“Kırınım sınırı” nedir?

Kullanılan terimi gördüm, ancak “kırınım sınırı” nedir, ne zaman endişelenmeliyim ve bunun istenmeyen etkileri nelerdir?

Bazı çok iyi cevaplar oldu, ancak belirtilmeyen birkaç ayrıntı var. İlk olarak, ışık her diyaframda diyaframın kenarlarında kıvrıldığı ve bir " Havalı Disk " oluşturduğu için difraksiyon her zaman gerçekleşir . Havadar diskin boyutu ve dış halkaları içeren diskin oranı ve dış halkalardaki her bir dalganın genliği, açıklık durduruldukça artar (fiziksel açıklık küçülür.) Fotoğrafçılığa yaklaşırken Whuber'nin cevabında bahsettiği yol:

Birçok küçük ayrık ışık noktasından oluşan bir sahneyi düşünün.

Objektifinize odaklandığınızda, bu ışık noktalarının her birinin, görüntüleme ortamında kendi havadar diskini oluşturduğunu fark edersiniz.

Görüntü Ortamı Hakkında

Ayrıca, kırınım sınırının aslında bir lensin bir sınırı olmadığı açıkça belirtilmelidir . Yukarıda belirtildiği gibi, lensler daima bir kırınım deseni oluşturur, lens dururken yalnızca bu kalitenin derecesi ve derecesi değişir. Kırınım "sınırı", görüntüleme ortamının bir işlevidir. Daha küçük fotozitlere sahip bir sensör veya daha küçük tanecikli film, daha büyük fotozitlere / tahıllara sahip olanlardan daha düşük bir kırınım sınırına sahip olacaktır. Bunun nedeni, daha küçük bir fotozitenin havadar disk alanının daha büyük bir fotozitten daha azını kaplamasıdır . Lens diski durduruldukça havadar diskin boyutu ve yoğunluğu arttığında, havadar disk komşu fotozitleri etkiler.

kırınım sınırıHavadar disklerin tek bir fotositeden daha fazla etkilemeye başlayacak kadar büyük büyüdüğü nokta. Buna bakmanın başka bir yolu da hava ile algılanan iki noktadan gelen ışık kaynaklarından gelen disklerin birleşmeye başladığı zamandır. Geniş bir diyafram açıklığında, bir sensör tarafından görüntülenen iki noktalı ışık kaynağı yalnızca tek komşu fotozitleri etkileyebilir. Açıklık durdurulduğunda, her nokta ışık kaynağının oluşturduğu havadar disk, her havadar diskin dış halkalarının birleşmeye başladığı noktaya kadar büyür. Bir sensörün “kırınım sınırlı” olduğu nokta budur, çünkü tek nokta ışık kaynakları artık tek bir fotosite için çözülemez ... onlar birden fazla fotoziti birleştiriyor ve kaplıyorlar. Her havadar diskin merkezinin birleştiği nokta, çözünürlük sınırıdır, ve artık kullanılan açıklıktan bağımsız olarak daha ince ayrıntıları çözemezsiniz. Bu kırınım kesme frekansıdır.

Bir lensin görüntüleme ortamındaki pikselleri daha küçük bir noktadan çözmesinin mümkün olduğu not edilmelidir. Bu, mercekle odaklanan havadar disklerin yalnızca fotozitin bir kısmını kapladığı zaman geçerlidir. Bu durumda, son derece çözülmüş iki nokta ışık kaynağı, tek bir fotozit üzerinde birleşen havadar diskler üretse bile, sonuç aynı olacaktır ... sensör, açıklıktan bağımsız olarak sadece tek bir nokta ışığı algılayacaktır. Böyle bir sensörün "kırınım sınırı", her iki nokta ışık kaynağını (f / 8'de kırınım sınırlı olabilir) belirgin bir şekilde çözebilen bir sensörden daha yüksek olacaktır (f / 16). Aynı zamanda mümkün ve olasıBu nokta ışık kaynakları mükemmel bir fotositenin merkezine odaklanmayacak. Havalandırmalı bir diskin iki fotositenin sınırında veya dört fotositenin birleşiminde odaklanması tamamen mantıklıdır. Siyah beyaz bir sensörde veya foveon sensöründe (yığılmış renk sensörleri), bu yalnızca yumuşamaya neden olur. 4 fotositten oluşan kare bir kavşakta alternatif bir GRGB renk deseni yakalayacağı bir renk algılayıcı sensöründe, havadar disk bu dört fotositit tarafından oluşturulan son rengi etkileyebileceği gibi, yumuşama veya yanlış çözünürlüğe neden olabilir.

Canon 450D, 12.2mp APS-C sensör, f / 8.4 kırınım sınırına sahip. Buna karşılık, 21.1mp Tam Kare bir sensör olan Canon 5D Mark II, f / 10.3'lük bir kırınım sınırına sahiptir. Daha büyük sensör, neredeyse iki katı megapiksele sahip olmasına rağmen, kırınım sınırına ulaşmadan önce ekstra bir duraklama yapabilir. Bunun nedeni, 5D II'deki fotositlerin fiziksel boyutunun 450D'deki boyutlardan daha büyük olmasıdır. (Daha büyük sensörlerin sayısız faydalarından birine iyi bir örnek.)

Karışımdaki anahtarlar

İnternette, belirli formatlar için belirli bir kırınım sınırlı açıklığı belirten tablolarla karşılaşabilirsiniz. APS-C sensörler için f / 16 ve Full Frame için f / 22 kullanıyorum. Dijital dünyada, bu sayılar genellikle işe yaramaz. Kırınım sınırlayıcı açıklık (DLA), sonuçta odaklanmış bir ışık noktasının (havadar disk modeli dahil) boyutunun bir sensör üzerindeki tek bir ışık algılama elemanının boyutuyla ilişkisinin bir fonksiyonudur. Herhangi bir sensör boyutu, APS-C veya Tam Kare için, kırınım sınırı, foto sitelerin boyutuna bağlı olarak değişecektir. Buna bir örnek, yıllar boyunca Canon'un EOS Rebel kamera serisi ile görülebilir:

Camera   |   DLA
--------------------
350D     |   f/10.4
400D     |   f/9.3
450D     |   f/8.4
500D     |   f/7.6
550D     |   f/6.8

Hikaye, film tane büyüklüğü için benzer olmalıdır. İnce tanecikler içeren filmler sonuçta daha düşük tanelerdeki kırınımlı yumuşamaya daha büyük taneli filmlerden daha duyarlı olacaktır.

Kırınım Kesim Frekansı

Kırınım genellikle görüntü katili olarak lanse edilir ve insanlar artık bir görüntüyü “faydalı” olarak çözemediğiniz nokta olarak “kırınım sınırı” hakkında konuşurlar. Aksine, kırınım sınırı, yalnızca kullandığınız belirli görüntü ortamı için bir görüntüyü etkilemeye başladığı noktadır . Kırınım kesici frekansı ilave netlik belirli bir açıklık için mümkün olduğu noktadır ve bu gerçekten lens ve fiziksel açıklığın bir fonksiyonudur.

(Mükemmel) optik sistemler için kırınım kesme frekansı formülü aşağıdaki gibidir:

fc = 1 / (λ * f #) devir / mm

Bu, odaklanmakta olan ışığın dalga boyunun karşılığının, merceğin f sayısı ile çarpılmasıyla çözülebilir milimetre başına devir sayısı olduğunu belirtir. Kırınım kesme frekansı genellikle, çözünürlüğün ışığın frekanslarının dalga boyuna ulaştığı noktadır. Görünür ışık için λ, 380-750nm veya 0.38-0.75 mikron arasındadır. Belirli bir açıklık için kesme frekansı karşılanana kadar, daha fazla çözünürlük elde edilebilir.

Görsel örnekler

Yukarıdaki görüntülerin beyazlatıcı sıralaması, lens geniş açıldığında optik sapmaların etkisinin yanı sıra kırınım etkisinin iyi bir örneğidir. Küresel sapma nedeniyle biraz odak kaymasından biraz muzdarip olduğunu düşünüyorum, bu yüzden Canon 50mm f / 1.4 lensin diyaframını en geniş diyaframdan en darına, tam duraklarda değiştirmenin etkilerini gösteren bir animasyonlu GIF oluşturdum. .

(Not: Görüntü 3.8meg büyüktür, bu yüzden her durakta netlik karşılaştırmasını görmek için tam olarak indirmesine izin verin.) Görüntü, geniş açıldığında, özellikle Kromatik Sapma ve bazı Küresel Sapmalar (bazı olabilir) hafif mor saçakla ... Odaklanmaya çalışmayı denedim.) f / 2'ye düştüğünde, CA önemli ölçüde azalır. F / 2.8'den f / 8'e kadar keskinlik en iyi seviyededir, f / 8 idealdir. F / 11'de, keskinlik kırınım nedeniyle çok hafif düşer . F / 16 ve özellikle f / 22'de kırınım, görüntünün keskinliğini gözle görülür şekilde etkiler. Difraksiyon bulanıklığı olsa bile, f / 22'nin hala f / 1.4 veya f / 2'den çok daha keskin olduğunu unutmayın.

Birçok küçük ayrık ışık noktasından oluşan bir sahneyi düşünün . Bir lensin, görüntünün üzerinde uygun bir yerde her noktayı başka bir noktaya dönüştürmesi gerekir. Kırınım, her noktanın dairesel bir dalga şeklinde, Airy disk şeklinde yayılmasına neden olur . Diskin çapı f sayısı ile doğru orantılıdır: bu “ kırınım sınırı ” dır .

F sayısının minimumdan (geniş açık bir lens) artırılmasıyla, görüntünün bir noktasına düşen ışık merceğin daha dar bir bölgesinden gelecektir. Bu görüntüyü daha keskin yapma eğilimindedir. F sayısı arttıkça, Airy diskleri daha da büyür. Bir noktada iki efekt en net görüntüyü elde etmek için dengede kalır. Bu nokta genellikle SLR fotoğraf makinelerinde f / 5.6 - f / 8 aralığındadır. Daha küçük f sayıları ile merceğin genel özellikleri (sapmaları) daha yumuşak bir görüntü elde etmek için devreye girer. Daha büyük f sayılarıyla, yumuşaklık kırınım etkisine hakimdir.

Bunu kendi lenslerinizle ve hiçbir özel ekipmanla makul ölçüde iyi ölçebilirsiniz . Kamerayı, çok fazla kontrast içeren keskin, ayrıntılı ve iyi aydınlatılmış düz bir hedefin önünde bir tripoda monte edin. (Bir dergiden bir sayfa kullandım; iyi çalıştı.) En iyi ayarlarınızı kullanın: en düşük ISO, uygun pozlama, ayna kilitlendi, zoom lensi için orta odak uzaklığı (veya odak uzunluğunu da değiştirin), orta mesafe, mükemmel Odakta, RAW formatı. Yalnızca f / stop ve pozlama süresini değiştireceğiniz bir dizi fotoğraf çekin (pozlamayı sabit tutmak için). Resim dizisine% 100 ile iyi bir monitörde bakın: kameranızın "tatlı noktasının" nerede olduğunu ve daha geniş veya daha dar açıklıklar kullanmanın etkilerini göreceksiniz.

Aşağıdaki sıra , Canon 85 mm f / 1.8 lens için bir dizi, oldukça iyi bir dizi alınmıştır. Yukarıdan aşağıya f / 1.8, 2.8, 5.6, 11 ve 22'de% 100 mahsuller (Web görüntülemesi için yüksek kaliteli JPEG formatına dönüştürülmüş) bulunur. F / 11 ve f / 22'deki kırınımın artan etkilerini görebilirsiniz. altta iki görüntü. Not bu özel lens için kullanılabilir , bu özellikle kamera (EOS T2i, APS-C sensörü), yüksek ön-numaralardan difraksiyon yumuşaklık açık lens ile görülen yumuşaklığı yaklaşım değildir. Birkaç dakika içinde elde edilebilecek kendi lensleriniz için karşılaştırılabilir bilgilere sahip olmak, önemli fotoğraflarda pozlama parametreleri seçmek için değerli olabilir.

f / 1.8

f / 2.8

f / 5,6

f / 11

f / 22

Kırınım olur. Bu hayatın bir gerçeği. Lensler tamamen açık kullanıldığında, diğer lens sapmaları, kırınım nedeniyle küçük bir netlik kaybını farketmek için fazla belirgindir. Biraz durun ve bu rahatsızlıklar en aza indirilir - lens sadece daha iyi ve daha iyi hale gelir. Kırınım var, ancak kenarlarına yakın geçirerek değil ışık anlamlı ışığı outvotes çünkü hala gerçekten bunu fark yoktur edilir diyafram bıçakları biraz da yaklaştığı geçen.

Objektifi durdururken bir noktada, objektif elemanlarının merkezi ve dış kısımları arasındaki optik farkları ortadan kaldırarak kazandığınız kazanımlar kaybolmaya başlar - artık dışa vurmaya yetecek kadar keskin odaklı bir ışık yoktur. Odaklanılan görüntünün, optik yolun kenarları boyunca bükülen ışığın neden olduğu (kırınım). Objektif artık durduğunda daha iyi olmayacak - ortadan geçen ışığa kıyasla çok fazla ışık kırılıyor. Bu noktadan itibaren, durmak görüntüyü daha yumuşak yapacaktır.

Merceğin yumuşaklığı arttırmadan gidebildiği kadar durdurulduğu nokta kırınım sınırıdır. Bazı objektiflerde durdurabileceğiniz kadarıyla - Nikon, örneğin geleneksel olarak tasarımlarının çoğunda nispeten geniş bir minimum açıklık bıraktı (f / 16). Diğer lenslerde (özellikle makrolarda) hala kullanabileceğiniz birkaç durak veya daha fazlası olabilir; alan derinliği hususları bazı uygulamalarda mutlak netlikten daha önemli olabilir.

Tüm fotoğrafçılık uzlaşmadır. Optimumden daha uzakta durmak istediğiniz zamanlar olabilir, ancak yaptığınız ödünlerin farkında olmanıza yardımcı olur. Durdurmak DOF'a kolay bir cevaptır, ancak manzaralara bağlıysanız ve hepsini f / 22 veya f / 32'de çekiyorsanız, eğilme / kaydırma merceğine bakma zamanı gelebilir.

Buradaki cevaplar zaten kırınımı iyi tanımlarken . Kırınım sınırı en sık olarak, lensinizi durdurmanın kameranızın sensörünün piksel boyutuyla ilgili olarak size daha fazla ayrıntı vermediği noktayı tanımlamak için kullanılır.

Kameranızın kırınım sınırına ulaştığınızda, bu diyaframın ötesinde durmuş HERHANGİ BİR objektif size daha yumuşak sonuçlar verecektir. Sensör boyutuyla değil, tek tek piksellerin boyutuyla doğrudan ilgilidir.

Modern DSLR'lerde, kırınım sınırı F / 11 ile F / 16 arasındadır. Küçük sensörlü kameralarda, F / 8 veya daha az olabilir. Küçük kameraların çoğunun F / 8'den daha küçük açıklıklar kullanmadığını göreceksiniz. Hatta bazıları sabit bir açıklık (F / 3.5 ya da öylesine) kullanır ve durmak yerine bir ND filtresini kaydırarak gelen daha az ışığı simüle eder. Ne yazık ki, simüle F-stop'u EXIF'e yerleştirdiler, bu yüzden kamerayı normal bir diyafram yerine bir ND filtresi kullandığını fark etmeniz gerekiyor.

Cambridge In Color sitesindeki bu sayfa , kırınım sınırının ayrıntılı bir teknik açıklamasına sahiptir. Ayrıca belirli bir diyafram, kamera, baskı boyutu ve görüntüleme mesafesinin kombinasyonunun kırınımla sınırlı olup olmadığını kontrol etmek için çevrimiçi bir hesap makinesi var.

Kısa cevap…

Kırınım Limiti verilen bir mercek sistemi / çözmek / odağı oluşturabilir küçük bir yer.

Kol sallama: Lensler ışığı küçük bir noktaya odaklayabilir ancak bir noktaya odaklayamaz. Spot büyüklüğü dalga boyuna göre değişebilir, kısa dalga boyları daha uzun olanlardan daha küçük spot boyutları oluşturur. Çok iyi, sapma içermeyen (kırınım sınırlı) bir lens kullanıldığında, ışıklı ışık odakta bir nokta olarak havadar bir disk üretecektir. Havadar bir disk hala, o lensle o dalga boyunda (ışıklandırılmış ışık kullanarak) bu mercekle üretilebilecek en küçük noktadır. Daha büyük diyafram açıklıkları, daha küçük odaklardan daha küçük odak boyutları ve daha düşük odak derinliği oluşturur.

Resimsel manzaraya sahip havadar bir disk üretemeyeceğinizi unutmayın. Collimated light bir görüntü oluşturmaz.

Whoa, Orada durun : Daha büyük sayısal açıklıklar daha küçük noktalar üretir, formülde açıklığın karşılıklı bir değer olarak kullanıldığını düşünürseniz mantıklı olur. Dispersiyon da burada bir rol oynamaktadır.

Kırınım sınırı, mercek fizik yasalarına bağlı olarak maksimum keskinlik sınırıdır. Temel olarak, kameranızın kaç pikseli veya optik sistemi ne kadar mükemmel olursa olsun, daha net bir fotoğraf elde edemezsiniz.

İstenmeyen etki, zum ayarını kırınım sınırının izin verdiğinden daha büyük olarak ayarladığınızda ve fotoğraf netleşirken, yalnızca daha büyük olduğunda olur. Bu genellikle teleskoplarda ve mikroskoplarda olur. Bu, optik olanların X'ten açıkça daha net göremediklerinden optik yerine elektronik mikroskopların kullanılmasının da nedeni budur.

Daldırma sıvıları, optik mikroskopta daha yüksek çözünürlüklü fotoğraflar çekme sınırını artırır.