Были некоторые очень хорошие ответы, однако есть пара деталей, которые не были упомянуты. Во-первых, дифракция всегда происходит в каждой апертуре, когда свет огибает края диафрагмы и создает « Воздушный диск ». Размер воздушного диска, а также доля диска, который состоит из внешних колец, и амплитуда каждой волны во внешних кольцах увеличивается с уменьшением апертуры (физическая апертура становится меньше.) Когда вы приближаетесь к фотографии в как Уубер упомянул в своем ответе:
Думайте о сцене как о множестве
маленькие дискретные точки света.
Вы понимаете, что каждая из этих точек света, когда фокусируется линзой, создает собственный воздушный диск на носителе изображения.
Относительно среднего изображения
Следует также четко отметить, что дифракция предел на самом деле не является ограничением объектива. Как отмечалось выше, линзы всегда создают дифракционную картину, только степень и степень этой картины изменяется при остановке объектива. «Предел» дифракции является функцией среды изображения. Датчик с меньшими фотосайтами или пленка с меньшим зерном будет иметь более низкий предел дифракции, чем сенсор с более крупными фотосайтами / зернами. Это связано с тем, что меньший фотосайт покрывает меньшую площадь воздушного диска , чем больший фотосайт. Когда воздушный диск увеличивается в размерах и интенсивности по мере того, как объектив останавливается, воздушный диск воздействует на соседние фотосайты.
Диффракционный предел - это точка, в которой воздушные диски становятся настолько большими, что начинают воздействовать не только на один фотосайт. Еще один способ взглянуть на это, когда воздушные диски от двух точечных источников света, разрешаемых датчиком, начинают сливаться. При широкой апертуре два точечных источника света, отображаемых датчиком, могут воздействовать только на отдельные соседние фотосайты. Когда апертура останавливается, воздушный диск, генерируемый каждым точечным источником света, увеличивается до точки, где внешние кольца каждого воздушного диска начинают сливаться. Это точка, в которой датчик «ограничен дифракцией», поскольку отдельные точечные источники света больше не распадаются на один фотосайт ... они объединяются и покрывают более одного фотосайта. Точка, в которой центр каждого воздушного диска сливается, является пределом разрешения, и вы больше не сможете разрешать любые более мелкие детали независимо от используемой диафрагмы. Это частота отсечки дифракции.
Следует отметить, что для линзы возможно разрешить меньшее пятно пикселей в среде изображения. Это тот случай, когда воздушные диски, сфокусированные линзой, покрывают лишь часть фотосайта. В этом случае, даже если два точечных источника света с высокой разрешающей способностью генерируют воздушные диски, которые сливаются на одном фотосайте, конечный результат будет одинаковым ... датчик будет обнаруживать только одну точечную лампу независимо от апертуры. «Предел дифракции» такого датчика был бы выше (скажем, f / 16), чем для датчика, который способен четко различать оба точечных источника света (который может быть ограничен дифракцией при f / 8). Также возможно, и вероятно , что точечные источники света НЕ будут идеально сфокусированы на центре фотосайта. Весьма вероятно, что воздушный диск будет сфокусирован на границе между двумя фотосайтами или на стыке четырех фотосайтов. В черно-белом датчике или датчике фовеона (сложенные цветные сенсоры) это может вызвать только смягчение. В цветном сенсоре Байера, где квадратное соединение из 4-х фотосайтов будет захватывать чередующийся рисунок цветов GRGB, поскольку воздушный диск может влиять на конечный цвет, представленный этими четырьмя фотосайтами, а также вызывать смягчение или неправильное разрешение.
Мой Canon 450D, 12,2-мегапиксельный датчик APS-C, имеет дифракционный предел f / 8,4. Напротив, Canon 5D Mark II, 21,1-мегапиксельный полнокадровый датчик, имеет предел дифракции f / 10,3. Более крупный датчик, несмотря на то, что он имеет почти вдвое больше мегапикселей, может сделать дополнительную остановку, прежде чем он достигнет своего предела дифракции. Это связано с тем, что физические размеры фотосайтов на 5D II больше, чем на 450D. (Хороший пример одного из многочисленных преимуществ более крупных датчиков.)
Ключи в смеси
В Интернете часто встречаются таблицы, в которых указана определенная диафрагма с ограничением диафрагмы для определенных форматов. Я часто вижу f / 16, используемый для датчиков APS-C, и f / 22 для Full Frame. В цифровом мире эти цифры, как правило, бесполезны. Диафрагма, ограничивающая дифракцию (DLA), в конечном счете, является функцией отношения размера сфокусированной точки света (включая рисунок воздушного диска) к размеру одного светочувствительного элемента на датчике. Для любого заданного размера сенсора, APS-C или Full Frame, предел дифракции будет меняться в зависимости от размера фотосайтов. Примером этого может служить линейка камер Canon EOS Rebel на протяжении многих лет:
Camera | DLA
--------------------
350D | f/10.4
400D | f/9.3
450D | f/8.4
500D | f/7.6
550D | f/6.8
История должна быть похожа на размер зерна пленки. Пленки с более мелкими зернами в конечном итоге будут более подвержены дифракционному смягчению при более низких отверстиях, чем пленки с более крупными зернами.
Частота отсечки дифракции
Дифракцию часто называют убийцей изображений, и люди говорят о «пределе дифракции» как о точке, в которой вы больше не можете разрешать изображение «с пользой». Напротив, предел дифракции - это только точка, в которой дифракция начинается , чтобы повлиять на изображение для конкретного носителя изображения, который вы используете. частота отсечки дифракции - это точка, в которой дополнительная резкость невозможна для данной апертуры, и это действительно функция объектива и физической апертуры.
Формула для частоты отсечки дифракции для (совершенных) оптических систем выглядит следующим образом:
fc = 1 / (λ * f #) циклов / мм
Это говорит о том, что обратная длина волны фокусируемого света, умноженная на число f линзы, равна числу циклов на миллиметр, которое можно разрешить. Частота дифракционной отсечки, как правило, является точкой, в которой разрешение достигает длины волны частот самого света. Для видимого света λ между 380-750 нм или 0,38-0,75 мкм. Пока частота среза не будет достигнута для данной апертуры, может быть достигнуто большее разрешение.
Визуальные примеры
Последовательность изображений Whubers, представленная выше, является достойным примером эффекта дифракции, а также эффекта оптических аберраций, когда объектив широко открыт. Я думаю, что он немного страдает от некоторого смещения фокуса из-за сферической аберрации, поэтому я создал анимированный GIF, который демонстрирует эффекты изменения диафрагмы объектива Canon 50mm f / 1.4 от его самой широкой диафрагмы до самой узкой, на полной остановке .
(Примечание. Изображение большого размера, 3,8 мг, поэтому дайте ему полностью загрузиться, чтобы увидеть сравнение резкости на каждой остановке.) Изображение демонстрирует заметную оптическую аберрацию при широко открытой съемке, особенно хроматическую аберрацию и некоторую сферическую аберрацию (там может быть какая-то небольшая пурпурная окантовка ... Я пытался сфокусироваться на нем.) Остановился на f / 2, CA значительно уменьшился. От f / 2.8 до f / 8 резкость в самом начале, а f / 8 идеальна. На f / 11 резкость немного падает из-за дифракции . При f / 16 и особенно f / 22 дифракция заметно влияет на резкость изображения. Обратите внимание, что даже при дифракционном размытии f / 22 все же значительно острее, чем f / 1.4 или f / 2.