为什么星星显示为圆圈而不是点？

除太阳外，恒星相距太远，其角直径实际上为零。但是，当您为它们拍照时，明亮的星星显示为圆圈，而不是点。为什么？

从理论上讲，无论亮度如何，任何恒星都应在用于拍摄照片的任何介质上最多撞击一个小点。为什么附近的介质点也有反应？过多的光是否会“渗出”到附近的点，如果这样，数码相机和非数码相机的“渗出”是否相同？

它和镜头有关吗？镜头是否根据亮度将单点光扩展成一个小圆圈？

我在尝试回答https://astronomy.stackexchange.com/questions/22474/how-to-find-the-viewing-size-of-star时遇到了这个问题，它实际上在问：什么是功能（如果有）恒星亮度与胶卷（或数字媒体）上恒星盘的大小有关？

注意：我确实意识到，恒星的视觉和照片大小可能会有所不同，并且我假设答案将基于照片大小。

编辑：感谢所有的答案，我仍在审查他们。这是我发现的一些其他有用的链接：

• 维基百科的光度学（天文学）

• http://www.chiandh.eu/astphot/object.shtml，尤其是有关“原始图像单位”和“半高全宽”（FWHM）的讨论

• http://www.astro-imaging.com/Tutorial/MatchingCCD.html及其对FWHM的讨论

每当光通过边界时，由于光与该边界相互作用的波状特性，它会发生衍射或弯曲。光学系统中通常为圆形或圆形的孔是这样的边界之一。

点扩散函数（PSF）描述了光如何与光圈相互作用，或者由于通过光学系统而导致点光源扩散的程度和程度。PSF由系统的几何形状（包括光圈的形状和大小；透镜的形状；等等）以及通过光学系统的光的波长确定。PSF本质上是光学系统对脉冲函数的脉冲响应，脉冲函数是某种单位能量的光点，在二维空间中无限狭窄或紧密包围。

^{来自对象的光与点扩散函数的卷积导致产生的图像看起来比原始对象散布得多。由Wikimedia Commons的 Wikipedia用户Default007提供。公共区域。}

对于理论上完美的光学成像系统中的完美圆形光圈，PSF功能由Airy圆盘描述，该圆盘是建设性干涉的交替区域的同心环的靶心状图案（其中，光波与“累加”）和破坏性干扰（光的波相互作用以抵消自身）。

重要的是要注意，艾里斑纹图案不是由于镜片质量不佳或制造公差误差等造成的。严格地说，它是孔的形状和大小以及通过孔的光的波长的函数。因此，艾里斑是光学系统¹可以产生的单个图像的质量的上限。

^{通过圆孔的点光源将散布以产生艾里斑图案。通过樱桃，从维基共享资源。公共区域。}

当光圈足够大时，使得大部分通过透镜的光不会与光圈边缘相互作用，我们说图像不再受到衍射限制。在那一点上产生的任何不完美的图像不是由于光阑边缘对光的衍射所致。在真实的（非理想的）成像系统中，这些缺陷包括（但不限于）：噪声（热，图案，读取，散布等）；量化误差（可以认为是另一种形式的噪声）；镜片的光学像差；校准和对准误差。

笔记：

1. 有一些技术可以改善产生的图像，从而使成像系统的视在光学质量优于Airy光盘极限。诸如幸运成像之类的图像堆叠技术通过将同一对象的多个（通常数百个）不同图像堆叠在一起，从而提高了视在质量。虽然艾里圆盘看起来像是一组同心圆的模糊集合，但实际上代表了一个概率点光源进入相机系统的位置将落在成像仪上。由图像堆叠产生的质量上的增加归因于对光子位置的统计知识的增加。即，图像堆叠通过将多余的冗余信息丢在该问题上而减小了由PSF所描述的光通过孔径的衍射所产生的概率不确定性。

2. 关于表观大小与恒星或点光源的亮度的关系：更亮的光源会增加PSF的强度（“高度”），但不会增加其直径。但是进入成像系统的光强度增加意味着更多的光子照亮了PSF照亮的区域的边界像素。这是“光晕”或显然“将光”散布到相邻像素中的一种形式。这增加了恒星的表观大小。

“点”的大小受所使用的镜头系统与波长有关的“点扩展功能”（PSF）的影响。

光的衍射决定了系统的分辨率极限，该模糊使任何点状对象模糊到一定的最小尺寸和形状，称为点扩散函数。那么，PSF是在图像平面上的点状对象的三维图像。PSF通常比宽度高（就像一个美式橄榄球站在其顶端），因为光学系统在深度方向的分辨率比在横向方向的分辨率差。

PSF取决于您所查看的光的波长：较短波长的光（例如450nm的蓝光）导致较小的PSF，而较长波长的光（例如650nm的红光）导致较大的PSF，因此较差的分辨率。另外，您使用的物镜的数值孔径（NA）会影响PSF的尺寸和形状：高NA的物镜可为您提供较小的PSF，因此具有更好的分辨率。

令人惊讶的是，PSF与点的强度无关。对于天文摄影和显微镜检查都是如此。

我有几个原因可以想到：

1. 最常见的是镜头。在某些让您将“过去”无限远对焦的镜头上，让镜头聚焦至无限远可能很棘手。但是，即使您能精确得到它，镜头本身也可能会散开一些。
2. 另一个原因是，由于传感器位置（或胶片颗粒）未与每颗恒星完美对准，或者因为恒星在传感器或胶片上的投影不均匀，所以光线有可能实际上撞击多个传感器位置实际上大于单个传感器位置或胶片颗粒。
3. 大气层还散布了来自恒星的光，从而使每个恒星都有一个更大的圆圈。

我从您的照片中取了一个小区域并将其放大（重新采样了10倍）。

我标记了两个有趣的区域。我会说，区域A表示一颗被光学元件模糊的星，大约在3x3像素区域，其峰值为2-3像素。这是scottbb的答案中描述的模糊效果。

但是，位置B处的亮星宽得多，并且在中心也显示饱和。我的猜测是，这种额外的加宽是由像素渗漏或仅由饱和引起的。

数码相机和非数码相机的“出血”是一样的吗？

可能不会。非数码相机的对比度范围要大得多，因此饱和度可能不是问题，而且根本不会发生作为电子效果的像素渗色。

但是，使用数码相机中的HDR记录方案，应该能够校正额外的加宽，并使点B看起来像点A一样亮得多。

要更改模糊效果的大小，您可以在相机和图像星星的光圈中玩（如果没有星星，则可以在纸上打印点，或者在深色纸板上有一个小孔，光源后面很远）。

天文学家皇家（George Airy）对其进行了充分的研究，于1830年出版。现在被称为艾里斑（Airy disk）或艾里斑（Airy pattern），一种点源恒星图像，中心圆盘周围有明暗交替的环。对于具有圆形光圈的校正良好的镜头，第一个黑环的直径为2.44个波长。当考虑到镜头的分辨能力时，这是一个关键事实。对这些同心环成像非常困难，但并非没有可能。大多数图像会融合这些环。

第三位男爵瑞利（皇家天文学家）约翰·斯特鲁特（John Strutt）进一步发表了现在称为瑞利标准的《瑞利标准》，涵盖了镜头的理论最大分辨能力。“以毫米为单位的分辨力是1392÷f值。因此，f / 1 = 1392行/毫米最大值。对于f / 2 = 696线/毫米。对于f / 8 = 174线/毫米。请注意：大于f / 8的光圈的分辨能力比打算在图片上有用的胶卷要高。同样，分辨力是通过对平行线进行成像，并在其间留有白色空格来测量的。当最终的格线合并时，它们的间距就是该成像系统分辨率的极限。几乎没有镜片能胜过瑞利标准。