Intr-un articol anterior pe teren, am desenat calea fasciculului prin lentila sub forma unei lentile ideale:
La cel puțin un punct, numit un accent, o imagine este format destul de ascuțit. Ie fiecare punct din scena reală este transformată într-un punct ascuțit în imaginea formată prin focalizarea lentilelor. Apoi am văzut lumina din punctul de vedere al opticii geometrice, ceea ce înseamnă că fasciculul face parte dintr-o linie. Din păcate, în viața reală nu este așa. Lumina este un val, și unde se comporta foarte capricios. Ele sunt foarte iubitor de libertate și nu tolerează nicio restricție. lentilă taie valuri de lumină doar o parte din ea, care este determinată de forma și dimensiunea a cristalinului. În cazul în care obiectivul este mare, decupeaza un întreg val de un cerc mare și val se comportă aproape perfect și este concentrat aproape la un punct, dar în cazul în care obiectivul este mic, decupeaza un val de un mic cerc, acest lucru limitează cercul ei. Apoi, valul exercită donatorii săi și nu a concentrat până la un punct și se formează un loc neclară. Acest fenomen se numește difracție. Se manifestă în faptul că valul poate otlonyatsya de directe, ocolind obstacolul. Nu poți face nimic în privința asta, difracție nu poate fi corectată prin orice lentile suplimentare sau alte trucuri. Acesta este un fenomen fundamental. De îndată ce ne-am limitat val, focalizare clară va fi plecat, fiecare punct va fi diluat. Cu cât ne limităm valul, cu atât mai puternic neclaritatea. Cu alte cuvinte, este mai mică dimensiunea lentilei, cu atât mai mare neclaritățile datorate difracției în centrul atenției sale.
Cum se poate caracteriza cantitatea de neclaritate care înconjoară lentila mondială? Poate în milimetri? Să luăm, de exemplu, o placă, pune-l în 10 de metri de tine și a vedea cât de mult a spălat marginea ei. Să presupunem 2mm. Dar dacă am pus aceeași placă de un kilometru de la noi, nu vom vedea deloc, deoarece neclaritatea este mai mare decât placa. Prin urmare, dimensiunea liniară a neclarității nu este necesar ca și criteriu sa, deoarece acesta depinde de distanța față de obiect. De fapt, lumea din jurul nostru este o sferă care ne înconjoară din toate părțile. Poziția punctelor vizibile pentru noi în această lume, cel mai bine este de a cere direcții la ei, și anume, unghiuri. De exemplu, rotația și elevație (azimutul). Dimensiunile obiectelor este, de asemenea, convenabil de a exprima unghiuri. Astfel, dimensiunea unghiulară a soarelui este aproximativ egală cu dimensiunea unghiulară a lunii și ambele sunt aproximativ egale cu 0,5 grade sau 30 de minute. În mod similar, neclaritatea este cel mai convenabil de a exprima prin unghiul de lentile, care estompa imaginea. De exemplu, să presupunem că plăcile de imagini neclare cu 0,2 grade. Apoi, în cazul în care cele două obiecte sunt separate una de cealaltă printr-un unghi mai mare de 0,2 grade, le vom vedea ca două discipline separate, iar dacă este mai mică, acestea vor fuziona într-un singur loc.
Blur - un concept vag, iar percepția este subiectivă. Dar, pentru că oamenii au nevoie să-l conta exact, cel puțin pentru a compara diferite lentile, a fost introdus criteriul empiric permis Rayleigh:
unde # 945; - Rezoluția unghiulară (distanța minimă unghiulară) # 955; - lungime de undă, D - diametrul pupilei de intrare al sistemului optic (adesea coincide cu diametrul lentilei). Dacă două puncte de imagine sunt distanțate unul de altul la un unghi mai mare decât # 945;. acestea sunt văzute ca două puncte separate, în cazul în care mai puțin, apoi se îmbina într-un singur loc. Mai puțin blur, atât mai multe detalii vom vedea pe fotografiile noastre. Uneori, spun ei, mai mare detaliu.
Să încercăm să estimeze posibilitatea ochilor noștri, în conformitate cu acest criteriu. Diametrul pupilei ochiului depinde de lumina (mai închisă, cu atât mai mult) și variază de la doi la opt milimetri. Nu va face să ia în considerare o formulă și să dea rezultatul final. Diametrul pupilei de 2 mm care corespunde rezoluției unghiulare de 1 minut (1/60 grade), iar diametrul de 8 mm corespunde 1/4 minute (15 secunde). Un lot sau un pic? Cu ce poate fi comparat cu lumea reală? De exemplu, dimensiunea unghiulară aparentă a planetei Venus. În momentele de cel mai apropiat abordare a Pământului, dimensiunea sa unghiulară este la doar 1 minut. În acest moment, ea are forma unei semilună înguste și persoanele cu vedere dornici pot vedea semiluna! Ei pot spune în ce direcție a convertit coarne. După cum puteți vedea, ochiul nostru este un instrument foarte perfect și funcționează criteriul Rayleigh.
Acum, înapoi din spațiu la film, matrice și lentile fotografice. In film, precum și matricea are propria rezoluție și o rezoluție de lentile este interesant de comparat cu rezoluția elementului fotosensibil. În acest scop, este convenabil să meargă din spațiul din jurul obiectelor pe planul filmului sau matrice. lentilă La urma urmei, spatiul este proiectat este acolo. Aici din nou, ne întoarcem la măsurarea blur în dimensiunile liniare, dar acum în dimensiunile liniare ale matricei. Ne putem exprima neclaritatea lentile în microni, precum și dimensiunea matricei celulei. Avem o valoare a aperturii A:
unde F - distanța focală și D - diametrul deschiderii sale. Încadrat am valoare D a acestora și prima formulă a sinusul rezoluția unghiului estompare găsită # 916; estompare pe matrice. Rezultatul a fost un rezultat frumos:
Se pare că încețoșarea de difracție pe senzor este proporțională cu numai numărul f și lungimea de undă a luminii și mai nu depinde de faptul că, inclusiv distanța focală a obiectivului! Substituind valoarea medie a lungimii de undă de 500 nanometri 0.5 mikrona obține neclarității șirului de lentile în microni:
Astfel, aceasta depinde numai de valoarea aperturii și aceeași pentru toate obiectivele! Dependența neclaritate de difracție lentilei ideale (întârziată vertical) din numărul f (suspendat orizontal), am reprezentat în figura următoare:
În același timp, i-am spus cele trei linii orizontale care se potrivesc cu rezoluția filmului (100 de linii pe milimetru), camere de matrice Nikon D700 (dimensiunea pixelilor de 8,5 microni) și aparat de fotografiat matrice Nikon D200 (dimensiunea pixelilor de 6,2 microni). Rezoluția de 100 de linii pe milimetru este considerat standard pentru film, deși îmi amintesc, iar cifra este de numai 70 de linii pe milimetru pentru film color. In plus, au existat filme speciale alb-negru, cu rezoluție înaltă și contrast: Mikrat 200 și 400, cu o rezoluție de 200 și 400 l / mm. Nikon D700, am luat ca un exemplu al unui cadru complet matrice modernă de 12 megapixeli. Este evident că a depășit filmul de matrice. Puteți determina dimensiunea pixelilor camerei prin împărțirea lungimii de matrice de numărul de pixeli pe orizontală îndepărtate de imaginea ei. De exemplu, dimensiunea pixelilor Nikon D200 meu - doar 6,2 microni.
In imagine pictat numai neclaritatea lentila de difracție. De fapt, acesta este ideal neclaritatea obiectiv care nu face nici o distorsiune mai. Pentru el, mai deschis diafragma, cu atât mai mare rezoluție. Este într-adevăr este cazul bune oglinzi parabolice astronomice. Dar lentilele fotografice face mult mai complicat. Ar trebui să fie de dimensiuni mici, lumina, se concentreze pe distanțe diferite și, de preferință, permițând să se schimbe distanța focală. Toate acestea se face în același timp, este foarte dificil. lentile de zoom bune (lentile zoom) a apărut numai în ultimele două decenii. O problemă este producerea de suprafețe optice formă regulată. Faptul că obiectivul este forma corectă a elipsoid, și prin tehnologia optică standard obținută numai sferă. Prin ea însăși se dovedește, chiar și cu orice precizie dorită, dar domeniul de aplicare. De aceea, producătorii de lentile sunt atât de mândri atunci când sunt capabili să producă elementul asferic (lentile asferice). Unele zone de teren în apropiere de centrul lentilei este foarte similar cu centrul elipsei, dar în continuare departe de axa optică, cu atât mai mare diferența. Ca rezultat, porțiunea periferică a cristalinului oferă o imagine neclară, iar distorsiunea de acest tip sunt numite aberație sferică. Dacă închidem diafragma, apoi se taie problema ei a cristalinului și rezoluția crește, dacă este deschisă, marginea imaginii lentilelor neclaritate. Acest efect depinde de calitatea lentilei. Cu cât obiectivul, cu atât mai bine calitatea imaginii la diafragma deschisă. Blur, nu am trage grafic asociat cu imperfecțiunea cristalinului, deoarece este diferit pentru lentile diferite.
În cazul în care obiectivul nu are propriul distorsiune, estompa imaginea produsă de acestea corespunde linia dreaptă înclinată pe figura mea. În cazul în care obiectivul are o denaturare suplimentară, acestea apar la diafragma deschisă și rapid! Redusă la închidere diaframy. Astfel, atunci când deschiderea diafragmei estompăm imperfecțiuni asociate cu lentile optice și în particular - neclaritatea de difracție. Și asta în mijloc? În cazul în care capetele de neclaritate de sticlă și de difracție începe? Mai precis, în cazul în care punctul (valoarea diafragmei), la care sticla este comparat cu neclaritatea neclaritate difratsionnym? Deoarece difracția încețoșa în mod egal pentru toate obiectivele, valoarea diafragmei este claritatea maximă pentru ei depinde de calitatea lor. Mai bună a cristalinului, diafragma atunci când mai oferă claritate maximă. Pe de altă parte, cea mai mică calitatea lentilei, cu atât mai mult este necesar pentru a închide diafragma pentru o claritate maxima. Desigur, aici eu vorbesc doar despre imaginea în focalizarea lentilelor. Pentru imaginile din focalizare claritate crește atunci când se închide diafragma până la valoarea maximă posibilă.
Nu este o lentilă foarte bun are o claritate maximă pe diafragmă 8, bun - 5,6, uneori 3.5. Iar minim încețoșa claritatea de 3.5-2 ori mai mare decât 8.
Cu toate acestea, discutarea obiectivelor, am uitat despre film și matricea! A se vedea desenul. Care minimele estompează valoarea de 3 microni poate spune, în cazul în care dimensiunea matricei de pixeli de 6,2 microni și 10 microni rezoluție de film? Se pare că, în diafragmelor cu cea mai bună rezoluție, nu sunt limitate la lentile și de difracție, și elementul fotosensibil. Se pare că neclaritatea de difracție începe să prevaleze asupra rezoluției elementului fotosensibil numai pe valoarea aperturii mai mult de 11. De aici obținem informații utile - dacă dorim să obțineți claritatea maximă de focalizare, nu este necesar de a fixa diafragma 11 mai.
Și totuși, putem face o predicție în ceea ce privește oportunitatea creșterii în continuare a numărului de pixeli pe senzor. Să presupunem că avem o lentilă bună cu claritate maximă la diafragma 3.5. Estomparea sa minimă, în acest caz este de aproximativ 3 microni. Dar Nikon D200 dimensiunea pixelilor matrice de 6,2 microni. Acest lucru înseamnă că, dacă vom reduce dimensiunea pixelilor de 2 ori, neclaritatea cauzată de o matrice egală cu neclaritatea minimă a cristalinului și de a crește în continuare densitatea de pixeli pe senzor nu mai are sens. Reducerea dimensiunii pixelilor de 2 ori reduce aria sa de 4 ori, iar numărul de pixeli pe matricea half-frame in care D200 este de 40 de megapixeli. Se pare că nu suntem departe de limita teoretică. Dar reducerea dimensiunii pixelilor nu este inofensiv. Aceasta duce la o deteriorare a raportului semnal / zgomot. Mai mult decât atât, reducerea dimensiunii unui pixel liniar de 2 ori, aproximativ în același timp, se deteriorează raportul S / N. Acesta este un alt argument în favoarea încetării cursei pentru numărul de megapixeli.
Mai sus am considerat doar matrice destul de mare, dar că factorii de decizie de camere au avertizat mult timp de aproximativ 15 megapixeli la matrice microscopice. În același timp, nu există lentile luminoase cu o ceață de difracție mică. Ei bine, ce putem spune despre ele? Într-o creștere rezonabilă a numărului de megapixeli ce a trecut de multă vreme, și noi înregistrări sunt plasate în detrimentul deteriorării calității camerei reale de consum.