Почему отверстие в камере-обскуре обычно представляет собой круг?

Question

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.

Answer 1

Из Википедии Камера-обскура статья,

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

Существует теоретический оптимальный размер для отверстия . С геометрической точки зрения, чем меньше апертура отверстия, тем резче будет полученное изображение - но это относится только к точке. Меньше, чем этот размер, резкость изображения становится дифракционным ограничением . Волнообразное поведение света, взаимодействующего со стенками апертуры, создает собственную интерференционную картину, и при (или за пределами) 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 нижним пределом размера апертуры из-за ограничения дифракции.

Answer 2

Отверстие (крошечные) создает (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 сквозь отверстие, очень слабое. Вы бы захотели увеличить отверстие в попытке получить яркость изображения. Когда вы увеличиваете отверстие, круги изображения увеличиваются, и это ухудшает резкость изображения.

Аналогичным образом, вы можете испытать соблазн уменьшить диаметр отверстия для получения дополнительной остроты. 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 дырокол) 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.

Answer 3

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 исследуем 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 с помощью кругового 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, не попадающих 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 образованию интерференционных картин из-за дифракции света.