Почему отверстие в камере-обскуре обычно круглое?

Из статьи Википедии о камере-обскуре ,

Лучшая дырка — идеально круглая ( поскольку неровности вызывают дифракционные эффекты высшего порядка ) и сделана из очень тонкого куска материала. Промышленно производимые пинхолы выигрывают от лазерной гравировки, но любитель по-прежнему может делать пинхолы достаточно высокого качества для фотографических работ.

Существует теоретически оптимальный размер апертуры пинхола. С геометрической точки зрения, чем меньше апертура точечного отверстия, тем четче будет полученное изображение, но это верно только до определенного момента. Меньше этого размера резкость изображения ограничивается дифракцией . Волнообразное поведение света, взаимодействующего со стенками апертуры, создает свою собственную интерференционную картину, и при дифракционно-ограниченном размере апертуры (или за его пределами) это доминирует над четкостью изображения.

Круг — единственная фигура с постоянной кривизной. Любая другая форма будет иметь либо более крутые изгибы, либо более близкие края, чем круг. Если вы строго поддерживаете минимальную кривизну и расстояние до края, но ни одно из них не является постоянным, то по определению у вас есть часть формы, которая больше, чем должна быть. Таким образом, круг является оптимальной формой, чтобы сбалансировать стремление к меньшей апертуре (для целей четкости изображения) с нижним пределом размера апертуры из-за дифракционных ограничений.

Отверстие отбрасывает (проецирует) крошечные круги изображения на заднюю стенку камеры. Это также место, где мы размещаем светочувствительный материал, чтобы мы могли воспроизвести это изображение на пленке или бумаге или, возможно, даже оцифровать его. Чтобы изображение выглядело четким, круги изображения должны быть настолько маленькими, чтобы они выглядели как точки без видимой формы. Критерии: диаметр ½ мм при нормальном расстоянии чтения 14–16 дюймов (355–400 мм).

Теперь изображение, создаваемое отверстием для булавки, довольно слабое. У вас возникнет соблазн увеличить отверстие, чтобы получить яркость изображения. По мере увеличения отверстия кружки изображения увеличиваются, что ухудшает резкость изображения.

Точно так же у вас может возникнуть соблазн уменьшить диаметр точечного отверстия, чтобы получить дополнительную остроту зрения. По мере того, как отверстие сужается, изображение тускнеет, а резкость увеличивается до определенной степени. Вскоре демоны-близнецы дифракции и интерференции берут свое. Дифракция - это краевой эффект, лучи света, встречающиеся с острым краем, не останавливаются резко, они сливаются в беспрепятственные лучи вблизи границ препятствия (граница точечного отверстия). Помехи также возникают на краю границы. Это и аннулирование, и усиление световых лучей. Эти два явления совместно ответственны за потерю остроты зрения при сжатии точечного отверстия.

Столкнувшись с этими демонами-близнецами, лучше всего, если береговая линия отверстия для булавки будет как можно короче. Это будет геометрическая фигура, правильная и максимально уплотненная, иначе говоря, круглое отверстие.

Добавлю, что линзы заменяют точечным отверстием для увеличения остроты зрения. В большинстве случаев апертура, которую они имеют, также связана с теми же причинами, что и выше. Однако в наше время фоны не в фокусе считаются привлекательными. Они придают мягкий маслянистый вид, который особенно ценится для некоторых типов портретной живописи. Этот эффект на жаргоне фотографии называется боке (японское слово, обозначающее этот эффект). Если форму апертуры объектива изменить на 5- или 6-гранную фигуру или дать заостренные придатки, боке усилится, и некоторым это очень нравится.

Прежде всего, я собираюсь быть практичным. Вот пример инструмента для заточки.

Хороший способ получить острый кончик — делать круговые вращения во время заточки карандаша. Не только при использовании точилки для карандашей, вы также можете вращать карандаш во время рисования на бумаге, чтобы получить очень тонкий кончик.

Давайте рассмотрим другие формы.

Я преувеличиваю форму эллипса, но очевидно, что в данном случае эллипс имеет большую площадь, чем круг. Инструмент, создавший эту форму, можно было дополнительно заточить, совершая круговые движения.

А теперь давайте ответим на вторую часть вопроса

Я не вижу связи между формой отверстия и формированием изображения.

Изображение, создаваемое пинхолом, не является идеально четким. Он имеет небольшое размытие из-за того, что несколько лучей не попадают в одно и то же место.

Но если вы используете некруглую форму, например, эллипс, вы теперь вводите другой тип размытия, астигматизм, который представляет собой размытие под тем же углом, что и форма эллипса.

И, наконец, формы, которые в какой-то момент имеют острые углы, делают эти углы восприимчивыми к созданию интерференционных картин из-за дифракции света.