¿Por qué las fuentes de luz aparecen a veces como estrellas?

Este parece ser un hermoso ejemplo de difracción de Fraunhofer . Se debe a la naturaleza ondulatoria de la luz. El efecto depende de la longitud de onda (es decir, el color). Es más pronunciado cuando la luz brillante desde una distancia prácticamente infinita pasa a través de rendijas estrechas, lo que hace que la luz se propague perpendicularmente a las rendijas. Esto propaga un haz de luz en forma de punto en un par de rayas.

El uso de una pequeña abertura crea situaciones similares a hendiduras en las esquinas formadas por hojas adyacentes. Por lo tanto, cuando tiene una combinación de fuentes de luz monocromáticas, puntuales y relativamente intensas en la imagen y una apertura estrecha, debería ver una raya (del mismo color) que emana de los puntos en dos direcciones perpendiculares a las hojas. Cuando tu diafragma está formado por láminas rectas, esto hará que haya el doble devetas como cuchillas. Sin embargo, las vetas de las palas paralelas coincidirán. Por lo tanto, para un diafragma con un número impar de álabes (donde no hay dos álabes paralelos) habrá el doble de rayas radiales que álabes, pero para un diafragma con un número par de álabes (donde los álabes opuestos son paralelos) las rayas se superponen en pares, dando el mismo número de vetas que hojas ( pero cada veta es el doble de brillante ).

Un ejemplo clásico se muestra en la primera imagen del artículo de Wikipedia sobre difracción , para la difracción de Fraunhofer a través de una apertura cuadrada. Verá cuatro rayas bien definidas.

La teoría se explica con más detalle aquí . Esta explicación fue publicada en 1967 por CA Padgham . Ken Rockwell lo menciona en su discusión sobre el bokeh .

Debemos esperar que siempre esté presente una cierta cantidad de difracción. Por lo general, es leve y promediado en la mayoría de las imágenes: solo contribuye en una pequeña cantidad a la borrosidad que está presente en cualquier imagen cuando se mira lo suficientemente de cerca. Solo en imágenes que reúnen varios factores (puntos de luz monocromática intensa, pequeñas aberturas, láminas de diafragma rectas) se volverá prominente. Esta información muestra cómo puede hacer que las estrellas sean más prominentes o cómo puede suprimirlas, alterando estos factores para su exposición (en la medida de lo posible).

Finalmente, la duración de la exposición está relacionada con la ocurrencia de este efecto, como ha observado, pero solo porque las exposiciones con puntos de luz brillantes casi siempre se hacen mucho más largas de lo necesario para registrar las luces: está tratando de ver el resto de la escena, que es mucho más oscura. El brillo de las rayas de difracción disminuye tan rápidamente lejos de sus fuentes que si utiliza una exposición suficientemente corta para exponer correctamente las luces, las rayas serían prácticamente invisibles. Por ejemplo, hay fuentes de luz más tenues pero aún prominentes en su fondo: se ven como ventanas en la lejanía. Ellos también deben tener sus propias rayas, pero esas rayas son demasiado tenues para verlas. (El filtrado de software apropiado podría sacarlos a la luz).

Se debe a la difracción donde se encuentran las hojas de apertura, como lo afirman John y Pearsonartphoto. ¡Es una buena forma de probar cuántas hojas de apertura tienes!

Para responder a su segunda pregunta, la duración de la exposición no afecta directamente el efecto. Hay dos factores principales, el primero es el tamaño de la apertura (debe ser pequeño), y las exposiciones largas tienden a ir con una apertura pequeña. El segundo factor es que debes disparar a la fuente de luz. Esto tiende a suceder solo por la noche con luz artificial, por lo que nuevamente las personas tienden a terminar usando exposiciones prolongadas.

Aquí hay un ejemplo (¡no mío!) del efecto con una exposición muy corta para demostrar el punto:

(c) fotógrafo133

Ok, mentí, fue una exposición prolongada con flashes en movimiento configurados en luz estroboscópica, pero cada luz estuvo encendida por un período muy breve. Los otros dos ingredientes: disparar a las luces estroboscópicas y una apertura pequeña (f/14) son los que producen los patrones de estrellas.

Lo que estás viendo es el resultado de la forma de la apertura de tu cámara. Si coloca, digamos, una forma de corazón u otro "filtro" en la parte frontal de su cámara, verá una forma diferente en lugar de esas luces.

Tiene casi razón en su suposición de que cuanto más larga sea la exposición, más fuerte se puede observar este efecto. Lo que realmente sucede es que cuanto más pequeña sea su apertura, más aparecerá este efecto.

Hay filtros, starlight, que están diseñados para hacer esto, pero sin un filtro, el efecto se ve generalmente con aperturas más estrechas en lentes que tienen hojas de apertura más rectas. Cuanto más rectas sean las cuchillas, más pronunciado será el efecto.

Entonces, lo que sucede es que estas fuentes de luz brillantes y estacionarias tienen su luz desviada por la apertura de su lente y el patrón de estrella se crea mediante las puntas afiladas definidas por el hexágono de las seis hojas de su apertura. Notarás que todos los rayos de las estrellas van en la misma dirección hacia las luces, eso se debe a las hojas de apertura.

Por cierto, me gusta la toma.

¿Por qué las fuentes de luz aparecen a veces como estrellas? Bueno, cambié de opinión y comparto ahora la predominante de que las estrellas provienen de efectos de difracción. El argumento más fuerte para favorecer la difracción sobre la reflexión proviene de las propiedades de simetría del patrón de estrella, es decir, si N es impar, entonces N hojas de iris generan 2*N picos.

Creo que encontrará la respuesta a sus preguntas en http://www.stfmc.de/misc/diffcontrarefl/tlf.html

Esta no es una respuesta verdadera, sino una expansión en el cálculo de patrones de difracción de la respuesta de @whuber .

Primero, tenemos la integral de difracción. La función U _p describe la amplitud compleja en el plano de observación a una distancia ( x _p , y _p ) del eje óptico, y a una distancia L _z de la fuente (algún tipo de objeto difractivo, por ejemplo, estenopeico, apertura de cámara, etc. ) U _s es una función que describe la amplitud compleja en el plano fuente; para un agujero de alfiler extremadamente pequeño, podría usar una función delta de dirac . La tercera variable en U _s es 0 porque por conveniencia decimos que el objeto difractivo es el origen del sistema de coordenadas. Las variables x _sy y _s en su contabilidad de argumentos por el hecho de que el objeto puede tener algún tamaño en el plano x–y .

Esto puede no parecer una integral tan horrible, pero k y r _sp son solo notación para algo más grande:

Integrar una función con un radical con términos cuadrados tanto en el numerador de e como en el denominador es una integral muy desagradable.

Uno simplifica la integral eliminando las raíces cuadradas usando la representación de la serie binomial y truncando los términos de orden superior. La integral de Fraunhofer se cumple cuando se necesitan 2 términos; la integral de Fresnel es para cuando se necesitan 3 términos. Hay algunos matices en la prueba de eso, pero está fuera del alcance de esto.

Cuando comenzamos a manipular estas cosas para obtener las integrales de difracción de Fresnel y Fraunhofer, obtenemos tres cantidades.

Si Nfd * ( θ _d ) ² << 1, la integral de Fresnel es válida. Si eso es cierto y Nfs << 1, la integral de Fraunhofer se cumple.

Las dos integrales son:

fresnel:

Fraunhofer:

dónde

,

y ν _x y ν _y son el tamaño de la fuente en una dimensión determinada dividido por la longitud de onda de la luz multiplicada por la distancia a la fuente. Normalmente se escribiría ν _s = d / ( λx _s ).

Para responder a la pregunta de @whuber sobre por qué puede necesitar uno u otro, a pesar de lo que dice Wikipedia, requiere un poco de reflexión.

El comentario "en el plano focal de una lente de imagen..." probablemente se extrajo de un libro de texto, y la implicación es que la fuente de la difracción (es decir, el agujero de alfiler, la rendija, lo que sea) estas ecuaciones son agnósticas en cuanto a la geometría de la fuente) está muy lejos. Desafortunadamente, la lente no solo podría estar a cualquier distancia y más cerca de lo que permite la integral de Fraunhofer, sino que la difracción también se origina dentro del sistema de lentes de una cámara.

El modelo correcto para la difracción de la apertura de una cámara es una apertura de n lados ( n es el número de hojas de apertura en la lente) iluminada por una fuente puntual en la ubicación del objeto en la imagen que produce el patrón de estallido estelar.

Cuando los objetos están muy lejos (unos pocos metros estaría bien), las fuentes puntuales se comportan como si fueran ondas planas y las derivaciones realizadas en Wikipedia están bien.

Por ejemplo, la apertura para una lente de 50 mm de doble gauss es del orden de 40 ~ 60 mm desde el plano de la imagen. Es reflejada por un par de lentes detrás del tope físico a una distancia mayor que esa (esta es la ubicación de la pupila de salida), pero la pupila de salida no está donde está la función U _s ( x _s , y _s ,0) ¡centrado!

Para una luz de apertura de 500 nm y un radio de 1 mm, podemos comprobar si la integral de Fraunhofer es válida. Es igual a (0.001) ² / (500*10 ^-9 * 50*10 ^-3 ), o 40, que es >> 1 y la integral de Fraunhofer no es válida. Para la luz visible, siempre que el tope de apertura sea del orden de milímetros desde el detector, Nfs nunca estará cerca de 1, y mucho menos mucho menos.

Estas ecuaciones pueden diferir un poco de las de Wikipedia; Me referiría a OPT 261, Interferencia y Difracción en el Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester impartido por el profesor Vamivakas. Las ecuaciones en Optics de Hecht deberían ser bastante similares. Las ecuaciones son para la amplitud compleja , para obtener la irradiancia (también conocida como intensidad o brillo), tomaría la magnitud al cuadrado del resultado.

Aquí hay un ejemplo y, personalmente, me encanta el efecto. Puede agregar un poco de arte a la foto como en la que vincularé.

La causa se debe a las hojas de apertura de mi ingenioso 50 mm.

La exposición es secundaria a las estrellas porque tengo que cerrar la apertura para no sobreexponer las fotos con todas las luces brillantes a las que estoy disparando. Si expongo solo por las luces, no veré nada más que negro en la foto donde quiero exponer el edificio.

Por lo tanto, para compensar la configuración de apertura pequeña (f/20 en esta toma), debo aumentar mi tiempo de exposición (20 segundos) para obtener la exposición adecuada. Por lo tanto, la difracción ocurre o se amplifica mucho a medida que aumento el número de mi apertura o la cierro para evitar la sobreexposición.

Tenga en cuenta la información exif:

• Canon EOS-1Ds Mark III
• Canon EF50mm f/1.8 II
• f/20.0
• 25 seg
• ISO-100

https://www.flickr.com/photos/eyeinfocus/25494167814/in/album-72157661802536456/