Mitől életlen az infra-kép?

Van ez a videó, ami arra hívja fel a figyelmet, hogy infrában nemcsak attól lehet életlen a képed, mert az infra sugarakat a lencse nem oda fókuszálja, mint mondjuk a látható tartomány közepét (mellesleg ez az F828-at nem érinti, mert kontraszt alapon fókuszál a szenzorról), hanem attól is, hogy a rekeszeléssel, infra tartományban sokkal hamarabb elérjük a diffrakciós limitet, mint gondolnánk, erről már volt szó a blogon, de akkor a látható spektrumra vonatkoztatva. A CoC értelmezéséről meg itt volt szó. Röviden annyi, hogy míg a lencséken, prizmákon a spektrum lila fele törik nagyobb szögben, addig diffrakciónál a vörös tér ki nagyobb szögben. Tehát egy infra pontocska nagyobb pacaként képződik le a szűk rekesz miatt, mint egy lila pont. És nem mintha annyira fontos lenne ez a mindennapi művészetünkben, de egy kis agytorna nem árthat meg, addig se nézünk cicás videókat. 

Szóval a Sony F828 szenzora 2/3", vagy 8,8*6,6mm, 3264*2448 effektív pixellel. Ezt visszaosztva kijön, hogy a pixelünk mérete 2,69micron. A múltkor már használt kalkulátorral is megerősíthetjük ezt. 

A videóból az Airy Diskre vonatkozó képlet: 

d=2.44*λ*N

ahol a d az AiryDisk mérete mikronban, λ a hullámhossz nanométerben, N pedig a rekesz

Tegyük fel, hogy az F828-as 30 centire nagyított képét 50 centiről nézzük, így a MaxCoC 13,78mikron lenne, ezt nem kellene meghaladnia az AiryDisk méretének. Normál géppel (nem infrásítottal) az f/11 rekesz 14,7mikronos AiryDiskkel már diffrakció-limitált lenne, de az f/8 rekesz 10,7 mikronos AD-vel még limit alatt van.

Forrás - az AiryDisk értékéből arra következtetünk, hogy 550 nanométerrel számol.

Akkor mi is csináljuk meg azt a táblázatot, amit a videós kolléga, de azokra a hullámhosszakra, amik minket érdekelnek. A látható tartomány lila vége, a látható tartomány kellős közepe, és a négy darab IR szűrőink értéke következik. Az adatok mikronban vannak.

Az az igazság, hogy valami eget rengetőbbet vártunk, hogy mit tudom én, minden egyes infra szűrőnk egy rekesszel nyitottabbat igényel. De nem. A zöld tartományok a MaxiCoC alatti értékek, a vörösek meg fölötte vannak, tehát diffrakció-limitáltak, de az is világos, hogy egy 13,27 mikronos és egy 14,05 mikronos AD között nem lesz égbekiáltó különbség. 

Könnyen levonható és megjegyezhető tanulság viszont, hogy IR szűrővel érdemes rekeszprioritásban dolgozni f/5,6 fixen. Kivételes esetben az f/8 még belefér, de a 950 nanométeres szűrővel már inkább az sem. A szűkebb rekeszek meg egyenesen felejtősek ezen a gépen. 

Lukkamera bonyolítások

Lukkamerát akárki tud csinálni, de senkit ne tévesszen meg a minimalizmus ilyetén foka. Hál' istennek ezt is el lehet bonyolítani. A Foma-papírt kóstolgatva az alábbi gondolatokat jegyezzük le a holnapnak, hátha elfelejtjük, vagy esetleg valakinek hátha jó lesz. A számításokhoz ennek a kamerának az adatai használjuk Foma papírra.

Fomaspeed gyártói adatok.

A hullámhossz, fókusztáv és lukátmérő összefüggései

Az ábrán jól látszik, hogy kb. 475nm hullámhosszra a legérzékenyebb a papír, 550 nanométernél már egyáltalán nem érzékeny, és az ennél hosszabb hullámokra is vak (ezért dolgozhatunk vele vörös biciklilámpa fényében). 

Ennek azért van jelentősége, mert a Pinhole designer alapértelmezetten 0,00055 milliméterben átlagolja a fény hullámhosszát. Ennek megfelelően ajánl adott lukátmérőhöz fókusztávolságot. Azonban ha 0,00047-el számolunk, egy 0,27mm lukhoz már nem 36mm, hanem 43mm fókusztávolság az ideális. 

Persze, amikor döföd a tűt, nem kérdezed mennyire lesz ideális az a luk, és mekkora fókusztáv jár hozzá, de ha valaki profi lukat vásárol, akkor már ad a részletekre is. Miért is?

Már volt szó róla, hogy a kész képen 0,2mm CoC egy elfogadható érték (25 centiről nézve a képet). A cél tehát az, hogy olyan lukkamerát építsünk, amelyik szóródási köre ezt nem haladja meg. Erre egy képlet:
Airy Disk  = 2 * 1.22 * lambda * ( f / D ), ahol: lambda = hullámhossz (mm), f = fókusztávolság (mm), D = lukátmérő (mm)

Tehát 2*1,22*0,00047*(50/0,27) =0.21mm. Hát éppen csak hogy :) De ha mondjuk 550 nanométerrel számolnánk, máris 0,25 lesz a szóródási kör, ami már határesetnek sem nevezhető. Amennyiben a fókusztávolságot a Pinhole Designer által javasolt 43 milliméterre alakítanánk, a szóródási kör több mint ideális 0,18mm lenne.  Szóval a lukkamera képének élessége nanométereken múlik!

Az exponálási idő meghatározása

A Schwarzschild effektusról fotópapírra semmilyen adatot nem találtam, a fórumokon mindenfélét bölcsködnek, mindenesetre verőfényes napon 30-60 másodperc nagyjából mindenhol felmerül, a kompenzáció úgyis csak a hosszabb idők esetén jönne számításba (vagy ez volna a határeset). 

Tehát hogyan jön ki ez a kiindulási exponálási érték, ami aztán empirikusan finomítható? Mivel a szűk rekeszértékekben az interneten nincsen konszenzus (f/64 fölött már hatalmas a szórás a szakirodalomban), ezért mi most ezt használjuk:

f/1 = , f/1.4 = , f/2 = , f/2.8 =  ... forrás

Tehát valami ilyesmi sorozatot kapunk: 1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64, 90, 128, 181, 256, 362

Apertúránk pedig,  fokális táv / luk mérete, 50mm/0,27mm  = kb. f/185-ös rekesz, ami nagyjából 6 teljes rekesznyire van az f/22-től, ami még kimérhető az átlag fénymérőkkel.

Ehhez kell számítani a papír érzékenységét, ami hosszas keresgélések után sem került meg (mindenki mindenfélét állít mindenféle nyersanyagokról), mindenesetre filmes érzékenységi értékben számítva kb ISO 5 egy jó kiindulási alap lehet. (A fenti táblázat értékei nem analógok a film ISO értékeivel.) Ez tehát még újabb 5 EV-t ad hozzá a fénymérő által ISO200-on mért értékből. 

Összesen tehát fénymérővel ISO200, f/22 mellett mért záridőt kb. 10-11 EV-nek megfelelő idővel kell kompenzálni. Így napsütésben 1-2 perc exponálási idő jönne ki. 

De ha biztosra akarsz menni, akkor a legjobb, ha megkérdezed Csabát, ő mennyit exponálna :)

Tarzán erős, csinál másik lyukat

Felül balról  második  a kínai lyuk.
Figyeljétek  a merész körvonalvezetést. A többi saját fúrás.

Mindenki tud lukat fúrni. És ezt le is írják az interneten. Következik a Grimpix féle szintézis ebből a nagy tudásanyagból:

Ha valaki nem figyelt fizikaórán, könnyen eshet abba a szörnyű tévedésbe, hogy a szűk lyuk az ideális.  Vagyis egy lukkamera ideális lyukmérete egy végtelenül kicsiny, kör alakú orificium.  Az világos, hogy minél nagyobb a lyuk, a pontszerű fényforrást annál nagyobb foltként képezi le, tehát életlen a kép. Ha csökken a lyuk, élesebb képet kapunk, azonban egy adott lyukátmérő alatt beleszaladunk a diffrakcióba. Na ez a két korlátozás, amelyek között meg kell találni az ideális lyukméretet. Ezenkívül még pár tényező befolyásolja a képminőséget, mint például a fény hullámhossza, a lyuk anyagvastagság és alakja.

Csodálatos diffrakciós gyűrűk.
Nagyításban érdemes megnézni a szenzoron levő
porszemcsék  szóródási köreit is.
Ez utóbbiak  kialakulására még nem találtuk meg a magyarázatot.

1. Az optimális lyuk méretére többféle formula létezik, a Pinhole Designer alapértelmezetten a Rayleigh képletet használja (igazi hardcore lukkamerások saját fejlesztésű képletekkel nyomulnak):

d = 1.9 x √ (f x λ)

ahol  d az optimális lukméret, f a luk-szenzor távolsága, λ a hullámhossz, mindez milliméterben. az 1,9 Rayleigh úr konstansa.

Találtam egy Petzvál-féle képletet is:
d = 2 x √ [1/2 x(f x λ)]

A két képlet között (egy sörösdoboz-kamera méreteivel számolva) egy tizedmilliméter az eltérés.   Persze ez nem sok, de úgy tűnik a méret optimizálása sokkal többet számít, mint a tökéletes köralak. Ezt támasztja alá az összehasonlító ábra.

Baloldali gyári (kínai) lyuk, jobboldali házi fúrás.
Bár nem pontosan Rayleigh méretűek,
de nagyságrendben megfelelnek a célnak.

A két lyukkal végzett kísérlet azt kívánja szemléltetni, hogy pár tized-milliméteres szórás a lyukátmérőben már abszolút nem mindegy. 40 milliméteres fókusztávval az optimális lyukméret 0,28mm, 140 milliméteres fókusztávval pedig 0,53mm (Rayleigh).

A baloldali (kínai) lyuk idomtalan alakja ellenére élesebben rajzol 40 milliméterről, a nagyobb lyuk viszont 140 milliméterről rajzol élesebben. Miért?

A baloldali lyuk rekeszértéke 40 milliméteren f/142, a jobboldali pedig f/75. 140 milliméteren f/500 illetve f/264. A baloldali tehát nagyjából 2EV-vel szűkebbnek számít (mindkét fókusztávnál). Rövid fókusztávnál a szűkebb rekesz segít. Távolabbról viszont a nagyobbik lyuk (alig érezhetően) jobb - hiszen a kisebb lyuk itt már csúnyán diffrakció-limitált (a jobboldalin is észlelhető már valamennyire a szóródási kör). Egyértelműnek látszik, hogy az optimális fókusz/lyukátmérő fontos.

2. További, kb. tized milliméter nagyságrendű változtatást követel a lyukátmérőben az uralkodó fény spektruma is.  Érdemes tehát figyelembe venni, hogy milyen fényre érzékenyített nyersanyagra dolgozunk (ortokromatikus, pankromatikus, vagy netán infra). Például egy 450 nanométerre optimizált lyukkal a naplemente valamivel életlenebb lesz, mint egy zöld erdő. 

3. A lyuk másik fontos paramétere a falvastagság. A vastag anyagba vágott lyuk hatása leginkább a perem sötétedésében jelentkezik. Legelterjedtebb háztáji lyukhordozó alapanyag a sörösdoboz, melynek fala kb. 88 mikronos (0,088mm) alumíniumnak és a Jóisten tudja még minek az ötvözete. Profik negyed ekkora, 0,025-0,03 milliméteres sárgarézbe dolgoznak (pl. ebay: 181063809162, 290732234897). Igaz, hogy ők lézerrel és egyéb titkos módszerekkel fúrnak, de a kínai lyukon az látszik, hogy vékony anyagban sokkal nehezebb kialakítani a tökéletes köralakot (talán mert jobban morzsálódik a pereme). 

4. A lyuk fúrására számtalan módszer van. Fontos a tökéletes köralak (ettől természetesen el lehet térni speciális effektusok érdekében). Sok forrás egyetlen és legfontosabb szempontnak tartja a lyuk alakját. A fenti összehasonlító ábrán jól látszik, hogy a gyári lyuk körvonala szabálytalan, az eredményeket viszont nem befolyásolta számottevően.

Ennek ellenére lehet törekedni a szabályos perem elérésére. Egyik módszer, hogy egy golyóstollal parányi horpasztást (fa alátét használatával) ejtünk a lemezen. Ez el is vékonyítja az anyagot, de vezeti is a tűt, majd a fúrásnál. A lemez túlsó oldalán keletkezett púpot le lehet csiszolni, ami tovább vékonyítja az anyagot. Hátránya, hogy a horpadási oldalon nem férünk a lyukhoz a csiszolópapírral, óvatosan kell visszahúzni a tűt, hogy ne keletkezzen itt sorja. 

Golyóstoll-módszer, a horpadás oldaláról. Az átmérő kb. 0,5mm

Csiszolással  letisztított perem.

Sorja a horpadásban, nehezen hozzáférhető csiszolópapírral.
Fogkrémmel, ujjal dörzsölve, orvosolható.

Csiszolásra 400-as vagy 600-as smirglit érdemes használni, de a végső simításokra Grimpix fogkrémet használ. Vannak akik ellenzik a csiszolást, mivel a lyukban törmelék maradhat. A fúrás/csiszolás után, kevés mosóporral lesúrolva,  tökéletesen meg lehet szabadulni az apró fémportól. 

Akinek nem a kézművesség, hanem a pontosság a célja, annak ott az internet számtalan lyukgyárosa, baráti áron. Azt is megtehetjük, hogy több lyukat készítünk, majd mindegyiket bemérjük és az aktuális fókusztávolságnak leginkább megfelelőt használjuk.

A hozzászólásokban leírhatjátok, ti milyen módszerrel készítitek a lyukakat. 

A nagy fényhajlító - Airy Disk

Azt már régóta tudjuk, hogy 18-55-ös alapobjektívünk f/8-nál a legbesztesebb. De, legyen bár annyi esze, mint egy plüssmajomnak, a férfiembert mindig felizgatja, ha sokparaméteres izéket és izgi képleteket nézhet.   Hát ha még megdől az a nézet is, hogy minél szűkebb egy luk, annál jobb?! Szóval jöjjön a diffrakció (lézerekkel kapcsolatosan volt már szó erről az utazásokban). Kell hozzá egy luk, ami legyen 0,53mm és fény, történetesen 638nm illetve 533nm. 

Diffrakciós ábra a szoba falán. Több dolog is megállapítható belőle.
Például, hogy a Grimpix luka korántsem tökéletes kör (precíziós varrótűvel fúrva),
emiatt alakulnak ki a polipkarok.  De ami most fontosabb,
hogy egy szűk lukkal pontszerű fényt nem lehet pontszerűre leképezni.
Helyette ilyen gyűrűs izé, vagyis elhajlási korong, illetve körülötte a diffrakciós ábra jön létre. 

Meglepő volt, hogy a piros gyűrűk alig valamivel nagyobbak a zöldnél,
valószínűleg szűkebb lukkal észlelhetőbb lenne.
Mivel nincs jelentősége, aki akar, számoljon utána,
2 méterről mekkora gyűrűknek kellett volna kialakulni, és az
mennyire vág össze a fenti képpel.

A piros lézer gyengébb teljesítményű ugyan, de a másod-harmadlagos erősítés vonalai még kivehetőek.

Az ábráról sajnos nem derül ki, hogy különböző hullámhosszhoz más-más Airy Disk-méret, vagyis elhajlási korong dukál, szűkebb luk, vagy nagyobb távolság talán jobban megmutatná a különbséget. Ezért az is valószínű, hogy értelmetlen mindent kék szűrővel fotózni a diffrakciós határ leszorítása érdekében.

Viszont az jól látszik, hogy a lukkamera ideális lukmérete miért nem lehet végtelenül kicsi, illetve, hogy általában a lencsék rajza miért nem javul a rekeszeléssel. Na, pont erről lesz szó, csak hosszú volt a felvezető. 

Az objektíveim távol állnak az ideális lencsétől, aminek csak a diffrakció szabhat határt, de azért mégiscsak megnézzük, nagyjából hol van ez a határ, vagyis honnan kezdjük érezni a diffrakció negatív hatását a képen.  Definíciók szerint onnantól, ahogy az elhajlási korong mérete meghaladja a pixel méretét, vagy a CoC limitet. Értelemszerűen finomabb részleteket, mint az elhajlási korong, nem fényképezhetünk a legdrágább géppel sem.  

A Cambridge in colours szerint a diffrakció akkor válik érzékelhetővé a képen, ha az AD mérete 2-3 pixel méretét meghaladja (demozaik meg társai miatt). A fotózható fény hullámhossza nagyjából adott, bár azért megtoldható, a fényképezőgép felbontása  szintén (23,6mm - 4288px tehát 1px = 0,0055mm), lássuk a műszer mit mutat.

Forrás: Cambridge in Colour. Kameraadatok: D5000.
Azért azt vegyük észre, hogy a Cambridge számításai szerinti D5000 pixelmérete
és a CoClimit mennyire összevágnak Grimpix saját számításaival :)

Nagyszerűen látszik, hogy a D5000-el, f/11 esetén, a keletkezett Airy Disk mérete még alatta van a CoC limitnek (14,7 mikron), illetve a háromszoros pixelméretnek. Alleluja! Sajnos f/16-tól kezdve (21,3 mikron) a helyzet fokozatosan romlani kezd. Tehát ideális lencse esetén itt volna a határ. Mondanám, hogy többé sose rekeszelek f/11 alá, de nyilván a 18-55mm alapobjektív korántsem ideális és kismillió egyéb tényező is lerontja a rajzosságot. Mindenesetre egy támpont, amit adott esetben érdemes kihasználni. 

Egy kompakt parányi lapkája akár f/5,6-nál is elérheti a határt (bár az is igaz, hogy a kompaktot nem nagyon kell rekeszelni a nagyobb mélységélességért), ilyen szempontból a fullframe előnye elvitathatatlan. 

A Cambridge is megemlíti, hogy a fenti fejtegetés semmilyen körülmények között nem tekinthető pontosnak, hiszen a pixelek effektív érzékelői nem teljesen töltik ki a rájuk eső területet (a mikrólencse hatékonysága, stb.), az effektív pixelek száma is megtévesztő lehet a lapka méretéhez viszonyítva (nem kihasznált pixelek a széleken), a pixelek alakja, és főleg a kiolvasás/feldolgozás együttesen határozzák meg az eredményt. 

Érdekesség, hogy különböző gyújtótávolságnál a rekeszek átmérőmérete bár változik, vagyis az f/11 tágabb egy teleobjektíven, mint egy nagylátószögön, mégis az elhajlási korong mérete nem függ a gyújtótávolságtól, mert az elhajlott fény hosszabb utat is tesz meg a teleobjektív tubusában. Ezt az állítást talán később leellenőrizzük.

35mm-en f5,6-32 között így változik a képminőség.  Bal felső f5,6, jobb alsó f32

Ha eddig egyetlen linkre sem voltál kíváncsi, akkor erre se kattints, helyette inkább ezt skubizzad :)