Почему отверстие в камере-обскуре обычно представляет собой круг?

Я знаю, что для камер-обскура и обскура камеры отверстия обычно круглые (они круглые). Но я не вижу связи между формой отверстия и формированием изображения.

optics pinhole-cameras

— Габриэле Скарлатти
источник

Почему вы думаете, что отверстие всегда круглое? У круглых отверстий есть некоторые преимущества, но люди делают камеры-обскуры с любой формой отверстий, о которых вы только можете подумать.

— Арам Хаварнеану

Я делаю свои отверстия с помощью иглы в алюминиевой фольге, так что форма, вероятно, больше, чем у апельсина,

— сбитого

Это основано на ложной предпосылке. Хотя круглые точечные отверстия, несомненно (на сегодняшний день) являются наиболее распространенными, камеры с точечными отверстиями были построены с различными другими формами - много лет назад я построил камеру с отверстием в форме звезды, поэтому нерезкие блики получались (в некоторой степени) в форме звезды ,

— Джерри Коффин

Круглый является основным поддерживаемым типом отверстия при обычном бурении. Сверла малого диаметра для печатных плат и все такое делают круглые отверстия.

— Каз

Я всегда писал, чтобы вопрос был точным и интересным. Я обратился в описании «дыры обычно круглые», имея в виду большинство из них. Кстати всем спасибо за то, что поделились :)

— Габриэле Скарлатти

Ответы:

Из статьи об обскуры камеры Википедии ,

Лучшее отверстие - идеально круглое ( поскольку неровности вызывают эффекты дифракции более высокого порядка ) и очень тонкий кусок материала. Промышленно изготовленные точечные отверстия выигрывают от лазерного травления, но любитель по-прежнему может изготавливать точечные отверстия достаточно высокого качества для фотографических работ.

Существует теоретически оптимальный размер отверстия апертуры. С геометрической точки зрения, чем меньше апертура отверстия, тем резче будет полученное изображение - но это относится только к точке. Меньше этого размера резкость изображения становится ограниченной дифракцией . Волнообразное поведение света, взаимодействующего со стенками апертуры, создает свою собственную интерференционную картину, и при (или выше) диафрагменного размера апертуры это доминирует в четкости изображения.

Круг - единственная форма с постоянной кривизной. Любая другая форма будет иметь более жесткие изгибы или более близкие края, чем круг. Если вы строго соблюдаете минимальную кривизну и расстояние до кромки, но ни одно из них не является постоянным, то по определению у вас есть часть фигуры, которая больше, чем должна быть. Таким образом, круг является оптимальной формой, чтобы сбалансировать стремление к меньшей апертуре (для ясности изображения) с более низким пределом размера апертуры из-за ограничения дифракции.

— scottbb
источник

Как примечание, статья в Википедии гласит: «Лучшая точечная дыра идеально круглая (поскольку неровности вызывают эффекты дифракции более высокого порядка)» . Но иногда дифракция высшего порядка предпочтительнее дифракционной картины низкого порядка круглой апертуры (например, потому что она менее очевидна или имеет менее выраженные максимумы и минимумы). По этой причине в некоторых оптических применениях используются зубчатые отверстия.

— Эмиль

@ Emil Я никогда не слышал о зубчатых апертурах для точечных отверстий, но я видел закодированные апертуры для рентгеновских и гамма-изображений. Но поскольку несколько апертур создают несколько наложенных изображений, камеры с кодированной апертурой требуют вычислительных алгоритмов для восстановления пригодного к использованию изображения. Не очень подходит для фотографического изображения на носителях, таких как бумажная пленка.

— scottbb

Какая отрасль производит крошечные отверстия (или крошечные камеры)?

— Мартино

@martineau Все камеры с кодовой апертурой - это космические телескопы для наблюдения высокоэнергетического излучения (рентгеновского и гамма-излучения). Для этих длин волн линзы или зеркала работают не очень хорошо. Камеры с кодовой апертурой технически являются точечными, но они напоминают точечные камеры с бумажной пленкой примерно так же, как Райт Флайер, напоминающие современные самолеты.

— scottbb

Причина, по которой большинство крышек с точечными отверстиями имеет дрянное качество изображения, заключается в том, что материал слишком толстый, а точечные отверстия слишком велики, поэтому время выдержки не слишком велико, чтобы их можно было держать в руках. Камера с точечным отверстием хорошего качества с металлической пластиной и отверстием, имеющим лезвие, похожее на лезвие ножа с двумя лезвиями, может возвращать изображения очень высокого качества. alternativephotography.com/…

— Майкл С.

Отверстие бросает (проецирует) крошечные круги изображения на задней стенке камеры. Это также место, где мы размещаем фоточувствительный материал, чтобы мы могли скопировать это изображение на пленку или бумагу или даже оцифровать его. Чтобы изображение выглядело четким, круги изображения должны быть настолько крошечными, чтобы они выглядели как точки без ощутимой формы. Критерии: диаметр ½ мм, если смотреть с нормального расстояния считывания 14 - 16 дюймов (355 - 400 мм).

Теперь изображение, полученное с помощью отверстия, очень слабое. Вы бы захотели увеличить отверстие в попытке получить яркость изображения. Когда вы увеличиваете отверстие, круги изображения увеличиваются, и это ухудшает резкость изображения.

Кроме того, у вас может возникнуть соблазн уменьшить диаметр отверстия для увеличения остроты зрения. По мере того, как точечное отверстие уменьшается, изображение тускнеет и достигает остроты, до некоторой степени. Вскоре двойные демоны дифракции и интерференции берут свое. Дифракция - это краевой эффект, световые лучи, которые сталкиваются с острым краем, не останавливаются внезапно, они перетекают в беспрепятственные лучи вблизи границ препятствия (границы отверстия-отверстия). Помехи также вызваны на границе края. Это одновременно и аннулирование, и усиление световых лучей. Эти два явления совместно ответственны за потерю остроты, поскольку отверстие булавки сжато.

Столкнувшись с этими двойными демонами, лучше всего, если береговая линия укола будет как можно короче. Это будет геометрическая фигура, которая является правильной и как можно более компактной. Другими словами, круглое отверстие.

Позвольте мне добавить, что линзы заменяют точечное отверстие, чтобы получить остроту зрения. В большинстве случаев диафрагма, которую они имеют, также является кругом тех же причин, что и выше. Однако в наше время расфокусированные фоны считаются привлекательными. Они добавляют мягкий маслянистый вид, который особенно ценится для некоторых видов портретной живописи. Этот эффект в жаргоне фотографии - боке (японское слово для этого эффекта). Если форма апертуры линзы изменяется на 5- или 6-стороннюю фигуру или появляются острые отростки, боке усиливается, а некоторым это очень нравится.

— Алан Маркус
источник

На самом деле, люди, кажется, предпочитают боке, создаваемое круглыми отверстиями, поэтому в наши дни так трудно найти линзы с прямыми лезвиями (или лезвиями, изогнутыми «неправильным образом»), которые производят гораздо лучшие солнечные звезды. Как человек, который не заботится о боке, но хочет хороших солнечных звезд, это очень расстраивает.

— Арам Хаварнеану

Прежде всего, я собираюсь быть практичным. Вот пример инструмента для заточки.

Хороший способ получить острый наконечник - сделать круговое вращение при заточке карандаша. Не только при использовании точилки для карандашей, но вы также можете вращать карандаш во время рисования на бумаге, чтобы получить очень тонкий наконечник.

Давайте рассмотрим другие формы.

Я преувеличиваю форму эллипса, но очевидно, что в этом случае эллипс имеет большую площадь, чем круг. Инструмент, который сделал эту форму, может быть обострен, делая круговые движения.

Но теперь давайте ответим на вторую часть вопроса

Я не вижу связи между формой отверстия и формированием изображения.

Изображение, полученное при точечном отверстии, не совсем четкое. Он имеет небольшое размытие из-за нескольких лучей, которые не попадают в одно и то же место.

Но если вы используете некруглую форму, например, эллипс, вы теперь вводите другой тип размытия, астигматизм, который представляет собой размытие под тем же углом, что и форма эллипса.

И, наконец, формы, имеющие в некоторой точке острые углы, делают эти углы восприимчивыми к созданию интерференционных картин из-за дифракции света.

— Рафаэль
источник