¿Por qué el agujero en una cámara estenopeica suele ser un círculo?

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Sé que para las cámaras estenopeicas y las cámaras oscuras, los agujeros son generalmente redondos (son circulares). Pero no veo el vínculo entre la forma del agujero y la formación de la imagen.

Gabriele Scarlatti
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¿Por qué crees que el agujero es siempre circular? Los agujeros circulares tienen algunas ventajas, pero la gente hace cámaras estenopeicas con cualquier forma de agujeros que se te ocurra.
Aram Hăvărneanu
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Hago mis agujeros con una aguja en papel de aluminio, por lo que la forma es probablemente más que la de una naranja atropellada por un automóvil ...
PlasmaHH
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Esto se basa en una premisa falsa. Aunque los agujeros redondos son, sin duda, los más comunes (con diferencia), las cámaras estenopeicas se han construido con varias otras formas: hace muchos años, construí una con un agujero en forma de estrella, por lo que los reflejos salieron (algo) en forma de estrella .
Jerry Coffin
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Redondo es el tipo de orificio principal soportado bajo perforación convencional. Las brocas de diámetro pequeño para el trabajo con placas de circuito y tales hacen agujeros redondos.
Kaz
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Escribí siempre para hacer la pregunta precisa y más interesante. Abordé en la descripción "los agujeros son generalmente redondos", lo que significa que la mayoría de ellos. Por cierto, gracias a todos por compartir :)
Gabriele Scarlatti

Respuestas:

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Del artículo de la cámara Pinhole de Wikipedia ,

El mejor orificio es perfectamente redondo ( ya que las irregularidades causan efectos de difracción de orden superior ) y en una pieza de material extremadamente delgada. Los poros producidos industrialmente se benefician del grabado con láser, pero un aficionado aún puede producir poros de suficiente calidad para trabajos fotográficos.

Hay un tamaño teórico óptimo para una abertura de agujero de alfiler . Desde un punto de vista geométrico, cuanto más pequeña es la apertura del agujero de alfiler, más nítida será la imagen producida, pero esto se mantiene solo en un punto. Más pequeño que este tamaño, la nitidez de la imagen se vuelve limitada por difracción . El comportamiento ondulatorio de la luz que interactúa con las paredes de apertura crea su propio patrón de interferencia, y en (o más allá) el tamaño de apertura limitado por difracción, esto domina la claridad de la imagen.

Un círculo es la única forma con curvatura constante. Cualquier otra forma tendrá curvas más cerradas o bordes más cercanos que un círculo. Si mantiene estrictamente la curvatura mínima y la distancia al borde, pero ninguna de las dos es constante, entonces, por definición, tiene una parte de la forma que es más grande de lo necesario. Por lo tanto, un círculo es la forma óptima para equilibrar el deseo de una apertura más pequeña (para fines de claridad de imagen) con un límite inferior al tamaño de apertura debido a la limitación de difracción.

scottbb
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Como nota al margen, el artículo de Wikipediea dice "El mejor agujero de alfiler es perfectamente redondo (ya que las irregularidades causan efectos de difracción de orden superior)" . Pero a veces se prefiere la difracción de orden más alto sobre el patrón de difracción de orden bajo de una abertura redonda (por ejemplo, porque es menos obvio o tiene máximos y mínimos menos pronunciados). Por esta razón, ciertas aplicaciones ópticas usan aberturas dentadas.
Emil
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@Emil Nunca he oído hablar de aberturas dentadas para aplicaciones estenopeicas, pero he visto aperturas codificadas para imágenes de rayos X y rayos gamma. Pero debido a que múltiples aperturas crean múltiples imágenes superpuestas, las cámaras de apertura codificadas requieren algoritmos computacionales para reconstruir una imagen utilizable. No es realmente adecuado para imágenes fotográficas en medios como la película de papel.
scottbb
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¿Qué industria produce agujeros pequeños (o cámaras estenopeicas)?
Martineau
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@martineau Las cámaras de apertura codificadas son todos telescopios espaciales, para observar la radiación de alta energía (rayos X y rayos gamma). Para esas longitudes de onda, lentes o espejos no funcionan muy bien. Las cámaras de apertura codificadas son técnicamente pequeñas, pero se parecen a una cámara de caja con película de papel casi tanto como el Wright Flyer se parece a los aviones modernos.
scottbb
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La razón por la cual la mayoría de las tapas de los agujeros de los agujeros tienen una calidad de imagen mala porque el material es demasiado grueso y los agujeros demasiado grandes para que los tiempos de exposición no sean demasiado largos. Una cámara pinhole de buena calidad con una placa de metal y un pinhole que tiene un borde como una cuchilla de doble filo puede devolver imágenes de muy alta calidad. alternativephotography.com/…
Michael C
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El agujero de alfiler proyecta (proyecta) pequeños círculos de imagen en la pared posterior de la cámara. Este es también el lugar donde colocamos el material fotosensible para que podamos reproducir esta imagen en una película o papel o tal vez incluso digitalizarla. Para que la imagen parezca nítida, los círculos de la imagen deben ser tan pequeños que aparezcan como puntos sin forma perceptible. Los criterios: diámetro de ½ mm visto desde la distancia de lectura normal 14 - 16 pulgadas (355 - 400 mm).

Ahora la imagen proyectada por el agujero es muy débil. Tendría la tentación de agrandar el agujero de alfiler en un intento de obtener el brillo de la imagen. A medida que amplía el orificio, los círculos de la imagen se agrandan y esto degrada la nitidez de la imagen.

Del mismo modo, podría verse tentado a reducir el diámetro del orificio para obtener agudeza adicional. A medida que el agujero se reduce, la imagen se atenúa y se gana agudeza, hasta cierto punto. Pronto los demonios gemelos de difracción e interferencia toman sus peajes. La difracción es un efecto de borde, los rayos de luz que se encuentran con un borde afilado no se detienen abruptamente, se desvanecen en rayos sin obstrucciones cerca de los límites del obstáculo (borde de agujero de alfiler). La interferencia también causó en el borde del límite. Esto es tanto una anulación como un refuerzo de los rayos de luz. Estos dos fenómenos son conjuntamente responsables de una pérdida de agudeza a medida que se comprime el orificio.

Frente a estos demonios gemelos, lo mejor es que la costa del agujero sea lo más corta posible. Esta será una figura geométrica que es regular y tan compacta como sea posible. En otras palabras, una abertura circular.

Permítanme agregar que las lentes reemplazan el orificio para ganar agudeza. En la mayoría de los casos, la apertura que tienen también es un círculo de las mismas razones que antes. Sin embargo, en los tiempos modernos, los fondos desenfocados se consideran atractivos. Añaden un aspecto suave y mantecoso que es especialmente apreciado para algunos tipos de retratos. Este efecto, en la jerga de la fotografía, es bokeh (una palabra japonesa para este efecto). Si la forma de la abertura de la lente se altera a una figura de 5 o 6 lados, o se le dan apéndices puntiagudos, el bokeh se intensifica y a algunos les gusta mucho.

Alan Marcus
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En realidad, las personas parecen preferir el bokeh producido por las aberturas circulares, por eso es tan difícil encontrar lentes con cuchillas rectas (o cuchillas curvas "en la dirección incorrecta") que producen estrellas solares mucho mejores. Como alguien a quien no le importa lo más mínimo el bokeh pero quiere buenas estrellas solares, esto es muy frustrante.
Aram Hăvărneanu
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En primer lugar, voy a ser práctico. Aquí hay un ejemplo de una herramienta de afilado.

sacapuntas

Una buena forma de tener una punta afilada es haciendo una rotación circular mientras afila un lápiz. No solo cuando usa el sacapuntas, sino que también puede rotar el lápiz mientras dibuja en un papel para producir una punta muy delgada.

Exploremos otras formas.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Estoy exagerando la forma de una elipse, pero es obvio que una elipse tiene más área que un círculo en este caso. La herramienta que hizo esta forma podría afilarse aún más haciendo un movimiento circular.


Pero ahora respondamos la segunda parte de la pregunta

No veo el vínculo entre la forma del agujero y la formación de la imagen.

La imagen producida por un pinhole no es perfectamente nítida. Tiene un pequeño desenfoque debido a que varios rayos no alcanzan exactamente el mismo lugar.

gato proyectado a través de un agujero

Pero si usa una forma no circular, por ejemplo, una elipse, ahora introduce otro tipo de desenfoque, el astigmatismo, que es un desenfoque en el mismo ángulo que la forma de la elipse.

astigmatismo


Y finalmente, las formas que tienen esquinas agudas en algún punto las hacen susceptibles de producir patrones de interferencia debido a la difracción de la luz.

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Rafael
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