Pourquoi les sources lumineuses apparaissent-elles parfois comme des étoiles?

Cela semble être un bel exemple de Diffraction de Fraunhofer. Cela est dû à la nature ondulatoire de la lumière. L'effet dépend de la longueur d'onde (la couleur). Il est plus prononcé lorsque la lumière vive d'une distance pratiquement infinie traverse des fentes étroites, provoquant la propagation de la lumière perpendiculaire les fentes. Cela propage un faisceau de lumière ponctuel en une paire de stries.

L'utilisation d'une petite ouverture crée des situations de fente aux coins formés par les lames adjacentes. Ainsi, lorsque vous avez une combinaison de relativement intense, pointue, monochromatique sources lumineuses dans l'image et a ouverture étroite, vous devriez voir une strie (de la même couleur) émanant des points dans les deux directions perpendiculaire aux lames. Lorsque votre diaphragme est formé par des lames droites, cela provoquera qu'il y ait deux fois plus de stries comme des lames. Cependant, les stries pour les lames parallèles coïncideront. Ainsi, pour un diaphragme avec un nombre impair de lames (où deux lames ne sont pas parallèles), il y aura deux fois plus de stries radiales que les lames, mais pour un diaphragme avec un nombre pair de lames (où les lames opposées sont parallèles), les stries se chevauchent par paires, donnant le même nombre de stries que les lames (mais chaque série est deux fois plus brillante).

Un exemple classique est montré dans la première image dans le Article Wikipedia sur la diffraction, pour la diffraction de Fraunhofer à travers une ouverture carrée. Vous voyez quatre stries bien définies.

La théorie est expliquée plus en détail ici. Cette explication a été publiée en 1967 par CA Padgham. Ken Rockwell le mentionne dans son discussion de bokeh.

Nous devrions nous attendre à ce qu'une certaine quantité de diffraction soit toujours présente. Il est généralement léger et moyenné dans la plupart des images: il contribue juste une petite quantité au flou qui est présent dans n'importe quelle image lorsqu'on la regarde de suffisamment près. Ce n'est que dans les images qui rassemblent plusieurs facteurs-points de lumière monochromatique intense, petites ouvertures, lames droites du diaphragme-qu'il deviendra proéminent. Cette information montre comment vous pouvez rendre les étoiles plus proéminentes ou comment vous pouvez les supprimer, en modifiant ces facteurs pour votre exposition (dans la mesure du possible).

Enfin, la durée de l'exposition est liée à l'apparition de cet effet, comme vous l'avez observé, mais seulement parce que les expositions avec des points lumineux lumineux sont presque toujours beaucoup plus longues que nécessaire pour enregistrer les lumières: vous essayez de voir le reste de la scène, qui est beaucoup plus sombre. La luminosité des stries de diffraction diminue si rapidement loin de leurs sources que si vous avez utilisé une exposition suffisamment courte à correctement exposer les lumières elles-mêmes, les stries seraient pratiquement invisibles. Par exemple, il y a des sources lumineuses plus faibles mais toujours importantes dans votre arrière-plan: elles ressemblent à des fenêtres au loin. Eux aussi doivent avoir leurs propres stries, mais ces stries sont trop sombres pour être vues. (Un filtrage logiciel APPROPRIÉ pourrait être en mesure de les faire ressortir.)

C'est dû à la diffraction où les lames d'ouverture se rencontrent comme indiqué par John et Pearsonartphoto. C'est une façon soignée de tester le nombre de lames d'ouverture que vous avez!

Pour répondre à votre deuxième question, la durée de l'exposition n'affectera pas directement l'effet. Il y a deux facteurs principaux, le premier est la taille de l'ouverture (elle doit être petite), et les expositions longues ont tendance à aller avec une petite ouverture. Le deuxième facteur est que vous devez tirer dans la source lumineuse. Cela a tendance à ne se produire que la nuit avec la lumière artificielle, donc encore une fois, les gens ont tendance à se retrouver en utilisant de longues expositions.

Voici un exemple (pas le mien!) de l'effet avec une exposition très courte pour démontrer le point:

(C) photogeek133

Ok j "ai menti c" était une longue exposition avec des flashs mobiles réglés sur stroboscope, mais chaque lumière était allumée pendant une très brève période. Les deux autres ingrédients-la prise de vue dans les stroboscopes et la petite ouverture (f/14) sont ce qui produit les motifs étoiles.

Ce que vous voyez est le résultat de la forme de l'ouverture de votre appareil photo. Si vous mettez, disons, une forme de coeur ou un autre "filtre" sur le devant de votre appareil photo, vous verriez une forme différente à la place de ces lumières.

Vous avez presque raison de penser que plus l'exposition est longue, plus cet effet peut être observé. Ce qui se passe réellement, c'est que plus votre ouverture est petite, plus cet effet apparaîtra.

Il y a des filtres, starlight, qui sont conçus pour ce faire, mais sans filtre, l'effet est généralement vu avec des ouvertures plus serrées sur les lentilles qui ont des lames d'ouverture plus droites. Plus les lames sont droites, plus l'effet est prononcé.

Donc, ce qui se passe, c'est que ces sources lumineuses lumineuses et stationnaires ont leur lumière courbée par l'ouverture de votre objectif et que le motif en étoile est créé par les points tranchants définis par l'hexagone à partir des six lames de votre ouverture. Vous remarquerez que les rayons des étoiles vont tous dans la même direction pour les lumières, c'est à cause des lames d'ouverture.

En passant, j'aime la prise de vue.

Pourquoi les sources lumineuses apparaissent-elles parfois comme des étoiles? Eh bien, j'ai changé mon opinion et partage maintenant celle répandue que les étoiles proviennent d'effets de diffraction. L'argument le plus fort pour favoriser la diffraction sur la réflexion vient des propriétés de symétrie du motif d'étoile, à savoir, si N est impair, alors N lames d'iris génèrent 2*n pointes.

Je crois que vous trouverez la réponse à vos questions sous http://www.stfmc.de/misc/diffcontrarefl/tlf.html

Ce n'est pas une vraie réponse, mais une expansion sur le calcul des modèles de diffraction à partir de réponse de @ whuber.

Tout d'abord, nous avons l'intégrale de diffraction. Fonction U_p décrit l'amplitude complexe dans le plan d'observation à distance (x_p, y_p) de l'axe optique, et une distance L_Z de la source (une sorte d'objet diffractif, par exemple sténopé, ouverture de la caméra, etc.) U_s est une fonction qui décrit l'amplitude complexe dans le plan source; pour un sténopé extrêmement petit, vous pouvez utiliser un fonction delta de dirac. La troisième variable dans U_s est 0 parce que pour plus de commodité, nous disons que l'objet diffractif est l'origine du système de coordonnées. Variable x_s et y_s dans ses arguments bookkeep pour le fait que l'objet peut avoir une certaine taille dans le x-y avion.

Cela peut ne pas ressembler à une telle intégrale horrible, mais K et r_sp les deux sont-ils juste une notation pour quelque chose de plus grand:

Intégrer une fonction avec un radical avec des termes carrés à la fois dans le numérateur de e et dans le dénominateur est une intégrale très méchante en effet.

On simplifie l'intégrale en supprimant les racines carrées en utilisant la représentation en série binomiale et en tronquant les Termes d'ordre supérieur. Le Fraunhofer intégrale tient quand on a besoin de 2 termes; le Intégrale de Fresnel est pour quand on a besoin de 3 termes. Il y a un peu de nuanuce à la preuve de cela, mais c'est en dehors de la portée de cela.

Lorsque nous commençons à manipuler ces choses pour obtenir les intégrales de diffraction de Fresnel et de Fraunhofer, nous obtenons trois quantités.

Si Nfd * (θ_d)² << 1, l'intégrale de Fresnel est valide. Si cela est vrai et NFS << 1, l'intégrale de Fraunhofer tient.

Les deux intégrales sont:

Fresnel:

Fraunhofer:

où

,

et ν_x et ν_y sont la taille de la source dans une dimension donnée divisée par la longueur d'onde de la lumière multipliée par la distance à la source. Normalement il serait écrit ν_s = d / (λx_s).

Pour répondre à la question de @whuber sur la raison pour laquelle vous pourriez avoir besoin de l'un ou de l'autre, malgré ce que Wikipedia déclare, nécessite un peu de réflexion.

Le " au plan focal d'une lentille d'imagerie..."le commentaire est probablement tiré d'un manuel, et l'implication est que la source de la diffraction (c'est — à-dire le sténopé, la fente, peu importe-ces équations sont agnostiques quant à la géométrie de la source) est très loin. Malheureusement, non seulement l'objectif peut être à n'importe quelle distance et plus proche que ne le permet L'intégrale Fraunhofer, mais la diffraction provient également du système d'objectif d'une caméra.

Le modèle correct pour la diffraction à partir de l'ouverture d'une caméra est un et-verso ouverture (et est le nombre de lames d'ouvertures dans la lentille) éclairé par une source ponctuelle à l'emplacement de la chose dans l'image qui produit de l'étoile modèle.

Lorsque les objets sont vraiment éloignés (quelques mètres seraient bien), les sources ponctuelles se comportent comme s'il s'agissait d'ondes planes et les dérivations effectuées sur Wikipedia sont bien.

Par exemple, l'ouverture d'un objectif double gauss 50 mm est de l'ordre de 40 ~ 60 mm à partir du plan de l'image. Elle est imagée par un couple de lentilles derrière l'arrêt physique à une distance supérieure à celle-ci (c'est l'emplacement de la pupille de sortie), mais la pupille de sortie n'est pas l'endroit où le U_s(x_s,y_s,0) la fonction est centrée!

Pour 500 nm et une lumière d'ouverture de rayon de 1 mm, nous pouvons vérifier si L'intégrale de Fraunhofer est valide. Il est égal à (0.001)² / (500*10^-9 * 50*10^-3), ou 40, qui est > > 1 et l'intégrale de Fraunhofer est invalide. Pour la lumière visible, tant que la butée d'ouverture est de l'ordre du millimètre par rapport au détecteur, NFS ne sera jamais près de 1, encore moins beaucoup plus petit.

Ces équations peuvent différer quelque peu de celles de Wikipedia; je ferais référence à OPT 261, Interference & Diffraction à L'Institut D'optique de L'Université de Rochester enseigné par le professeur Vamivakas. Les équations en optique de Hecht devraient être assez similaires. Les équations sont pour le l'amplitude complexe, pour obtenir le Irradiance (aka intensité ou luminosité), vous prendriez la grandeur au carré du résultat.

Voici un exemple et personnellement, j'adore l'effet. Il peut ajouter un peu de talent pour la photo comme dans le je lien.

La cause est due aux lames d'ouverture sur mon astucieux 50mm.

L'exposition est secondaire aux étoiles car je dois fermer l'ouverture afin de ne pas surexposer les photos avec toutes les lumières vives dans lesquelles je photographie. Si j'expose juste pour les lumières, Je ne verrai que du noir sur la photo où je veux exposer le bâtiment.

Ainsi pour compenser le petit réglage d'ouverture (f/20 dans ce cliché) je dois augmenter mon temps d'exposition (20sec) afin d'obtenir la bonne exposition. Ainsi, la diffraction se produit ou est grandement amplifiée lorsque j'augmente le nombre sur mon ouverture ou que je la ferme pour éviter une surexposition.

Notez les informations exif:

• Canon EOS-1Ds Mark III
• Canon objectif ef 50 mm f/1.8 II
• ƒ/20,0
• 25 sec
• ISO-100

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