A difração é um efeito óptico que limita a resolução total da sua fotografia — não importa quantos megapixels sua câmera possa ter. Isso acontece porque a luz começa a se dispersar ou "difracionar" ao passar por uma pequena abertura (como a abertura da sua câmera). Este efeito é normalmente insignificante, uma vez que aberturas menores geralmente melhoram a nitidez, minimizando as aberrações da lente. No entanto, para aberturas suficientemente pequenas, essa estratégia se torna contraproducente - nesse ponto, sua câmera se torna
limitada por difração . Conhecer esse limite pode ajudar a maximizar os detalhes e evitar uma exposição desnecessariamente longa ou alta velocidade ISO.
FUNDO
Os raios de luz que passam por uma pequena abertura começarão a divergir e interferir um no outro. Isso se torna mais significativo à medida que o tamanho da abertura diminui em relação ao comprimento de onda da luz que passa, mas ocorre até certo ponto para qualquer abertura ou fonte de luz concentrada.
Como os raios divergentes agora percorrem distâncias diferentes, alguns saem de fase e começam a interferir uns com os outros - acrescentando em alguns lugares e cancelando parcial ou completamente em outros. Essa interferência produz um padrão de difração com intensidades de pico onde a amplitude das ondas de luz se somam e menos luz onde elas subtraem. Se alguém medisse a intensidade da luz que atinge cada posição em uma linha, as medidas apareceriam como faixas semelhantes às mostradas abaixo.
Padrão de difração
Para uma abertura circular ideal, o padrão de difração 2-D é chamado de "disco aéreo", em homenagem ao seu descobridor George Airy. A largura do disco arejado é usada para definir a resolução máxima teórica para um sistema óptico (definido como o diâmetro do primeiro círculo escuro).
Airy Disk
Visualização 3D
Quando o diâmetro do pico central do disco arejado se torna grande em relação ao tamanho do pixel na câmera (ou círculo máximo de confusão tolerável), ele começa a ter um impacto visual na imagem. Uma vez que dois discos arejados se aproximam da metade de sua largura, eles também não podem mais ser resolvidos (critério Rayleigh).
Mal resolvido
Não foi mais resolvido
A difração estabelece assim um limite de resolução fundamental que é independente do número de megapixels ou do tamanho do formato do filme. Depende apenas do número f de sua lente e do comprimento de onda da luz que está sendo fotografada. Pode-se pensar nisso como o menor "pixel" teórico de detalhes na fotografia. Além disso, o início da difração é gradual; antes de limitar a resolução, ele ainda pode reduzir o contraste em pequena escala, fazendo com que os discos arejados se sobreponham parcialmente.
EXEMPLO VISUAL:ABERTURA VS. TAMANHO DO PIXEL
O tamanho do disco arejado é útil principalmente no contexto do tamanho do pixel. A ferramenta interativa a seguir mostra um único disco arejado comparado ao tamanho do pixel para vários modelos de câmera:
Nota:o disco arejado acima parecerá mais estreito do que seu diâmetro especificado (já que isso é definido por onde atinge seu primeiro mínimo, em vez de pela região brilhante interna visível).
Como resultado do filtro anti-aliasing do sensor (e do critério Rayleigh acima), um disco arejado pode ter um diâmetro de cerca de 2-3 pixels antes que a difração limite a resolução (assumindo uma lente perfeita). No entanto, a difração provavelmente terá um impacto visual antes de atingir esse diâmetro.
Como dois exemplos, a Canon EOS 20D começa a mostrar difração em torno de f/11, enquanto a Canon PowerShot G6 começa a mostrar seus efeitos apenas em torno de f/5.6. Por outro lado, a Canon G6 não requer aberturas tão pequenas quanto a 20D para atingir a mesma profundidade de campo (devido ao tamanho do sensor muito menor).
Como o tamanho do disco arejado também depende do comprimento de onda da luz, cada uma das três cores primárias atingirá seu limite de difração em uma abertura diferente. O cálculo acima pressupõe luz no meio do espectro visível (~550 nm). Câmeras SLR digitais típicas podem capturar luz com comprimento de onda de 450 a 680 nm, então, na melhor das hipóteses, o disco arejado teria um diâmetro de 80% do tamanho mostrado acima (para luz azul pura).
Outra complicação é que os sensores que utilizam uma matriz Bayer alocam duas vezes a fração de pixels para verde como luz vermelha ou azul e, em seguida, interpolam essas cores para produzir a imagem final colorida. Isso significa que, à medida que o limite de difração se aproxima, os primeiros sinais serão uma perda de resolução em verde e luminosidade em nível de pixel. A luz azul requer as menores aberturas (f-stop mais alto) para reduzir sua resolução devido à difração.
Outras notas técnicas: - Os pixels físicos não ocupam 100% da área do sensor, mas têm intervalos entre eles. Esse cálculo pressupõe que as microlentes tornam essas lacunas insignificantes.
- Algumas câmeras têm pixels ligeiramente retangulares. Nesse caso, a difração reduzirá a resolução mais em uma direção do que na outra.
- O gráfico acima aproxima a abertura como sendo circular (uma aproximação comum), mas na realidade são poligonais com 5 a 8 lados.
- O cálculo da área de pixel assume que eles se estendem até a borda de cada sensor e todos contribuem para a imagem final. Na realidade, os fabricantes de câmeras deixam alguns pixels sem uso ao redor da borda do sensor. Como nem todos os fabricantes especificam o número de pixels usados versus pixels não utilizados, apenas os pixels usados foram considerados no cálculo da fração da área total do sensor. Os tamanhos de pixel acima são, portanto, ligeiramente maiores do que se medidos (mas não mais que 5%).
COMO É
Embora os diagramas acima ajudem a dar uma ideia do conceito de difração, apenas a fotografia do mundo real pode mostrar seu impacto visual. As seguintes séries de imagens foram tiradas na Canon EOS 20D, que normalmente exibe suavização de difração além de f/11. Mova o mouse sobre cada número f para ver como isso afeta os detalhes:
| Selecione a abertura: | f/8.0 | f/11 | f/16 | f/22 |
Sem sobreposição de discos Airy
Sobreposição parcial de discos Airy
Observe como a maioria das linhas no tecido ainda são resolvidas em f/11, mas têm contraste ou acutância em pequena escala ligeiramente menor (particularmente onde as linhas do tecido estão muito próximas). Isso ocorre porque os discos arejados estão apenas parcialmente sobrepostos, semelhante ao efeito em linhas adjacentes de discos arejados pretos e brancos alternados (como mostrado à direita). Em f/22, quase todas as linhas finas foram suavizadas porque os discos arejados são maiores que esse detalhe.
CALCULANDO O LIMITE DE DIFRAÇÃO
O formulário abaixo calcula o tamanho do disco arejado e avalia se a câmera se tornou limitada por difração. Clique em "mostrar avançado" para definir um círculo de confusão personalizado (CoC) ou para ver a influência do tamanho do pixel.
Nota:CF ="fator de corte" (comumente referido como o multiplicador de distância focal); assume pixels quadrados, proporção de aspecto 4:3 para digital compacto e 3:2 para SLR.*A calculadora assume que o sensor de sua câmera usa o típico array bayer .
Esta calculadora mostra uma câmera como tendo difração limitada quando o diâmetro do disco arejado excede o que normalmente pode ser resolvido em uma impressão de 8 x 10 polegadas vista de um pé. Clique em "mostrar avançado" para alterar os critérios para atingir esse limite. A caixa de seleção "definir círculo de confusão com base em pixels" indica quando a difração provavelmente se tornará visível em um computador em escala de 100%. Para obter mais explicações sobre cada configuração de entrada, consulte também a calculadora de profundidade de campo.
Na prática, o limite de difração não acarreta necessariamente uma mudança abrupta; há realmente uma transição gradual entre quando a difração é e não é visível. Além disso, esse limite é apenas o melhor cenário ao usar uma lente perfeita; os resultados do mundo real podem variar.
NOTAS SOBRE O USO EM FOTOGRAFIA NO MUNDO REAL
Mesmo quando um sistema de câmera está próximo ou logo após seu limite de difração, outros fatores, como precisão do foco, desfoque de movimento e lentes imperfeitas, provavelmente serão mais significativos. A difração, portanto, limita a nitidez total apenas ao usar um tripé robusto, trava de espelho e uma lente de alta qualidade.
Alguma difração geralmente é boa se você estiver disposto a sacrificar a nitidez no plano focal em troca de nitidez fora da profundidade de campo. Alternativamente, podem ser necessárias aberturas muito pequenas para obter exposições suficientemente longas, como para induzir desfoque de movimento com água corrente. Em outras palavras, a difração é apenas algo que você deve estar ciente ao escolher suas configurações de exposição, semelhante a como equilibrar outras compensações, como ruído (ISO) versus velocidade do obturador.
Isso não deve levar você a pensar que "aberturas maiores são melhores" mesmo que aberturas muito pequenas criem uma imagem suave; a maioria das lentes também é bastante macia quando usada aberta (na maior abertura disponível). Os sistemas de câmeras geralmente têm uma abertura ideal entre as configurações maior e menor; com a maioria das lentes, a nitidez ideal geralmente está próxima do limite de difração, mas com algumas lentes isso pode ocorrer até mesmo antes do limite de difração. Esses
cálculos são exibidos apenas quando a difração se torna significativa, não necessariamente o local de nitidez ideal (veja qualidade da lente da câmera:MTF, resolução e contraste para saber mais sobre isso).
Os pixels menores são piores de alguma forma? Não necessariamente. Só porque o limite de difração foi atingido (com pixels grandes) não significa necessariamente que uma imagem seja pior do que se pixels menores tivessem sido usados (e o limite fosse ultrapassado); ambos os cenários ainda têm a mesma resolução total (mesmo que os pixels menores produzam um arquivo maior). No entanto, a câmera com os pixels menores renderizará a foto com menos artefatos (como moiré colorido e aliasing). Pixels menores também oferecem mais flexibilidade criativa, pois podem gerar uma resolução mais alta se for possível usar uma abertura maior (como quando a profundidade de campo pode ser rasa). Por outro lado, quando outros fatores como ruído e faixa dinâmica são considerados, o debate de pixels "pequenos versus grandes" se torna mais complicado...
Nota técnica:independência da distância focal Como o tamanho físico de uma abertura é maior para lentes telefoto (f/4 tem um diâmetro de 50 mm a 200 mm, mas apenas um diâmetro de 25 mm a 100 mm), por que o disco arejado não fica menor? Isso ocorre porque distâncias focais mais longas também fazem com que a luz viaje mais longe antes de atingir o sensor da câmera - aumentando assim a distância sobre a qual o disco arejado pode continuar a divergir. Os efeitos concorrentes de maior abertura e maior distância focal, portanto, se cancelam, deixando apenas o número f como importante (que descreve a distância focal em relação ao tamanho da abertura).
Para leitura adicional sobre este tópico, consulte também o adendo:Digital Camera Difraction, Part 2:Resolution, Color &Micro-Contrast
Nº da página:1 2 
