Разрешающая способность (сила)

Во многих применениях фотографии разрешающая способность ограничена зернистностью эмульсии. Например, пусть среднее расстояние между зернами в какой-то пленке равно 5 мкм. Тогда, как и в случае человеческого глаза, мож­но будет различить две точки, если их изображения разделены расстоянием, вдвое превышающим размер зерна пленки. Таким образом, предел разрешения RL будет равен примерно 10 мкм. В фотографической науке чаще используется разрешающая способность RP — число разрешаемых линий на миллиметр— которая приблизительно равна

                                                      (3.5)

В приведенном примере разрешающая способность составляет примерно 100 линий/мм; большинство обычных пленок имеют разрешение от 50 до 100 линий/мм. Пленки для репродуцирования обладают вдвое или втрое большим разрешением, а некоторые стеклянные пластинки, используемые в спектро­скопии или голографии, могут различать до двух или трех тысяч линий/мм. Обработка пленки мало влияет на ее разрешающую способность.          Цифровые, или беспленочные фотоаппараты вместо фотопленки использу­ют матрицы приемников. Отдельный приемник, имеющий в поперечнике не­сколько микрометров, называется элементом изображения (picture element), или пикселем.

Цифровой фотоаппарат принято характеризовать не разрешающей способ­ностью, а числом пикселей по каждой оси матрицы. В недорогом цифровом фотоаппарате используется матрица, имеющая 640 пикселей по горизонтали и 480 по вертикали, называемая матрицей 640 х 480. Более сложные камеры могут иметь в 2 или 3 раза большее число пикселей по каждой оси, например, 1280 х 960 или 1712 х 1368.

В цифровых фотоаппаратах используются магнитные запоминающие устройства, подобные магнитным дискам. Увеличение, например, вдвое вер­тикального и горизонтального числа пикселей, приводит к увеличению общего число пикселей в четыре раза, и таким образом, для более высокого разре­шения нужна более плотная упаковка запоминающей среды. И несмотря на это в высококачественной цифровой камере может одновременно храниться несколько изображений, по качеству приближающихся к получаемым с помо­щью обычной 35-миллиметровой камеры, оснащенной цветной пленкой.

Изображение, полученное с помощью цифровой камеры, может быть рас­печатано на домашнем компьютере, имеющем цветной принтер. Оно может быть улучшено с помощью специальных компьютерных программ для обра­ботки изображения.

Глубина резкости

В случае, когда фотоаппарат сфокусирован на достаточно удаленном пред­мете, сходящиеся лучи от относительно близко расположенной точки будут попадать на пленку до того, как они сфокусируются, как показано на рис. 2.6. Изображение на пленке представляет собой маленький кружок, называемый кружком нерезкости. До тех пор, пока его диаметр меньше предельного раз­решения пленки, самая близкая точка фокусируется вполне приемлемо. Нерезкость изображения становится очевидной только тогда, когда диаметр кружка нерезкости превысит предельное разрешение. Таким образом, максимально

Рис. 2.6. Глубина фокуса.

допустимая расфокусировка δ  имеет место, когда диаметр кружка нерезкости приблизительно равен предельному разрешению. Мы можем рассчитать 6 из подобия большого и маленького треугольников на рис. 2.6:

                                                   (3.6)

Полагая, что δ<< l ’  находим

                                                  (3.7)

где т — отрицательная величина для действительного перевернутого изобра­жения. Выражение φ(1 — т) часто называется эффективным числом F и су­щественно отличается от φ только при съемке крупным планом. Так как более удаленныйпредмет фокусировался бы перед плоскостью пленки, то полная глубина фокуса равна 2δ. Глубиной резкости называется интервал расстояний до предметов, изображения которых получаются на-расстояниях ±  от плос­кости пленки.

Глубина резкости может быть рассчитана непосредственным применением уравнения линзы, но наиболее просто она вычисляется в двух важных слу­чаях. Когда фотоаппарат сфокусирован за некоторой точкой, расстояние до которой, называется гиперфокальным расстоянием Н, глубина резкости ста­новится бесконечной. В качестве задачи читателю оставляется рассчитать гиперфокальное расстояние и показать, что глубина резкости меняется от Н/ 2 до бесконечности, когда фотоаппарат сфокусирован в Н. В результате получится, что для заданного числа F самое короткое Н получается для короткофокусной линзы.

Второй важный случай — когда предмет находится на расстоянии, много меньшем Н. Тогда мы можем применить формулы для продольного увеличе­ния и найти, что глубина резкости приблизительно равна 2 δ/т².

Пример 2.1. Покажите, что зависимость Н от числа F дается выражением

                                                                   (3.8)

Объясните, почему короткофокусные линзы имеют большую глубину резкости, чем линзы с большими фокусными расстояниями.

Далее покажите, что ближайшей точкой, оказавшейся в фокусе, будет та, которая находится примерно на расстоянии Н/ 2 от линзы.