Апертура что это такое в оптике
Апертура (оптика)
Апертура (лат. apertura — отверстие) в оптике — характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения. В зависимости от типа оптической системы эта характеристика может быть линейным или угловым размером. Как правило, среди деталей оптического прибора специально выделяют так называемую апертурную диафрагму, которая сильнее всего ограничивает диаметры световых пучков, проходящих через оптический инструмент. Часто роль такой апертурной диафрагмы выполняет оправа или края одного из оптических элементов (линзы, зеркала, призмы).
Числовая апертура в волоконных оптических системах — максимальный угол между осью и лучом, для которого выполняются условия полного внутреннего отражения при распространении оптического излучения по волокну. Она характеризует эффективность ввода световых лучей в оптическое волокно и зависит от конструкции волокна.
Входная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет от объекта наблюдения. Если объект удаленный (как у телескопа или обычного фотообъектива) то апертуру измеряют в линейном виде — это просто диаметр светового пучка на входе в оптическую систему, который ограничивается апертурной диафрагмой и достигает изображения. В телескопах этот диаметр обычно равен диаметру первого по ходу света оптического элемента (линзы или зеркала). В фотообъективах (особенно широкоугольных) размер первой линзы, как правило, много больше входной апертуры и ее размер уже следует рассчитывать. Входная апертура объектива равна произведению его фокусного расстояния f’ на относительное отверстие или частному от фокусного расстояния на диафрагменное число. Если объект наблюдения близкий (как у лупы, объектива микроскопа или проектора), то апертуру измеряют в угловом виде — это угол светового пучка исходящего из точек предмета наблюдения и попадающего в оптическую систему.
Выходная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет на изображении. Если изображение удалённое (как у телескопа, лупы или проектора), то апертуру измеряют в линейном виде это диаметр светового пучка на выходе из оптической системы, в зоне так называемого выходного зрачка. У телескопа (бинокля, зрительной трубы) отношение входной и выходной апертур равно его кратности (увеличению). Если изображение близкое (как у фотообъектива), то апертура характеризуется углом сходимости световых пучков.
Апертурный угол — угол между крайним лучом конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы и ее оптической осью.
Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы.
Числовая апертура — равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла. Именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу, разрешающую способность объектива микроскопа. Для увеличения числовой апертуры объективов в микроскопии пространство между объективом и покровным стеклом заполняют иммерсионной жидкостью.
Апертура (оптика)
Входная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет от объекта наблюдения. Если объект удалённый (как у телескопа или обычного фотообъектива) то апертуру измеряют в линейном виде — это просто диаметр светового пучка на входе в оптическую систему, который ограничивается апертурной диафрагмой и достигает изображения. В телескопах этот диаметр обычно равен диаметру первого по ходу света оптического элемента (линзы или зеркала). В фотообъективах (особенно широкоугольных) размер первой линзы, как правило, много больше входной апертуры и её размер уже следует рассчитывать. Входная апертура объектива равна произведению его фокусного расстояния f’ на относительное отверстие или частному от фокусного расстояния на диафрагменное число. Если объект наблюдения близкий (как у лупы, объектива микроскопа или проектора), то апертуру измеряют в угловом виде — это угол светового пучка, исходящего из точек предмета наблюдения и попадающего в оптическую систему.
Апертурный угол — угол между крайним лучом конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы и её оптической осью.
Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы.
* в волоконных оптических системах — синус максимального угла между осью и лучом, для которого выполняются условия полного внутреннего отражения при распространении оптического излучения по волокну. Она характеризует эффективность ввода световых лучей в оптическое волокно и зависит от конструкции волокна.
в световой микроскопии равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла. Именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу, разрешающую способность объектива микроскопа. Для увеличения числовой апертуры объективов в микроскопии пространство между объективом и покровным стеклом заполняют иммерсионной жидкостью.Апертура объектива — диаметр D светового пучка на входе в объектив и целиком проходящего через его апертурную диафрагму. Эта величина также определяет дифракционный предел разрешения объектива. Для оценки разрешающей способности в угловых секундах используется формула 140/D, где D — апертура объектива в миллиметрах.
Что такое апертура и как она влияет на качество ваших фото?
Наверняка, многие из вас используют смартфон в качестве основной камеры. Даже те, у кого есть крутая или не очень зеркалка, не будут спорить с тем, как удобно наличие хорошей камеры, помещающейся в кармане. На самом деле, сейчас качества камеры какого-нибудь флагманского смартфона будет более чем достаточно для съемки большинства повседневных моментов. Чтобы поддерживать интерес к своим продуктам, производители постоянно стараются привнести в уже и так умеющие отлично фотографировать камеры смартфонов что-то новое. В дополнение к тенденции увеличивать количество камер в устройствах, последние несколько поколений смартфонов также могут похвастаться все более широкой апертурой. Но что такое эта апертура?
В наше время уже не назовешь редкостью смартфоны с апертурой ƒ/1.8 или выше, хотя раньше это было большим достижением даже для объективов профессионального уровня. Такие устройства, как iPhone XS Max, Pixel 3 XL и Huawei Mate 20 Pro, имеют апертуру ƒ/1.8. Однако некоторые производители демонстрируют нам уже совсем другой уровень. У Samsung Galaxy S10 и LG V40 значение апертуры составляет ƒ/1,5.
Все эти цифры, конечно, важны, но действительно ли это значение апертуры делает фотографии лучше? Именно на этот вопрос мы и постараемся ответить в этом материале.
Что такое апертура? Тут все дело в количестве света
Вообще говоря, фотография – это лишь полученный и определенным образом обработанный свет. Поэтому хорошим параметром для определения качества той или иной камеры является определение ее способности обрабатывать свет. Качественный сенсор в паре с классной линзой являются популярной комбинацией для зеркальных камер, и то же самое относится к смартфонам, хотя и с некоторыми ограничениями.
Компактные размеры смартфона означают, что линзы и сенсоры в нем меньше по размеру, поэтому меньше света попадет на них, а это напрямую влияет на конечное качество фотографий. Мы видели, как производители смартфонов используют большие размеры пикселей сенсора от 1,2 до 1,55 мкм, чтобы бороться с этим ограничением, получая на выходе отличные результаты, но другая строго медали – это количество света, которое может проникнуть через объектив, чтобы достичь этих пикселей. Вот в этом месте, как раз, в игру вступает апертура.
Что такое «ƒ» (относительное отверстие объектива)
Итак, что такое апертура? Апертура определяется размером отверстия, через которое свет может попасть в камеру. Апертура измеряется в так называемых “ƒ”, которые представляют собой отношение диаметра входного зрачка объектива к его заднему фокусному расстоянию. Таким образом, чем меньше апертура, тем шире отверстие и, следовательно, больше света может достигнуть сенсора, что приводит к меньшему количеству шума на фото.
Меньший размер апертуры также имеет преимущество, когда дело доходит до уменьшения времени выдержки, необходимого для захвата нужного количества света, что уменьшает размытость при съемке в движении или в дрожащих руках. В сочетании с хорошей стабилизацией меньший размер апертуры способен подарить фотографу четкий кадр даже в не самых хороших условиях.
Говоря об объективах камер, любители фотографии часто ассоциируют более широкую апертуру с меньшей глубиной резкости, что позволяет получить тот самый эффект размытия фона под названием Боке. Однако камера смартфона с апертурой ƒ/2.2 на самом деле обеспечивает только глубину резкости, эквивалентную диафрагме ƒ/13 или ƒ/14 на полнокадровой камере, что приводит к небольшому размытию, поэтому современные смартфоны, которые хвастают отличным Боке, на самом деле добиваются этого эффекта с помощью софта.
Хотя широкая диафрагма не является гарантией высокого качества камеры, меньшее значение диафрагмы обеспечивает попадание на сенсор большего количества света, что сокращает время срабатывания затвора и уменьшает размытость и количество шума на фото. Это значение всегда следует рассматривать в сочетании с размером пикселей, так как для более крупных пикселей необязательно требуется более широкая апертура для захвата достаточного количества света. Тем не менее, небольшие пиксели и маленькая диафрагма – верный признак того, что в условиях низкой освещенности будут возникать проблемы.
Качество объектива
Не менее важным, но часто игнорируемым компонентом камер смартфона является объектив, и, как и все остальное, они также значительно различаются по качеству. В конце концов, грязный объектив делает плохие снимки, и из этого следует, что стекло объектива с плохой четкостью или прозрачностью уменьшит количество света, попадающего на сенсор, и, следовательно, снизит качество изображения.
Смартфоны с широкой апертурой, такие как новый Galaxy S10, требуют особого внимания к дизайну объектива, чтобы избежать дисторсии и бликов на объективе, что является частой проблемой на мобильных устройствах. Дисторсия или аберрационное искажение являет собой целый ряд проблем, возникающих при отклонении луча света от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе. Смартфоны с широкой апертурой по определению хуже фокусируются на определенной части сцены, чем смартфоны с более закрытой апертурой, и поэтому более подвержены проблемам.
Аберрационное искажение имеет множество эффектов. К ним относятся сферическая аберрация (spherical aberration) (пониженная четкость и резкость), кома (coma) (размытие или искажение), искривление поля (field curvature) (потеря фокуса на краях), дисторсия (distortion) (выпуклость или вогнутость изображения) и хроматическая аберрация (chromatic aberration) (несфокусированные цвета и разделенный белый свет) и другие.
Одним из важнейших параметров является качество объектива, и о нем сложнее судить по спецификациям, так как многие производители телефонов даже не упоминают об этом. Этот фактор усложняет разговоры о диафрагме и размерах пикселей, поскольку удешевление линз может свести все эти параметры на нет. К счастью, на рынке смартфонов сейчас есть несколько известных производителей оптики, среди которых Zeiss и Leica.
Резюмируем все вышесказанное
Теперь вы знаете, что такое апертура. Но как вы уже, наверное, поняли, апертура – это еще не все, что делает камеру качественной. При выборе смартфона, ориентируясь на его фотовозможности останавливаться на одном только значении апертуры будет неправильным, так как в отрыве от других параметров это число почти бесполезно. Тем не менее, меньшее значение апертуры дает ряд преимуществ, в том числе возможность сделать качественную фотографию в условиях низкой освещенности.
Делитесь своим мнением в комментариях под этим материалом и в нашем Telegram-чате.
Апертура (оптика)
Из Википедии — свободной энциклопедии
Апертура (лат. apertura — отверстие) в оптике — характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения. В зависимости от типа оптической системы эта характеристика может быть линейным или угловым размером. Как правило, среди деталей оптического прибора специально выделяют так называемую апертурную диафрагму, которая сильнее всего ограничивает диаметры световых пучков, проходящих через оптический инструмент. Часто роль такой апертурной диафрагмы выполняет оправа или края одного из оптических элементов (линзы, зеркала, призмы).
Входная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет от объекта наблюдения. Если объект удалённый (как у телескопа или обычного фотообъектива) то апертуру измеряют в линейном виде — как диаметр светового пучка на входе в оптическую систему, который ограничивается апертурной диафрагмой и достигает изображения. В телескопах этот диаметр обычно равен диаметру первого по ходу света оптического элемента (линзы или зеркала). В фотообъективах (особенно широкоугольных) размер первой линзы, как правило, намного больше входной апертуры и её размер уже следует рассчитывать. Входная апертура объектива равна произведению его фокусного расстояния f’ на относительное отверстие или частному от фокусного расстояния на диафрагменное число. Если объект наблюдения близкий (как у лупы, объектива микроскопа или проектора), то апертуру измеряют в угловом виде — как угол светового пучка, исходящего из точек предмета наблюдения и попадающего в оптическую систему.
Выходная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет на изображении. Если изображение удалённое (как у телескопа, лупы или проектора), то апертуру измеряют в линейном виде — это диаметр светового пучка на выходе из оптической системы, в зоне так называемого выходного зрачка. Если изображение близкое (как у фотообъектива), то апертура характеризуется углом сходимости световых пучков.
Апертурный угол — угол между крайним лучом конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы и её оптической осью.
Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы.
Апертура объектива — диаметр D светового пучка на входе в объектив и целиком проходящего через его апертурную диафрагму. Эта величина также определяет дифракционный предел разрешения объектива. Для оценки разрешающей способности в угловых секундах используется формула 140/D, где D — апертура объектива в миллиметрах.
Апертура / Диафрагма
1. Что такое апертура?
Выражаясь простым языком, апертура это отверстие в объективе, через которое проходит свет, попадающий на сенсор. По принципу работы она в каком-то роде похожа на человеческий глаз. И если проводить подобную аналогию с самой камерой, то получается, что линза выполняет функцию роговицы – она собирает весь видимый свет, отправляя его через радужную оболочку, которая в свою очередь расширяется или уменьшается в зависимости от количества поступающего света, контролируя таким образом диаметр зрачка. Сам же зрачок это нечто вроде дыры, через которую и проходит свет дальше, вглубь глаза, где и попадает на сетчатку. Так, получается, что апертура и зрачок выполняют одинаковую функцию: свет проходит через апертуру и попадает на сенсор камеры, аналогично зрачку и сетчатке. Чем больше диаметр апертуры – тем больше света попадает на сенсор. И точно так же, чем больше диаметр зрачка, тем больше света попадает на сетчатку.
2. Диаметр апертуры
Аналогом радужной оболочки, контролирующей размер апертуры, в оптике называется диафрагмой. Функция диафрагмы заключается в том, чтобы благодаря увеличению и уменьшению диаметра апертуры, ограничивать количество света, попадающего на фотосенсор.
В фотографии апертура измеряется в f-числах или в f-стопах, и чем меньше значение f-стопа, тем больше размер апертуры. Многие люди находят это сбивающим с толку, ведь обычно большее число подразумевает большее значение, но не в этом случае. Так, f/1.4 больше, чем f/2.0 и еще больше, чем f/8.0.
Для четкого понимания лучше взглянуть на иллюстрацию ниже:
Взаимоотношение размера апертуры к значению f-стопа.
3. Глубина резкости
Еще одна вещь, которую нужно знать об апертуре, это глубина резкости — область фотографии, которая находится в фокусе:
Если f-число равно f/32, то в фокусе будут находиться как передний, так и задний планы. Если же выбрать значение f/1.4, то задний план окажется размытым, оставляя в фокусе лишь объекты переднего плана. Это явно видно на изображениях ниже:
Левая фотография сделана с f-числом равным f/2.8, а правая с f/8.0
Как видно из этого примера, даже небольшое изменение f-числа с f/2.8 до f/8.0 довольно сильно влияет на глубину резкости. И если бы я использовал f-стоп, равный f/32, то фон оказался бы таким же четким, как и WALL-E на втором снимке.
Еще один пример:
Почтовые ящики – апертура равна f/2.8
На фотографии выше, благодаря малой глубине резкости, лишь слово «Cougar» оказалось в фокусе, оставив пространство впереди и позади надписи размытым. Если же в данном случае использовалось f-число, равное f/1.4 и камеру бы сфокусировали на буквах, то только одна буква и была бы в фокусе.
4. Диафрагма объектива: Максимум и минимум
У каждого объектива есть свой лимит максимального и минимально возможного диаметра апертуры. Увидеть эти значения можно в спецификациях вашего устройства, они обычно обозначаются как Lowest f-number (Наименьшее f-число) и Highest f-number (Наивысшее f-число).
Внимание стоит обратить на максимальное значение, так как оно показывает насколько быстр ваш объектив. Так, объектив с наивысшим f-числом, равным где-то f/1.2 или f/1.4 считается быстрым, так как может пропустить больше света, чем, например, объектив с диафрагмой f/4.0. Поэтому объективы с большой апертурой более пригодны для фотографии в условиях недостаточной освещенности. Кроме того, широкая апертура позволяет лучше изолировать предметы переднего плана от заднего фона. Так что при покупке объектива следует внимательно отнестись к этим параметрам.
Наименьшее же значение диафрагмы не настолько важно, так как почти все современные фотоаппараты имеют апертуру равную как минимум f/16 – чего вполне достаточно для обыкновенной каждодневной съемки.