im Frequenzbereich des Filters, das mit natürlichem Licht einwandfrei funktioniert. Die Ergebnisse können sehr unterschiedlich sein.

Beispielsweise kann ein Fotosensor auf bestimmte Weise auf natürliches Licht mit einem großen Frequenzbereich reagieren. Künstliche Beleuchtung mit der gleichen scheinbaren Farbtemperatur für das Auge präsentiert den Sensor

zB Wenn Sie eine zB Natriumdampflampe haben, wie sie auf einigen Autobahnen mit einem sehr orangefarbenen Licht zu finden ist, haben Sie ein paar eng beieinander liegende orangefarbene Emissionslinien und sonst nichts. Keine Filterung "korrigiert" dies, um wie natürliches Licht auszusehen. Obwohl dies offensichtlich ext = reme ist, ist es nur ein extremer Fall dessen, was mit den oben erwähnten Quellenquellen mit begrenzter Wellenlänge geschieht. Quelle CCA / SA

Es gibt verschiedene Arten von künstlichem Licht - fluoreszierendes Licht, Wolfram, LED, Halogen, Xenon, Sprengstoff, Lichtbogen usw. Und es gibt auch verschiedene Arten von natürlichem Licht - Sonnenlicht, Mondlicht (vom Mond reflektiertes Sonnenlicht), Licht von anderen Sternen , Feuer, Blitz, Vulkane, Aurora Borealis , Glühwürmchen usw. Offensichtlich enthalten beide Klassen sehr unterschiedliche Lichtquellen, und Unterschiede zwischen solch breiten Klassen können nur festgestellt werden, wenn die Klassen auf einige der häufigsten Beispiele für beide (z. B. Xenon-Blitzgerät) übergeneralisiert werden gegen Sonnenlicht).

Die meisten natürlichen Lichtquellen sind bemerkenswert weiter entfernt als künstliche Lichtquellen, daher ist der Intensitätsabfall (Abfall) künstlichen Lichts schneller , da die Lichtquelle so viel näher ist. Daher ist der Bereich, den Sie mit einem einzigen künstlichen Licht beleuchten könnten, viel kleiner. Versuchen Sie, eine Landschaft oder den Himmel mit einem Monolicht zu beleuchten :)

Die häufigsten Formen des natürlichen Lichts - Sonnenlicht und Mondlicht - sind immer eingeschaltet, während künstliche Lichtquellen, die in der Fotografie am häufigsten verwendet werden, synchronisiert werden, um sie während der Belichtung einzuschalten. So natürliches Licht sorgt für eine einfachere Modellierung der Beleuchtung und der Kamera max Synchronzeit ist irrelevant, und es wird keine sein blinken zu blinken.

Die Streuung des Sonnenlichts über den Himmel impliziert, dass die von der Sonne geworfenen Schatten nicht pechschwarz sind, sondern mit einer bläulichen Tönung gefüllt sind.

Da künstliches Licht leicht bewegt werden kann, können Sie leicht Beleuchtungsschemata erstellen, die nur mit natürlichem Licht unmöglich wären (Sie könnten etwas Glück haben, wenn Sie Feuer oder Glühwürmchen lenken, nicht so sehr mit anderen).

Zum Schluss noch ein paar Worte zur "Qualität" im Geschäftskontext (Überlegenheit) im Gegensatz zum philosophischen Kontext (Eigenschaft oder Attribut).

Hier lebt künstliches Licht weiter

• Verfügbarkeit (Sie können es jederzeit, Tag oder Nacht mitbringen);
• Wiederholbarkeit (Sie können dieselbe Beleuchtung erhalten, indem Sie dasselbe Setup erneut verwenden; Sonne und Mond bewegen sich, das Wetter kann sich ändern);
• Zuverlässigkeit (Wetter hat viel weniger Einfluss auf künstliches Licht, da zwischen Lichtquelle und Szene viel weniger davon vorhanden ist; bei künstlichem Licht sind ungeladene Batterien Ihre Schuld, nicht die der Beleuchtung).

Beachten Sie, dass für künstlerische Ergebnisse die Unvorhersehbarkeit des natürlichen Lichts vorzuziehen sein kann.

Natürliches Licht schlägt leicht künstlich an

• erwartete Lebensdauer;
• Anschaffungskosten;
• laufende Kosten.

Es gibt keinen Unterschied im Signal-Rausch-Verhältnis, wenn der Beleuchtungspegel des Motivs gleich ist. Sonnenlicht (insbesondere nicht diffuses Licht) bietet eine stärkere Beleuchtung als die meisten künstlichen Lichter und daher ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis. Andere natürliche Lichter sind schwächer als ein Blitz in der Nähe des Motivs.

Streng genommen wären sie genau gleich, wenn Sie wirklich alles über natürliches Licht mit künstlichem Licht emulieren könnten. Da uns eine künstliche Lichtquelle mit der gleichen Intensität der Sonne fehlt, ganz zu schweigen von Funkauslösern mit einer Reichweite von 150 Millionen Kilometern, können wir mit künstlichem Licht am besten Sonnenlicht simulieren.

Indem wir eine künstliche Lichtquelle näher an unserem Motiv platzieren (um einige Millionen Meilen), können wir eine ähnliche Beleuchtungsstärke auf dem Motiv erzeugen, aber es ist ziemlich schwierig, die Diffusion zu reproduzieren, die durch all diese Meilen von Weltraumstaub und Atmosphäre zwischen uns verursacht wird und die Sonne unter anderem. Sie haben auch das Spektrum angesprochen, was wir meiner Meinung nach nachahmen können, aber es ist wirklich schwierig, es zu duplizieren.

Einer der herausfordernden Aspekte beim Duplizieren von natürlichem Licht ist natürlich, dass sich das natürliche Licht ständig ändert. Angesichts all der Faktoren, die natürliches Sonnenlicht schmecken können, gibt es wirklich unendlich viele verschiedene Lichtquellen, nicht wahr? Wenn Sie in der Nähe von Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang fotografieren, ist dies deutlich zu erkennen, da sich Ihre Belichtung von einer Aufnahme zur nächsten ändert. Ich würde erwarten, dass trotz der gelegentlichen glücklichen Überraschung, wenn natürliches Licht etwas Unerwartetes bewirkt, das wir mögen , diese variable Natur tatsächlich ein Bereich ist, in dem künstliches Licht das natürliche Licht verbessert .

Aus praktischer Sicht ist das, was die Sonne am Mittag außer ihrem Spektrum hauptsächlich charakterisiert, die Tatsache, dass es sich um ein omnidirektionales Licht handelt, das von oben scheint, sehr hell ist ( Leuchtkraft von 3,84 × 10 ²⁶ W ) und einen kleinen Winkel aufweist Durchmesser 0,53 Grad, was zu nahezu parallelen Strahlen führt. Eine künstliche Quelle mit der gleichen Beleuchtungsstärke und dem gleichen Winkeldurchmesser würde viele der Lichteffekte, die Sie mit der Sonne sehen, nahezu reproduzieren, vorausgesetzt, sie ist weit genug von der Szene entfernt, nämlich: scharfe, sehr dunkle Schatten und Fülllicht, das von nahegelegenen Objekten reflektiert wird ( Dies ist normalerweise diffus, kann aber nicht der Fall sein, wenn sie spiegelartig sind - es neigt auch dazu, die Farben dieser Objekte zu erhalten.

Damit eine Lichtquelle im Abstand d den gleichen Winkeldurchmesser und die gleiche Beleuchtungsstärke wie die Sonne hat, muss sie einen tatsächlichen Durchmesser von etwa d / 108 und eine Leuchtkraft von 17200d ² W haben. Wenn Ihre Lichtquelle also 1 m entfernt ist, muss sie einen haben ein Durchmesser von 9 mm und eine Leuchtkraft von 17,2 kW. Wenn es 10 m entfernt ist, muss es einen Durchmesser von 9 cm und 1,72 Megawatt haben, während es, wenn es 100 m entfernt ist, einen Durchmesser von 93 cm und eine Leuchtkraft von 172 Megawatt haben muss.

Zum Vergleich: Ein typischer High-End-Blitz-Studioblitz erreicht eine Leistung von bis zu 1000 Wattsekunden, was bei einer typischen Höchstgeschwindigkeit von 1/1500 Sekunde 1,5 Megawatt ergibt. Wenn Sie einen solchen Blitz in einem Abstand von etwa 9,3 m über der Szene platzieren, können Sie einen ähnlichen Effekt wie bei der Sonne erzielen, solange sein Durchmesser 8,6 cm nicht überschreitet, was plausibel ist. Ein solcher Aufbau würde jedoch eine erhebliche Investition erfordern.

On-Camera-Blitze hingegen haben keine Chance, sonnenähnliche Effekte zu reproduzieren - die Nikon SB800 leistet maximal 60 kW, vorausgesetzt, es entstehen keine Verluste durch Reflektoren und Diffusoren. Es muss sich also 1,9 m entfernt befinden und einen Durchmesser von 1,8 cm haben, den es nicht hat.

Wenn Sie eine einfache Antwort speziell zum Unterschied zwischen "künstlichem" und "natürlichem" Licht wünschen :

Die Breite und Kontinuität des Spektrums.

Denken Sie an Ihren Physikunterricht. Die Farbe der Objekte, die wir sehen, hängt davon ab, wie viel Licht sie absorbieren und wie viel sie reflektieren und wie sich Absorption und Reflexion über das sichtbare Spektrum verteilen. Ein blaues Objekt ist blau, weil es weniger absorbiert und mehr blaues Licht reflektiert, ein orangefarbenes Objekt ist orange, weil es weniger absorbiert und mehr orangefarbenes Licht reflektiert usw. Wenn Sie eine Szene voller blauer Objekte mit künstlichem Wolframlicht mit schmalem Spektrum beleuchten, ist Ihr Blaue Objekte werden stumpfer und weniger farbenfroh erscheinen, als wenn sie mit natürlichem Breitbandlicht beleuchtet würden.

Je kontinuierlicher und breiter Ihr Leuchtmittel ist, desto größer ist die Farbtreue Ihrer Szene.

Einfache Antwort über die Einzelheiten.

Künstliche Lichtquellen emittieren nicht notwendigerweise ein breites Spektrum und selten ein "volles" Spektrum, noch emittieren sie immer ein kontinuierliches Spektrum für den Bereich, den sie abdecken. Die Qualität oder TreueDie Farbe und das Detail, die wir von einem beleuchteten Motiv sehen, hängen stark von der Breite und Kontinuität des Lichts ab, das es beleuchtet. Künstliches Licht neigt im Allgemeinen auch dazu, eine unnatürliche Wellenlängenverteilung zu haben, da seine Spektralkurve normalerweise im Verhältnis zum Sonnenlicht entweder zu warm oder zu kalt ist, wodurch der verschobene Weißabgleich erzeugt wird, der nachträglich korrigiert werden muss. Wenn Sie mit Wolfram (Halogen) -Beleuchtung arbeiten, arbeiten Sie mit einem sehr schmalen Band von meist kontinuierlichem, aber sehr warmem Licht. Einige Motive erscheinen unter einer solchen Beleuchtung mit Weißabgleichkorrektur in der Post gut, da sie hauptsächlich auf stärker rotverschobene Lichtwellenlängen reagieren. Bei anderen Motiven fehlen jedoch möglicherweise Details und Farbtreue, wenn sie mit Wolframlicht beleuchtet werden, da sie hauptsächlich auf stärker blauverschobene Wellenlängen des Lichts reagieren.

Während einige Formen von künstlichem Licht ein breiteres Spektrum bieten, gibt es normalerweise entweder Einschränkungen hinsichtlich ihrer Bandbreite oder es können Löcher und Lücken im emittierten Spektrum vorhanden sein. Lichter, die auf Schwarzkörperemission basieren, oder mit anderen Worten Lichtquellen, die Licht durch Erhitzen einer Art Element (normalerweise Meta) emittieren, liefern normalerweise eine kontinuierlichere Spektrumsbeleuchtung mit einer begrenzten Bandbreite. Lichter, die auf Gasemissionen basieren, oder mit anderen Worten Lichtquellen, die Licht emittieren, indem sie elektrischen Strom durch ein Gas leiten, bieten häufig eine breite Bandbreite, aber eine fleckige Kontinuität (viele Lücken). Keine der beiden Beleuchtungsformen ist perfekt, obwohl viele spezielle Lichtarten die Negative stark abschwächen und gleichzeitig die Positiven verbessern ... beispielsweise ein möglichst breites Spektrum mit möglichst wenigen Lücken.

Natürliches Licht hingegen ist nicht nur ein breites Spektrum ... sein "volles Spektrum", einschließlich aller Wellenlängen vom Radio über das gesamte sichtbare Spektrum bis hin zu EUV und Röntgen. Natürliches Licht umfasst alles im sichtbaren Spektrum, ist also breitbandig und vollständig kontinuierlich, mit einer idealen Spektralkurve, die genau in der Mitte des sichtbaren Lichtspektrums ihren Höhepunkt erreicht (gelbgrünes Grün, eine Bande um 555 nm).

Der Vorteil einer Vollspektrumbeleuchtung besteht darin, dass die volle Farbtreue und Detailgenauigkeit Ihres Motivs hervorgehoben werden kann. Wenn Sie eine fleckige Beleuchtung mit Lücken und begrenzter spektraler Bandbreite haben und Ihre Motive stärker auf Wellenlängen des Lichts reagieren, die nicht im Bereich der Primäremission Ihres künstlichen Lichts liegen, erhalten Sie farbanämische Ergebnisse. Das heißt nicht, dass Sie ein solches Problem in der Post nicht beheben können, aber es sieht im Allgemeinen nicht so gut aus wie bei Verwendung von Breitband- oder Vollspektrumbeleuchtung. Es gibt künstliches Licht, das ein breites Spektrum oder ein möglichst breites Lichtspektrum mit künstlichen Mitteln emittiert und die Spektralkurve des Sonnenlichts so genau wie möglich nachbildet. Mit einer solchen Lichtquelle