Визуальный пример: диафрагма и размер пикселя

Размер кружка рассеивания сам по себе полезен только в контексте глубины резкости и размера пикселя. Следующая интерактивная таблица показывает кружок рассеивания в матрице, которая отражает размер пикселя различных моделей камер (наведение курсора на название меняет матрицу).

	Диафрагма	Тип камеры	Размер пикселя
f/2.0	Canon EOS 1D	136 мкм2
f/2.8	Canon EOS 1Ds	77.6 мкм2
f/4.0	Canon EOS 1DMkII / 5D	67.1 мкм2
f/5.6	Nikon D70	61.1 мкм2
f/8.0	Canon EOS 10D	54.6 мкм2
f/11	Canon EOS 1DsMkII	52.0 мкм2
f/16	Canon EOS 20D / 350D	41.2 мкм2
f/22	Nikon D2X	30.9 мкм2
f/32	Canon PowerShot G6	5.46 мкм2

Вспомните, что сенсор цифровой камеры на базе матрицы Байера в каждом из пикселей получает только один из первичных цветов, а затем интерполирует эти цвета, чтобы получить итоговое полноцветное изображение. В результате работы сглаживающего фильтра сенсора (и вышеописанного критерия Рэлея) диск Эйри может иметь диаметр порядка двух пикселей, прежде чем дифракция начнёт оказывать визуальное влияние (предполагая идеальный в остальном объектив и просмотр в масштабе 100%).

В качестве двух примеров, Canon EOS 20D начнёт показывать дифракцию примерно при f/11, тогда как Canon PowerShot G6 (компактная камера) начнёт проявлять её эффекты уже при f/4.0-5.6. С другой стороны, Canon G6 не требует диафрагм настолько малых, как 20D, для получения аналогичной глубины резкости (для заданного угла обзора) в силу намного меньшего размера сенсора (подробнее об этом позже).

Поскольку размер диска Эйри зависит также от длины волны света, каждый из трёх первичных цветов достигнет своего дифракционного предела при разных отверстиях диафрагмы. Вышеприведенный расчёт принимает за длину волны света середину видимого спектра (~510 нм). Типичные цифровые зеркальные камеры способны зафиксировать свет с длинами волн от 450 до 680 нм, так что в лучшем случае диск Эйри будет иметь диаметр 80% от вышеприведенного размера (для чистого синего света).

Ещё одна сложность состоит в том, что матрица Байера отводит удвоенное число пикселей под зелёный цвет по сравнению с красным и синим. Это означает, что при достижении дифракционного предела в первую очередь произойдёт потеря разрешения в зелёном и в попиксельной яркости. Для потери разрешения в результате дифракции в синем потребуется минимальная диафрагма (максимальное число f-ступени).

Технические замечания:

· В действительности пиксели не занимают 100% площади сенсора цифровой камеры, между ними есть зазоры. Настоящий расчёт подразумевает, что микролинзы достаточно эффективны, так что эти зазоры можно игнорировать.

· Цифровые зеркальные камеры Nikon имеют пиксели прямоугольной формы, и следовательно, потеря разрешения в результате дифракции может быть более заметна в одном направлении. Этот эффект обычно визуально незаметен и сказывается толко при использовании высокоточных измерительных программ.

· Вышеприведенная таблица принимает за отверстие диафрагмы круг, хотя в действительности оно представляет из себя многоугольник, у которого 5-8 сторон (распространённое приближение).

· Наконец, расчёт площади пикселя подразумевает, что пиксели распространяются вплоть до границы каждого сенсора, и что все они вносят свой вклад в итоговое изображение. В действительности производители камер оставляют на границе каждого из сенсоров неиспользуемые пиксели. Поскольку не все производители предоставляют информацию о количестве используемых и неиспользуемых пикселей, в расчёт брались только используемые пиксели. Таким образом показанные выше размеры пикселей несколько больше настоящих (но не более, чем на 5% в худшем случае).

Как это выглядит

Вышеприведенные расчёты и диаграммы весьма полезны для получения представления о таком явлении, как дифракция, однако показать её визуальное влияние может показать только фотография из жизни. Следующая серия снимков сделана с помощью Canon EOS 20D, на котором дифракционный предел начинает сказываться, начиная с f/11 (как показано выше). Наведите курсор на каждую из f-ступеней и проследите изменения в текстуре ткани.

Без наложения дисков Эйри
Выберите диафрагму:	f/8.0	f/11	f/16	f/22		Частичное перекрытие дисков Эйри

Обратите внимание, как большинство линий ткани всё ещё различимы при f/11, но уже наблюдается снижение мелкодетального контраста или чёткости (в частности там, где полосы расположены очень близко). Происходит это вследствие частичного перекрытия дисков Эйри, аналогично тому, как эффект проявляется на смежных полосах чёрного и белого (как показано справа). При диафрагме f/22 практически все мелкие детали оказались размыты, поскольку кружок рассеивания превзошёл их по величине.