Wie weit reicht Beugung?

[Gast_430858]

Bild1 wurde mit Blende 7,1 gemacht, Bild2 mit Blende 22. Beide Bilder wurden gleich belichtet mit gleicher ISO 400. JPEG direkt aus der Kamera, ausgeschnitten auf 320*240.

Bild2 zeigt nicht nur deutliche Beugungsunschaerfen, sondern wirkt insgesamt "heller'' als Bild1. Im Grunde sind es Gegenlichtaufnahmen, denn das Weisse im Bild ist Himmel. Nun meine Frage:

Kann es sein, dass die Beugung des Himmelslichts fuer die Helligkeit von Bild2 verantwortlich ist?


Gruesse,
Paul

 

[whr_]

Der Saum an der Kante wird noch eine Wirkung von Beugung sein, so ein Airy-Scheibchen hat ja Ringe drumherum, deren Amplituden nicht so schnell abfallen (Gegenmaßnahme wäre Apodisation).

Aber das hellere Dreieck rechts oben hat andere Ursachen. Beim Abblenden ändern sich ja auch die Verhältnisse Nutzlicht zu Streulicht, und offenbar ist stark abgeblendet dieses Objektiv in dieser Situation stärker streulichtempfindlich.

 

[burkhard2]

Kann es sein, dass die Beugung des Himmelslichts fuer die Helligkeit von Bild2 verantwortlich ist?

Möglich ist es, kommt darauf an, um wie viel der Himmel überbelichtet ist. Man muss sich ja nur mal Fotos mit Blendensternen anschauen, da sieht man ja, wie weit Beugung in der Praxis reichen kann, wenn die Lichtquelle nur genügend überbelichtet ist.

Wenn die Blende nicht ganz kreisförmig ist (hat man bei Blende 22 ja selten), kann man i.d.R. bei Beugung aber irgendeine Form von "Strahlen" sehen – in deinem Beispielbild finde ich da nichts. Weit weg vom Himmel sollte außerdem der Unterschied geringer ausfallen als nah dran.

Andererseits beträgt der Belichtungsunterschied nur ca. 20 %, das kann auch einfach eine Abweichung des Blendenwertes vom Sollwert sein, 1/3 Blende ist da nicht unnormal.

L.G.

Burkhard.

 

[whr_]

Wenn die Blende nicht ganz kreisförmig ist (hat man bei Blende 22 ja selten), kann man i.d.R. bei Beugung aber irgendeine Form von "Strahlen" sehen

Bei punktförmigen bzw. sehr kleinflächigen Lichtquellen.

 

[Mi67]

Bei punktförmigen bzw. sehr kleinflächigen Lichtquellen.

... während es bei flächigeren Spitzlichtern, wie dem stark überbelichteten Himmel zum Schleier wird.

 

[Gast_430858]

Danke fuer Eure Einschaetzungen!

Aufgrund anderer Vergleichsbilder kann ich Belichtungsfehler einigermassen sicher ausschliessen.

Bleiben noch "weitreichende Beugung" oder "Streulicht" (z.B. einfallendes Licht wird von der Blende und anschliessend von den vorderen Linsen reflektiert) als moegliche Ursachen fuer die Helligkeit von Bild2.


Gruesse,
Paul

 

[Mi67]

Bleiben noch "weitreichende Beugung" oder "Streulicht" (z.B. einfallendes Licht wird von der Blende und anschliessend von den vorderen Linsen reflektiert) als moegliche Ursachen fuer die Helligkeit von Bild2.

Streulicht, welches in vorderen Objektivanteilen entsteht, wird als "vagabundierendes Licht" bei eng geschlossene Blende nicht mehr bis zum Sensor gelangen. I.a.W.: wenn überhaupt, dann müsste also vermehrt Streulicht hinter der Blende entstehen - kein sonderlich plausibles Szenario.

 

[Gast_430858]

Streulicht, welches in vorderen Objektivanteilen entsteht, wird als "vagabundierendes Licht" bei eng geschlossene Blende nicht mehr bis zum Sensor gelangen. I.a.W.: wenn überhaupt, dann müsste also vermehrt Streulicht hinter der Blende entstehen - kein sonderlich plausibles Szenario.

Vielleicht hast du Recht. Ich hab mal zum Vergleich Bilder mit Blende 5,6 und Blende 64 gemacht. Blende 64 wurde durch eine Vorsatzblende erreicht, die eigentlich nicht viel Streulicht in das Objektiv lassen sollte. Fuer absolut gleiche Belichtung kann ich dabei nicht garantieren.


Gruesse,
Paul

 

[01af]

Je kleiner die Blendenöffnung, desto größer die relativen Ungenauigkeiten. Eine Blendenmechanik hält ihre Nennwerte niemals 100%ig exakt ein – und die Abweichungen sind umso größer, je stärker abgeblendet wird.

Aus geringfügigen Helligkeitsabweichungen von Aufnahmen mit verschiedenen Blenden, aber nominell gleicher Belichtung auf irgendwelche angeblichen Eigenschaften der Beugung zu schließen, wäre etwa ebenso sinnvoll wie zum Beispiel beim Autofahren von dem lauteren Motorgeräusch bei schnellerem Fahren auf irgendwelche relativistischen Dopplereffekte schließen zu wollen

 

[Gast_430858]

AW: Re: Wie weit reicht Beugung?

Aus geringfügigen Helligkeitsabweichungen von Aufnahmen mit verschiedenen Blenden, aber nominell gleicher Belichtung auf irgendwelche angeblichen Eigenschaften der Beugung zu schließen....

Das wird hier eigentlich nicht gemacht.

Die Frage

"Kann es sein, dass die Beugung des Himmelslichts fuer die Helligkeit von Bild2 verantwortlich ist?"

zielt in die andere Richtung (also nicht "weil das Bild so aussieht, muss die Beugung weitreichend sein" sondern "weil die Beugung weitreichend ist, koennte das Bild so aussehen") und wurde bereits von Leuten, die sich intensiv mit Beugung befasst haben, serioes beantwortet.


Gruesse,
Paul

 

[Maximus]

Die Beugung an einer Kreisblende fällt nach außen hin extrem schnell ab.

Die Intensität des Beugungbildes einer Kreisblende gibt es hier:
http://en.wikipedia.org/wiki/Airy_disk#/media/File:Airy-3d.svg

Ich hab das ganze mal mit einem kleinen Python-Slript probiert.

Einmal Schachbrett ohne Beugung, einmal mit Airy-Scheibchen gefaltet, und noch das Airy-Scheibchen geplottet:

 

[Mi67]

Die Beugung an einer Kreisblende fällt nach außen hin extrem schnell ab.

Wurde doch schon geschrieben: wenn die Kontraste hinlänglich hoch sind (Spitzlicht bzw. Belichtung auf Schatten), wird nicht nur das 0. Maximum der airy disk relevant, sondern auch die Nebenmaxima.

Gehe mal mit einem hohen (10-12 Blendenstufen), aber definierten Kontrast (z.B. 100:125.000 - 100:500.000) und Fließkomma-Variablen in die Rechnung und gib´ das Ergebnis dann mit Skalierung von 0-255 aus.

 

[Gast_430858]

Die Beugung an einer Kreisblende fällt nach außen hin extrem schnell ab.

Wie schnell eigentlich?

Einmal Schachbrett ohne Beugung, einmal mit Airy-Scheibchen gefaltet, und noch das Airy-Scheibchen geplottet:

Schoen! Interessant waere auch noch ein Vergleich mit hoeherem Kontrast (wie hoch ist der ungefaehr?) und/oder unter Einbezug von ein paar Ringen.


Gruesse,
Paul

 

[burkhard2]

Einmal Schachbrett ohne Beugung, einmal mit Airy-Scheibchen gefaltet, und noch das Airy-Scheibchen geplottet:

Kann das sein, dass du bei deinem Bild Gamma=1 verwendet hast? Das erste Nebenmaximum der Airy-Scheibe hat bei mir einen Wert von ≈ 0,0175 des Hauptmaximums. Mit der sRGB-Gamma-Kurve müsste also ein Grauwert von ≈ 36 herauskommen, beim 2. Nebenmaximum ≈ 13, beim 4. noch 3. Das 4. Nebenmaximum sollte also auf jeden Fall noch sichtbar sein, bei gut eingestelltem Monitor und korrekter Rundung auch noch das 5. und 6. Bei 14 LW Dynamikumfang eines Raw wäre erst das 10. Nebenmaximum nicht mehr sichtbar.

In der Praxis kommt noch hinzu, dass der Himmel normalerweise heller ist als das Maximum, das das Bild darstellen kann (ist er 10mal heller, dann erhöhen sich die sRGB-Werte um einen Faktor ≈2,5).

Bei einer eckigen Blende sind die Nebenmaxima noch stärker ausgeprägt.

L.G.

Burkhard.

 

[01af]

Wenn man nur einen Hammer hat, sieht alles aus wie ein Nagel.
— Alte Heimwerkerweisheit

Leute, jetzt hört doch endlich einmal mit diesem Beugungs-Blödsinn auf! Nur weil ihr schon einmal etwas über Beugung gehört habt, kann noch lange nicht jeder optische Effekt mit dieser erklärt werden. Das wäre etwa so, als wollte die Tatsache, daß die Blätter im Herbst von den Bäumen fallen, im Sommer aber nicht, mit jahreszeitlich schwankenden Gravitationswellen erklären

Der eingangs gezeigte Effekt – also daß bei kleinen Blenden dunkle Bildpartien generell heller erscheinen als sie sollten – ist auf alles mögliche zurückzuführen, aber gewiß nicht auf Beugung. Vielleicht läßt die Präzision der Blendenmechanik bei kleinster Blende zu wünschen übrig. Oder die Belichtungssteuerung war ungenau. Oder das Streulicht im Objektiv nimmt bei kleinen Blenden überhand. Oder was weiß ich ...

 

[Mi67]

AW: Re: Wie weit reicht Beugung?

Der eingangs gezeigte Effekt – also daß bei kleinen Blenden dunkle Bildpartien generell heller erscheinen als sie sollten – ist auf alles mögliche zurückzuführen, aber gewiß nicht auf Beugung. ...

Hmm ...
http://marketplace.idexop.com/store/SupportDocuments/Diffraction_EffectsWEB.pdf
(letzte Seite)

Eine gut gerechnete Simulation würde es klären.

 

[01af]

Hmm ... http://marketplace.idexop.com/store/SupportDocuments/Diffraction_EffectsWEB.pdf (letzte Seite).

Na eben

Eine gut gerechnete Simulation würde es klären.

Was gibt's da noch zu klären?

 

[Steffen Rentsch]

AW: Re: Wie weit reicht Beugung?

Wenn man sich die "Lichtersterne" bei stark geschlossenen Blenden mal etwas aufmerksamer ansieht - so sieht man, dass die Form durch winkelartig verdrehte Interferenzmuster jenseits der Blendenlamellen entsteht. Ungerade Lamellenanzahl erzeugt doppelt so viele Spitzen am Stern wie gerade.

Bei Kompaktkameras können diese Interferenzmuster das ganze Bild verschleiern - man sieht es durch das weicher werden der 100 % Ansicht - daher sollten sie möglichst offenblendig betrieben werden, um den Beugungseffekt im Zaum zu halten.

Die sogenannte Beugungsunschärfe ist eine Folge der Doppeleigenschaft des Lichtes als Teilchen und Welle zugleich. Die Wellen sind die Ursache für die Interferenzmuster, deren Intensität und Reichweite mit der Enge der Blendenöffung steigt (vgl. Spaltexperiment)

LG Steffen

 

[Mi67]

AW: Re: Wie weit reicht Beugung?

Was gibt's da noch zu klären?

Alles!

Die meisten reden und rechnen, wenn sie an Beugung denken, nur über die Detail-Unschärfe durch Verbreiterung des Hauptmaximums (Max. 0-ter Ordnung). In diesem Hauptmaximum sitzen aber selbst bei ideal kreisrunder Blende nur knapp 84% der Energie. Die verbleibenden 16% landen in den Nebenmaxima, deren Position weiter vom zentralen Fokus entfernt ist und deren Stärke und Position auch durch die nicht-Rundheit der Blende mitbestimmt ist.

Bei einem Spitzlicht (Laterne) und nicht exakt kreisrunder Blende sieht man ja, wie weit die "Blendensterne" ziehen. Das können je nach Blende und Ausmaß der Überstrahlung *im Spitzlicht* gut mal 10% der Bildhöhe sein. So weit kann also auch eine Beugungs-bedingte Aufhellung reichen, die von einer überbelichteten Bildkante ihren Ursprung nimmt! Aufgrund der flächigen Überstrahlung ist das zwar nicht mehr als Blendenstern erkennbar, aber die Wirkungsbreite ist vergleichbar mit den Blendensternen.

http://neunzehn72.de/blendensterne-wie-bekommt-man-den-sterneffekt-bei-nachtaufnahmen/

 

[Gast_430858]

AW: Re: Wie weit reicht Beugung?

Eine gut gerechnete Simulation würde es klären.

Meiner Meinung nach koennte man bei einer Simulation/Rechnung ohne Hemmungen von quadratischen Blenden ausgehen. Damit laesst sich wesentlich leichter rechnen, aehnlich wie bei der Beugung am Spalt in der oben verlinkten Tabelle (letzte Seite).

Leider habe ich bei den Bildern vorher nicht den Kontrast gemessen. Ich wuerde den mal auf 5-6 Blenden schaetzen. Nach einer ersten "Hochrechnung" hat whr_ in Beitrag 2 Recht. Mit Beugung alleine laesst sich die Helligkeit von Bild2 wohl nicht erklaeren. Sie sollte nur etwa 20 Pixel weit reichen.


Gruesse,
Paul