รูรับแสงทำงานอย่างไรโดยไม่ต้อง "ครอบตัด" ภาพที่กระทบกับเซ็นเซอร์


41

ฉันสอนตัวเองเกี่ยวกับการตั้งค่าต่าง ๆ ในกล้องและตอนนี้ฉันมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงวิธีการใช้กล้องของฉันอย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงขนาดรูรับแสงเลนส์อื่น ๆ ที่เคลื่อนไหวเพื่อปรับโฟกัสการรวมกลุ่มของเรย์ให้เป็นขนาดเต็มเฟรมหรือไม่?

สิ่งที่ฉันหมายถึงคือสำหรับฉันรูรับแสงจะดูเหมือนว่า "ตัด" ภาพให้เป็นวงกลมที่เล็กลงและเล็กลง (หรือรูปร่างที่มีด้าน n) ในขณะที่ฉันเข้าใจว่าสิ่งนี้มีความหมายว่าแสงสว่างน้อยลงมีอะไรอีกที่เกิดขึ้นที่จะทำการปรับแสงที่ห่อหุ้มกลับมาให้พอดีกับเซ็นเซอร์ทั้งหมดเมื่อมีการปรับหรือไม่?


ฉันรู้ว่าคำถามของคุณมุ่งเน้นไปที่การโฟกัส แต่รูรับแสงทั้งหมดนั้น จำกัด แสงสว่างและไม่ครอบตัด คิดว่าเหล่ตาของคุณ มุมมองของคุณจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะปล่อยให้แสงสว่างน้อยลง
BBking

คำตอบ:


18

เลนส์ไม่ส่องแสงโดยตรงพวกมันจะโฟกัสถ้าคุณยกโทษให้กับการติดตามแสงหมัด: ข้อความแสดงแทน

เส้นสีเขียวแสดงถึงกรวยของแสงที่กระทบเลนส์ด้วยรูรับแสงแคบสีแดงคือกรวยของแสงที่รูรับแสงกว้างอนุญาตให้ใช้ ในกรณีนี้คุณสามารถจินตนาการรูรับแสงได้ทันทีด้านหน้าหรือด้านหลังเลนส์ (มีความแตกต่างไม่มากนักกับเลนส์ธรรมดา) โดยไม่คำนึงถึงรูรับแสงแสงยังคงโฟกัสไปที่จุดเดียวกัน

นั่นเป็นเลนส์ที่เรียบง่าย แต่ก็เป็นเช่นเดียวกันกับเลนส์คอมเพล็กซ์ นั่นคือสิ่งที่สัญชาตญาณของคุณเกี่ยวกับการปลูกพืช (โดยทั่วไปเรียกว่า vignetting ในบริบทนี้) ภาพเข้ามาเล่น: ในเลนส์ที่ซับซ้อนรูรับแสงจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม สิ่งกีดขวางในส่วนอื่น ๆ ของเลนส์จะทำให้เกิดขอบมืด


1
ฉันเข้าใจว่าเลนส์ทำงานอย่างไร เพื่อชี้แจงนี่คือสิ่งที่สัญชาตญาณของฉันเป็นรอยขีดข่วน noggins ที่: img838.imageshack.us/img838/2347/52606135.png (ahh, ol ol 'mspaint)
Nick Bedford

@ นิค - ฉันคิดว่าสัญชาตญาณของคุณทำให้คุณเข้าใจผิดว่าเป็นเรื่องของจุดสนใจ หากคุณมีแหล่งกำเนิดจุดก็ควรมุ่งเน้นไปที่จุดบนเซ็นเซอร์ จุดโฟกัสที่เหมาะสมในไดอะแกรมของคุณคือจุดที่เส้นตัดกัน ในกรณีนี้ไดอะแกรมของเราเทียบเท่า โดยทั่วไป: รูรับแสงจะ จำกัด กรวยของแสงที่ลอดผ่านเลนส์ แต่แสงจากจุดเดียวกันจะโฟกัสไปที่ตำแหน่งเดียวกันเสมอ (จินตนาการถึงเลนส์ในอุดมคตินั่นคือ)
ex-ms

@Nick - ยังมีค่าชี้ให้เห็นว่าแผนภาพของคุณไม่ได้ระบุว่าทำไมช่องว่างที่กว้างขึ้นนำไปสู่พื้นหลังพร่ามัว! แสงจากจุดที่ไม่อยู่ในโฟกัสจะกระจายออกไปทั่วทั้งเซ็นเซอร์
ex-ms

แมตต์ขอโทษเกี่ยวกับความสับสนของฉันเอง ตอนนี้ฉันเข้าใจแล้ว มันจะดีกว่าที่จะบอกว่าเป็นจุดโฟกัสของแหล่งที่มาแต่ละจุดตกอยู่บนเครื่องบินภาพ นี่คือสิ่งที่ฉันสับสน
Nick Bedford

@NickBedford Imageshack ทำให้ภาพทั้งหมดของพวกเขาชั่วครู่หนึ่งคุณมีการสำรองข้อมูลหรือไม่? ถ้าคุณทำได้ให้วางมันลงบน stackexchange imgur นั่นน่าจะติดอยู่รอบ ๆ
jrh

41

ฉันเพิ่งพยายามคิดออกเองและพบคำถามนี้ ฉันไม่รู้สึกว่าคำตอบที่ได้รับการยอมรับนั้นค่อนข้างสมบูรณ์ดังนั้นนี่คือช็อตของฉัน(ไม่มีการเล่นสำนวนที่ตั้งใจ!) :

สิ่งแรกที่ต้องทำความเข้าใจคือแสงที่สะท้อนออกจากจุดใดจุดหนึ่งบนพื้นผิวไม่ใช่ลำแสงเดียว แต่มีหลายจุดที่มาในมุมที่แตกต่างกันมากมายและสะท้อนออกมาในหลาย ๆ มุม คานเหล่านี้ส่วนใหญ่จะไม่ชนเลนส์บนกล้อง แต่บางคนทำและจะมุ่งเน้นไปยังจุดเดียวบนเซนเซอร์รับภาพ(สมมติว่าจุดนั้นอยู่ในโฟกัส)

แสงจากจุดที่กำลังโฟกัสผ่านเลนส์
แสงจากจุดที่กำลังโฟกัสผ่านเลนส์

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราใส่รูรับแสงไว้ข้างหลัง (หรือด้านหน้า) เลนส์?

รูรับแสงด้านหลังเลนส์
รูรับแสงด้านหลังเลนส์

แสงจากจุดที่ยังคงความนิยมเซ็นเซอร์ภาพดังนั้นมันจะยังคงปรากฏในภาพ อย่างไรก็ตามตอนนี้เรามีแสงน้อยลงจากจุดที่กระทบเซ็นเซอร์ นี่คือเหตุผลที่การใช้รูรับแสงขนาดเล็ก(หรือเลนส์ที่เล็กกว่า)ต้องใช้เวลาในการเปิดรับแสงนานกว่า เซ็นเซอร์ต้องใช้เวลาในการดูดซับแสงเท่ากัน


ดังนั้นหากการทำให้รูรับแสงเล็กลงบังคับให้คุณใช้การเปิดรับแสงนานขึ้นจุดที่มีรูรับแสงคืออะไร? การลดแสงที่ถูกเปิดเผยบางครั้งอาจมีประโยชน์(ตัวอย่างเช่นนั่นคือจุดประสงค์ของรูม่านตาของลูกตาซึ่งคล้ายกับรูรับแสง)แต่เหตุผลหลักที่มีรูรับแสงในกล้องจริง ๆ แล้วเกี่ยวข้องกับจุดที่อยู่นอก ของการโฟกัส

ออกจากจุดโฟกัส - อยู่ไกลเกินไป
ออกจากจุดโฟกัส - อยู่ไกลเกินไป

ออกจากจุดโฟกัส - ใกล้เกินไป
ออกจากจุดโฟกัส - ใกล้เกินไป

โปรดสังเกตว่าในทั้งสองกรณีลำแสงทั้งหมดมาจากจุดเดียว แต่พวกเขาไม่ได้ชนกับเซ็นเซอร์รับภาพในจุดเดียว แต่พวกมันกระจายออกเป็นวงกลม นี่คือสิ่งที่ทำให้จุดที่ไม่อยู่ในโฟกัสปรากฏเบลอในภาพถ่าย

(วงกลมนี้บางครั้งเรียกว่าCircle of Confusionโดยบังเอิญนี่ยังอธิบายว่าทำไมจุดที่ไม่อยู่ในโฟกัสที่สว่างกว่าจุดที่อยู่โดยรอบปรากฏเป็นแผ่นวงกลม )

ดังนั้นจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราใส่รูรับแสงไว้ข้างหลัง(หรือด้านหน้า)เลนส์ในกรณีนี้

ออกจากจุดโฟกัสพร้อมรูรับแสง
ออกจากจุดโฟกัสพร้อมรูรับแสง

เราเห็นอีกครั้งว่าแสงน้อยลงกระทบเซ็นเซอร์ซึ่งหมายความว่าเราจะต้องได้รับแสงนานขึ้น อย่างไรก็ตามมีสิ่งอื่นเกิดขึ้น: วงกลมของแสง (จากจุดของเรา) ที่โดดเด่นเซ็นเซอร์ก็เล็กลง นี่จะทำให้จุดปรากฏอยู่ในโฟกัสมากขึ้นในภาพสุดท้าย! ดังนั้นรูรับแสงขนาดเล็กจะเพิ่มช่วงความลึกที่วัตถุปรากฏอยู่ในโฟกัสเช่น มันเพิ่มความชัดลึก

ดังนั้นยิ่งรูรับแสง (หรือเลนส์) ใหญ่ขึ้นเท่าใดคุณจะต้องใช้เวลาในการเปิดรับแสงน้อยลง(เนื่องจากมีแสงสว่างมากขึ้น)แต่ความชัดลึกของเขตข้อมูลของคุณจะลดลง(เนื่องจากแสงจากนอกโฟกัส จุดที่โดดเด่นพื้นที่ขนาดใหญ่) ในทางกลับกันยิ่งรูรับแสง (หรือเลนส์) ของคุณเล็กลงเท่าใดความชัดลึกของภาพก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่คุณต้องใช้เวลาในการรับแสงมากขึ้น

หากเราสามารถรับรูรับแสงเล็ก ๆ น้อย ๆ †เราสามารถโฟกัสทุกอย่างในภาพเดียว ... แต่เราต้องใช้เวลาในการเปิดรับแสงนานมากหรือเซ็นเซอร์ที่ไวมาก! นี่เป็นวิธีการทำงานของกล้องรูเข็ม

การเปิดจะต้องมากกว่าความยาวคลื่นของแสง แต่นั่นเป็นหัวข้ออื่นทั้งหมด ...


ฉันสร้างภาพด้านบนโดยใช้เครื่องมือที่ยอดเยี่ยมนี้


1

มันอาจช่วยคิดเกี่ยวกับดวงตาของคุณ ดวงตาของคุณคือกล้องและม่านตาในดวงตาของคุณทำงานเหมือนกับฟังก์ชั่นม่านตาในเลนส์กล้องของคุณ เมื่อคุณออกไปข้างนอกในวันที่สดใสม่านตาของคุณหดเพื่อลดปริมาณแสงที่กระทบกับเรตินาของคุณ แต่คุณยังคงมีมุมมองที่เหมือนกัน - ภาพไม่ได้ถูกครอบตัด สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นอย่างชัดเจนกับเลนส์กล้องของคุณ

เหตุผลที่ภาพไม่ถูกครอบตัดคือแสงจากภาพทั้งหมดตกลงบนพื้นผิวทั้งหมดของเลนส์ (ไม่ว่ากล้องหรือดวงตาของคุณ) คุณสามารถจินตนาการถึงกรวยรังสีที่ออกจากแต่ละจุดในมุมมองโดยที่ปลายกรวยนั้นอยู่ที่จุดและฐานของกรวยคือเลนส์ ม่านตาช่วยลดเส้นผ่านศูนย์กลางของโคนนั้นจึงมีแสงน้อยลง แต่กรวยบางส่วนยังผ่านม่านตาและโฟกัสโดยเลนส์ไปยังจุดเดียวบนเซ็นเซอร์ (หรือเรตินา)


0

ไม่ไม่จำเป็นต้องปรับโฟกัสเมื่อคุณเปลี่ยนค่ารูรับแสงและค่ารูรับแสงจะไม่ตัดภาพ

อย่างที่คุณอาจทราบภาพจะถูกสะท้อนและกลับหัวเมื่อมันชนกับเซ็นเซอร์ ภาพโฟกัสไปที่จุดเดียวภายในเลนส์และพลิกออกมาอีกด้านหนึ่ง จุดนี้ที่แสงทั้งหมดมาบรรจบกันคือรูรับแสงนั่นเป็นสาเหตุที่ภาพสามารถผ่านรูเล็ก ๆ นี้ได้โดยไม่ถูกครอบตัด

องค์ประกอบของเลนส์ในเลนส์ไม่จำเป็นต้องใช้ในการสร้างภาพเพียงต้องการรูรับแสงเท่านั้น กล้องรูเข็มไม่มีเลนส์ใด ๆ เลยมันมีรูเข็มเล็ก ๆ ที่ทำงานเป็นรูรับแสงและฉายภาพลงบนฟิล์ม

เอฟเฟกต์นี้มีชื่อว่ากล้อง obscuraและเป็นที่ที่ชื่อกล้องมาจาก


2
จุดที่แสงทั้งหมดมาบรรจบกันคือรูรับแสง ... หากเป็นจริงการเปลี่ยนขนาดของรูรับแสงจะไม่ส่งผลกระทบต่อปริมาณแสงที่มาถึงเซ็นเซอร์: แสงทั้งหมดจะผ่านจุดเดียวนั้น
แม็กเคเล็บ

@Caleb: จุดไม่ใช่จุดทางทฤษฎีที่มีขนาดเป็นศูนย์มันคือขนาดของรูรับแสง
Guffa

2
ฉันสมมติว่าคุณกำลังพูดถึงจุดหนึ่งตามแกนออปติคัล แต่สิ่งนี้ทำให้ย่อหน้าที่สองของคุณสับสน: ตำแหน่งที่รังสีทั้งหมดมาบรรจบกันนั้นเป็นจุดที่มีความหลากหลายเป็นศูนย์ ย่อหน้าที่สามของคุณดูเหมือนจะทำให้เข้าใจผิดด้วย - มันให้ความรู้สึกที่ไม่ถูกต้องที่รูรับแสงใด ๆ ไม่ใช่แค่รูเข็มเท่านั้นที่สามารถสร้างภาพได้ ในทางปฏิบัติแน่นอนว่ารูรับแสงที่ใหญ่กว่ารูเข็มต้องใช้เลนส์เพื่อโฟกัสแสงให้เป็นภาพที่ใช้งานได้
แม็กเคเล็บ

@Caleb: อะไรที่คุณไม่เข้าใจ?
Guffa

2
ถูก นี่คือ 4 ปีต่อมาและจู้จี้จุกจิกอย่างไม่น่าเชื่อแต่ในโลกแห่งความจริงบางครั้งคุณต้องปรับโฟกัสหลังจากหยุดลง นั่นไม่ใช่ทฤษฎีเกี่ยวกับสายตาพื้นฐาน แต่เป็นเลนส์ในโลกแห่งความเป็นจริงในโลกแห่งความเป็นจริง โฟกัสไม่ถูกต้อง มันเกี่ยวกับการได้รับรังสีมากที่สุดเท่าที่จะมาบรรจบกันในจุดเดียวกันเท่าที่เป็นไปได้ในทางปฏิบัติให้ความคมชัดระดับสูงสุด เนื่องจากเลนส์ไม่สมบูรณ์แบบอาจมีการเปลี่ยนแปลงในที่ "ฉันทามติ" อยู่ในขณะที่คุณลดจำนวน "โหวต" ที่มาจากปริมณฑลของเลนส์ที่มีความผิดปกติของทรงกลม; ยิ่งคุณเข้าใกล้จุดโฟกัสมากเท่าไหร่
28116
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.