회절은 카메라가 가질 수 있는 메가픽셀 수에 관계없이 사진의 전체 해상도를 제한하는 광학 효과입니다. 작은 개구부(예: 카메라 조리개)를 통과할 때 빛이 분산되거나 "디프랙트"되기 때문에 발생합니다. 이 효과는 일반적으로 무시할 수 있습니다., 작은 조리개는 종종 렌즈 수차를최소화 하 여 선명도 향상 하기 때문에. 그러나 충분히 작은 조리개에 대해 이 전략은 비생산적입니다 . 이 제한을 알면 세부 사항을 최대화하고 불필요하게 긴 노출 또는 높은 ISO 속도를 피할 수 있습니다.
배경
작은 조리개를 통과하는 광선은 서로 갈라지고 방해하기 시작합니다. 이는 조리개 크기가 통과하는 빛의 파장에 비해 감소함에 따라 더욱 중요해지지만, 조리개 또는 농축광원에 대해 어느 정도 발생한다.
서로 다른 거리를 이동하기 때문에, 일부는 단계적으로 이동하고 서로 간섭하기 시작 - 일부 장소에 추가하고 부분적으로 또는 완전히 다른 곳에서 취소. 이 간섭은 광파의 진폭이 추가되는 피크 강도와 함께 회절 패턴을 생성하고, 그들이 빼는 빛은 적습니다. 한 줄의 각 위치에 도달하는 빛의 강도를 측정하는 경우 측정값은 아래와 유사한 대역으로 나타납니다.
회절 패턴
이상적인 원형 조리개를 위해 2D 회절 패턴은 발견자 조지 에어리(George Airy)의 후 "통풍이 좋은 디스크"라고 합니다. 통풍이 좋은 디스크의 너비는 광학 시스템의 이론적 최대 해상도(첫 번째 다크 서클의 직경으로 정의)를 정의하는 데 사용됩니다.
에어리 디스크
에어리 디스크
공기가 통하는 디스크의 중앙 피크의 직경이 카메라의 픽셀 크기(또는 최대 견딜수 있는 혼란 원)에 비해 커지면 이미지에 시각적인 영향을 미치기 시작합니다. 통풍이 잘 되는 디스크 두 개가 너비의 절반보다 가까워지면 더 이상 해결할 수 없습니다(레일리 기준).
간신히 해결됨
더 이상 해결되지 않습니다.
따라서 회절은 메가픽셀 수 또는 필름 형식의 크기와 는 별개로 기본 해상도 제한을 설정합니다. 그것은 단지 렌즈의 f 수에 따라 달라집니다, 그리고 이미지되는 빛의 파장에. 사진에서 가장 작은 이론적 "픽셀"이라고 생각할 수 있습니다. 또한 회절의 개시는 점진적입니다. 해상도를 제한하기 전에 통풍이 좋은 디스크가 부분적으로 겹쳐져 소규모 대비를 줄일 수 있습니다.
시각적 예: 조리개 VS. 픽셀 크기
통풍이 좋은 디스크의 크기는 주로 픽셀 크기 컨텍스트에서 유용합니다. 다음 대화형 도구는 여러 카메라 모델의 픽셀 크기에 비해 단일 통풍 디스크를 보여 주습니다.
참고: 통풍이 잘 되는 디스크 위의 지름보다 좁게 나타납니다(표시되는 내부 밝은 영역 대신 첫 번째 최소값에 도달하는 위치에 의해 정의되므로).
센서의 안티 앨리어싱 필터(및 위의 레일리 기준)의 결과로, 공갈디스크는 회절이 해상도를 제한하기 전에 약 2-3픽셀의 직경을 가질 수 있습니다(그렇지 않으면 완벽한 렌즈를 가정함). 그러나 회절은 이 직경에 도달하기 전에 시각적으로 영향을 미칠 수 있습니다.
두 가지 예로, 캐논 EOS 20D는 f/11 주위에서 회절을 표시하기 시작하는 반면 캐논 PowerShot G6은 약 f/5.6에서만 효과를 나타내기 시작합니다. 한편, 캐논 G6은 동일한 시야 심도를 달성하기 위해 20D만큼 작은 조리개를 필요로 하지 않습니다(센서 크기가훨씬 작기 때문에).
통풍이 좋은 디스크의 크기는 빛의 파장에 따라 달라지므로 각각 3가지 기본 색상은 다른 조리개에서 회절 한계에 도달합니다. 위의 계산은 가시 스펙트럼(~550nm)의 중간에 있는 빛을 가정합니다. 일반적인 디지털 SLR 카메라는 450nm에서 680nm의 파장으로 빛을 캡처할 수 있으므로 기껏해야 공기디스크의 직경은 위의 크기(순수한 청색광)를 가질 수 있습니다.
또 다른 합병증은 바이엘 어레이를 사용하는 센서가 픽셀의 두 배를 빨간색 또는 청색 광으로 녹색으로 할당한 다음 이러한 색상을 보간하여 최종 풀 컬러 이미지를 생성한다는 것입니다. 즉, 회절 제한이 해결되면 첫 번째 징후는 녹색 및 픽셀 수준 광도에서 해상도가 손실됩니다. 청색광은 회절로 인한 해상도를 줄이기 위해 가장 작은 조리개(가장 높은 f-stop)가 필요합니다.
기타 기술 노트:
물리적 픽셀은 실제로 센서 영역의 100%를 차지하지 않고 그 사이에 간격이 있습니다. 이 계산은 마이크로 렌즈가 이러한 간격을 무시할 수 있다고 가정합니다.
일부 카메라에는 약간 직사각형인 픽셀이 있으며, 이 경우 회절은 다른 쪽보다 한 방향으로 해상도를 더 줄입니다.
위의 차트는 조리개를 원형(일반적인 근사치)으로 근사하지만 실제로는 5-8면의 다각형입니다.
픽셀 영역에 대한 계산은 이러한 것들이 각 센서의 가장자리까지 확장되고 모두 최종 이미지에 기여한다고 가정합니다. 실제로 카메라 제조업체는 센서 의 가장자리 주위에 일부 픽셀을 사용하지 않습니다. 모든 제조업체가 사용되지 않는 픽셀과 사용되지 않는 픽셀 수를 지정하지는 않으므로 총 센서 영역의 일부를 계산할 때 사용된 픽셀만 고려되었습니다. 위의 픽셀 크기는 측정된 경우보다 약간 큽지만 5% 이상입니다.
어떻게 생겼는지
위의 다이어그램은 회절의 개념을 느낄 수 있지만 실제 사진만이 시각적 효과를 보여줄 수 있습니다. 다음 일련의 이미지는 캐논 EOS 20D에서 촬영되었으며, 일반적으로 약 f/11을 넘어 회절에서 연화되는 것을 나타낸다. 각 f-번호 위로 마우스를 이동하여 이러한 세부 정보가 어떻게 영향을 미치는지 확인합니다.
에어디스크부분 중복
직물의 대부분의 선이 f/11에서 여전히 해결되지만 소규모 대비 또는 표식(특히 패브릭 라인이 매우 가까운 경우)이 약간 낮습니다. 이는 통풍이 좋은 디스크가 부분적으로만 겹치기 때문이며, 이는 오른쪽에 표시된 대로 흑백 통풍 디스크를 번갈아 가며 인접한 행에 미치는 영향과 유사합니다. f/22에 의해, 거의 모든 잔주름이 이 세부 사항보다 더 크기 때문에 부드럽게 되었습니다.
회절 제한 계산
아래 양식은 통풍이 좋은 디스크의 크기를 계산하고 카메라가 회절이 제한되었는지 여부를 평가합니다. "고급 표시"를 클릭하여 CoC(혼동의 사용자 지정 원)를 정의하거나 픽셀 크기의 영향을 확인합니다.
회절 제한 계산기
고급 표시hide advanced
Megapixels
Set circle of confusion* based on pixels?
참고: CF = "자르기 계수"(일반적으로 초점 거리 승수라고 함); 사각형 픽셀, 컴팩트 디지털의 경우 4:3 종횡비, SLR의 경우 3:2를 가정합니다. *계산기는 카메라 센서가 일반적인 바이엘 어레이를 사용한다고 가정합니다.
이 계산기는 공기가 잘 통하는 디스크의 직경이 한 쪽 발에서 본 8x10 인치 인쇄에서 일반적으로 해결할 수 있는 것을 초과할 때 카메라가 회절이 제한된 것으로 카메라를 보여줍니다. "고급 표시"를 클릭하여 이 제한에 도달하기 위한 기준을 변경합니다. "픽셀에 기반한 혼동 설정" 확인란은 회절이 100% 배율로 컴퓨터에서 표시될 수 있는 시기를 나타냅니다. 각 입력 설정에 대한 자세한 설명은 필드 계산기의 깊이도참조하십시오.
실제로 회절 제한이 반드시 갑작스러운 변화를 가져오는 것은 아닙니다. 실제로 회절이 표시되고 표시되지 않는 시점 사이에 점진적인 전환이 있습니다. 또한 이 제한은 완벽한 렌즈를 사용할 때 가장 좋은 시나리오일 뿐입니다. 실제 결과는 다를 수 있습니다.
사진에서 실제 사용에 대한 참고 사항
카메라 시스템이 회절 한계에 가깝거나 지나도 초점 정확도, 모션 블러 및 불완전한 렌즈와 같은 다른 요인이 더 중요할 수 있습니다. 따라서 회절은 튼튼한 삼각대, 미러 잠금 및 매우 높은 품질의 렌즈를 사용할 때만 총 선명도를 제한합니다.
필드 깊이 밖에서 선명도를 대가로 초점 비행기에서 선명도를 희생하려는 경우 일부 회절은 종종 괜찮습니다. 대안적으로, 흐르는 물로 모션 블러를 유도하는 것과 같은 충분히 긴 노출을 달성하기 위해 매우 작은 조리개가 필요할 수 있다. 즉, 회절은 노이즈(ISO) 대 셔터 속도와 같은 다른 절충안의 균형을 맞추는 방법과 유사하게 노출 설정을 선택할 때 알아야 할 사항일 뿐입니다.
이것은 매우 작은 조리개가 부드러운 이미지를 생성하더라도 "더 큰 조리개가 더 낫다"고 생각하게해서는 안됩니다. 대부분의 렌즈는 넓은 오픈(사용 가능한 가장 큰 조리개)을 사용할 때 매우 부드럽습니다. 카메라 시스템은 일반적으로 가장 크고 가장 작은 설정 사이에 최적의 조리개를 가지고 있습니다. 대부분의 렌즈의 경우 최적의 선명도가 회절 제한에 가깝지만 일부 렌즈에서는 회절 제한 이전에 발생할 수도 있습니다. 이러한 계산은 회절이 중요해지는 경우에만 표시되며, 반드시 최적의 선명도의 위치가 아닙니다(카메라렌즈 품질 참조: MTF, 해상도 및 대비 가 용).
작은 픽셀은 어떻게 든 더 나쁜? 반드시. 회절 한도(큰 픽셀)에 도달했다고 해서 이미지가 더 작은 픽셀을 사용한 경우(한계를 초과한 경우)보다 이미지가 더 나쁘다는 것을 의미하지는 않습니다. 두 시나리오 모두 여전히 동일한 총 해상도를 가지고 있습니다(작은 픽셀이 더 큰 파일을 생성하더라도). 그러나 픽셀이 작은 카메라는 아티팩트(예: 색상 moiré 및 별칭)로 사진을 렌더링합니다. 픽셀이 작을수록 더 큰 조리개를 사용할 수 있는 경우(예: 필드 깊이가 얕을 수 있는 경우)를 사용하면 더 높은 해상도를 얻을 수 있기 때문에 더 창의적인 유연성을 제공합니다. 반면, 노이즈 및 동적 범위와 같은 다른 요인을 고려할 때 "작은 픽셀 대 큰" 픽셀 논쟁은 더욱 복잡해집니다...
기술 참고: 초점 길이의 독립성 조리개 물리적 크기는 망원 렌즈의 경우 더 크기 때문에(f/4직경은 200mm이지만 직경은 100mm에 불과함) 통풍이 좋은 디스크가 작아지지 않는 이유는 무엇입니까? 초점 거리가 길어지면 카메라 센서에 닿기 전에 빛이 더 멀리 이동하여 공기가 많은 디스크가 계속 갈라질 수 있는 거리가 증가하기 때문입니다. 따라서 더 큰 조리개와 더 긴 초점 길이의 경쟁 효과는 취소되므로 f-번호만 중요(조리개 크기에 비해 초점 거리 설명)만 남습니다.