Siehe zum Beispiel dieses Foto:
Nach meiner Erfahrung ist dieser Effekt umso stärker zu beobachten, je länger die Belichtung dauert. Ist das richtig? Gibt es andere Faktoren, die die Entstehung dieser Sterne beeinflussen (gibt es übrigens ein besseres Wort dafür?) Und was genau passiert technisch?
long-exposure
light
optics
eWolf
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Antworten:
Dies scheint ein schönes Beispiel für die Fraunhofer-Beugung zu sein . Es liegt an der Wellennatur des Lichts. Der Effekt hängt von der Wellenlänge (dh der Farbe) ab. Am ausgeprägtesten ist es, wenn helles Licht aus praktisch unendlicher Entfernung durch schmale Schlitze fällt und sich senkrecht zu den Schlitzen ausbreitet . Dadurch wird ein punktförmiger Lichtstrahl in zwei Streifen aufgeteilt.
Durch die Verwendung einer kleinen Öffnung entstehen schlitzartige Situationen an den Ecken, die durch benachbarte Schaufeln gebildet werden. Wenn Sie also eine Kombination aus relativ intensiven, punktförmigen, monochromen Lichtquellen im Bild und einer schmalen Blende haben, sollten Sie einen Streifen (mit derselben Farbe) sehen, der von den Punkten in zwei Richtungen senkrecht zu den Klingen ausgeht . Wenn Ihr Zwerchfell aus geraden Klingen besteht, sind doppelt so viele vorhandenStreifen als Klingen. Die Streifen für parallele Schaufeln fallen jedoch zusammen. Bei einer Membran mit einer ungeraden Anzahl von Schaufeln (bei denen keine zwei Schaufeln parallel sind) gibt es also doppelt so viele radiale Streifen wie bei einer Membran mit einer geraden Anzahl von Schaufeln (bei denen gegenüberliegende Schaufeln parallel sind), überlappen sich die Streifen Paare, die die gleiche Anzahl von Streifen wie Klingen ergeben ( aber jeder Streifen ist doppelt so hell ).
Ein klassisches Beispiel zeigt das erste Bild im Wikipedia-Artikel zur Beugung für die Fraunhofer-Beugung durch eine quadratische Apertur. Sie sehen vier gut definierte Streifen.
Die Theorie wird weiter erläutert hier . Diese Erklärung wurde 1967 von CA Padgham veröffentlicht . Ken Rockwell erwähnt es in seiner Diskussion über Bokeh .
Es ist zu erwarten, dass immer ein gewisses Maß an Beugung vorhanden ist. In den meisten Bildern ist sie normalerweise gering und durchschnittlich: Sie trägt nur geringfügig zur Unschärfe bei, die in jedem Bild vorhanden ist, wenn es genau genug betrachtet wird. Nur in Bildern, die mehrere Faktoren zusammenbringen - Punkte intensiven monochromatischen Lichts, kleine Blendenöffnungen, gerade Blendenlamellen - wird es auffallen. Diese Informationen zeigen, wie Sie die Sterne hervorheben oder wie Sie sie unterdrücken können, indem Sie diese Faktoren für Ihre Exposition ändern (soweit Sie können).
Schließlich hängt die Belichtungsdauer, wie Sie gesehen haben, mit dem Auftreten dieses Effekts zusammen, aber nur, weil Belichtungen mit hellen Lichtpunkten fast immer viel länger dauern als für die Aufnahme der Lichter erforderlich: Sie versuchen, den Rest des Lichts zu sehen die Szene, die viel dunkler ist. Die Helligkeit der Beugungsstreifen nimmt von ihren Lichtquellen so schnell ab, dass die Streifen praktisch unsichtbar wären , wenn Sie eine ausreichend kurze Belichtungszeit verwenden, um die Lichter selbst richtig zu belichten. Zum Beispiel gibt es dunklere, aber immer noch markante Lichtquellen in Ihrem Hintergrund: Sie sehen in der Ferne aus wie Fenster. Auch sie müssen ihre eigenen Streifen haben, aber diese Streifen sind zu dunkel, um sie sehen zu können. (Durch eine geeignete Softwarefilterung können sie möglicherweise angezeigt werden.)
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Es ist auf die Beugung zurückzuführen, bei der sich die Blendenlamellen treffen, wie von John und Pearsonartphoto angegeben. Auf diese Weise können Sie genau testen, wie viele Blenden Sie haben!
Bei der Beantwortung Ihrer zweiten Frage wirkt sich die Belichtungsdauer nicht direkt auf den Effekt aus. Es gibt zwei Hauptfaktoren: Der erste ist die Größe der Blende (sie muss klein sein) und Langzeitbelichtungen gehen in der Regel mit einer kleinen Blende einher. Der zweite Faktor ist, dass Sie in die Lichtquelle schießen müssen. Dies geschieht in der Regel nur nachts mit künstlichem Licht, so dass die Menschen auch hier dazu neigen, mit Langzeitbelichtungen aufzuhören.
Hier ist ein Beispiel (nicht meins!) Des Effekts mit einer sehr kurzen Belichtung, um den Punkt zu demonstrieren:
(c) photogeek133
Ok, ich habe gelogen, es war eine Langzeitbelichtung mit beweglichen Blitzen, die auf Blitz eingestellt waren, aber jedes Licht war für eine sehr kurze Zeit eingeschaltet. Die beiden anderen Zutaten - das Schießen in die Blitze und die kleine Blende (1: 14) - erzeugen die Sternchenmuster.
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Was Sie sehen, ist das Ergebnis der Form der Blende in Ihrer Kamera. Wenn Sie beispielsweise eine Herzform oder einen anderen "Filter" an der Vorderseite Ihrer Kamera anbringen, sehen Sie anstelle dieser Lichter eine andere Form.
Sie haben beinahe Recht damit, dass dieser Effekt umso stärker zu beobachten ist, je länger die Belichtung dauert. Was tatsächlich passiert, ist, je kleiner Ihre Blende ist, desto stärker wird dieser Effekt auftreten.
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Es gibt Filter, Sternenlicht, die dafür ausgelegt sind, aber ohne Filter wird der Effekt normalerweise mit engeren Blendenöffnungen bei Objektiven mit geraden Blendenöffnungen beobachtet. Je gerader die Klingen sind, desto stärker ist der Effekt.
Was also passiert, ist, dass diese hellen und stationären Lichtquellen ihr Licht durch die Blende Ihres Objektivs biegen und das Sternmuster durch die scharfen Punkte erzeugt wird, die durch das Sechseck der sechs Lamellen Ihrer Blende definiert werden. Sie werden bemerken, dass die Sternstrahlen für die Lichter alle in die gleiche Richtung gehen, das liegt an den Blendenlamellen.
Übrigens mag ich den Schuss.
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Warum erscheinen Lichtquellen manchmal als Sterne? Nun, ich habe meine Meinung geändert und teile jetzt die vorherrschende, dass die Sterne von Beugungseffekten stammen. Das stärkste Argument für die Bevorzugung der Beugung gegenüber der Reflexion ergibt sich aus den Symmetrieeigenschaften des Sternmusters: Wenn N ungerade ist, erzeugen N Irisblätter 2 · N Spitzen.
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Ich glaube, dass Sie die Antwort auf Ihre Fragen unter http://www.stfmc.de/misc/diffcontrarefl/tlf.html finden
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Dies ist keine echte Antwort, sondern eine Erweiterung der Berechnung von Beugungsmustern aus @ whubers Antwort .
Erstens haben wir das Beugungsintegral. Die Funktion U p beschreibt die komplexe Amplitude in der Beobachtungsebene in einem Abstand ( x p , y p ) von der optischen Achse und einem Abstand L z von der Quelle (irgendein diffraktives Objekt, z. B. Lochblende, Kameraöffnung usw.). ) U s ist eine Funktion, die die komplexen Amplitude in der Quellebene beschreibt; Für eine extrem kleine Lochblende können Sie eine Dirac-Delta-Funktion verwenden . Die dritte Variable in U s ist 0 , da der Bequemlichkeit halber sagen wir das diffraktive Objekt ist der Ursprung des Koordinatensystems. Die Variablen x sund y s in ihren Argumenten bookkeep für die Tatsache , dass das Objekt , kann eine gewisse Größe hat in der x-y - Ebene.
Das mag nicht so schrecklich wie ein Integral aussehen, aber k und r sp sind beide nur Notationen für etwas Größeres:
Das Integrieren einer Funktion mit einem Radikal mit quadratischen Termen sowohl im Zähler von e als auch im Nenner ist in der Tat ein sehr unangenehmes Integral.
Man vereinfacht das Integral, indem man die Quadratwurzeln unter Verwendung der Binomialreihendarstellung entfernt und Terme höherer Ordnung abschneidet. Das Fraunhofer-Integral gilt, wenn man 2 Terme benötigt; Das Fresnel-Integral ist für den Fall, dass man 3 Terme benötigt. Der Beweis dafür ist etwas nuanciert, liegt jedoch außerhalb des Rahmens.
Wenn wir anfangen, diese Dinge zu manipulieren, um die Fresnel- und Fraunhofer-Beugungsintegrale zu erhalten, erhalten wir drei Größen.
Wenn Nfd * ( θ d ) 2 << 1, ist das Fresnel-Integral gültig. Wenn das wahr ist und Nfs << 1, gilt das Fraunhofer-Integral.
Die zwei Integrale sind:
Fresnel:
Fraunhofer:
wo
und ν x und ν y sind die Größe der Quelle in einer gegebenen Dimension geteilt durch die Wellenlänge des Lichts multipliziert mit dem Abstand zur Quelle. Normalerweise würde man schreiben ν s = d / ( λx s ).
Um @ whubers Frage zu beantworten, warum Sie vielleicht den einen oder anderen brauchen, bedarf es einiger Überlegungen.
Der Kommentar "In der Brennebene eines Abbildungsobjektivs ..." stammt wahrscheinlich aus einem Lehrbuch und impliziert, dass die Quelle der Beugung (dh die Lochblende, der Schlitz, was auch immer - diese Gleichungen sind hinsichtlich der Geometrie von ... agnostisch die Quelle) ist sehr weit weg. Leider kann sich das Objektiv nicht nur in einem beliebigen Abstand befinden und näher sein als es das Fraunhofer-Integral zulässt, sondern die Beugung entsteht auch innerhalb des Linsensystems einer Kamera.
Das korrekte Modell für die Beugung von der Blende einer Kamera ist eine n- seitige Blende ( n ist die Anzahl der Blendenlamellen im Objektiv), die von einer Punktquelle am Ort des Objekts im Bild beleuchtet wird, das das Starburst-Muster erzeugt.
Wenn die Objekte wirklich weit entfernt sind (ein paar Meter wären in Ordnung), verhalten sich die Punktquellen so, als wären sie ebene Wellen, und die auf Wikipedia durchgeführten Ableitungen sind in Ordnung.
Beispielsweise liegt die Apertur für eine Doppel-Gauß-50-mm-Linse in der Größenordnung von 40 bis 60 mm von der Bildebene entfernt. Es wird durch ein paar Linsen hinter der physikalischen Blende auf eine größere Entfernung abgebildet (dies ist der Ort der Austrittspupille), aber die Austrittspupille befindet sich nicht dort, wo sich die Funktion U s ( x s , y s , 0) befindet zentriert!
Für 500 nm und ein Aperturlicht mit einem Radius von 1 mm können wir prüfen, ob das Fraunhofer-Integral gültig ist. Es ist gleich (0,001) 2 / (500 * 10 -9 * 50 * 10 -3 ) oder 40, was >> 1 ist und das Fraunhofer-Integral ungültig ist. Für sichtbares Licht wird NFS , solange die Aperturblende in der Größenordnung von Millimetern vom Detektor liegt, niemals annähernd 1 sein, geschweige denn viel kleiner.
Diese Gleichungen können sich etwas von denen auf Wikipedia unterscheiden. Ich würde auf OPT 261, Interference & Diffraction am Institut für Optik der Universität Rochester verweisen, das von Professor Vamivakas unterrichtet wird. Die Gleichungen in Optics von Hecht sollten ziemlich ähnlich sein. Die Gleichungen beziehen sich auf die komplexe Amplitude . Um die Bestrahlungsstärke (auch bekannt als Intensität oder Helligkeit) zu erhalten, würden Sie die quadratische Größe des Ergebnisses verwenden.
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Hier ist ein Beispiel und ich persönlich liebe den Effekt. Es kann dem Foto ein bisschen Kunst verleihen, wie in dem Foto, auf das ich verlinken werde.
Die Ursache liegt an den Blendenlamellen meiner 50mm.
Die Belichtung spielt eine untergeordnete Rolle für die Sterne, da ich die Blende schließen muss, um die Fotos nicht mit all den hellen Lichtern zu überbelichten, in die ich fotografiere. Wenn ich nur für die Lichter belichte, sehe ich auf dem Foto nichts als Schwarz, auf dem ich das Gebäude belichten möchte.
Um die kleine Blendeneinstellung (1: 20 in dieser Aufnahme) zu kompensieren, muss ich meine Zeitbelichtung (20 Sekunden) erhöhen, um die richtige Belichtung zu erzielen. Daher tritt die Beugung auf oder wird stark verstärkt, wenn ich die Anzahl meiner Blenden erhöhe oder sie schließe, um eine Überbelichtung zu verhindern.
Beachten Sie die Exif-Informationen:
https://www.flickr.com/photos/eyeinfocus/25494167814/in/album-72157661802536456/
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