¿Una cámara única rendija de la interferencia?

Question

Debido a que una cámara tiene una abertura, yo creo que hay una sola rendija de la interferencia?

¿Una cámara de mecanismos de cuenta para que?

Answer 1

Aquí hay una serie de fotografías en las que se producen por la misma cámara y la lente de acuerdo, pero con un tamaño diferente de la entrada de la pupila (la abertura de la parte de la lente lentamente).

El parámetro $\rm f/N$ $N$ ser llamado el número f.
$N = \frac f D$ donde $f$ es la longitud focal de la lente fijo (en este caso) y $D$ el diámetro de la entrada de la pupila (como la disminución de $N$ de aumento).

Incluso con el problema de mostrar las imágenes en un pixelada pantalla de la computadora, debe ver el efecto de la difracción.
Como el f-números se hace más grande, el más pequeño de la entrada de la pupila producido grandes patrones de difracción que conduce a la imagen, no buscando como sharp.

Ahora en algunas cámaras es posible que no vea el efecto que claramente porque la imagen se forma en un detector que está hecho de muchas áreas discretas llamados píxeles.
Si el tamaño de la confusión debido a la difracción es más pequeño que el tamaño de píxel, a continuación, será el tamaño de píxel que se traducirá en una falta de nitidez de la imagen.

Sin embargo, incluso si la difracción puede causar tolerancia de una porción de la imagen como se muestra a continuación

podría ser que un fotógrafo puede reducir el tamaño de la entrada de la pupila para producir una mejor imagen como un todo.

La imagen de arriba, es con una gran entrada de la pupila y la parte inferior con una proporción mucho menor de la entrada de la pupila.

La mejora se muestra en la imagen inferior es debido a una serie de factores.
Un posible factor es que, cuando se reduce la entrada de la pupila sólo los rayos cerca al eje principal son refractados por la lente y así reducir los efectos debido a los defectos (aberraciones) de la lente.
Un ejemplo de este efecto es entrecerrar los ojos o mirar un objeto distante a través del agujero entre dos de tocar los dedos que puede mejorar su visión si usted es corto de miras.

Otra cosa que es mejor cuando la entrada de la pupila es la disminución de la profundidad de campo, el rango de distancia de la lente de los objetos que producen razonablemente una imagen nítida.
Observe cómo la parte superior de la imagen es borrosa en la periferia, aunque el efecto de la difracción es menor que el de la foto de abajo.

Answer 2

La resolución ("nitidez") que se obtiene con una cámara depende de un número de factores (aproximadamente en orden de importancia ... aunque eso es subjetivo ordenar que cualquiera de estos puede estropear su imagen:

• El grado de enfoque
• La calidad de la lente
• La resolución del sensor (o tamaño de grano de la película)
• Difracción

Obviamente, si usted no centran su objeto correctamente, la imagen será borrosa. Ahora resulta que como objetivo se hace más pequeña (lo que significa un mayor número f, que es la relación de la longitud focal / diámetro), el enfoque es menos importante. Esto es debido a que el efecto desenfoque de estar fuera de foco es básicamente una convolución de el tamaño de la abertura con la imagen en escala por la cantidad de desenfoque. Explica mejor con un diagrama:

Usted puede aprender dos cosas de esto: cuando tu película (sensor) está en el lugar equivocado, la luz no se centra en un punto; y el tamaño de la "blob" depende del ángulo subtendido por la lente a la película. Cuando usted toma una imagen de los objetos a diferentes distancias, cada uno quiere proyectar a un plano diferente. Cuando el lente de la abertura es pequeña, las "manchas" de esta forma se crea será pequeño; decimos que obtener un buen "profundidad de foco". Cuando la lente es más grande, las notas son más grandes, y sólo lo que es "exactamente", que se centra tendrá buen aspecto.

La mayoría del tiempo, que es lo que determina la nitidez de su imagen.

Sin embargo, es posible que los otros factores que he enumerado a ser importante. En el caso de la difracción (tu pregunta), el patrón de difracción de una abertura circular (generalmente una suposición razonable) es un disco de Airy, y el ancho del disco es de aproximadamente

$$W = 1.22\frac{\lambda f}{d}$$

Where $f$ is the focal length, $d$ the diameter of the lens, and $\lambda$ the wavelength.

Now $\frac{f}{d}$ is called the "f number" of the lens. For most cameras, this might range from 2.8 to 22 although a wider range is possible. When the f number is big, the effect of diffraction is big: if you assume a wavelength of 500 nm, the "blob" is about f $\times$ 600 nm de ancho.

Ahora hay un muy buen artículo que describe el efecto de tamaño de píxel en una serie de imágenes de las cuestiones en este enlace. Incluye una bonita mesa de el tamaño de la difracción de "blob" de diferentes colores, como una función de f número:

                      Table 6
    ================================================
                 red=     Green=    Blue=
                  0.6      0.53      0.47
                micron   micron    micron
    ================================================
    f/ratio     diffraction spot diameter in microns
    ================================================
           2      2.9       2.6       2.3
         2.8      4.1       3.6       3.2
           4      5.9       5.2       4.6
         5.6      8.2       7.2       6.4
           8     11.7      10.3       9.2
          11     16.1      14.2      12.6
          16     23.4      20.7      18.3
          19     27.8      24.6      21.8
          22     32.2      28.5      25.2
          32     46.8      41.4      36.7
          45     65.9      58.2      51.6
          64     93.7      82.8      73.4
    ================================================

El tamaño de píxel de una Canon 1D Mark II es de 8.2 mu - así que cuando usted está disparando con una lente con un número f mayor de 5,6, difracción (en lugar de tamaño de píxel) comienza a limitar su rendimiento. Tenga en cuenta que las cámaras con sensores más pequeños tienden a tener menor píxeles (su iPhone 5 el teléfono podría tener aproximadamente 1,5 micras de píxeles). Que indica que el sensor ha alcanzado el límite de difracción - conseguir más megapixels no ayuda en este factor de forma, porque no se puede hacer que el número f más pequeño o la longitud focal más larga (y el sensor más grande). Sin embargo, con la mancha de difracción que abarcan 10 o más píxeles, usted puede comenzar a hacer algo de procesamiento de imágenes (deconvolución de filtrado) para hacer la imagen más nítida. Como se puede ver en la tabla, usted realmente necesita para "mejorar" las diferentes longitudes de onda (R, G, B componentes de la imagen) con un tamaño diferente de kernel si quieres optimizar el resultado.

Yo no era capaz de determinar si esto se hace. La cámara de tu iPhone tiene un número f de 2.2 - así que la difracción no es demasiado importante.

Usted encontrará algunos relacionados con la discusión aquí. También, el "starburst" a efecto de que se le preguntó acerca de esta pregunta es un efecto de difracción - aunque en este caso, es el hecho de que la apertura se compone de hojas con bordes rectos que hace que el efecto en particular. Esto demuestra de manera inequívoca que la difracción ocurre - pero en esa instancia, la geometría de favores apenas un par de direcciones que le da un efecto mucho mayor distancia (cuando la fuente de luz es tan brillante, y el patrón es a lo largo de seleccionar sólo las direcciones, se puede ver la Enésima pico de difracción, básicamente).

Último momento:

El segundo punto que he realizado, "la calidad de la lente", es algo que a menudo nos olvidamos de estos días, porque la mayoría de los lentes son tan buenas. Pero no de la lente en el ojo humano. Tengo astigmatismo elevado - básicamente, el objetivo en mi ojo es un poco cilíndrica, lo que significa que no hay una sola distancia en la que un punto se centra en un punto, sino que será una forma alargada blob. Cuando hay una gran cantidad de luz, y mi pupila se contrae, las cosas son mucho más enfoque - porque cuando menos de la "imperfecta" de la lente se utiliza, el efecto es menor. Puedo simular esto en parte por el cierre de mi ojo - que cubren una "especialmente grave" la parte de la lente, yo acabe de ver mejor... Difracción realmente entra en juego cuando estas otras cosas no son el factor limitante.

Answer 3

Sí, pero no es el único problema. Podría tener este aspecto. (Ver este artículo de la Wikipedia sobre la difracción de Fresnel.) Este parece ser un agujero de alfiler en lugar de una cámara de gran tamaño de la abertura. Y en este ejemplo, el centro es un lugar oscuro, en lugar de un punto brillante. Para una cámara, el punto central sería pronunciado y los anillos pequeños y débiles, como su gráfica.

Si usted toma una foto de un punto de origen, lo ideal es que la foto debe mostrar un punto. En realidad, se mostrará un spot. Hay un número de razones para esto, una de las cuales es la difracción. La difracción es la "rendija" interferencias cuando la rendija es en este caso un agujero redondo.

Pero la interferencia combinada con imperfecciones en la lente. Estos se denominan aberraciones. Uno es la aberración esférica. Es el resultado de una lente de una superficies esféricas (mucho más barato) en lugar de la forma ideal. La diferencia en la forma es normalmente pequeño, pero suficiente para hacer una pequeña mancha.

Otra es la aberración cromática. El índice de refracción del vidrio no es constante para todas las longitudes de onda. Así que la luz roja se puede enfocar a una distancia diferente de la luz azul.

Hay otros. La forma de compensar ellos es el uso de múltiples lentes, y hacer las aberraciones de una compensar por otro. Una difícil truco para una cámara que debe el trabajo puede tener para acercar así como todos los otros problemas. Si haces un buen trabajo, las aberraciones son tan pequeñas que la difracción es el mayor problema a la izquierda. En este caso, el objetivo es de difracción limitada, y muy caro.

Si usted está interesado en más, google Fraunhofer diffration, la difracción de Fresnel, disco de Airy, y el diseño de la lente.

Answer 4

El principio se llama en realidad un disco de Airy el nombre de Sir George Biddell Airy, un famoso astrónomo en la década de 1800. Está bien estudiado y importante en la fotografía y la imagen.

Por favor nota: el más pequeño es el diámetro de la peor a la resolución, pero la profundidad de campo se ha mejorado. Una apertura más grande proporciona menos de difracción y una mejor imagen, pero una pérdida de profundidad de campo.