Dlaczego otwór w aparacie otworkowym jest zwykle kołem?

Wiem, że w przypadku kamer otworkowych i obscur fotograficznych otwory są zwykle okrągłe (okrągłe). Ale nie widzę związku między kształtem dziury a tworzeniem się obrazu.

optics pinhole-cameras

— Gabriele Scarlatti
źródło

Jak myślisz, dlaczego dziura jest zawsze okrągła? Okrągłe otwory mają pewne zalety, ale ludzie robią kamery otworkowe z dowolnym kształtem otworów, jakie możesz wymyślić.

— Aram Hăvărneanu

Robię dziury igłą w folii aluminiowej, więc prawdopodobnie kształt

— przypomina

Jest to oparte na fałszywej przesłance. Chociaż okrągłe otwory są bez wątpienia (jak dotąd) najczęstsze, aparaty otworkowe zostały zbudowane z różnymi innymi kształtami - wiele lat temu zbudowałem jeden z otworem w kształcie gwiazdy, więc nieostre podświetlenia wyszły (nieco) w kształcie gwiazdy .

— Jerry Coffin

Okrągły jest głównym obsługiwanym rodzajem otworu w konwencjonalnym wierceniu. Wiertła o małej średnicy do pracy na płytkach drukowanych i takie wszystkie wykonują okrągłe otwory.

— Kaz

Zawsze pisałem, aby pytanie było bardziej precyzyjne i bardziej interesujące. W opisie zwróciłem uwagę, że „otwory są zwykle okrągłe”, co oznacza większość z nich. Btw dziękuję wszystkim za udostępnienie :)

— Gabriele Scarlatti

Odpowiedzi:

Z artykułu w Wikipedii o aparacie otworkowym

Najlepszy otwór jest idealnie okrągły ( ponieważ nieregularności powodują efekty dyfrakcyjne wyższego rzędu ) i jest wykonany z wyjątkowo cienkiego materiału. W przemysłowo produkowanych otworach wykorzystuje się trawienie laserowe, ale hobbysta wciąż może wytwarzać otwory o wystarczająco wysokiej jakości do prac fotograficznych.

Istnieje teoretyczny optymalny rozmiar otworu otworkowego . Z geometrycznego punktu widzenia, im mniejszy otwór otworkowy, tym ostrzejszy będzie uzyskany obraz - ale dotyczy to tylko jednego punktu. Mniejszy niż ten rozmiar, ostrość obrazu staje się ograniczona dyfrakcją . Faliste zachowanie światła oddziałującego ze ściankami apertury tworzy własny wzór interferencji, a przy (lub poza) rozmiarze apertury ograniczonym dyfrakcją dominuje klarowność obrazu.

Okrąg jest jedynym kształtem o stałej krzywiźnie. Każdy inny kształt będzie miał albo ściślejsze krzywe, albo bliższe krawędzie niż okrąg. Jeśli ściśle utrzymujesz minimalną krzywiznę i odległość od krawędzi, ale żadna z nich nie jest stała, to z definicji masz część kształtu, która jest większa niż powinna. Tak więc okrąg jest optymalnym kształtem do zrównoważenia zapotrzebowania na mniejszą aperturę (dla celów przejrzystości obrazu) z dolną granicą wielkości apertury z powodu ograniczenia dyfrakcji.

— scottbb
źródło

Na marginesie, artykuł Wikipediea mówi: „Najlepszy otwór jest idealnie okrągły (ponieważ nieregularności powodują efekty dyfrakcyjne wyższego rzędu)” . Ale czasami lepsza dyfrakcja jest lepsza niż dyfrakcja niskiego rzędu okrągłego otworu (np. Ponieważ jest mniej oczywista lub ma mniej wyraźne maksima i minima). Z tego powodu niektóre aplikacje optyczne wykorzystują ząbkowane otwory.

— Emil,

@Emil Nigdy nie słyszałem o ząbkowanych otworach do zastosowań otworkowych, ale widziałem zakodowane otwory do zdjęć rentgenowskich i gamma. Ponieważ jednak wiele otworów tworzy wiele nałożonych obrazów, kamery z zakodowaną aperturą wymagają algorytmów obliczeniowych do odtworzenia użytecznego obrazu. Naprawdę nie nadaje się do obrazowania fotograficznego na mediach, takich jak film papierowy.

— scottbb,

W jakiej branży produkuje się otwory (lub kamery z otworami)?

— martineau,

@martineau Wszystkie zakodowane aparaty aperturowe są teleskopami kosmicznymi do obserwacji promieniowania o wysokiej energii (promieniowanie rentgenowskie i gamma). Dla tych długości fali soczewki lub lustra nie działają zbyt dobrze. Aparaty z kodowaną aperturą są technicznie otworkowe, ale przypominają aparat otworkowy z folią papierową mniej więcej tak, jak Wright Flyer przypomina współczesne samoloty.

— scottbb

Powodem, dla którego większość nasadek na korpusy ma kiepską jakość obrazu, jest to, że materiał jest zbyt gruby, a otwory są zbyt duże, aby czas ekspozycji nie był zbyt długi do trzymania w dłoni. Dobrej jakości aparat otworkowy z metalową płytką i otworem, który ma krawędź podobną do obosiecznego ostrza noża, może zwrócić obrazy o bardzo wysokiej jakości. alternphotography.com/…

— Michael C

Pin-hole rzuca (projektuje) małe kółka obrazu na tylnej ścianie aparatu. Jest to także miejsce, w którym umieszczamy materiał światłoczuły, abyśmy mogli powielić ten obraz na filmie lub papierze, a może nawet go zdigitalizować. Aby obraz był ostry, koła obrazu muszą być tak małe, aby wyglądały jak punkty bez widocznego kształtu. Kryteria: średnica ½ mm patrząc z normalnej odległości odczytu 14–16 cali (355–400 mm).

Teraz obraz rzucony przez otwór jest dość słaby. Kusiłoby cię, aby powiększyć otwór, próbując uzyskać jasność obrazu. Gdy powiększasz otwór, kręgi obrazu powiększają się, a to obniża ostrość obrazu.

Podobnie możesz ulec pokusie zmniejszenia średnicy otworu na szpilkę, aby uzyskać dodatkową ostrość. Gdy dziurka się kurczy, obraz ściemnia się, a ostrość zostaje osiągnięta do pewnego stopnia. Wkrótce bliźniacze demony dyfrakcji i interferencji zbierają żniwo. Dyfrakcja jest efektem krawędziowym, promienie świetlne, które napotykają ostrą krawędź, nie zatrzymują się gwałtownie, krwawią w kierunku niezakłóconego promieniowania w pobliżu granic przeszkody (granica otworków). Zakłócenia również powodowały na krawędzi granicy. Jest to zarówno unieważnienie, jak i wzmocnienie promieni świetlnych. Te dwa zjawiska są wspólnie odpowiedzialne za utratę ostrości przy ściśnięciu otworu.

W obliczu tych bliźniaczych demonów najlepiej jest, aby linia brzegowa dziury była jak najkrótsza. Będzie to figura geometryczna, która jest regularna i maksymalnie zagęszczona, innymi słowy, okrągły otwór.

Dodam, że soczewki zastępują otwór na pin, aby uzyskać ostrość. W większości przypadków przysłona, którą uprawiają sport, jest również kołem z tych samych powodów, co powyżej. Jednak w dzisiejszych czasach nieostre tła są uważane za atrakcyjne. Dodają miękkiego maślanego wyglądu, który jest szczególnie ceniony w przypadku niektórych rodzajów portretów. Ten efekt w żargonie fotografii to bokeh (japońskie słowo określające ten efekt). Jeśli kształt otworu obiektywu zostanie zmieniony na figurę 5 lub 6-stronną, lub otrzyma spiczaste wypustki, efekt bokeh zostanie zwiększony, a niektóre bardzo podobnie.

— Alan Marcus
źródło

W rzeczywistości ludzie wydają się preferować bokeh wytwarzane przez okrągłe przysłony, dlatego tak trudno jest obecnie znaleźć soczewki z prostymi ostrzami (lub ostrzami zakrzywionymi „w niewłaściwy sposób”), które wytwarzają znacznie lepsze gwiazdy słoneczne. Jest to bardzo frustrujące dla kogoś, kto nie dba o bokeh, ale chce dobrych gwiazd słońca.

— Aram Hăvărneanu

Przede wszystkim będę praktyczny. Oto przykład narzędzia do ostrzenia.

Dobrym sposobem na uzyskanie ostrej końcówki jest wykonanie okrągłego obrotu podczas ostrzenia ołówka. Nie tylko podczas używania temperówki, ale możesz także obracać ołówek podczas rysowania na papierze, aby uzyskać bardzo cienką końcówkę.

Zbadajmy inne kształty.

Przesadzam w kształcie elipsy, ale oczywiste jest, że elipsa ma w tym przypadku więcej pola niż koła. Narzędzie, które stworzyło ten kształt, można dodatkowo wyostrzyć wykonując ruch okrężny.

Ale teraz odpowiedzmy na drugą część pytania

Nie widzę związku między kształtem dziury a tworzeniem obrazu.

Obraz wytworzony przez otwór nie jest idealnie ostry. Ma niewielkie rozmycie, ponieważ kilka promieni nie uderza dokładnie w to samo miejsce.

Ale jeśli użyjesz nieokrągłego kształtu, na przykład elipsy, wprowadzisz teraz inny rodzaj rozmycia, astygmatyzm, który jest rozmyciem pod tym samym kątem co kształt elipsy.

I wreszcie kształty, które w pewnym momencie mają ostre rogi, sprawiają, że rogi te są podatne na wytwarzanie wzorów interferencyjnych z powodu dyfrakcji światła.

— Rafael
źródło