ทำไมบางครั้งแหล่งกำเนิดแสงจึงปรากฏเป็นดาว

ดูตัวอย่างภาพนี้:

จากประสบการณ์ของฉันผลกระทบนี้จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่าที่สังเกตได้ ถูกต้องหรือไม่ มีปัจจัยอื่น ๆ อีกหรือไม่ที่มีอิทธิพลต่อการสร้างดาวเหล่านี้ (มีคำที่ดีกว่าสำหรับมันใช่ไหม?) และในทางเทคนิคแล้วเกิดอะไรขึ้น?

นี้ดูเหมือนจะเป็นตัวอย่างที่สวยงามของFraunhofer เลนส์ มันเป็นเพราะลักษณะคลื่นของแสง ผลขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (นั่นคือสี) มันเด่นชัดมากที่สุดเมื่อแสงจ้าจากระยะทางที่ไม่มีที่สิ้นสุดในทางปฏิบัติผ่านช่องทางแคบทำให้แสงกระจายในแนวตั้งฉากกับร่อง สิ่งนี้จะกระจายลำแสงที่มีลักษณะคล้ายจุดเป็นเส้นคู่

การใช้รูรับแสงขนาดเล็กสร้างสถานการณ์คล้ายร่องที่มุมที่เกิดจากใบมีดที่อยู่ติดกัน ดังนั้นเมื่อคุณมีการรวมกันของแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเข้มแสงค่อนข้างมากสีเดียวในภาพและรูรับแสงแคบคุณควรเห็นริ้ว (มีสีเดียวกัน) เล็ดลอดออกมาจากจุดในสองทิศทางที่ตั้งฉากกับใบมีด เมื่อไดอะแฟรมของคุณเกิดขึ้นด้วยใบมีดตรงสิ่งนี้จะทำให้เกิดเป็นสองเท่าลายเป็นใบมีด อย่างไรก็ตามลายเส้นของใบพัดแบบขนานจะตรงกัน ดังนั้นสำหรับไดอะแฟรมที่มีจำนวนคี่ของใบมีด (ที่ไม่มีใบมีดสองอันขนานกัน) จะมีลายเส้นเรเดียลเป็นสองเท่าของใบมีด แต่สำหรับไดอะแฟรมที่มีจำนวนเท่าของใบมีด การจับคู่ให้จำนวนของลายเส้นเท่ากับใบมีด ( แต่แต่ละลายมีความสว่างสองเท่า )

ตัวอย่างคลาสสิกจะแสดงในภาพแรกในบทความ Wikipedia เกี่ยวกับการเลี้ยวเบนสำหรับการเลี้ยวเบนของ Fraunhofer ผ่านรูรับแสงแบบสี่เหลี่ยม คุณเห็นเส้นริ้วสี่เส้นที่กำหนดชัดเจน

ทฤษฎีที่จะอธิบายต่อไปที่นี่ คำอธิบายนี้ถูกตีพิมพ์ในปี 1967 โดยCA Padgham เคน Rockwell กล่าวถึงไว้ในของเขาการอภิปรายของโบเก้

เราควรคาดหวังให้มีการเลี้ยวเบนของจำนวนหนึ่งอยู่เสมอ โดยทั่วไปแล้วจะเล็กน้อยและเฉลี่ยในภาพส่วนใหญ่: เพียงแค่จัดสรรจำนวนเล็กน้อยเพื่อความพร่ามัวที่มีอยู่ในภาพใด ๆ เมื่อมองอย่างใกล้ชิดพอ เฉพาะในภาพที่รวบรวมปัจจัยหลายอย่างเข้าด้วยกัน - จุดของแสงโมโนโครมที่รุนแรงรูรับแสงเล็ก ๆ ใบมีดไดอะแฟรมตรง - มันจะโดดเด่น ข้อมูลนี้แสดงให้เห็นว่าคุณสามารถทำให้ดาวเด่นขึ้นหรือปราบปรามได้อย่างไรโดยการเปลี่ยนปัจจัยเหล่านี้เพื่อให้ได้รับแสง

ในที่สุดความยาวของการเปิดรับแสงนั้นสัมพันธ์กับการเกิดเอฟเฟกต์นี้ตามที่คุณสังเกตเห็น แต่เนื่องจากการรับแสงที่มีจุดสว่างของแสงมักจะทำนานกว่าที่จำเป็นในการบันทึกแสง: คุณกำลังพยายามดูส่วนที่เหลือของ ฉากซึ่งมืดกว่ามาก ความสว่างของเส้นการเลี้ยวเบนจะลดลงอย่างรวดเร็วจากแหล่งกำเนิดของแสงนั้นหากคุณใช้การเปิดรับแสงสั้น ๆ อย่างเพียงพอเพื่อให้แสงออกมาเองอย่างเหมาะสม ตัวอย่างเช่นมีหรี่แสง แต่ยังคงแหล่งแสงที่โดดเด่นในพื้นหลังของคุณ: พวกเขาดูเหมือนหน้าต่างในระยะไกล พวกเขาเองก็ต้องมีลายเส้นของตัวเอง แต่ลายเส้นเหล่านั้นมืดเกินไปที่จะมองเห็น (การกรองซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมอาจทำให้สามารถนำออกมาใช้ได้)

มันเกิดจากการเลี้ยวเบนที่รูรับแสงตรงตามที่ระบุไว้โดย John และ Pearsonartphoto มันเป็นวิธีที่เรียบร้อยในการทดสอบว่าคุณมีรูรับแสงจำนวนเท่าไหร่!

เพื่อตอบคำถามที่สองของคุณความยาวของการเปิดรับแสงจะไม่ส่งผลกระทบโดยตรงกับเอฟเฟกต์ มีสองปัจจัยหลักแรกคือขนาดของรูรับแสง (มันต้องมีขนาดเล็ก) และการเปิดรับแสงที่ยาวนานมักจะมีรูรับแสงเล็ก ๆ ปัจจัยที่สองคือคุณต้องถ่ายภาพลงในแหล่งแสง สิ่งนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในเวลากลางคืนด้วยแสงประดิษฐ์เท่านั้นดังนั้นผู้คนมักจะปิดท้ายด้วยการเปิดรับแสงนาน ๆ

นี่คือตัวอย่าง (ไม่ใช่ของฉัน!) ของเอฟเฟกต์ที่มีการเปิดรับแสงสั้นมากเพื่อแสดงให้เห็นถึงจุด:

(c) photogeek133

โอเคฉันโกหกว่ามันเป็นการเปิดรับแสงนานด้วยการย้ายแฟลชที่ตั้งไว้เป็นแฟลช แต่แสงแต่ละดวงก็เปิดเป็นระยะเวลาสั้น ๆ อีกสองส่วนผสม - การถ่ายภาพเข้าไปในลำแสงและรูรับแสงขนาดเล็ก (f / 14) เป็นสิ่งที่สร้างรูปแบบดาว

สิ่งที่คุณเห็นคือผลลัพธ์ของรูปร่างของรูรับแสงในกล้องของคุณ หากคุณพูดรูปหัวใจหรือ "ฟิลเตอร์" อื่น ๆ ที่ด้านหน้ากล้องของคุณคุณจะเห็นรูปทรงที่แตกต่างแทนแสงเหล่านั้น

คุณเกือบถูกต้องในการคาดเดาของคุณว่าการเปิดรับแสงนานขึ้นความสามารถในการกระทบนี้จะยิ่งสูงขึ้น สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือรูรับแสงของคุณเล็กลงยิ่งมีผลกระทบนี้มากขึ้นเท่านั้น

มีฟิลเตอร์, แสงดาวที่ออกแบบมาเพื่อทำสิ่งนี้ แต่หากไม่มีฟิลเตอร์ก็จะเห็นเอฟเฟกต์ด้วยช่องรับแสงที่แน่นกว่าบนเลนส์ที่มีรูรับแสงแบบตรง ยิ่งใบมีดตรงมากขึ้นเอฟเฟกต์เด่นชัดยิ่งขึ้น

ดังนั้นสิ่งที่เกิดขึ้นคือแหล่งกำเนิดแสงที่มีความสว่างและคงที่เหล่านี้กำลังโค้งงอด้วยรูรับแสงของเลนส์ของคุณและรูปแบบของดาวจะถูกสร้างขึ้นโดยจุดคมที่กำหนดโดยรูปหกเหลี่ยมจากหกใบพัดของรูรับแสงของคุณ คุณจะสังเกตได้ว่ารังสีของดวงดาวกำลังไปในทิศทางเดียวกันสำหรับแสงนั่นเป็นเพราะใบมีดรูรับแสง

โดยวิธีการที่ฉันชอบยิง

ทำไมบางครั้งแหล่งกำเนิดแสงจึงปรากฏเป็นดาว ฉันเปลี่ยนความคิดเห็นของฉันและแบ่งปันตอนนี้สิ่งที่แพร่หลายที่ดาวมาจากเอฟเฟกต์การเลี้ยวเบน ข้อโต้แย้งที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับความนิยมการกระจัดกระจายเหนือการสะท้อนมาจากคุณสมบัติสมมาตรของรูปแบบดาวคือถ้า N เป็นเลขคี่แล้ว N iris blade สร้าง 2 * N spikes

ฉันเชื่อว่าคุณจะพบคำตอบสำหรับคำถามของคุณภายใต้ http://www.stfmc.de/misc/diffcontrarefl/tlf.html

นี้ไม่ได้เป็นคำตอบจริง แต่การขยายตัวในการคำนวณรูปแบบการเลี้ยวเบนจาก@ whuber ของคำตอบ

อันดับแรกเรามีอินทิกรัลเลี้ยวเบน ฟังก์ชั่นU _pอธิบายแอมพลิจูดที่ซับซ้อนในระนาบการสังเกตที่ระยะไกล ( x _p , y _p ) จากแกนออปติคัลและระยะทางL _zจากแหล่งกำเนิด ) U _sเป็นฟังก์ชันที่อธิบายแอมพลิจูดที่ซับซ้อนในระนาบต้นทาง สำหรับรูเข็มขนาดเล็กมากคุณสามารถใช้ฟังก์ชั่นแรคเดลต้า ตัวแปรที่สามในU _sคือ 0 เพราะเพื่อความสะดวกเราบอกว่าวัตถุ diffractive เป็นจุดกำเนิดของระบบพิกัด ตัวแปรx _sและY _sในการขัดแย้งของ bookkeep สำหรับความจริงที่ว่าวัตถุที่อาจมีขนาดบางอย่างในx-Yเครื่องบิน

สิ่งนี้อาจไม่เหมือนอินทิกรัลที่น่ากลัว แต่kและr _spเป็นเพียงสัญกรณ์สำหรับบางสิ่งที่ใหญ่กว่า:

การรวมฟังก์ชั่นเข้ากับหัวรุนแรงที่มีคำศัพท์สแควร์อยู่ทั้งในตัวเศษของeและตัวส่วนเป็นส่วนที่น่ารังเกียจอย่างแน่นอน

สิ่งหนึ่งที่ทำให้อินทิกรัลง่ายขึ้นโดยการลบสแควร์รูทโดยใช้การแทนค่าอนุกรมทวินามและตัดคำสั่งที่สูงขึ้น Fraunhofer หนึ่งถือเมื่อหนึ่งต้อง 2 แง่; หนึ่งเฟรสสำหรับเมื่อหนึ่งต้อง 3 วาระ มีหลักฐานบางอย่างที่พิสูจน์ได้ แต่อยู่นอกขอบเขตของเรื่องนี้

เมื่อเราเริ่มจัดการสิ่งเหล่านี้เพื่อให้ได้อินทิกรัลการเลี้ยวเบนของเฟรเนลและเฟราน์โฮเฟอร์เราจะได้สามปริมาณ

ถ้าNfd * ( θ _d ) ² << 1 อินทิกรัลเฟรสเนลนั้นใช้ได้ ถ้านั่นเป็นความจริงและNFS << 1 อินทิกรัลของ Fraunhofer ก็มี

อินทิกรัลทั้งสองคือ:

เฟรส:

Fraunhofer:

ที่ไหน

,

และν _xและν _yคือขนาดของแหล่งกำเนิดในมิติที่กำหนดหารด้วยความยาวคลื่นของแสงคูณระยะทางไปยังแหล่งกำเนิด โดยปกติมันจะเขียนν _s = d / ( λx _s )

ในการตอบคำถามของ @ whuber ว่าทำไมคุณอาจต้องการคำถามข้อใดข้อหนึ่งถึงแม้ว่าวิกิพีเดียจะต้องคิดอะไรสักอย่าง

"ที่ระนาบโฟกัสของเลนส์ถ่ายภาพ ... " ความคิดเห็นอาจถูกยกขึ้นจากตำราเรียนและความหมายก็คือแหล่งที่มาของการเลี้ยวเบน (เช่นรูเข็ม, ร่อง, อะไรก็ตาม - สมการเหล่านี้ไม่เชื่อเรื่องเรขาคณิตของ แหล่งที่มา) อยู่ไกลมาก น่าเสียดายที่ไม่เพียง แต่เลนส์จะอยู่ในระยะไกลและใกล้กว่าที่ Fraunhofer integral อนุญาต แต่การเลี้ยวเบนยังเกิดขึ้นภายในระบบเลนส์สำหรับกล้องอีกด้วย

รูปแบบที่ถูกต้องสำหรับการเลี้ยวเบนจากรูรับแสงของกล้องคือรูรับแสงแบบn-ด้าน ( nคือ # ของรูรับแสงในเลนส์) ส่องสว่างโดยแหล่งกำเนิดจุดที่ตำแหน่งของสิ่งต่าง ๆ ในภาพที่สร้างรูปแบบดาวกระจาย

เมื่อวัตถุอยู่ไกลมาก (ไม่กี่เมตรก็น่าจะดี) แหล่งที่มาของจุดทำงานราวกับว่าพวกมันเป็นคลื่นระนาบ

ตัวอย่างเช่นรูรับแสงสำหรับเลนส์คู่เกาส์ขนาด 50 มม. อยู่ที่ 40 ~ 60 มม. จากระนาบภาพ มันถูกถ่ายภาพโดยคู่ของเลนส์ที่อยู่เบื้องหลังการหยุดกายภาพไปเป็นระยะทางมากกว่าที่ (ซึ่งเป็นที่ตั้งของนักเรียนออกได้) แต่นักเรียนออกไม่ได้เป็นที่U _s ( x _s , Y _s , 0) ฟังก์ชั่น ศูนย์กลาง!

สำหรับแสงรูรับแสง 500 nm และรัศมี 1 มม. เราสามารถตรวจสอบว่า Fraunhofer integral นั้นถูกต้องหรือไม่ มันมีค่าเท่ากับ (0.001) ² / (500 * 10 ^-9 * 50 * 10 ^-3 ) หรือ 40 ซึ่งเป็น >> 1 และอินทิกรัลของ Fraunhofer นั้นไม่ถูกต้อง สำหรับแสงที่มองเห็นตราบใดที่รูรับแสงหยุดอยู่ที่คำสั่งของมิลลิเมตรจากเครื่องตรวจจับNFSจะไม่อยู่ใกล้กับทุก 1 และจะเล็กกว่ามาก

สมการเหล่านี้อาจแตกต่างจากในวิกิพีเดีย ฉันจะอ้างอิง OPT 261, สัญญาณรบกวนและการเลี้ยวเบนที่สถาบันเลนส์ของมหาวิทยาลัย Rochester ซึ่งสอนโดยศาสตราจารย์ Vamivakas สมการใน Optics ของ Hecht น่าจะคล้ายกันมาก สมการนี้ใช้สำหรับแอมพลิจูดที่ซับซ้อนเพื่อให้ได้Irradiance (aka ความเข้มหรือความสว่าง) คุณจะได้ขนาดของผลที่ได้

นี่คือตัวอย่างและโดยส่วนตัวแล้วฉันรักผลกระทบ มันสามารถเพิ่มงานศิลปะเล็กน้อยลงในภาพถ่ายได้เช่นเดียวกับที่ฉันจะเชื่อมโยง

สาเหตุคือเนื่องจากใบมีดรูรับแสงที่ดีของฉัน 50 มม.

การเปิดรับแสงเป็นเรื่องรองของดวงดาวเพราะฉันต้องปิดรูรับแสงเพื่อไม่ให้แสงมากเกินไปภาพถ่ายที่มีแสงจ้าทั้งหมดที่ฉันกำลังถ่ายเข้าไป หากฉันเปิดรับแสงเพียงอย่างเดียวฉันจะไม่เห็นอะไรนอกจากสีดำในรูปภาพที่ฉันต้องการแสดงอาคาร

ดังนั้นเพื่อชดเชยการตั้งค่ารูรับแสงขนาดเล็ก (f / 20 ในภาพนี้) ฉันต้องเพิ่มการเปิดรับแสง (20 วินาที) เพื่อให้ได้ค่าแสงที่เหมาะสม ดังนั้นการเลี้ยวเบนเกิดขึ้นหรือขยายอย่างมากเมื่อฉันเพิ่มจำนวนรูรับแสงของฉันหรือปิดมันลงเพื่อป้องกันการเปิดรับแสงมากเกินไป

บันทึกข้อมูล exif:

• Canon EOS-1Ds Mark III
• Canon EF50mm f / 1.8 II
• ƒ / 20.0
• 25 วินาที
• ISO-100

https://www.flickr.com/photos/eyeinfocus/25494167814/in/album-72157661802536456/