Dlaczego źródła światła czasami pojawiają się jako gwiazdy?

Zobacz na przykład to zdjęcie:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​im dłuższa ekspozycja, tym silniejszy efekt można zaobserwować. Czy to jest poprawne? Czy są jakieś inne czynniki, które wpływają na tworzenie się tych gwiazd (a propos, czy jest na to lepsze słowo?) A co właściwie się dzieje technicznie?

To wydaje się być pięknym przykładem dyfrakcji Fraunhofera . Wynika to z falowego charakteru światła. Efekt zależy od długości fali (czyli koloru). Jest to najbardziej wyraźne, gdy jasne światło z praktycznie nieskończonej odległości przechodzi przez wąskie szczeliny, powodując, że światło rozprzestrzenia się prostopadle do szczelin. Rozprasza to punktową wiązkę światła na parę smug.

Zastosowanie małego otworu tworzy sytuacje podobne do szczelin w rogach utworzonych przez sąsiednie ostrza. Tak więc, jeśli masz kombinację stosunkowo intensywnych, punktowych, monochromatycznych źródeł światła na obrazie i wąskiej przysłony, powinieneś zobaczyć smugę (tego samego koloru) emanującą z punktów w dwóch kierunkach prostopadłych do ostrzy. Kiedy twoja przepona jest utworzona przez proste ostrza, spowoduje to, że będzie ich dwa razy więcejsmugi jak ostrza. Jednak smugi równoległych ostrzy będą się pokrywać. Zatem w przypadku membrany z nieparzystą liczbą ostrzy (gdzie żadne dwa ostrza nie są równoległe) będzie dwa razy więcej promieniowych smug niż ostrzy, ale w przypadku membrany z parzystą liczbą ostrzy (gdzie przeciwległe ostrza są równoległe) smugi zachodzą na siebie pary, dające taką samą liczbę smug jak ostrza ( ale każda smuga jest dwa razy jaśniejsza ).

Klasyczny przykład pokazano na pierwszym obrazie w artykule Wikipedii na temat dyfrakcji dla dyfrakcji Fraunhofera przez kwadratowy otwór. Widzisz cztery dobrze określone pasma.

Teorię wyjaśniono tutaj dalej . Wyjaśnienie to zostało opublikowane w 1967 roku przez CA Padgham . Ken Rockwell wspomina o tym w swojej dyskusji na temat bokeh .

Powinniśmy oczekiwać, że zawsze będzie występować pewna ilość dyfrakcji. Zwykle jest niewielka i uśredniona na większości zdjęć: tylko nieznacznie przyczynia się do rozmycia, które jest obecne na każdym zdjęciu, gdy jest wystarczająco dokładnie przyjrzane. Tylko na zdjęciach, które łączą kilka czynników - punkty intensywnego monochromatycznego światła, małe otwory, proste blaszki przysłony - będą widoczne. Te informacje pokazują, w jaki sposób możesz uczynić gwiazdy bardziej widocznymi lub jak możesz je tłumić, zmieniając te czynniki dla swojej ekspozycji (w możliwym zakresie).

Wreszcie, jak zauważyłeś, długość ekspozycji jest związana z występowaniem tego efektu, ale tylko dlatego, że ekspozycje z jasnymi punktami światła są prawie zawsze wykonywane znacznie dłużej niż jest to konieczne do zarejestrowania światła: próbujesz zobaczyć resztę scena, która jest znacznie ciemniejsza. Jasność pasm dyfrakcyjnych zmniejsza się tak szybko od źródeł, że jeśli zastosujesz wystarczająco krótką ekspozycję, aby właściwie odsłonić same światła, smugi byłyby praktycznie niewidoczne. Na przykład w tle są przyciemnione, ale nadal widoczne źródła światła: wyglądają jak okna z dużej odległości. Oni także muszą mieć własne smugi, ale te smugi są zbyt słabe, aby je zobaczyć. (Odpowiednie filtrowanie oprogramowania może je wydobyć).

Jest to spowodowane dyfrakcją, w której ostrza apertury spotykają się, jak stwierdzili John i Pearsonartphoto. To fajny sposób na sprawdzenie, ile masz ostrzy przysłony!

Aby odpowiedzieć na drugie pytanie, długość ekspozycji nie wpływa bezpośrednio na efekt. Są dwa główne czynniki, pierwszy to rozmiar apertury (musi być mały), a długie ekspozycje zwykle pasują do małej apertury. Drugim czynnikiem jest strzelanie do źródła światła. Zdarza się to zwykle tylko w nocy przy sztucznym świetle, więc ludzie zwykle kończą przy długich czasach ekspozycji.

Oto przykład (nie mój!) Efektu z bardzo krótkim czasem naświetlania, aby wykazać punkt:

(c) photogeek133

Ok, skłamałem, że to była długa ekspozycja z ruchomymi błyskami ustawionymi na stroboskop, ale każde światło było włączone przez bardzo krótki czas. Pozostałe dwa składniki - wystrzelenie w stroboskop i mały otwór (f / 14) są tym, co wytwarza wzory gwiazd.

To, co widzisz, jest wynikiem kształtu przysłony w aparacie. Jeśli umieścisz, powiedzmy, kształt serca lub inny „filtr” z przodu aparatu, zobaczysz inny kształt zamiast tych świateł.

Masz prawie rację w przypuszczeniu, że im dłuższa ekspozycja, tym silniejszy można zaobserwować ten wpływ. W rzeczywistości im mniejsza jest twoja apertura, tym bardziej ten efekt będzie się pojawiał.

Istnieją filtry, światło gwiazd, które są zaprojektowane do tego, ale bez filtra efekt jest zwykle widoczny przy ciaśniejszych otworach na obiektywach z prostymi ostrzami przysłony. Im prostsze ostrza, tym wyraźniejszy efekt.

Tak więc dzieje się tak, że te jasne i stacjonarne źródła światła są wyginane przez otwór obiektywu, a wzór gwiazdy jest tworzony przez ostre punkty zdefiniowane przez sześciokąt z sześciu ostrzy przysłony. Zauważysz, że promienie gwiezdne idą w tym samym kierunku dla świateł, to z powodu ostrzy przysłony.

Nawiasem mówiąc, podoba mi się strzał.

Dlaczego źródła światła czasami pojawiają się jako gwiazdy? Cóż, zmieniłem zdanie i podzielę się teraz dominującą opinią, że gwiazdy pochodzą z efektów dyfrakcyjnych. Najsilniejszy argument przemawiający za faworyzowaniem dyfrakcji nad odbiciem pochodzi od właściwości symetrii wzoru gwiazdy, a mianowicie, jeśli N jest nieparzysty, wówczas ostrza N tęczówki generują 2 * N impulsów.

Wierzę, że znajdziesz odpowiedź na swoje pytania pod http://www.stfmc.de/misc/diffcontrarefl/tlf.html

To nie jest prawdziwa odpowiedź, ale rozszerzenie obliczania wzorów dyfrakcyjnych z odpowiedzi @ whubera .

Po pierwsze, mamy całkę dyfrakcyjną. Funkcja U _P opisuje złożoną amplitudę w płaszczyźnie obserwacji w odległości ( x _p , y _p ) od osi optycznej, a odległość L _oo ze źródła (jakiegoś przedmiotu dyfrakcyjną, na przykład otworka, otwór kamery, itd. ) U _s jest funkcją opisującą złożoną amplitudę w płaszczyźnie źródła; w przypadku bardzo małej dziurki można użyć funkcji delta diraca . Trzecia zmienna w U _s wynosi 0, ponieważ dla wygody mówimy dyfrakcyjną obiekt jest początkiem układu współrzędnych. Zmienne x _si r _y jako argumenty bookkeep do tego faktu, że obiekt może mieć pewien rozmiar w x-y powierzchni.

To może nie wyglądać jak okropna całka, ale k i r _sp są po prostu notacją czegoś większego:

Zintegrowanie funkcji z rodnikiem o wyrażeniach kwadratowych zarówno w liczniku e, jak i mianowniku jest naprawdę bardzo nieprzyjemną całką.

Jeden upraszcza całkę, usuwając pierwiastki kwadratowe, stosując reprezentację serii dwumianowej i obcinając terminy wyższego rzędu. Fraunhofer integralną trzyma kiedy trzeba 2 warunki; integralną Fresnela jest kiedy ktoś potrzebuje 3 warunki. Dowód na to jest trochę niuansowy, ale jest to poza tym zakresem.

Kiedy zaczynamy manipulować tymi rzeczami, aby uzyskać całki dyfrakcyjne Fresnela i Fraunhofera, otrzymujemy trzy wielkości.

Jeśli Nfd * ( θ _d ) ² << 1, całka Fresnela jest ważna. Jeśli jest to prawdą, a Nfs << 1, całka Fraunhofera obowiązuje.

Dwie całki to:

Fresnel:

Fraunhofer:

gdzie

,

i ν _x i ν _Y są wielkości od źródła w określonym wymiarze, podzieloną przez długość fali światła razy odległość źródła. Zwykle zapisano by to ν _s = d / ( λx _s ).

Aby odpowiedzieć na pytanie @ whubera, dlaczego możesz potrzebować jednego lub drugiego, pomimo tego, co twierdzi Wikipedia, wymaga to trochę refleksji.

Komentarz „w płaszczyźnie ogniskowej soczewki obrazowej ...” jest prawdopodobnie usunięty z podręcznika, a implikacją jest to, że źródło dyfrakcji (tj. Otwork, szczelina, cokolwiek - te równania są agnostyczne co do geometrii źródło) jest bardzo daleko. Niestety, obiektyw nie tylko może znajdować się w dowolnej odległości i bliżej niż pozwala na to całka Fraunhofera, ale dyfrakcja pochodzi również z układu soczewek aparatu.

Prawidłowym modelem dyfrakcji z apertury aparatu jest apertura n- stronna ( n to liczba ostrzy apertury w obiektywie) oświetlona przez źródło punktowe w miejscu rzeczy na obrazie, która wytwarza wzór wybuchu gwiazdy.

Kiedy obiekty są naprawdę daleko (kilka metrów byłoby w porządku), źródła punktowe zachowują się, jakby były falami płaskimi, a pochodne przeprowadzone na Wikipedii są w porządku.

Na przykład apertura dla obiektywu 50 mm z podwójnym gaussem jest rzędu 40 ~ 60 mm od płaszczyzny obrazu. Jest on obrazowany przez kilka soczewek za fizycznym ogranicznikiem na odległość większą niż ta (jest to lokalizacja źrenicy wyjściowej), ale źrenica wyjściowa nie jest tam, gdzie jest funkcja U _s ( x _s , y _s , 0) wyśrodkowany!

Dla światła 500 nm i światła o promieniu 1 mm możemy sprawdzić, czy całka Fraunhofera jest ważna. Jest równa (0,001) ² / (500 * 10 ^-9 * 50 * ^10-3 ) lub 40, co oznacza >> 1, a całka Fraunhofera jest nieprawidłowa. W przypadku światła widzialnego, o ile ogranicznik przysłony jest rzędu milimetrów od detektora, Nfs nigdy nie będzie w pobliżu 1, a tym bardziej znacznie mniejszy.

Te równania mogą się nieco różnić od tych na Wikipedii; Odniosłbym się do OPT 261, Interferencja i dyfrakcja na University of Rochester Institute of Optics prowadzonym przez profesora Vamivakasa. Równania optyki Hechta powinny być dość podobne. Równania dotyczą amplitudy zespolonej , aby uzyskać natężenie napromienienia (inaczej intensywność lub jasność), należy wziąć wartość kwadratu od wyniku.

Oto przykład i osobiście uwielbiam efekt. Może dodać odrobinę kunsztu do zdjęcia, tak jak w tym, do którego linkuję.

Przyczyna jest spowodowana ostrzami przysłony na moim fajnym 50 mm.

Ekspozycja ma drugorzędne znaczenie dla gwiazd, ponieważ muszę zamknąć przysłonę, aby nie prześwietlić zdjęć wszystkimi jasnymi światłami, w które fotografuję. Jeśli odsłonię tylko światła, na zdjęciu nie zobaczę nic oprócz czerni, gdzie chcę odsłonić budynek.

Dlatego, aby skompensować ustawienie małej przysłony (f / 20 w tym zdjęciu), muszę zwiększyć ekspozycję czasową (20 sekund), aby uzyskać odpowiednią ekspozycję. Zatem dyfrakcja występuje lub jest znacznie wzmocniona, gdy zwiększam liczbę na mojej aperturze lub ją zamykam, aby zapobiec prześwietleniu.

Zwróć uwagę na informacje exif:

• Canon EOS-1Ds Mark III
• Canon EF50mm f / 1.8 II
• ƒ / 20,0
• 25 sekund
• ISO-100

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