DIFRAKCIJA LEĆA &FOTOGRAFIJA
Difrakcija je optički učinak koji ograničava ukupnu razlučivost vaše fotografije — bez obzira koliko megapiksela vaš fotoaparat ima. To se događa jer se svjetlost počinje raspršivati ili "difraktirati" kada prolazi kroz mali otvor (kao što je otvor blende vašeg fotoaparata). Taj je učinak obično zanemariv, budući da manji otvori često poboljšavaju oštrinu minimizirajući aberacije objektiva. Međutim, za dovoljno male otvore blende, ova strategija postaje kontraproduktivna — u tom trenutku se kaže da je vaš fotoaparat postao ograničen ogibom . Poznavanje ovog ograničenja može pomoći u povećanju detalja i izbjegavanju nepotrebno duge ekspozicije ili visoke ISO brzine.
POZADINA
Svjetlosne zrake koje prolaze kroz mali otvor počet će se razilaziti i interferirati jedna s drugom. To postaje sve značajnije kako se veličina otvora smanjuje u odnosu na valnu duljinu svjetlosti koja kroz njega prolazi, ali se u određenoj mjeri događa za bilo koji otvor blende ili koncentrirani izvor svjetlosti.
Budući da divergentne zrake sada prelaze različite udaljenosti, neke izlaze iz faze i počinju interferirati jedna s drugom — dodajući se na nekim mjestima, a djelomično ili potpuno poništavajući na drugim. Ova interferencija proizvodi difrakcijski uzorak s vršnim intenzitetom gdje se amplituda svjetlosnih valova dodaje, a manjom svjetlošću gdje se oduzima. Kad bi se mjerio intenzitet svjetlosti koja dopire do svake pozicije na liniji, mjerenja bi izgledala kao trake slične onima prikazanim u nastavku.
Difrakcijski uzorak Za idealan kružni otvor blende, 2-D difrakcijski uzorak naziva se "prozračni disk", po svom pronalazaču Georgeu Airyju. Širina prozračnog diska koristi se za definiranje teorijske maksimalne rezolucije za optički sustav (definirana kao promjer prvog tamnog kruga).
Airy Disk 
3-D vizualizacija Kada promjer središnjeg vrha prozračnog diska postane velik u odnosu na veličinu piksela u kameri (ili maksimalno podnošljivi krug zabune), počinje imati vizualni utjecaj na sliku. Jednom kada se dva prozračna diska približe manje od polovice svoje širine, također se više ne mogu razlučiti (Rayleighov kriterij).
Jedva riješeno 
Više nije riješeno Difrakcija stoga postavlja temeljnu granicu rezolucije koja je neovisna o broju megapiksela ili veličini formata filma. Ovisi samo o f-broju vaše leće i valnoj duljini svjetlosti koja se snima. Možemo ga zamisliti kao najmanji teorijski "piksel" detalja u fotografiji. Nadalje, početak difrakcije je postupan; prije ograničavanja razlučivosti, još uvijek može smanjiti kontrast malih razmjera uzrokujući djelomično preklapanje prozračnih diskova.
VIZUALNI PRIMJER:OTVOR BLENDE VS. VELIČINA PIKSELA
Veličina prozračnog diska prvenstveno je korisna u kontekstu veličine piksela. Sljedeći interaktivni alat prikazuje jedan prozračni disk u usporedbi s veličinom piksela za nekoliko modela fotoaparata:
Napomena:gornji prozračni disk će izgledati uži od svog navedenog promjera (budući da je to definirano mjestom gdje doseže svoj prvi minimum umjesto vidljivim unutarnjim svijetlim područjem).
Kao rezultat anti-aliasing filtra senzora (i gore navedenog Rayleighovog kriterija), prozračni disk može imati promjer od oko 2-3 piksela prije nego difrakcija ograniči razlučivost (pod pretpostavkom inače savršene leće). Međutim, difrakcija će vjerojatno imati vizualni učinak prije nego što dosegne ovaj promjer.
Kao dva primjera, Canon EOS 20D počinje pokazivati difrakciju na oko f/11, dok Canon PowerShot G6 počinje pokazivati svoje učinke na samo oko f/5,6. S druge strane, Canon G6 ne zahtijeva tako male otvore kao 20D kako bi postigao istu dubinsku oštrinu (zbog puno manje veličine senzora).
Budući da veličina prozračnog diska također ovisi o valnoj duljini svjetlosti, svaka od tri primarne boje dosegnut će svoju granicu ogiba pri različitom otvoru blende. Gornji izračun pretpostavlja svjetlost u sredini vidljivog spektra (~550 nm). Tipični digitalni SLR fotoaparati mogu uhvatiti svjetlost valne duljine od 450 do 680 nm, tako da bi u najboljem slučaju prozračni disk imao promjer od 80% gore prikazane veličine (za čisto plavo svjetlo).
Još jedna komplikacija je u tome što senzori koji koriste Bayerov niz izdvajaju dvostruko veći dio piksela zelenom kao crvenom ili plavom svjetlu, a zatim interpoliraju te boje kako bi proizveli konačnu sliku u punoj boji. To znači da će, kako se granici difrakcije bude približavalo, prvi znakovi biti gubitak rezolucije u zelenoj boji i osvjetljenja na razini piksela. Plavo svjetlo zahtijeva najmanje otvore blende (najviši f-stop) kako bi se smanjila njegova razlučivost zbog difrakcije.
Ostale tehničke napomene:- Fizički pikseli zapravo ne zauzimaju 100% područja senzora, već umjesto toga imaju praznine između. Ovaj izračun pretpostavlja da mikroleće čine ove praznine zanemarivim.
- Neke kamere imaju piksele koji su malo pravokutni, u kojem će slučaju difrakcija više smanjiti razlučivost u jednom smjeru nego u drugom.
- Gornji grafikon približno procjenjuje da je otvor blende kružni (uobičajena aproksimacija), ali u stvarnosti su poligonalni s 5-8 strana.
- Izračun površine piksela pretpostavlja da se oni protežu sve do ruba svakog senzora i da svi doprinose konačnoj slici. U stvarnosti, proizvođači fotoaparata ostavljaju neke piksele neiskorištene oko ruba senzora. Budući da svi proizvođači ne navode broj iskorištenih u odnosu na neiskorištene piksele, samo su iskorišteni pikseli uzeti u obzir pri izračunavanju udjela ukupne površine senzora. Gore navedene veličine piksela su stoga malo veće nego ako su izmjerene (ali ne više od 5%).
KAKO TO IZGLEDA
Iako gornji dijagrami pomažu u stvaranju osjećaja za koncept difrakcije, samo fotografija iz stvarnog svijeta može pokazati njezin vizualni učinak. Sljedeći niz slika snimljen je na Canon EOS 20D, koji obično pokazuje omekšavanje od difrakcije iznad otprilike f/11. Prijeđite mišem preko svakog f-broja da vidite kako oni utječu na fine detalje:
| Odaberite otvor blende: | f/8.0 | f/11 | f/16 | f/22 |
Nema preklapanja Airy diskova 
Djelomično preklapanje Airy diskova Imajte na umu kako je većina linija na tkanini i dalje razlučena na f/11, ali imaju malo niži kontrast ili oštrinu na maloj skali (osobito tamo gdje su linije tkanine vrlo blizu). To je zato što se zračni diskovi samo djelomično preklapaju, slično učinku na susjedne redove izmjeničnih crnih i bijelih zračnih diskova (kao što je prikazano desno). Do f/22 gotovo sve fine linije su izglađene jer su prozračni diskovi veći od ovog detalja.
IZRAČUNANJE DIFRAKCIJSKE GRANICE
Obrazac ispod izračunava veličinu prozračnog diska i procjenjuje je li kamera postala ograničena difrakcijom. Kliknite na "prikaži napredno" da definirate prilagođeni krug zbunjenosti (CoC) ili da vidite utjecaj veličine piksela.
Napomena:CF ="faktor izrezivanja" (obično se naziva množitelj žarišne duljine); pretpostavlja kvadratne piksele, omjer slike 4:3 za kompaktne digitalne fotoaparate i 3:2 za SLR.*Kalkulator pretpostavlja da senzor vašeg fotoaparata koristi tipični Bayerov niz .
Ovaj kalkulator pokazuje da je kamera ograničena difrakcijom kada promjer prozračnog diska premašuje ono što se obično može razlučiti u otisku veličine 8x10 inča gledanom s jedne noge. Kliknite "prikaži napredno" za promjenu kriterija za dostizanje ovog ograničenja. Potvrdni okvir "postavi krug zabune na temelju piksela" označava kada će difrakcija vjerojatno postati vidljiva na računalu u 100% mjerilu. Za daljnje objašnjenje svake postavke unosa također pogledajte kalkulator dubinske oštrine.
U praksi, granica difrakcije ne dovodi nužno do nagle promjene; zapravo postoji postupan prijelaz između vremena kada je difrakcija i kada nije vidljiva. Nadalje, ovo je ograničenje samo najbolji scenarij kada se koristi inače savršen objektiv; rezultati u stvarnom svijetu mogu varirati.
NAPOMENE O UPOTREBI U STVARNOM SVIJETU U FOTOGRAFIJI
Čak i kada je sustav kamere blizu ili samo preko granice difrakcije, drugi čimbenici kao što su točnost fokusa, zamućenje pokreta i nesavršene leće vjerojatno će biti značajniji. Difrakcija stoga ograničava ukupnu oštrinu samo pri korištenju čvrstog stativa, zrcala za zaključavanje i vrlo kvalitetnog objektiva.
Neka difrakcija je često u redu ako ste spremni žrtvovati oštrinu u žarišnoj ravnini u zamjenu za oštrinu izvan dubinske oštrine. Alternativno, mogu biti potrebni vrlo mali otvori blende za postizanje dovoljno dugih ekspozicija, kao što je izazivanje zamućenja pri kretanju s vodom koja teče. Drugim riječima, difrakcija je samo nešto čega treba biti svjestan kada birate postavke ekspozicije, slično kao što biste uravnotežili druge kompromise kao što je šum (ISO) u odnosu na brzinu zatvarača.
Ovo vas ne bi trebalo navesti na pomisao da su "veći otvori bolji", iako vrlo mali otvori stvaraju meku sliku; većina leća je također prilično mekana kada se koristi široko otvorena (pri najvećem dostupnom otvoru blende). Sustavi kamera obično imaju optimalan otvor blende između najvećih i najmanjih postavki; kod većine leća, optimalna oštrina je često blizu granice ogiba, ali kod nekih leća to se može dogoditi i prije granice ogiba. Ovi izračuni pokazuju samo kada difrakcija postane značajna, a ne nužno mjesto optimalne oštrine (pogledajte kvalitetu leće fotoaparata:MTF, razlučivost i kontrast za više o tome).
Jesu li manji pikseli na neki način gori? Nije nužno. Samo zato što je dosegnuta granica difrakcije (s velikim pikselima) ne znači nužno da je slika lošija nego da su korišteni manji pikseli (i granica je premašena); oba scenarija i dalje imaju istu ukupnu rezoluciju (iako manji pikseli proizvode veću datoteku). Međutim, kamera s manjim pikselima će prikazati fotografiju s manje artefakata (kao što su moiré boje i aliasing). Manji pikseli također daju veću kreativnu fleksibilnost, budući da mogu dati veću rezoluciju ako je moguća upotreba većeg otvora blende (kao što je dubina polja plitka). S druge strane, kada se uzmu u obzir drugi čimbenici kao što su šum i dinamički raspon, rasprava o "malim naspram velikih" piksela postaje kompliciranija...
Tehnička napomena:Neovisnost o žarišnoj duljini Budući da je fizička veličina otvora blende veća za teleobjektive (f/4 ima promjer od 50 mm na 200 mm, ali samo promjer od 25 mm na 100 mm), zašto prozračni disk ne postane manji? To je zato što veće žarišne duljine također uzrokuju da svjetlost putuje dalje prije nego što udari u senzor kamere -- čime se povećava udaljenost preko koje se prozračni disk može nastaviti divergirati. Konkurirajući učinci većeg otvora blende i veće žarišne duljine stoga se poništavaju, ostavljajući samo f-broj kao važan (koji opisuje žarišnu duljinu u odnosu na veličinu otvora blende).
Za dodatno čitanje o ovoj temi također pogledajte dodatak:Difrakcija digitalne kamere, 2. dio:Razlučivost, boja i mikrokontrast
Stranica #:1 2
