Mengapa kadang-kadang sumber cahaya muncul sebagai bintang?

Lihat misalnya foto ini:

Dari pengalaman saya, semakin lama paparan semakin kuat efek ini dapat diamati. Apakah ini benar? Adakah faktor lain yang memengaruhi penciptaan bintang-bintang ini (adakah yang lebih baik untuk itu?) Dan apa sebenarnya yang terjadi secara teknis?

Ini tampaknya menjadi contoh indah difraksi Fraunhofer . Ini karena sifat gelombang cahaya. Efeknya tergantung pada panjang gelombang (yaitu, warna). Paling menonjol ketika cahaya terang dari jarak praktis tak terbatas melewati celah sempit, menyebabkan cahaya menyebar tegak lurus ke celah. Ini menyebarkan sinar seperti titik menjadi sepasang garis.

Menggunakan aperture kecil menciptakan situasi seperti celah di sudut yang dibentuk oleh bilah yang berdekatan. Dengan demikian, ketika Anda memiliki kombinasi sumber cahaya monokromatik yang relatif intens, seperti titik, dan aperture sempit, Anda akan melihat goresan (dengan warna yang sama) yang berasal dari titik-titik dalam dua arah yang tegak lurus terhadap bilah. Ketika diafragma Anda terbentuk oleh bilah lurus, ini akan menyebabkan jumlahnya dua kali lipatbergaris-garis sebagai bilah. Namun, garis-garis untuk blade paralel akan bertepatan. Dengan demikian, untuk diafragma dengan jumlah bilah ganjil (di mana tidak ada dua bilah yang paralel) akan ada dua kali lebih banyak garis radial daripada bilah tetapi untuk diafragma dengan jumlah bilah yang genap (di mana bilah yang sejajar) bilah-bilah yang tumpang tindih dalam berpasangan, memberikan jumlah goresan yang sama dengan bilah ( tetapi masing-masing coretan dua kali lebih terang ).

Contoh klasik ditunjukkan pada gambar pertama di artikel Wikipedia tentang difraksi , untuk difraksi Fraunhofer melalui bukaan persegi. Anda melihat empat garis yang jelas.

Teorinya dijelaskan lebih lanjut di sini . Penjelasan ini diterbitkan pada tahun 1967 oleh CA Padgham . Ken Rockwell menyebutkannya dalam diskusi tentang bokeh .

Kita harus mengharapkan sejumlah difraksi tertentu selalu hadir. Biasanya sedikit dan rata-rata di sebagian besar gambar: itu hanya memberikan kontribusi sejumlah kecil untuk keburaman yang hadir dalam gambar apa pun ketika melihat cukup dekat. Hanya dalam gambar yang menyatukan beberapa faktor - titik cahaya monokromatik yang kuat, lubang kecil, bilah diafragma lurus - yang akan menjadi menonjol. Informasi ini menunjukkan bagaimana Anda dapat membuat bintang lebih menonjol atau bagaimana Anda dapat menekannya, dengan mengubah faktor-faktor ini untuk keterpaparan Anda (sejauh yang Anda bisa).

Akhirnya, lama paparan berkaitan dengan terjadinya efek ini, seperti yang telah Anda amati, tetapi hanya karena eksposur dengan titik-titik cahaya yang terang hampir selalu dibuat lebih lama dari yang dibutuhkan untuk merekam lampu: Anda mencoba melihat sisa adegan, yang jauh lebih gelap. Kecerahan garis-garis difraksi menurun begitu cepat jauh dari sumber mereka bahwa jika Anda menggunakan eksposur yang cukup pendek untuk benar mengekspos lampu sendiri, garis-garis akan praktis tak terlihat. Misalnya, ada sumber cahaya redup tetapi masih menonjol di latar belakang Anda: mereka terlihat seperti jendela di kejauhan. Mereka juga harus memiliki garis-garisnya sendiri, tetapi garis-garis itu terlalu redup untuk dilihat. (Pemfilteran perangkat lunak yang tepat mungkin dapat membawanya keluar.)

Itu karena difraksi di mana bilah aperture bertemu seperti yang dinyatakan oleh John dan Pearsonartphoto. Ini adalah cara yang rapi untuk menguji berapa bilah aperture yang Anda miliki!

Untuk menjawab pertanyaan kedua Anda, panjang paparan tidak secara langsung mempengaruhi efeknya. Ada dua faktor utama, yang pertama adalah ukuran aperture (harus kecil), dan eksposur lama cenderung pergi dengan aperture kecil. Faktor kedua adalah Anda harus memotret ke sumber cahaya. Ini cenderung hanya terjadi pada malam hari dengan cahaya buatan, jadi sekali lagi orang cenderung berakhir dengan menggunakan paparan panjang.

Berikut adalah contoh (bukan milikku!) Efek dengan paparan yang sangat singkat untuk menunjukkan intinya:

(c) photogeek133

Ok saya bohong itu adalah eksposur yang panjang dengan flash bergerak diatur ke strobo, tetapi setiap lampu menyala untuk periode yang sangat singkat. Dua bahan lainnya - menembak ke dalam strobe, dan aperture kecil (f / 14) adalah apa yang menghasilkan pola bintang.

Apa yang Anda lihat adalah hasil dari bentuk bukaan di kamera Anda. Jika Anda meletakkan, misalnya, bentuk hati atau "filter" lain di bagian depan kamera Anda, Anda akan melihat bentuk yang berbeda di tempat lampu-lampu itu.

Anda hampir benar dalam dugaan Anda bahwa semakin lama paparan, semakin kuat pengaruh ini dapat diamati. Apa yang sebenarnya terjadi adalah semakin kecil aperture Anda, semakin banyak pengaruh ini akan muncul.

Ada filter, cahaya bintang, yang dirancang untuk melakukan ini, tetapi tanpa filter, efeknya biasanya terlihat dengan lubang yang lebih ketat pada lensa yang memiliki bilah aperture yang lebih lurus. Semakin lurus bilahnya, semakin jelas efeknya.

Jadi, apa yang terjadi adalah sumber-sumber cahaya yang terang dan tidak bergerak ini dibengkokkan oleh aperture lensa Anda dan pola bintang sedang diciptakan oleh titik-titik tajam yang ditentukan oleh segi enam dari enam bilah aperture Anda. Anda akan melihat bahwa sinar bintang semuanya menuju ke arah yang sama untuk lampu, itu karena bilah aperture.

Ngomong-ngomong, aku suka tembakan.

Mengapa kadang-kadang sumber cahaya muncul sebagai bintang? Yah, saya mengubah pendapat saya dan sekarang berbagi pendapat yang lazim bahwa bintang-bintang berasal dari efek difraksi. Argumen terkuat untuk mendukung difraksi daripada refleksi berasal dari sifat simetri pola bintang, yaitu, jika N aneh, maka pisau N iris menghasilkan paku 2 * N.

Saya percaya bahwa Anda akan menemukan jawaban untuk pertanyaan Anda di bawah http://www.stfmc.de/misc/diffcontrarefl/tlf.html

Ini bukan jawaban yang benar, tetapi perluasan pada penghitungan pola difraksi dari jawaban @ whuber .

Pertama, kita memiliki integral difraksi. Fungsi U _p menggambarkan amplitudo kompleks pada bidang pengamatan pada jarak ( x _p , y _p ) dari sumbu optik, dan jarak L _z dari sumber (beberapa jenis objek diffractive, misalnya lubang jarum, kamera aperture, dll ) U _s adalah fungsi yang menggambarkan amplitudo kompleks dalam bidang sumber; untuk lubang jarum yang sangat kecil Anda bisa menggunakan fungsi dirac delta . Variabel ketiga di U _s adalah 0 karena untuk kenyamanan kita katakan objek diffractive adalah asal dari sistem koordinat. Variabel x _sdan y _s dalam argumennya pembukuan untuk fakta bahwa objek mungkin memiliki beberapa ukuran dalam bidang x-y .

Ini mungkin tidak terlihat seperti seperti terpisahkan mengerikan, tapi k dan r _sp keduanya hanya notasi untuk sesuatu yang lebih besar:

Mengintegrasikan fungsi dengan radikal dengan istilah kuadrat di dalamnya baik dalam pembilang e dan dalam penyebut adalah integral yang sangat jahat.

Seseorang menyederhanakan integral dengan menghapus akar kuadrat dengan menggunakan representasi deret binomial dan memotong suku orde tinggi. The Fraunhofer terpisahkan memegang ketika salah satu kebutuhan 2 hal; yang tidak terpisahkan Fresnel adalah ketika salah satu kebutuhan 3 hal. Ada beberapa nuansa terhadap bukti itu, tetapi itu di luar ruang lingkup ini.

Ketika kita mulai memanipulasi hal-hal ini untuk mendapatkan integral difraksi Fresnel dan Fraunhofer, kita mendapatkan tiga kuantitas.

Jika Nfd * ( θ _d ) ² << 1, integral Fresnel valid. Jika itu benar dan Nfs << 1, integral Fraunhofer berlaku.

Dua integral adalah:

Fresnel:

Fraunhofer:

dimana

,

dan ν _x dan ν _y adalah ukuran sumber dalam dimensi yang diberikan dibagi dengan panjang gelombang cahaya kali jarak ke sumber. Biasanya ini dituliskan ν _s = d / ( λx _s ).

Untuk menjawab pertanyaan @ whuber tentang mengapa Anda mungkin memerlukan satu atau yang lain, terlepas dari apa yang dikatakan Wikipedia, perlu sedikit pemikiran.

Komentar "pada bidang fokus lensa pencitraan ..." mungkin diangkat dari buku teks, dan implikasinya adalah bahwa sumber difraksi (yaitu lubang jarum, celah, apa pun - persamaan ini agnostik seperti pada geometri dari sumber) sangat jauh. Sayangnya, lensa tidak hanya berada pada jarak dan jarak yang lebih dekat daripada yang diberikan oleh integral Fraunhofer, tetapi difraksi juga berasal dari dalam sistem lensa untuk kamera.

Model yang tepat untuk difraksi dari bukaan kamera adalah bukaan sisi- n ( n adalah # bilah bukaan di lensa) yang diterangi oleh sumber titik pada lokasi benda di gambar yang menghasilkan pola starburst.

Ketika benda-benda benar-benar jauh (beberapa meter akan baik-baik saja), sumber titik berperilaku seolah-olah mereka adalah gelombang pesawat dan derivasi yang dilakukan di Wikipedia baik-baik saja.

Sebagai contoh, aperture untuk lensa gauss ganda 50 mm berada pada urutan 40 ~ 60 mm dari bidang gambar. Ini dicitrakan oleh beberapa lensa di belakang penghentian fisik ke jarak yang lebih besar dari itu (ini adalah lokasi dari murid keluar), tetapi murid keluar tidak di mana fungsi U _s ( x _s , y _s , 0) berada terpusat!

Untuk cahaya aperture 500 nm dan radius 1 mm, kita dapat memeriksa apakah integral Fraunhofer valid. Itu sama dengan (0.001) ² / (500 * 10 ^-9 * 50 * 10 ^-3 ), atau 40, yang merupakan >> 1 dan integral Fraunhofer tidak valid. Untuk cahaya tampak, selama aperture stop berada pada urutan milimeter dari detektor, Nfs tidak akan pernah mendekati 1, apalagi jauh lebih kecil.

Persamaan ini agak berbeda dari persamaan di Wikipedia; Saya akan merujuk OPT 261, Interferensi & Difraksi di University of Rochester Institute of Optics yang diajarkan oleh profesor Vamivakas. Persamaan dalam Optik oleh Hecht harus cukup mirip. Persamaannya adalah untuk amplitudo kompleks , untuk mendapatkan Irradiance (alias intensitas atau kecerahan), Anda akan mengambil besarnya kuadrat dari hasilnya.

Berikut adalah contoh dan secara pribadi, saya suka efeknya. Itu dapat menambahkan sedikit seni ke foto seperti yang saya akan tautkan.

Penyebabnya adalah karena bilah aperture pada 50mm saya yang bagus.

Eksposur adalah sekunder dari bintang-bintang karena saya harus menutup aperture agar tidak mengekspos foto yang berlebihan dengan semua cahaya terang yang saya gunakan. Jika saya mengekspos hanya untuk lampu saya tidak akan melihat apa pun kecuali hitam di foto di mana saya ingin mengekspos gedung.

Jadi untuk mengimbangi pengaturan aperture kecil (f / 20 dalam bidikan ini) saya harus meningkatkan eksposur waktu saya (20sec) untuk mendapatkan eksposur yang tepat. Jadi, difraksi terjadi atau sangat diperkuat ketika saya menambah angka pada aperture saya atau menutupnya untuk mencegah paparan berlebih.

Perhatikan info exif:

• Canon EOS-1Ds Mark III
• Canon EF50mm f / 1.8 II
• ƒ / 20.0
• 25 detik
• ISO-100

https://www.flickr.com/photos/eyeinfocus/25494167814/in/album-72157661802536456/