Сообщений в теме: 26

[vitc2]

День добрый!

На днях фотографировал полярное сияние, и на двух фотографиях получил интересный эффект - дифракционные круги, расположенные точно по центру снимка. Раньше никогда не видел такого деффекта, и даже не слышал упоминаний о нем... пример можно посмотреть здесь:
http://hosting.ksn.r...imgp0311-1s.jpg
Выдержка - 30 секунд, диафрагма - 3.5, объектив 28-80/3.5 на широком конце... Отчего такое бывает? Как бороться с этим деффектом?

[Vladimir P]

   Снимок интересный. Круги тоже. Что мне в кругах совсем непонятно - так почему структура прослеживается на большом числе периодов. Все-таки красный от зеленого по длине волны отличается процентов на 15, и должно через 2-3 кольца все разбежаться. Какие технические подробности (камера, цифра или пленка, печать, сканер)? Хотя как-то это на дифракцию слабо похоже. По виду - типичная интерференционная картинка (кольца Ньютона или что-то типа интерферометра Фабри-Перо). Вот только откуда он взялся? В принципе всякие объяснения можно придумывать, но только почему оно по центру и имеет хороший контраст и практически идеальную симметрию? Но на дифракцию все-таки не похоже.

Успехов.                          Владимир.

[Pavel Lachaew]

Да, похоже на "кольца Ньютона". Могут появляться в том случае, если пленка сканируется на планшетнике (на стеклянной поверхности), и в некотором месте пленка прогибается до самого стекла - расстояние до стекла становится соизмеримо с длинной волны света. Происходят переотражения от стекла и пленки, с последующим смешиванием в кучу.
Способы борьбы.
1. Употребить рамку, которая приподнимает пленку над стеклом. Чревато некоторой потерей резкости.
2. Налить на стекло лужицу глицерина, в нее положить пленку эмульсией вверх и прижать края рамкой. Этот варварский способ самый эффективный, если нет возможности употребить способ 3.
3. Выкинуть планшетник/барабанник, применить слайд-сканер без стекла.

Правда, вызывает недоумение тот факт, что эти кольца получены на ФОТОГРАФИЯХ. То есть, на отпечатках? То есть, в лабе? Это как?

[Dimas Owl]

Строго по центру. Идеальная симметрия. На плохо прижатый к стеклу негатив при сканировании не похоже.

Я бы сказал, что 2 линзы в объективе расположены на достаточно малом расстоянии друг от друга для возникновения колец Ньютона(по мне так это именно они). Хотя это и крамола на объектив.
Может они у Вас болтаются?

/> А может капелька замерзла на объективе />

[vitc2]

Большое всем спасибо за комментарии! Оптику никогда хорошо не знал, дифракцию с интерференцией перепутал...
Извиняюсь, что не пояснил подробнее - снимок сделан с помощью *ist D, поэтому это точно не пленка и не минилаб. Видимо, прав Dimas Owl, скорее всего, дело в самом объективе (капелька вряд ли намерзла - температура была плюсовая)... Вот только все равно не понятно, почему за предыдущие 3 года объектив ни разу не выдал такого результата? Является ли длинная выдержка необходимым условием для появления дефекта? Можно ли как-то избегать появления дефекта в будущем?

(Edited by vitc2 at 8:26 am on Oct. 31, 2003)

[Pavel Lachaew]

:confused: :confused: :confused:
Весьма странно. Хотя, если у Вас истд - самое время поставить ее на штатив и помучить - если это объектив (какой?) - ситуация может повториться. Пылинка, или еще что - то - вплоть до конденсата в камере или объективе... Хотя вода имеет свойство сохнуть...

Если удастся вычислить причину - не забудьте доложить общественности. Любопытно, однако.

Еще бывает, что матрица покрыта пленкой. Защитной, как бы. Там, теоретически, тоже могут быть "эффекты".

[LAA]

Как-то не удается придумать такой дефект объектива.
Остается две гипотезы:
1. Програмные глюки jpg - не знаю возможно-ли.
2. Таки кольца Ньютона где-то на самой матрице. Может там какое защитное покрытие изогнулось?

[Pavel Lachaew]

"Таки кольца Ньютона где-то на самой матрице. Может там какое защитное покрытие изогнулось?"

Это тяжелый случай. Трудно диагностировать - кольца будут меняться при изменении температуры. И в сервисе не докажешь, что именно при температуре +4 возникает такой эффект. И жить так дальше сложно... />

[Lexander]

А это не может быть банальным "зайцем"? Ну, не знаю торцы линз или светофильтр... Слабенький, незаметный на "светлых" кадрах и проявившейся ночью...

(Edited by Lexander at 9:34 am on Oct. 31, 2003)

[Dimas Owl]

Тут такая еще ересь в голову пришла.  В этом сиянии ,вероятно, присутствует и достаточно сильное излучение в невидимой области спектра. Матрица его видит, а пленка нет. Вполне возможно, что расстояние между линзами недостаточно для возникновения интерференции видимого света. Но не для вашего излучения.
При таком подходе и объектив и длина выдержки(возможно это излучение было не такое и мощное) и матрица могли поучаствовать совместно в создании эффекта.

[Pavel Lachaew]

В этих кружочках закодировано послание внеземных цивилизаций! />

Мне представляется маловероятной гипотеза о хитрых областях спектра. Хотя, кто знает, что на уме у этих пчел... (С) Винни...

Очень уж здорово сработал неведомый объектив в неведомой области спектра - и сфокусирован был на бесконечность, очевидно, а дисперсия его не взяла... Да и потом светофильтр на матрице все равно сделает свое черное дело - отфильтрует лишку...

Может, просто конденсат влаги на матрице? махонькие пупырышки, соизмеримые с ячейкой фильтра... Кстати, матрица при работе сильно нагревается? Каково время разогрева?

[Dimas Owl]

Ну как конденсат на матрице мог дать такую картину, не повлияв никак на изображение?

Какая вероятность отслоения фильтра строго по центру??

[LAA]

"Есть мнение", что магнитная буря может сказываться на работе электроники. Может это чисто электронный глюк. Хотя, уж больно все ровное и круглое.

[D4]

Никакая электроника и бури и капли и т.д. тут (по моему мнению) не проявляются.
Это только проявление конструкции объектива.
Дело в том, что эффект колец ньютона проявляется для человеческого глаза при достаточном уровне света, и при условии близкого растояния между линзой и подложкой. Когда он выражен максимально сильно.
В случаях, когда линза и подложка (другая линза) находятся на нескольколько большем расстоянии чем необходимо для наблюдения этого эффекта человеческим глазом - мы этого эффекта в реальном времени наблюдлать не можем. Так как интенсивность колец в таком случае намного ниже интенсивности всего изображения. И, если , интенсивность освещения изображения увеличить - то это будет забивать картинку колец для приемника (глаза, матрицы, фотопленки).
А вот если увеличить время приема сигнала, то, :
При условии низкой светимости объекта, когда яркость колец ньютона не забивается основным излучением и при снятии на фотоматирцу или пленку - мы можем наблюдать этот эффект.
А если, при тех-же условиях наблюдать глазом, этот эффект не сможем. Так как пленка и матрица обладают эффектом "накапливания" информации, а вот человеческий глаз практически не обладает этой возможностью. Кроме того, у человеческого глаза практически нет возможности удержать неподвижно картинку в процессе наблюдения столь долгое время, сколько мы можем держать в неподвижном наблюдении механическо элестронное устройство.
...
итог.
Я уверен, что это кольца Ньютона.
То, что они не проявляются с этим объективом в обычной съемке и проявляются в ночной, связанно только с тем, что при ночной съемке нет забивающего светового потока.

[Dimas Owl]

/>:)/>Дело в том, что эффект колец ньютона проявляется для человеческого глаза при достаточном уровне света

Укажите источник этой информации. />:)/>:)/>

В том то и вся соль, что радиус колец Ньютона никак не зависит от "уровня освещенности". Хоть годами экспонируй.

[LAA]

Вспомнил, чем съемка полярного сияния отличается от любой другой!!!
Спектр сияния линейчатый. Картина получается гораздо отчетливей, чем при освещении белым светом.
Можно поставить простой опыт:
осветить белый лист рассеянным светом лазерной указки. Я думаю, явление повториться.
Остался непонятным главный вопрос: где же те две поверхности, на которых явление имело место.

to Vladimir P: на Фабри-Перо и вправду похоже, но где в фотоаппарате могут быть поверхности полированные с такой точностью ума не приложу.

[D4]

а вы уже замерили радиус ?
- это каким способом?
а по поводу освещенности, источник я вам давать не буду, раз у вас возник такой вопрос. )))

[vitc2]

Как я понял из обсуждения, надо экспериментировать, чтобы разобраться с происхождением колец. Я постараюсь попробовать, но будет это уже на следующей неделе. Пока могу только сказать, что из трех снимков, сделанных в той сессии, на двух, снятых 28-80/3.5, есть кольца, на третьем, снятом "рыбьим глазом" (Зенитар) колец не видно.
Прошлой ночью ездил еще раз, правда, безуспешно - сияния не было. Один снимок сделал при аналогичной освещенности 50/1.4. Тоже нет колец. Поэтому я склонен полагать что это деффект объектива.
Спасибо всем еще раз за информацию и идеи. Как только у меня появятся какие-то новости, я их здесь напишу - думаю, это будет интересно остальным.

[Dimas Owl]

а вы уже замерили радиус ?
- это каким способом?
а по поводу освещенности, источник я вам давать не буду, раз у вас возник такой вопрос

Во-первых:
/> я ничуть не хотел кого-то обидеть. Не стоит становиться в позу.
Во-вторых:
я не писал, что измерил радиус колец (хотя и это не проблема). Я писал от каких параметров эксперимента он зависит, а от каких нет.

[Den]

пока это в "Пятницу" не ушло - еще один бред! Больше всего это похоже на "снимок" матирования фокусировочного экрана...
без комментов />

[Vladimir P]

Всем привет.
  Очень интересный вопрос оказался. Так что вот и я на выходных "читал телефонный справочник, много думал" (С) . И вот что получилось в итоге.
Den: "похоже на "снимок" матирования фокусировочного экрана..."
  Это самая первая мысль, которая в голове появляется. Но она не отвечает на простой вопрос - а почему на других снимках этого не проявлялось? Значит, проблема в объекте съемки.
LAA: "Вспомнил, чем съемка полярного сияния отличается от любой другой!!! Спектр сияния линейчатый. Картина получается гораздо отчетливей, чем при освещении белым светом."
  Вот именно оно! Посмотрел в справочник, там написано, что зеленый свет в данном сюжете - это светится кислород на больших высотах (километров 150), возбуждаемый потоком быстрых заряженных частиц. Длина волны по справочнику 0.559 мкм. Красный - это либо тот же кислород, но на гораздо бОльших высотах, либо азот, но пониже. Так что с появлением зеленых колец все в порядке - источник света позволяет проделывать с изображением всякие штучки типа интерференции. На обычных сюжетах (освещение Солнцем, вспышкой, лампами накаливания) такого не будет. Возможны минимальные эффекты при работе с люминисцентными лампами (особенно с медицинскими или "загорательными") и для газоразрядных типа неоновых и аргоновых вывесок.
D4: "а вы уже замерили радиус ? это каким способом?"
  Здесь Dimas Owl прав: вряд ли уровень освещенности важен. Обычно то, что видно глазом (та же интерференционная картина), то видно и при обработке пленки. Наоборот - далеко не всегда. Вот, например, глазом на обсуждаемом снимке видно более 20 темных колец. Если попробовать перевести картинку в цифру (уровни яркости по какой-нибудь линии), то вряд ли удастся поймать и половину этих колец.
  Теперь про радиусы. Вот тут я не поленился немножко с цифрами поиграть. Дело в том, что если эти кольца действительно создаются чем-то типа интерферометра Фабри-Перо (о том, что это такое, напишу чуть ниже), то должно выполняться простое правило: квадраты диаметров колец должны образовывать арифметическую прогрессию. Для колец Ньютона зависимость ровно такая же. Теперь перейдем к нашему снимку. Я вытащил его в ФШ, увеличил контраст по зеленому каналу и уменьшил по всем остальным, подобрал уровни, увеличил кольца на половину экрана. А потом просто нашел центр внутреннего колечка (он определяется легко) и от этого центра линейкой измерил радиусы нескольких первых колец. А потом в полученную зависимость вписал теоретическую кривую методом наименьших квадратов. И вот что получилось (в таблице - номер темного кольца, измеренный радиус в мм, расчетный радиус в мм, разность в процентах):
1   13,5     13,47    -0,2%
2   20,5     20,85     1,7%
3   26,0     26,23     0,9%
4   31,0     30,68    -1,0%
5   35,0     34,56    -1,3%
6   38,0     38,05     0,1%
7   41,0     41,24     0,6%
Коэффициент детерминированности (R-квадрат) равен 0.9988, т.е. измерения блестяще согласуются с предсказанием теории (при точности измерения линейкой +- 0.5 мм). Итак, вывод - по характеру колец можно сказать, что причина их появления - в интерференции света, имеющего очень узкую спектральную ширину (в данном случае - высвечивание определенного атомного перехода кислорода).
  А вот для технической причины появления системы колец возможны варианты. Я считаю, что какие-то случайные дефекты тут вряд ли являются причиной, т.к. картинка точно по центру и симметричная.
  Вариант первый - на пути света есть плоскопараллельная пластинка с приличным качеством поверхности или воздушная щель постоянной толщины (вот примерно это и называется интерферометром Фабри-Перо). Толщина может быть от нескольких микрон до нескольких мм (спектр источника достаточно узкий, поэтому почти все, что угодно, может быть). Например, защитный фильтр. Трудность тут такая: чтобы это работало, требуется приличный коэффициент отражения от каждой из поверхностей (процентов 50-70 минимум), иначе никакого контраста колец не получить. При этом такая система работает как хороший ослабляющий фильтр, что для ночных съемок уж совсем ни в какие ворота... А придумать ситуацию, когда просветляющие покрытия вдруг именно на этой длине волны стали не пропускать, а наоборот, хорошо отражать - и совсем из области фантастики.
  Вариант второй - кольца Ньютона. Возникают в случае, когда есть близко расположенные сферическая и плоская поверхности (или две сферы с сильно отличающимися радиусами кривизны). Воздушный зазор - в тех же пределах, что и для первого случая. Такая ситуация может быть запросто в объективе с большим числом линз и склеек. Опять же, чтобы это работало, нужны приличные коэффициенты отражения от поверхностей.
  Есть и еще варианты, но из области совсем уж экзотики. Что-то в душе более склоняет к варианту с фильтром (так более естественным образом получается фокусировка колец в плоскости матрицы). Но свои сомнения я написал. Интересно услышать vitc2, был ли у него фильтр на зуме.

Успехов.                   Владимир.

[Dimas Owl]

Re: Vladimir PЧто-то в душе более склоняет к варианту с фильтром

Скорее переотражение можно ожидать на внутренних линзах без многослойного просветления, чем на фильтре и внешней линзе.

[LAA]

Уважаемый Владимир!
Я тоже перичитывал учебник, только не про атмосферу (спасибо Вам за точную информацию), а про интерференцию.
Ваш расчет диаметров очень убедителен.
Одно уточнение - интерференционная картина и в опыте с кольцами Ньютона, и в Фабри-Перо (тонкой пластине) локализована в зазоре.
Поскольку никакая поверхность объектива и тем более фильтра не фокусируется на матрицу, искать причину надо прямо на самой ПЗС.

Мне кажется есть очень простое объяснение.
Наверно ПЗС закрыта каким-то защитным слоем. Теперь посмотрим на ход лучей. В центре свет падает перпендикулярно, по мере удаления от центра угол падения меняется. Следовательно двигаясь по радиусу мы имеем последовательное изменение разности хода прямого луча и отраженного от передней поверхности. При малых углах зависимость радиусов будет такая же, как в Вашем расчете. Если покрытие не слишком толстое и мы не попадаем в высокие порядки интерференции все будет хорошо видно.
Кстати, если Вы "играли" с картинкой, как Вы оценивеие контраст (по идее долно быть отношение максиммума к минимуму порядка 1.2).

[vitc2]

Уважаемый Владимир! Я сильно впечатлен таким систематическим подходом! Да, фильтр на объективе был! Я бы даже сказал, что фильр недорогой, поэтому качество его просветления под вопросом.
Дополнительных тестов я пока не проводил. Выложенные на обозрение фотографии имеются в исходном варианте (вообще в RAW), 6 мегапикселов. Могу предоставить или сам что-то померить.
Контрастность колец по выложенным снимкам лучше не считать - я подтягивал Levels в Фотошопе, т.к. снимки недоэкспонированы (30 сек было мало, а тросик отсутствовал).

[Vladimir P]

vitc2: "Я сильно впечатлен таким систематическим подходом!"
   Спасибо. Все, теперь буду собой гордиться и зазнаюсь.  />
Dimas Owl "Скорее переотражение можно ожидать на внутренних линзах без многослойного просветления, чем на фильтре и внешней линзе."
   Да есть ведь и там просветление, причем внутри оно даже более важное, чем снаружи. Ведь отражение от первой поверхности просто слегка уменьшит пропускание света объективом (не так уж это и страшно), а вот плохое просветление на внутренних поверхностях приведет к разбеганию "зайцев" при контрсвете. Первая поверхность перед просветлением имеет иногда дополнительные слои, отсутствующие для внутренних - защитный и гидрофобный.
LAA "Одно уточнение - интерференционная картина и в опыте с кольцами Ньютона, и в Фабри-Перо (тонкой пластине) локализована в зазоре."
   Вот тут немного не так. Все эти картинки прекрасно видны снаружи. В конце концов, товарищ Ньютон наблюдал кольца имени самого себя именно глазом снаружи. И это, кстати, до сих пор один из простых и надежных способов определения качества изготовления оптических поверхностей - изготовленная поверхность прикладывается к эталону-пробнику (с обратной кривизной) и смотрится глазом. Если мастер говорит "Цвет хороший", то обычно это значит, что точность поверхности примерно десятая доля длины волны. Да и другой пример из жизни - цветные радужные бензиновые разводы на воде все видели, а это та же самая интерференция в тонких пленках.
LAA: "Поскольку никакая поверхность объектива и тем более фильтра не фокусируется на матрицу"
   А тут этого и не нужно. Стандартная оптическая схема с интерферометром Фабри-Перо такая. Источник света находится в фокусе собирающей линзы, которая формирует почти параллельный пучок лучей. "Почти" - потому что источник обычно не точечный. Далее есть собственно интерферометр (две параллельные плоскости, имеющие хороший коэффициент отражения). Коэффициент пропускания интерферометра зависит (при заданной длине волны) от угла падения света. Поэтому из исходного почти параллельного светового потока пройдет только тот свет, который падает под углами, для которых выполняется условие интерференции. А дальше ставится собирающая линза, в фокальной плоскости которой расположена пленка/ПЗС. Свет, выходящий из интерферометра Ф.-П. под каким-то определенным углом (напомню, что речь идет об очень небольшом отклонении лучей от нормали, масштаба угловой минуты для обычных схем), фокусируется в одну точку на пленке. Так как система имеет осевую симметрию, то мы получаем на пленке систему вложенных колец. Наш гипотетический случай "фильтр перед объективом" отлично соответствует такой постановке задачи - ведь сфокусированным должно быть не изображение фильтра, а изображение колец (а они создаются светом, приходящим от бесконечно удаленного источника, т.е. от такого источника, на который в данном случае сфокусирована камера).
LAA: "искать причину надо прямо на самой ПЗС."
   Вполне возможно. Только одна проблема - если там это покрытие тонкое (сравнимое с длиной волны), то эффект будет и при обычном (немонохроматическом) освещении - типа тех же бензиновых пятен на воде. Этого не наблюдаем, а то бы был всемирный визг от множества фотографов. Если же покрытие толстое (порядок интерференции высокий), то опять же картинки не будет даже для спектрально узкого источника - все замажется за счет большой разницы в углах падения света на этот пиксель матрицы от разных областей объектива (а диафрагма при этих съемках была, видимо, открыта на всю катушку).
   Контраст я не оценивал (тогда не догадался, а сейчас уже лениво /> ), но тут есть еще одна характеристика - соотношение толщины светлых и темных колец. Это все похоже или на классические кольца Ньютона, или на Фабри-Перо с небольшим коэффициентом отражения (в классических Ф-П коэффициенты отражения обычно 95-99% и светлые кольца гораздо уже). Точно назвать причину, тем не менее, не возьмусь - нужно изучать детально конструкцию. Но хочется произнести основной вывод, который у меня из всего этого получился - обсуждаемая картинка появилась не в результате какого-то скрытого дефекта камеры или оптики. И получилась при очень специальных условиях съемки, которые в обычной жизни реализуются редко.

Успехов.                        Владимир.

(Edited by Vladimir P at 4:15 pm on Nov. 3, 2003)

[LAA]

Уважаемый Владимир,
перечитал учебник и вношу исправления в свое послание.

1. С вашим итоговым выводом полностью согласен.

2. Интерференционные полосы в случае колец Ньютона локализованы именно в зазоре.
То, что  картина видно глазом ничего не доказывает: глаз сфокусирован (акомодирован) именно в зазор. Не зря в учебнике пишут, что разглядывать кольца лучше всего в микроскоп, сфокусированный на поверхность.

3. С ИФП стоящим перед объективом Вы совершенно правы. Если точность изготовления достаточна, все будет как в классической схеме. Собственно, примерно на этом принципе юстируют ИФП "на глазок", рассматривая кольца от протяженного источника.
Но хочу подчеркнуть, что вероятность того, что фильтр случайно окажется изготовлен с точностью ИФП не просто мала, а совсем ничтожна. (Что-то наподобие миллиона обезьян, которые за миллион лет сочинят "Войну и мир")

4. По поводу толщины "моего" покрытия и порядков интерференции Вы меня смутили. Любопытно было бы поискать цветные кольца вблизи центра при съемке белого листа бумаги. Думаю, они найдутся. Более того, подозреваю, что возникающая время от времени дискуссия о хроматизме в цифровой фотографии связана с обсуждпемыми интерференционными явлениями.
В пользу моей версии, кажется, говорит удиветельная точность привязки колец к центру кадра.

5. На досуге попробую оценить, какаие толщины пластин могут создать рассматриваю картину.

(Edited by LAA at 11:29 am on Nov. 4, 2003)