Dreticus
Oorspronkelijk gepubliceerd in 2016
Diafragma en sluitertijd
Stel dat je zonet achter de kleerkast in je slaapkamer je lievelingshamster hebt teruggevonden, in verregaande staat van ontbinding. Je was haar al zo lang kwijt! Je wil haar nu zo snel mogelijk vergeten, te beginnen met de stank. Dan doe je best het volgende: (1) je zet het dichtstbijzijnde raam zo ver mogelijk open en (2) je zet het zo lang mogelijk open.
In de fotografie is het niet anders. Om zoveel mogelijk licht op te vangen, zet je jouw lens (1) zo ver mogelijk open en (2) zo lang mogelijk. Want de hoeveelheid licht die op de sensor valt, wordt bepaald door het diafragma ("aperture" in het Engels, spreek +/- uit als "eprtj"), de sluitersnelheid ("shutter speed"), ook wel sluitertijd of belichtingstijd genoemd, en natuurlijk de helderheid van de originele scène (de hoeveelheid licht die ze reflecteert -de sterkte van de geur, sorry!). Dit laatste kan je opkrikken door bijvoorbeeld te flitsen.
In een volgende fase kan de camera het opgevangen signaal analoog versterken. De mate van versterking wordt uitgedrukt in ISO. Jij kan die versterking ook zelf doen, achteraf op de computer, maar het hangt o.a. van de camera(sensor) af of deze optie 100% evenwaardig is aan het veranderen van de ISO-waarde.
Diafragma
Een lens kan geopend en gesloten worden in stapjes. Daartoe dient het diafragma. Zo ziet een diafragma er uit bij een f/2.8 lens:
Afbeelding 1: diafragma met 6 lamellen van een f/2.8 lens.
Wat betekent f/4 en f/16 etc.?
"f/n" is de doorsnede van de diafragma-opening (ter hoogte van de intreepupil). "f" staat voor de focale lengte van de lens, en "n" is een getal uit de reeks hiernaast.
Voor een 50mm lens betekent f/4 dat de diafragma-opening van de lens een doorsnede heeft van f/4 = 50mm/4 = 12.5mm, gezien van de voorkant van de lens. Je zou dit bijna kunnen meten met een latje. Een cirkel heeft een oppervlakte van r2*pi. Voor een cirkel met doorsnede 12.5mm is dit (12.5mm/2)2*pi = 122.7 mm2. De opening van een 50mm lens bij diafragma f/4 heeft een oppervlakte van 122.7 mm2.
Bij een diafragma van f/5.6 is de doorsnede f/5.6 = 50mm/5.6 = 8.93mm. En de oppervlakte van die cirkel is (8.93mm/2)2*pi = 62.6 mm2, (ongeveer) de helft van onze vorige uitkomst. De opening is qua oppervlakte twee keer minder groot dan daarnet. Een diafragma van f/5.6 laat dus half zoveel licht door als f/4.
Elke keer als je het diafragma-getal vermenigvuldigt met de vierkantswortel van 2 (zie de reeks hiernaast: 1.4 vermenigvuldigd met V2 is gelijk aan 2 enz.), wordt de oppervlakte van de opening gehalveerd en kan er dus maar half zoveel licht passeren.
Geheugensteuntje: een verdubbeling/halvering van het f-nummer = twee stops, bv. van f/2.8 naar f/1.4 = twee stops verschil (vier keer meer licht).
Het diafragma links is helemaal geopend en wordt vervolgens in stapjes gesloten. Er wordt dus meer licht binnengelaten bij f/2.8 dan bij f/4 en f/5.6. Dat is soms verwarrend (hoe groter het getal, hoe kleiner de opening) maar het getal staat in de noemer van de breuk (f/2.8, f/4, ...), dus de relatie is omgekeerd. Zie het kadertje hiernaast voor meer uitleg.
Met een diafragma van (bijvoorbeeld) f/5.6 krijg je precies evenveel licht binnen als bij gelijk welke lens die op f/5.6 is ingesteld op gelijk welke camera.
En elke diafragma-waarde in de reeks
f/1.4
f/2
f/2.8
f/4
f/5.6
f/8
f/11
f/16
f/22
f/32
... laat (ongeveer) twee keer zoveel licht binnen als de volgende. Dus f/2 laat twee keer zoveel licht door als f/2.8, en f/2.8 twee keer zoveel als f/4. Men spreekt in dit geval van "1 stop verschil".
Hoe groter het diafragma, hoe geringer de scherptediepte. De onderstaande foto's zijn genomen met diafragma f/1.4, f/2.8 en f/5.6, dus telkens 2 stops verschil (al hebben wij de verschillen achteraf, softwarematig, een halve stop verkleind, voor de duidelijkheid). Bemerk, naast het verschil in belichting, het verschil in scherptediepte.
Hier vind je meer uitleg over scherptediepte.
Optische prestaties
Een lens die wijd openstaat (f/1.4 bijvoorbeeld), heeft niet alleen een geringe scherptediepte, ze is ook optisch niet op haar best: het punt waarop is scherpgesteld is iets minder scherp dan bij iets kleinere diafragmawaarden. Je krijgt ook meer vignettering, d.w.z. dat de randen van het beeld donkerder zijn dan de rest. Vooral groothoeklenzen hebben hier last van.
Bij een klein diafragma (zoals f/22) krijg je dan weer last van diffractie, een natuurfenomeen waar zelfs de beste lenzen niet onderuit kunnen. Lichtstralen die door een (te) nauwe opening moeten, gaan aan de andere kant van de opening divergeren. Je kan het vergelijken met een tuinslang die je afknijpt: de oorspronkelijke waterstraal wordt een watergordijn.
Optisch is een lens doorgaans op haar best in de buurt van f/5.6 (f/4 tot f/8); je leest soms ook, nog meer veralgemenend: "wijd open + 2 stops". Hier is een voorbeeld bij verschillende diafragma's (een 1:1 uitsnede van de tekst op een ongeopend Ice-Tea blik):
Je ziet duidelijk het effect van de extremere diafragma's (f/2.8 en f/32): de scherpte neemt af. Dat betekent niet dat je altijd voor f/5.6 of f/8 moet kiezen. Als er te weinig licht voorhanden is, en je kan de sluitertijd niet verlengen omdat de foto anders bewogen wordt (zie infra), zet dan het diafragma gerust ver open, want een trillende hand richt veel meer optische schade aan dan een wijd open lens. Op het strand daarentegen is er soms zoveel licht dat je je diafragma heel klein moet nemen om de sensor af te schermen van een teveel aan het goedje. Overbelichting is achteraf niet meer te corrigeren, dus ook hier laat je de bezorgdheid omtrent optimale optische instellingen etc. best varen.
Afbeelding 1a: Starbursts
Met een klein diafragma (bv. f/16 of f/22) kan je "starbursts" (sterrenstrepen) creëren.
De zon is in dat geval best gedeeltelijk bedekt (in dit voorbeeld met dank aan het bladerdek).
Een lens met een even aantal lamellen creëert evenveel stralen als lamellen; met een oneven aantal krijg je er dubbel zoveel. (De lens waarmee deze foto is genomen heeft 9 lamellen; er zijn dus 18 stralen.)
Soms zijn er wel degelijk goede redenen om voor extreme diafragma's te kiezen. Met een wijd open diafragma kan je achtergronden weggommen, of een dromerige toets geven aan je foto. En als je mooie lichtstralen wilt ("starbursts" in het Engels), dan doe je dat best met een klein diafragma.
Sluitertijd
Nu voegen we die andere dimensie toe: de tijd dat de sensor wordt blootgesteld aan het licht. Is dat bijvoorbeeld 1/30s, dan valt er in die tijdsspanne twee keer zoveel licht op de sensor als bij 1/60s.
Hier zie je opnieuw de foto van de kraan, opnieuw met telkens 2 stops verschil, maar dit keer door manipulatie van de sluitertijd bij een constant diafragma.
Merk op dat 1/500s niet volstaat om het beeld van het stromend water te "bevriezen" (al is er een beginnend pareleffect.
Op wandel
1/125 noemt men soms de "wandelsluitertijd", waarmee men bedoelt dat je met een sluitertijd van 1/125 een wandelend persoon "bevriest" op de foto. Ik veronderstel dat men stilzwijgend uitgaat van een 50mm lens en een wandelaar op ... "normale" afstand.
Welke sluitertijd kies je best in praktijk? De langst mogelijke, 't is te zeggen: de kortst mogelijke, met andere woorden: de meest geschikte. Te lang en je riskeert een bewogen beeld. Te kort en je krijgt te weinig licht (en een minder goede signaal-ruisverhouding).
Een van de vragen die vooraf moeten worden opgelost is: hoe lang kan je de lens open laten zonder dat de bibber van je hand onscherpte veroorzaakt bij een stilstaande scène? (Bibber is zelden artistiek.) Daar was vroeger een vuistregel voor: stel de sluitertijd in op minstens "1/brandpuntafstand" van de lens, dus:
- 1/30ste van een seconde in het geval van een 28mm lens
- 1/50ste van een seconde voor een 50mm lens
- 1/100ste voor een 100mm lens
- ...
- 1/300ste voor een 300mm lens
- ...
Met die sluitertijden (of korter) zal de gemiddelde bibberhand niet voor onscherpte zorgen bij een statisch object.
Beeldstabilisatie
Er zijn in praktijk twee soorten beeldstabilisatie: één in de camera zelf, en één in de lens. In de camera heeft het voordeel dat elke lens die je op de camera schroeft ervan meegeniet -lenzen uit een vroeger tijdperk maar ook recente "speciallekes", zoals de Lensbaby Velvet of de
Venus LAOWA 15mm f/4 wide angle macro. In de lens heeft het voordeel dat je de bewegingscompensatie ook in de zoeker ziet, met andere woorden: ook het beeld in de zoeker wordt gestabiliseerd, het trilt niet meer mee met jouw hand. Dat maakt het hele proces iets aangenamer, zeker als je met een telelens werkt.
Pentax is heel creatief met beeldstabilisatie in de camera. Moderne Pentax-camera's gebruiken het systeem om kleine horizontale correcties uit te voeren (als je je toestel 1 tot 2 graden scheef houdt, wordt dat desgewenst automatisch gecorrigeerd), om een (beperkt) shift-effect te krijgen (geef "tilt en shift" in in je zoekmachine voor meer informatie), om de aardrotatie te compenseren bij lange belichtingen van de sterrenhemel, om een AA-filter te simuleren (optionele anti-moiré wanneer nodig) en om betere kleurinformatie bij stilstaande beelden (pixel-shift).
Mede daardoor gaat mijn voorkeur uit naar stabilisatie in de camera zelf.
Tegenwoordig zijn de meeste camera's of lenzen uitgerust met een elektronisch bewegingscompensatie-systeem. "Super Steady Shot" heet dat bij de ene en "Anti-Shake", "Image Stabilization" of "Vibration Reduction" bij de andere. Allen hebben ze gemeen dat ze de bibber van je hand trachten te neutraliseren.
Zo'n systeem is nooit perfect: de correcties zijn reacties op een beweging en komen dus altijd net na de beweging. Elk systeem heeft daarenboven een mate van onnauwkeurigheid. Ook als er helemaal geen beweging is, zal het toch minuscule variaties van het signaal trachten te compenseren. Daarom schakel je het best uit als je met een statief werkt.
Hoeveel "stops" je wint met een anti-bibber systeem, hangt o.a. af van de focale lengte van de lens -hoe groot/gedetailleerd iets op de foto komt. Twee, drie stops lijkt een veilige aanname (tegenwoordig is het zelfs meer). Dat betekent dat bij een 50mm lens een sluitertijd van 1/10s nog zou kunnen in plaats van 1/50s -en zelfs nog langer.
De onderstaande foto is uit de hand genomen met een 50mm lens op 1/4s, de eerste keer zonder anti-shake, de andere keer met. Het verschil (om praktische redenen ongeveer 20% afgeknipt) is treffend.
Als je nog langere sluitertijden nodig hebt (en je hebt geen statief bij de hand), dan kan je de camera laten rusten op een tafel of een leuning of gelijk wat. Je kan 'm desnoods zelf een beetje kantelen.
De fietser die voorbijrijdt, zal echter bij een te lange sluitertijd zowel met als zonder anti-bibber onscherp op de foto staan. Soms is dat net wat je wil, bijvoorbeeld om beweging te suggereren -maar gewoonlijk niet.
Sunny Sixteen
Als doe-het-zelver wil je op een zonnige dag alle waarden manueel instellen? Begin met diafragma f/16 en sluitertijd 1/ISO (dus bv. op 1/100 bij ISO 100, 1/200 voor ISO 200 etc.). Dan hebt je ongeveer de juiste belichting. Dus:
zonnige dag -> f/16 en sluitertijd op 1/ISO.
Deze vuistregel staat bekend als "sunny sixteen". 't Is gewoon een leuk weetje.
De sterrenhemel 's nachts
Als je 's nachts de sterrenhemel fotografeert, en je wilt de sterren als puntjes zonder veeg, zet je lens dan niet langer open dan:
600/(brandpuntsafstand (mm)*cropfactor) sec
Bijvoorbeeld: laat een 16mm lens maximaal gedurende 25 seconden openstaan op een APS-C camera (25 = 600 / (16 * 1.5)), anders krijgt je "vegen" die de loop van de ster aangeven (wat op zich een effect kan zijn).
De combinatie
Vermits diafragma en sluitertijd samen bepalen hoeveel licht de sensor krijgt, kan je de ene wat extra geven en de andere wat minder, zonder dat het de totale hoeveelheid licht beïnvloedt. Met diafragma = f/4 en sluitertijd = 1/60s valt er (ongeveer) evenveel licht op de sensor als met diafragma = f/5.6 (half zo veel als f/4, zie supra) en 1/30s (twee keer zo lang als 1/60). In hamstertermen: je kan evengoed twee ramen een half uur openzetten als één raam een uur.
Deze foto is een illustratie daarvan. De belichting van de scène is (quasi-)identiek:
Kijk straks ook eens naar deze scène elders op onze pagina's.
Lichtgevoeligheid (ISO)
Als er ondanks al je inspanningen toch te weinig licht kan worden opgepikt, kan de camera het signaal alsnog analoog versterken. Dat vermindert het werk achteraf en heeft als voordeel dat het ingebedde JPEG-beeld niet te donker wordt. De ISO-waarde is een maat van deze versterking. ISO-waarden gaan, grofweg gezegd, van 64 tot 12800 en meer. (Hogere waarden, zoals 12800*4, zijn dikwijls niet meer dan simulaties die men krijgt door de pixelwaarden te vermengvuldigen.) Elke sensor heeft een basis ISO-waarde, gewoonlijk 64, 100 of 125 ISO, soms ook 200. Op die waarde presteert hij optimaal qua dynamiek.
Soms zegt men dat hogere ISO's extra ruis met zich meebrengen, maar dat is niet correct. Een beeld genomen met 1/60s sluitertijd, f/8 en 100 ISO heeft minder last van ruis dan eentje genomen met 1/2000s, f/16 en ISO 12800), maar dat komt niet door die hoge ISO; het komt doordat dat tweede beeld veel minder is belicht.
De link tussen ISO en ruis stamt uit het filmtijdperk, waar de ISO-waarde van de film bepalend was voor de belichting. Tegenwoordig zou het omgekeerd moeten zijn: je laat de ISO-waarde variëren naargelang de helderheid van het beeld. (Of je varieert helemaal niets en je regelt het achteraf op de computer.)
Het is geen slechte strategie om de camera voor je doordeweekse shots op auto-ISO te zetten. Jij kiest de gepaste combinatie sluitertijd/diafragma en de camera kiest de ISO-waarde die maakt dat het beeld er met jouw instellingen aan het eind van het proces "precies goed" uitziet.
Maar dit werkt alleen als de camera de lichtinval goed inschat en dan nog -misschien wil jij het anders dan de camera. Accepteer je een beperkt aantal overbelichte pixels, of ga je het hele beeld verdonkeren om die overbelichte pixels te vermijden? En als je ziet dat de camera kiest voor een relatief hoge ISO-waarde, ga je dan sluitertijd en diafragma opnieuw evalueren?
ISO-invariantie
Het licht dat binnenvalt, wordt door de camera omgezet in een voltage. Deze omzetting is niet perfect, d.w.z. ze voegt een beperkte mate van "ruis" toe.
Het resultaat (inclusief deze ruis) wordt vervolgens in min of meerdere mate (ISO) versterkt.
Tenslotte wordt alles omgezet van analoog naar digitaal. Ook deze A/D-omzetting veroorzaakt extra-ruis.
De "Brightness"-slider in je software programma versterkt alles:
het originele beeld met de "voltage-ruis"
de ruis veroorzaakt door de analoge versterking (ISO)
de ruis afkomstig van de A/D omzetting
Bij ISO-invariante camera's is de A/D ruis verwaarloosbaar. Daarom maakt het niet uit of je je het beeld achteraf digitaal verheldert op de computer, of vooraf via een hogere ISO.
Zoek de invariante waarde(n) voor jouw camera via Photons to Photos.
Het is nuttig om hier het concept ISO invariantie te vermelden. Een sensor die perfect ISO-invariant is, mag permanent op de laagste ISO-waarde blijven staan. Je kiest je sluitertijd/diafragma en als het eindresultaat te donker is, verschuif je nadien gewoon de "Brightness" slider in je fotobewerkingsprogramma op de computer. Het resultaat is hetzelfde als wanneer je een hogere ISO-waarde had ingesteld.
Het voordeel hiervan lijkt ogenschijnlijk klein: je kan ISO vergeten op het moment dat je foto's neemt, in ruil voor wat extra muizenwerk achteraf. Maar het echte voordeel is dat je hierdoor meer dynamisch bereik krijgt in je beeld: meer gradaties en minder uitgebrande pixels. Sensoren hebben een maximale dynamiek bij "basis ISO". Daarenboven kan je achteraf nog geselecteerde zones oplichten zonder aan de witste plekken te raken. Met het verhogen van de ISO wordt elk beeldpunt verhelderd.
Daartegenover staat een praktisch bezwaar: het beeld in de zoeker of op het LCD-scherm zal donkerder zijn als je nu vrede neemt met een lage ISO en pas achteraf gaat verhelderen. Dat maakt het moeilijker om de compositie te evalueren op het moment zelf: je ziet het niet goed.
Als er ook na maximale belichting geen kans is op overbelichting (bv. bij een uniforme scène en/of wanneer de scène sowieso te donker is om voldoende te belichten), dan maakt het (gegeven ISO-invariantie) niet echt uit of je de ISO-waarde verhoogt of alles aanpast nadien.
Praktisch: welke instellingen kies je best?
We gaan ervan uit dat je de foto's maakt in RAW.
Zet ISO om te beginnen op de basiswaarde.
Zet sluitertijd en diafragma zoals je ze wil: sluitertijd om bewegende elementen te controleren, diafragma voor de scherptediepte. Voor een standaard kiekje kan je beginnen met 1/focale lengte sec en f/5.6.
Histogram
Afbeelding 7: ETTR
Kijk vervolgens naar het histogram. Met het oog op de beeldkwaliteit (minimale ruis, ...) vang je best zoveel mogelijk licht zonder dat je overbelicht, want dat is nefast. Het histogram loopt m.a.w. best uit tot aan de rechterkant ("Expose To The Right" of ETTR). Hiernaast zie je een voorbeeld.
Is er niets te zien in het rechtergedeelte van het histogram? M.a.w. is het beeld te donker? Probeer dan de sluitertijd te verlengen en/of het diafragma te vergroten. Maar hou hierbij in het achterhoofd dat onscherpte (als gevolg van een te lange sluitertijd) veel destructiever kan zijn dan onderbelichting.
Is er voldoende licht voorhanden? Dan kan je bij de keuzes van je instellingen ook oog hebben voor de optiek (een diafragma rond f/5.6 levert dikwijls de beste beeldkwaliteit).
Is het uiteindelijke resultaat toch nog onderbelicht? Verhoog dan als laatste, tijdelijke stap de ISO-waarde tot het histogram de rechterkant bereikt en dan:
Voorbeeld
Laat ons aannemen dat de camera ISO-invariant is tussen ISO [100,800[ en dan opnieuw vanaf 800, zoals bv. een Nikon Z6. De meeste nieuwe sensoren zijn nl. dual conversion gain sensoren met een tweede ISO "basis"waarde). Dit wil zeggen dat je ISO-waarden van 100 tot 800 kan simuleren met een vaste ISO 100 en wat gepruts achteraf op de computer. Het resultaat is nl. hetzelfde. Gelijkaardig voor ISO-waarden vanaf 800: zet ISO op 800, niet hoger, en als het beeld te donker is, voeg dan de nodige helderheid toe via de computer (in Lightroom, Capture One, Silkypix, ...).
Als je camera ISO-invariant is
Blijft de ISO-waarde na deze stap onder 800, zet ze dan terug op de basiswaarde (in ons voorbeeld -zie het kadertje hiernaast- is dat ISO 100, de eerste ISO-invariante instelling). De afwerking is voor achteraf.
Krijg je daarentegen een ISO-waarde tussen 800 (de tweede basiswaarde) en 6400 (=800+3 stops), zet ISO dan op 800, de tweede ISO-invariante instelling in ons voorbeeld.
Was de ISO-waarde meer dan 6400 ISO (in dit voorbeeld), verlaag ze dan 3 stops (bv. van 12800 naar 1600, of van 25600 naar 3200).
Kortom, probeer ISO terug te zetten naar de eerstvolgende lagere ISO-invariante basiswaarde, maar ga maximaal 3 stops terug (anders riskeer je kleurverschuivingen -dat is nu eenmaal zo).
Als je camera niet ISO-invariant is
Is je camera niet ISO-variant? (Jammer!) Als je na het instellen van sluitertijd en diafragma nog steeds met een te donkere afbeelding zit (te zien in het histogram), verhoog dan de ISO-waarde tot je opnieuw een ETTR-achtig histogram hebt en doe vervolgens een klein stapje terug, om overbelichte pixels te vermijden. Doorgaans is het histogram immers een representatie van het JPEG-beeld (gepresenteerd met flink wat contrast). Het geeft het aantal overbelichte pixels in het originele RAW-bestand niet accuraat weer. Neem dus wat marge.
Besluit
Laat de scène bepalen welke sluitertijd en diafragma je gebruikt. (Beide bepalen de uiteindelijke scherpte, op een verschillende manier.) De beste signaal-ruisverhouding krijg je door zoveel mogelijk licht op te vangen. Ruis wordt niet veroorzaakt door hoge ISO-waarden, wel door een tekort aan licht. Vermijd echter overbelichting.