Warum ist das Loch in einer Lochkamera normalerweise ein Kreis?

Ich weiß, dass bei Lochkameras und Camera Obscuras die Löcher normalerweise rund sind (sie sind kreisförmig). Aber ich sehe keinen Zusammenhang zwischen der Form des Lochs und der Bildung des Bildes.

Aus Wikipedia's Artikel über Lochkameras ,

Die beste Lochblende ist perfekt rund ( da Unregelmäßigkeiten Beugungseffekte höherer Ordnung verursachen ) und befindet sich in einem extrem dünnen Materialstück. Industriell hergestellte Nadellöcher profitieren vom Laserätzen, ein Bastler kann jedoch immer noch Nadellöcher von ausreichend hoher Qualität für fotografische Arbeiten herstellen.

Es gibt eine theoretisch optimale Größe für eine Lochblende . Aus geometrischer Sicht ist das erzeugte Bild umso schärfer, je kleiner die Lochblende ist - dies gilt jedoch nur für einen bestimmten Punkt. Kleiner als diese Größe, wird die Bildschärfe durch Beugung begrenzt . Das wellenartige Verhalten des mit den Aperturwänden wechselwirkenden Lichts erzeugt ein eigenes Interferenzmuster, und bei (oder darüber hinaus) der beugungsbegrenzten Aperturgröße dominiert dies die Bildschärfe.

Ein Kreis ist die einzige Form mit konstanter Krümmung. Jede andere Form hat entweder engere Kurven oder engere Kanten als ein Kreis. Wenn Sie die minimale Krümmung und den minimalen Kantenabstand genau einhalten, aber keine konstant sind, haben Sie per Definition einen Teil der Form, der größer ist, als er sein muss. Somit ist ein Kreis die optimale Form, um den Wunsch nach einer kleineren Apertur (zum Zwecke der Bildklarheit) mit einer unteren Grenze für die Aperturgröße aufgrund von Beugungsbeschränkungen auszugleichen.

Das Nadelloch wirft (projiziert) winzige Bildkreise auf die Rückwand der Kamera. Dies ist auch der Ort, an dem wir fotoempfindliches Material positionieren, damit wir dieses Bild auf Film oder Papier reproduzieren oder vielleicht sogar digitalisieren können. Damit das Bild scharf erscheint, müssen die Bildkreise so klein sein, dass sie als Punkte ohne erkennbare Form erscheinen. Die Kriterien: ½ mm Durchmesser aus normaler Lesedistanz 14 - 16 Zoll (355 - 400 mm).

Jetzt ist das Bild, das das Loch wirft, sehr schwach. Sie wären versucht, die Lochblende zu vergrößern, um die Bildhelligkeit zu erhöhen. Wenn Sie die Lochblende vergrößern, vergrößern sich die Bildkreise, was die Bildschärfe beeinträchtigt.

Ebenso könnten Sie versucht sein, den Pin-Hole-Durchmesser zu verringern, um zusätzliche Schärfe zu erzielen. Wenn das Loch schrumpft, wird das Bild dunkler und die Schärfe bis zu einem gewissen Punkt gesteigert. Bald fordern die Zwillingsdämonen der Beugung und Störung ihren Tribut. Die Beugung ist ein Kanteneffekt. Lichtstrahlen, die auf eine scharfe Kante treffen, hören nicht abrupt auf, sondern werden in der Nähe der Grenzen des Hindernisses (Lochkante) zu ungehinderten Strahlen. Störungen treten auch an der Grenzkante auf. Dies ist sowohl eine Aufhebung als auch eine Verstärkung der Lichtstrahlen. Diese beiden Phänomene sind gemeinsam für einen Verlust der Sehschärfe verantwortlich, wenn das Nadelloch komprimiert wird.

Angesichts dieser Zwillingsdämonen ist es am besten, wenn die Küste des Nadellochs so kurz wie möglich ist. Dies wird eine geometrische Figur sein, die regelmäßig und so kompakt wie möglich ist, mit anderen Worten, eine kreisförmige Öffnung.

Lassen Sie mich hinzufügen, dass Linsen die Lochblende ersetzen, um die Schärfe zu erhöhen. In den meisten Fällen ist die Blende, die sie haben, auch ein Kreis aus den gleichen Gründen wie oben. In der heutigen Zeit gelten unscharfe Hintergründe jedoch als attraktiv. Sie fügen einen weichen, butterartigen Look hinzu, der besonders für einige Arten von Porträts geschätzt wird. Dieser Effekt ist im Fachjargon der Fotografie Bokeh (ein japanisches Wort für diesen Effekt). Wenn die Form der Objektivblende in eine 5 oder 6-seitige Form geändert wird oder wenn spitze Fortsätze verwendet werden, wird das Bokeh erhöht, und einige davon sind sehr ähnlich.

Zuallererst werde ich praktisch sein. Hier ist ein Beispiel für ein Schärfwerkzeug.

Eine gute Möglichkeit, eine scharfe Spitze zu haben, ist eine kreisförmige Drehung, während Sie einen Bleistift spitzen. Nicht nur mit dem Anspitzer, sondern Sie können den Stift auch drehen, während Sie auf Papier zeichnen, um eine sehr dünne Spitze zu erhalten.

Lassen Sie uns andere Formen erkunden.

Ich übertreibe die Form einer Ellipse, aber es ist offensichtlich, dass eine Ellipse in diesem Fall mehr Fläche als einen Kreis hat. Das Werkzeug, mit dem diese Form hergestellt wurde, konnte durch eine kreisförmige Bewegung weiter geschärft werden.

Aber lassen Sie uns jetzt den zweiten Teil der Frage beantworten

Ich sehe keinen Zusammenhang zwischen der Form des Lochs und der Bildung des Bildes.

Das von einer Lochblende erzeugte Bild ist nicht perfekt scharf. Es hat eine kleine Unschärfe, da mehrere Strahlen nicht genau den gleichen Punkt treffen.

Wenn Sie jedoch eine nicht kreisförmige Form, z. B. eine Ellipse, verwenden, führen Sie jetzt eine andere Art von Unschärfe ein, den Astigmatismus. Dabei handelt es sich um eine Unschärfe im selben Winkel wie die Form der Ellipse.

Und schließlich machen Formen mit spitzen Ecken diese Ecken anfällig für Interferenzmuster aufgrund von Lichtbeugung.