별이 점이 아닌 원으로 ​​표시되는 이유는 무엇입니까?

태양을 제외하고 별은 너무 멀어 각 지름이 사실상 0입니다. 그러나 사진을 찍으면 밝은 별이 점이 아닌 원으로 ​​나타납니다. 왜?

이론적으로, 밝기에 관계없이 모든 별은 사진을 찍는 데 사용되는 매체의 작은 지점에서 최대 한 번 쳐야합니다. 매체의 근처 지점도 왜 반응합니까? 과도한 빛이 근처 지점으로 "출혈"됩니까? 그렇다면 "출혈"은 디지털 카메라와 비 디지털 카메라에서 동일합니까?

렌즈와 관련이 있습니까? 렌즈가 밝기에 따라 단일 포인트를 작은 원으로 확장합니까?

https://astronomy.stackexchange.com/questions/22474/how-to-find-the-viewing-size-of-a-star 에 효과적으로 대답하는 동안이 문제에 부딪 쳤습니다 . 함수는 무엇입니까 (있는 경우) 별의 밝기를 사진 필름 (또는 디지털 미디어)의 별 디스크 크기와 관련이 있습니까?

참고 : 별의 시각적 및 사진 크기가 다를 수 있으며 답이 사진 크기를 기반으로한다고 가정합니다.

편집 : 모든 답변 주셔서 감사합니다, 나는 여전히 그들을 검토하고 있습니다. 내가 찾은 추가로 유용한 링크는 다음과 같습니다.

• Wikipedia의 측광 (천문학)

• http://www.chiandh.eu/astphot/object.shtml , 특히 "원시 이미지 단위"및 "반각 최대 너비"(FWHM)에 대한 설명

• http://www.astro-imaging.com/Tutorial/MatchingCCD.html 및 FWHM에 대한 토론

빛이 경계를 통과 할 때마다 그 경계와 상호 작용하는 빛의 파동 특성으로 인해 회절 되거나 구부러집니다. 광학 시스템에서, 일반적으로 원형 또는 원형과 같은 개구는 그러한 경계 중 하나이다.

빛이 조리개와 상호 작용하는 방식은 PSF ( Point Spread Function ) 또는 광학 시스템을 통과 한 결과로 빛의 포인트 소스가 어느 정도 퍼지는 정도에 의해 설명됩니다 . PSF는 시스템의 형상 (조리개의 모양 및 크기, 렌즈의 모양 등) 및 광학 시스템을 통과하는 빛의 파장에 의해 결정됩니다. PSF는 본질적 으로 2D 공간에서 무한히 좁거나 좁게 묶여있는 일부 단위 에너지 량의 광점 인 임펄스 기능 에 대한 광학 시스템의 임펄스 응답입니다 .

^{포인트 스프레드 기능 을 사용하여 피사체와 빛 의 컨벌루션 을 수행 하면 이미지가 원본보다 더 퍼져 나타납니다. 위키 미디어 공용 사용자의 위키 백과 사용자 Default007 . 공개 도메인.}

이론적으로 광학적으로 완벽한 이미징 시스템에서 완벽하게 둥근 조리개를 위해 PSF 기능은 Airy 디스크에 의해 설명되는데 , 이는 Airy 디스크에 의해 설명됩니다. "추가") 및 파괴적인 간섭 (광파가 상호 작용하여 상쇄되도록).

Airy 디스크 패턴은 렌즈 품질이 불완전하거나 제조시 공차 오류로 인한 것이 아니라는 점에 유의해야합니다 . 이는 조리개의 모양과 크기 및 통과하는 빛의 파장의 기능입니다. 따라서, 에어리 디스크는 광학 시스템 ( ^1)에 의해 생성 될 수있는 단일 이미지의 품질에 대한 일종의 상한 이다.

^{원형 조리개를 통과하는 점 광원이 퍼져 에어리 디스크 패턴이 생성됩니다. 으로 사쿠란보 에서, 위키 미디어 공용 . 공개 도메인.}

렌즈를 통과하는 대부분의 빛이 조리개 가장자리와 상호 작용하지 않도록 조리개가 충분히 크면 이미지가 더 이상 회절 제한 되지 않습니다 . 이 시점에서 생성 된 완벽하지 않은 이미지는 조리개 모서리에 의한 빛의 회절 때문이 아닙니다. 실제 (이상적이지 않은) 이미징 시스템에서, 이러한 결함은 노이즈 (열, 패턴, 판독, 샷 등); 양자화 에러 (다른 형태의 잡음으로 간주 될 수 있음); 렌즈의 광학 수차; 교정 및 정렬 오류.

노트:

1. 이미징 시스템의 겉보기 광학 품질이 Airy 디스크 제한보다 우수하도록 생성 된 이미지를 개선하는 기술이 있습니다. 운이 좋은 이미징 과 같은 이미지 스태킹 기술 은 동일한 피사체의 여러 이미지 (수백)의 서로 다른 이미지를 함께 쌓아서 겉보기 품질을 향상시킵니다. Airy 디스크는 퍼지 동심원의 퍼지처럼 보이지만 실제로는 확률을 나타냅니다카메라 시스템으로 들어오는 빛의 소스가 이미 저에 도달하는 위치. 이미지 스태킹에 의해 생성 된 품질의 증가는 광자의 위치에 대한 통계적 지식의 증가에 기인한다. 즉, 이미지 스태킹은 문제에 잉여 정보의 잉여를 던져 PSF에 의해 기술 된 바와 같이 개구를 통한 광의 회절에 의해 생성되는 확률 적 불확실성을 감소시킨다.

2. 겉보기 크기와 별 또는 점 광원의 밝기와의 관계 : 광원이 밝을수록 PSF의 강도 ( "높이")는 증가하지만 직경은 증가하지 않습니다. 그러나 이미징 시스템으로 들어오는 증가 된 광 강도는 PSF에 의해 조명되는 영역의 경계 픽셀을 더 많은 광자가 조명한다는 것을 의미합니다. 이것은 빛의 "빛 개화", 또는 주변 픽셀에 빛의 "흘림"의 형태입니다. 이것은 별 의 겉보기 크기를 증가시킵니다 .

"포인트"의 크기는 사용중인 렌즈 시스템의 파장에 따른 "스프레드 기능"(PSF)의 영향을받습니다.

시스템의 해상도 한계를 결정하는 빛의 회절은 점 모양의 물체를 점 확산 기능이라고하는 특정 최소 크기 및 모양으로 흐리게합니다. 그러면 PSF는 이미지 평면에서 점과 같은 물체의 3 차원 이미지입니다. 광학 시스템은 측면 방향보다 깊이 방향의 해상도가 더 좋지 않기 때문에 PSF는 일반적으로 넓음보다 키가 큽니다 (팁에 서있는 미식 축구처럼).

PSF는보고있는 빛의 파장에 따라 달라집니다. 더 짧은 파장의 파장 (예 : 청색광, 450nm)은 더 작은 PSF를 초래하는 반면, 더 긴 파장 (예 : 적색광, 650nm)은 더 큰 PSF를 초래합니다. 더 나쁜 해상도. 또한 사용하는 대물 렌즈의 NA (Numerical Aperture)는 PSF의 크기와 모양에 영향을줍니다.

놀랍게도 PSF는 점의 강도와 무관합니다. 이것은 천체 사진 및 현미경 검사 모두에 해당됩니다.

내가 생각할 수있는 몇 가지 이유가 있습니다.

1. 가장 일반적인 렌즈입니다. "과거"무한대에 초점을 맞출 수있는 일부 렌즈에서는 렌즈가 무한대로 초점을 맞추는 것이 까다로울 수 있습니다. 그러나 정확하게 구할 수 있더라도 렌즈 자체가 여전히 흩어져있을 수 있습니다.
2. 또 다른 이유는 센서 사이트 (또는 필름 그레인)가 모든 별과 완벽하게 정렬되지 않았거나 센서 또는 필름에 별이 투영되어 빛이 실제로 둘 이상의 센서 사이트에 닿을 수 있기 때문입니다. 실제로 단일 센서 사이트 또는 필름 그레인보다 큽니다.
3. 대기는 또한 별에서 나오는 빛을 확산시켜 각 별의 더 큰 원을 만듭니다.

사진에서 작은 영역을 가져 와서 확대했습니다 (10 배로 다시 샘플링).

두 가지 흥미로운 지역을 표시했습니다. 영역 A는 별이 직경 약 2 ~ 3 픽셀의 피크를 갖는 약 3x3 픽셀 영역으로 광학에 의해 흐려짐을 나타냅니다. 이것이 scottbb의 답변에 설명 된 흐림 효과 입니다.

그러나 위치 B의 밝은 별은 훨씬 넓으며 중앙의 채도를 나타냅니다. 내 생각에이 추가 확장은 픽셀 블리드 또는 채도에 의해 발생합니다.

"출혈"은 디지털 카메라와 비 디지털 카메라에서 동일합니까?

아마 아닙니다. 비 디지털 카메라는 훨씬 높은 명암비 범위를 가지므로 채도 문제가 적고 전자 효과 인 픽셀 번짐이 전혀 발생하지 않을 수 있습니다.

그러나 디지털 카메라 내 HDR 기록 방식을 사용하면 추가 확장을 수정하고 스폿 B를 스폿 A처럼 보이게 할 수 있습니다.

흐림 효과의 크기를 변경하려면 카메라 및 이미지 별의 조리개 (또는 별을 사용할 수없는 경우 종이에 인쇄 된 점 또는 멀리있는 광원이있는 어두운 판지의 작은 구멍)로 재생할 수 있습니다.

1830 년에 출판 된 George Aeroy, Astronomer Royal은 1830 년에 출판했습니다. 이제 중앙 디스크를 둘러싸고있는 밝고 어두운 고리가 번갈아 나타나는 점원 별 이미지 인 Airy 디스크 또는 Airy 패턴이라고합니다. 첫 번째 다크 링의 직경은 원형 조리개가있는 잘 수정 된 렌즈의 경우 2.44 파장입니다. 이것은 렌즈의 분해능과 관련하여 중요한 사실입니다. 이러한 동심 고리를 이미징하는 것은 어렵지만 불가능하지는 않습니다. 대부분의 이미지는이 링을 합병시킵니다.

3rd Baron Rayleigh (Astronomer Royal) 인 John Strutt는 렌즈의 이론적 최대 분해능을 다루는 Rayleigh Criterion을 발표했습니다. “밀리미터 단위의 전력 분해능은 1392 ÷ f- 번호입니다. 따라서 최대 밀리미터 당 f / 1 = 1392 라인입니다. f / 2 = 696 라인 당 밀리미터입니다. 밀리미터 당 f / 8 = 174 라인의 경우. 참고 : f / 8보다 큰 조리개의 해상력은 그림으로 유용한 필름보다 높기 때문에 이용할 수 있습니다. 또한, 공백이있는 평행선을 이미징하여 분해능을 측정합니다. 마지막으로 괘선이 병합되는 경우 간격이 해당 이미징 시스템의 해상도 한계입니다. 렌즈가 레일리 기준을 능가하는 렌즈는 거의 없습니다.