Kecepatan aktual di mana cahaya bergerak tidak penting. Fakta bahwa itu tidak instan sangat penting. Meskipun cahaya bergerak sangat cepat, cahaya dari subjek atau pemandangan tidak mengenai sensor atau film secara bersamaan. Cahaya mencapai kamera dari subjek dalam aliran energi yang tersebar selama durasi waktu. Untuk saat rana terbuka, aliran cahaya ini direkam dalam sebuah foto. Jika adegan berubah selama eksposur, bentuk aliran cahaya yang mencapai kamera selama eksposur juga berubah.
Dalam fisika sering ada frasa yang digunakan untuk menggambarkan cara cahaya secara simultan menunjukkan sifat-sifat energi gelombang dan energi partikel: dualitas cahaya . Untuk keperluan fotografi, kami biasanya memperlakukan cahaya sebagai aliran foton yang mengalir dari adegan ke sensor (atau film). Ketika mereka menyerang sensor mereka diubah menjadi elektron di setiap pixel dengan baik yang menyerang foton. Ketika mereka menyerang film, energi mereka menghasilkan reaksi kimia terhadap butiran bahan kimia dalam emulsi film.
Mengapa kecepatan rana mengubah ketajaman / detail gambar?
Waktu rana menentukan berapa lama aliran foton dari adegan diizinkan untuk menyerang sensor. Jika ada perubahan posisi dalam adegan selama durasi eksposur maka cahaya dari bagian adegan yang telah bergerak akan bergerak melintasi permukaan sensor dan jatuh pada piksel yang berbeda. Jika kamera itu sendiri adalah sumber gerak maka seluruh adegan akan bergeser dan setiap titik dalam adegan akan jatuh pada piksel yang berbeda pada sensor. Apa pun sumber gerakannya, hasilnya kabur karena cahaya dari satu titik dalam adegan tersebar di beberapa piksel. Semakin lama rana dipegang terbuka, semakin besar kekaburan untuk laju gerak yang sama.
Di sisi lain dari koin yang sama, semakin lama penutup dibuka, semakin banyak cahaya yang ditangkap di foto. Semakin banyak cahaya yang ditangkap oleh sensor, semakin tinggi proporsi elektron yang dikumpulkan oleh sensor dari cahaya dari tempat kejadian (kita sebut sinyal ini ) akan ke elektron yang dihasilkan oleh elektronik dari kamera yang juga direkam bersama dengan arus dari piksel sensor. Elektron liar ini adalah apa yang kita sebut noise. Read noise dihasilkan oleh elektronik kamera. Foto (bidikan) noise dihasilkan oleh sifat cahaya acak karena dualitas cahaya. Partikel-partikel foton tersebut bergerak di sepanjang jalur berbentuk gelombang yang ditentukan oleh panjang gelombang setiap bit cahaya. Semakin banyak sinyal (cahaya) yang kita miliki sebanding dengan noise, semakin detail kita akan dapat menghasilkan dalam foto kita. Ini disebut rasio signal-to-noise .
Jadi waktu rana yang lebih pendek meminimalkan efek gerakan tetapi dapat menyebabkan hilangnya detail karena rasio sinyal-ke-noise yang buruk. Waktu rana yang lebih lama meningkatkan rasio sinyal-ke-noise tetapi dapat menyebabkan hilangnya detail karena kekaburan gerakan.
Mengapa gambar menjadi lebih gelap dengan kecepatan rana yang lebih cepat, dan lebih terang dengan kecepatan rana yang lebih lambat?
Karena semakin lama rana dipegang terbuka, semakin banyak cahaya yang ditangkap dalam foto. Ini sama dengan menyalakan dan mematikan keran sambil memegang cangkir di bawah keran. Semakin lama faucet terbuka, semakin banyak air yang terkumpul dalam cangkir. Semakin lama rana dipegang terbuka, semakin banyak partikel cahaya (foton) akan dikumpulkan oleh sensor (atau film).
Mata kita selalu terbuka (ketika kita bangun), tetapi gambar tidak "diekspos berlebihan".
Sekali lagi, cahaya itu menyinari mata kita dalam aliran yang berkelanjutan, bukan dalam sekejap. Semua cahaya yang dikumpulkan oleh retina kita selama sehari, atau setahun, atau seumur hidup kita tidak bisa ditransmisikan ke otak kita dalam sekejap! Sinyal elektrokimia dari mata kita ke otak kita terus berubah ketika adegan di depan mata kita berubah.
(Catatan: di bawah ini ditulis sebelum pertanyaan di atas secara signifikan diedit kembali ke bentuk saat ini)
Cahaya adalah energi elektromagnetik. Karena itu ada dua komponen yang harus diukur sehubungan dengan foto: kekuatan medan dan durasi waktu. Kekuatan medan mengukur seberapa kuat cahaya di atas area tertentu. Durasi waktu mengukur berapa lama kekuatan medan dipertahankan.
Itu sama dengan bentuk energi lainnya. Jika seseorang menerapkan kekuatan konstan terhadap tubuh, tubuh akan mempercepat. Semakin lama gaya diterapkan, semakin lama tubuh akan berakselerasi dan semakin cepat tubuh akan bergerak relatif terhadap kondisi awalnya.
Sepotong film fotografi mengumpulkan informasi tentang energi yang jatuh padanya dalam bentuk cahaya. Semakin lama rana dibiarkan terbuka, semakin banyak informasi yang dikumpulkan. Jika rana dibiarkan terbuka dua kali lebih lama, ia akan mengumpulkan informasi dua kali lebih banyak dari cahaya itu dengan asumsi kekuatan cahaya adalah konstan.
Masalah dalam fotografi adalah bahwa cahaya seringkali tidak konstan. Ketika benda-benda di dunia di depan kamera menggerakkan kekuatan medan cahaya pada titik tertentu dari perubahan film atau sensor. Selama rana terbuka, rana terus mengumpulkan informasi tentang cahaya yang jatuh pada setiap titik film atau sensor. Jika ada sesuatu dalam tampilan kamera yang memindahkan informasi tentang semua posisi yang dilaluinya selama rana terbuka akan direkam. Alih-alih direkam pada tempat yang sama pada film atau sensor, gambar subjek yang bergerak akan tersebar di area di mana ia bergerak. Ini akan menghasilkan blur. Bahkan jika tidak ada apapun di depan kamera yang bergerak, jika kamera itu sendiri bergerak, hal yang sama akan terjadi.