我看过使用过的术语,但是什么是“衍射极限”,我何时应该担心它,以及由此带来的不良影响?
我看过使用过的术语,但是什么是“衍射极限”,我何时应该担心它,以及由此带来的不良影响?
Answers:
已经有一些很好的答案,但是有一些细节没有被提及。首先,当光围绕隔膜边缘弯曲并形成“ 艾里斑 ” 时,总是在每个孔处发生衍射。随着光圈被减小(物理光圈变小),通风盘的尺寸,组成外圈的盘的比例以及外圈中每个波的振幅都会增加。 Whuber在回答中提到的方式:
将场景想象为由许多小的离散光点组成。
您意识到,当这些光点被镜头聚焦时,它们中的每一个都会在成像介质上生成其自己的通风盘。
还应该清楚地指出,衍射极限实际上并不是透镜的极限。如上所述,镜片总是在形成衍射图样,只有当镜片停下来时该图样的程度和程度才会改变。衍射的“极限”是成像介质的函数。与具有较大光位/颗粒的传感器相比,具有较小光位的传感器或具有较小晶粒的薄膜的衍射极限较低。这是由于以下事实:较小的光站点比较大的光站点覆盖更少的通风盘区域。当镜头停止转动时,转盘的尺寸和强度增大时,转盘会影响相邻的光点。
该衍射极限通风盘变得足够大,以至于影响到的影响不仅限于单个photosite。另一种查看方式是传感器可分辨的来自两点光源的通风盘开始合并。在较大的孔径下,传感器成像的两点光源可能仅影响单个相邻的光站点。当光圈减小时,由每个点光源生成的通风盘会增长到每个通风盘的外环开始合并的位置。这是传感器的“衍射限制”点,因为单个点光源不再解析为单个光点...它们正在合并并覆盖多个光点。每个浮动磁盘的中心合并的点是分辨率的极限,无论使用哪种光圈,您都将无法再解析任何更精细的细节。这是衍射截止频率。
应当注意,透镜有可能分辨出成像介质中像素的较小斑点。当镜头聚焦的通风盘仅覆盖一小部分光斑时,就是这种情况。在这种情况下,即使两个高度分辨的点光源生成在单个光点上合并的通风盘,最终结果也将相同……无论光圈大小如何,传感器都只会检测到一个点光。这样的传感器的“衍射极限”将比能够分辨两个点光源的传感器更高(例如f / 16)(衍射可能限制在f / 8)。这也是可能的这样,点光源将无法完美地聚焦在光点的中心。将通风盘聚焦在两个照相点之间的边界或四个照相点的交界处是完全合理的。在黑白传感器或foveon传感器(堆叠的彩色传感器)中,这只会引起柔化。在彩色拜耳传感器中,其中4个感光点的方形交界处将捕获GRGB颜色的交替图案,因为通风盘会影响由这4个感光点呈现的最终颜色,并导致软化或分辨率不正确。
我的佳能450D,12.2mp APS-C传感器,衍射极限为f / 8.4。相比之下,佳能5D Mark II(21.1 mp全画幅传感器)的衍射极限为f / 10.3。较大的传感器尽管具有近百万像素的两倍,但在遇到衍射极限之前可以额外停下来。这是因为5D II上的光点的物理尺寸大于450D上的光点。(一个很好的例子,是大型传感器的众多优点之一。)
混合扳手
您可能经常会在网上遇到一些表格,这些表格为特定格式指定了特定的衍射极限光圈。我经常看到f / 16用于APS-C传感器,f / 22用于全画幅。在数字世界中,这些数字通常是无用的。衍射极限孔径(DLA)最终取决于光的焦点(包括通风盘图案)的大小与传感器上单个光敏元件的大小之间的关系。对于任何给定的传感器尺寸(APS-C或全画幅),衍射极限将根据光点的尺寸而变化。多年来的佳能EOS Rebel系列相机就是一个很好的例子:
Camera | DLA
--------------------
350D | f/10.4
400D | f/9.3
450D | f/8.4
500D | f/7.6
550D | f/6.8
这个故事应该与胶片的颗粒大小相似。具有较小晶粒的薄膜最终将比具有较大晶粒的薄膜更容易在较低的孔径下发生衍射软化。
衍射经常被吹捧为杀伤图像的工具,人们谈论“衍射极限”是您不再能“有用”地分辨图像的点。相反,对于所使用的特定图像介质,衍射极限仅是衍射开始影响图像的点。的衍射截止频率是在该对于给定的孔径附加锐度是不可能的点,这确实是透镜和物理孔隙的函数。
(完美)光学系统的衍射截止频率公式如下:
fc = 1 /(λ* f#)圈/ mm
这说明聚焦的光的波长的倒数乘以透镜的f数就是可以解决的每毫米的循环数。衍射截止频率通常是分辨率达到光本身频率的波长的点。对于可见光,λ在380-750nm之间或0.38-0.75微米之间。在给定的孔径满足截止频率之前,可以获得更高的分辨率。
上图的Whubers序列是衍射效应以及镜头全开时光学像差效应的一个很好的例子。我认为它会因球面像差而受到一些焦点偏移的影响,因此我创建了一个动画GIF,该动画演示了将佳能50mm f / 1.4镜头的光圈从最宽的光圈减小到最窄的光圈的效果。 。
(注意:图像较大,为3.8meg,因此请完全下载以查看每个停顿处的锐度比较。)全开时,图像会显示出明显的光学像差,尤其是色差和球面像差(可能有些轻微的紫色条纹...我试图使焦点消失。)停止到f / 2,CA大大减少了。从f / 2.8到f / 8,锐度处于最佳状态,其中f / 8是理想的。在f / 11时,由于衍射,清晰度下降得非常轻微。在f / 16,尤其是f / 22时,衍射会明显影响图像的清晰度。请注意,即使出现衍射模糊,f / 22仍比f / 1.4或f / 2锐利得多。
将场景想象为由许多小的离散光点组成。镜头应该将每个点转换为图像上适当位置的另一个点。衍射使每个点以圆形波状图案(艾里斑)传播。圆盘的直径与f值成正比:这就是“ 衍射极限”。
随着f值从其最小值开始增加(广角镜头),落在图像上某一点的光将来自镜头的较窄区域。这往往会使图像更清晰。随着f值的增加,艾里磁盘变得更大。在某些时候,两种效果保持平衡,以使图像更清晰。这一点通常在SLR相机的f / 5.6至f / 8范围内。当f值较小时,镜头的整体特性(像差)将取代而使图像更柔和。f值较大时,柔软度受衍射效应支配。
您可以使用自己的镜头并且不需要任何专用设备就可以合理地进行测量。将相机安装在三脚架上,该三脚架应放在清晰,光线充足,对比度高的扁平目标前面。(我用过杂志上的一页;效果很好。)使用最佳设置:最低ISO,适当的曝光,锁定反光镜,变焦镜头的中焦距(或也改变焦距),中距完美聚焦,RAW格式。拍摄一系列照片,其中仅改变f /光圈和曝光时间(以保持曝光恒定)。在良好的监视器上以100%的比例查看图像的顺序:您将看到相机的“最佳位置”,并且将看到使用更宽或更窄的光圈的效果。
以下顺序是从佳能85 mm f / 1.8镜头的系列中获得的,非常好。从上到下分别是f / 1.8、2.8、5.6、11和22的100%作物(转换为用于Web显示的高质量JPEG)。您可以看到在f / 11和f / 22中,衍射的影响越来越大底部的两个图像。请注意,对于与该特定相机一起使用的该特定镜头(EOS T2i,APS-C传感器),在高f值下的衍射软度不会接近镜头全开时的软度。几分钟后即可获得有关您自己的镜头的可比信息,这对于选择重要照片中的曝光参数非常有用。
发生衍射。这是生活中的事实。当全开使用镜头时,其他镜头的像差太明显,以至于您不会注意到由于衍射而导致的轻微清晰度损失。停下来一点,将那些像差减到最小-镜头似乎越来越好。那里有衍射,但是您仍然没有真正注意到它,因为没有通过边缘的光线会大大超过通过的光线,而该光线离光圈叶片太近了。
在某些时候,当您将镜头停下时,消除镜头元件的中心和外部之间的光学差异所获得的收益开始消失-不再有足够清晰的聚焦光淹没出光线在光路边缘弯曲(衍射)引起的聚焦图像。当您停下来时,镜头不会变得更好-与穿过中间的光线相比,有太多的光线被衍射。从这一点开始,停下来会使图像更柔和。
镜片在不增加柔软度的情况下尽可能停下来的位置是衍射极限。在某些镜头上,可以尽其所能地停止拍摄-例如,尼康(Nikon)传统上在许多设计中都保持相对较宽的最小光圈(f / 16)。在其他镜头(尤其是微距镜头)上,您可能仍然可以停下来几个或更长时间;在某些应用中,考虑景深可能比绝对清晰度更重要。
所有摄影都是一种折衷。有时候您可能想要停下来而不是最佳状态,但是这有助于您了解正在做出的妥协。停下来是自由度的一个简单答案,但是如果您迷上了风景,并以f / 22或f / 32的视角拍摄,可能是时候看一下倾斜/移位镜头了。
虽然这里的答案已经很好地描述了衍射。衍射极限最常用于描述停止镜头无法为您提供与相机传感器的像素大小有关的更多细节的点。
当您达到相机的衍射极限时,任何超出该光圈的镜头都会使您获得更柔和的效果。它直接关系到单个像素的大小,而不是传感器的大小。
在现代数码单反相机上,衍射极限将达到F / 11和F / 16之间。在带有小型传感器的相机上,它可能是F / 8甚至更低。您会注意到,出于这个原因,大多数微型相机都不会使用小于F / 8的光圈。有些甚至使用固定的光圈(F / 3.5左右),并通过滑动ND滤镜而不是停下来模拟更少的光线进入。不幸的是,他们实际上将模拟的F-stop放到了EXIF中,因此您需要了解相机,以了解它使用了ND滤镜而不是正常的光圈。
Cambridge In Color网站上的本页详细说明了衍射极限。它还具有一个在线计算器,用于检查光圈,相机,打印尺寸和观看距离的特定组合是否受衍射限制。
简短答案...
该衍射极限是给定的镜头系统可以创建/决心/聚焦的最小点。
挥臂:镜头可以将光线聚焦到一个小点,但不能聚焦一点。光斑的大小会随波长而变化,短波长形成的光斑比长波长要小。当使用非常好的无像差(衍射极限)的镜头时,准直光会产生通风的圆盘,成为焦点处的光斑。通风盘仍然是该透镜在该波长,具有该波长(使用准直光)下可以产生的最小光斑。与较小的光圈相比,较大的光圈可产生较小的光斑尺寸,并具有更紧密的聚焦和更小的聚焦深度。
请注意,您不能制作带有图片场景的浮动磁盘。准直光不会形成图像。
哇,停在那儿:如果您在公式中考虑将光圈用作倒数,则较大的数值孔径会产生较小的斑点。分散在这里也起作用。