Ilekroć światło przechodzi przez granicę, dyfrakuje lub wygina się z powodu falowej właściwości światła oddziałującego z tą granicą. Otwór w układzie optycznym, zwykle okrągły lub podobny do koła, jest jedną z takich granic.
O tym, jak światło oddziałuje z aperturą, opisuje funkcja rozpraszania punktów (PSF) lub jak dużo i do jakiego stopnia punktowe źródło światła rozprzestrzenia się w wyniku przejścia przez układ optyczny. PSF jest określony przez geometrię układu (w tym kształt i rozmiar apertury; kształt (y) soczewek itp.) Oraz długość fali światła przechodzącego przez układ optyczny. PSF jest zasadniczo odpowiedzią impulsową układu optycznego na funkcję impulsową , punktem światła o jednostkowej ilości energii, który jest nieskończenie wąski lub ściśle ograniczony w przestrzeni 2D.
Splotu światła od pacjenta z punktu rozproszenia funkcyjnych prowadzi do obrazu, który pojawia się produkowane bardziej rozległy niż początkowy przedmiot. Autor Wikipedii Default007, z Wikimedia Commons . Domena publiczna.
Aby uzyskać idealnie okrągły otwór w teoretycznie perfekcyjnym optycznie systemie obrazowania, funkcję PSF opisuje dysk Airy , który jest podobnym do tarczy wzorem koncentrycznych pierścieni naprzemiennych regionów konstruktywnych zakłóceń (gdzie fale światła oddziałują konstruktywnie z „sumowanie”) i destrukcyjne zakłócenia (gdzie fale światła oddziałują na siebie, aby się skasować).
Należy zauważyć, że wzór dysku Airy nie jest wynikiem niedoskonałych właściwości soczewek ani błędów tolerancji w produkcji itp. Jest to ściśle funkcja kształtu i wielkości apertury oraz długości fali przechodzącego przez nią światła. Tak więc dysk Airy stanowi swego rodzaju górną granicę jakości pojedynczego obrazu, który może wytworzyć układ optyczny 1 .
Punktowe źródło światła przechodzące przez okrągły otwór rozproszy się, tworząc wzór dysku Airy. Autorstwa Sakurambo , z Wikimedia Commons . Domena publiczna.
Gdy apertura jest wystarczająco duża, tak że większość światła przechodzącego przez obiektyw nie wchodzi w interakcje z krawędzią apertury, mówimy, że obraz nie jest już ograniczony dyfrakcją . Wszelkie niedoskonałe obrazy wytworzone w tym punkcie nie są spowodowane dyfrakcją światła przez krawędź przysłony. W rzeczywistych (nie idealnych) systemach obrazowania te niedoskonałości obejmują (ale ograniczają się do): szum (termiczny, wzór, odczyt, strzał itp.); błędy kwantyzacji (które można uznać za inną formę hałasu); aberracje optyczne soczewki; błędy kalibracji i wyrównania.
Uwagi:
Istnieją techniki poprawy produkowanych obrazów, tak że pozorna jakość optyczna systemu obrazowania jest lepsza niż ograniczenie dysku Airy. Techniki łączenia obrazów , takie jak szczęśliwe obrazowanie , zwiększają jakość pozorną, łącząc wiele (często setki) różnych obrazów tego samego obiektu. Podczas gdy dysk Airy wygląda jak zamazany zestaw koncentrycznych kół, tak naprawdę reprezentuje prawdopodobieństwogdzie punktowe źródło światła wpadające do systemu kamer wyląduje na kamerze. Wynikający z tego wzrost jakości wytwarzany przez układanie obrazów wynika ze zwiększenia wiedzy statystycznej na temat lokalizacji fotonów. Oznacza to, że układanie obrazów zmniejsza niepewność probabilistyczną wytwarzaną przez dyfrakcję światła przez otwór, jak opisano w PSF, przez rzucenie nadmiaru zbędnych informacji na problem.
Jeśli chodzi o stosunek wielkości pozornej do jasności gwiazdy lub źródła punktowego: jaśniejsze źródło światła zwiększa intensywność („wysokość”) PSF, ale nie zwiększa jego średnicy. Jednak zwiększone natężenie światła wpadającego do systemu obrazowania oznacza, że więcej fotonów oświetla piksele graniczne regionu oświetlonego przez PSF. Jest to forma „kwitnienia światła” lub najwyraźniej „rozlewania” światła na sąsiednie piksele. Zwiększa to pozorny rozmiar gwiazdy.
