Đã có một số câu trả lời rất hay, tuy nhiên có một vài chi tiết chưa được đề cập. Đầu tiên, nhiễu xạ luôn xảy ra, ở mọi khẩu độ, khi ánh sáng uốn quanh các cạnh của màng loa và tạo ra một " Đĩa Airy ". Kích thước của đĩa thoáng và tỷ lệ của đĩa bao gồm các vòng ngoài và biên độ của mỗi sóng ở các vòng ngoài sẽ tăng lên khi khẩu độ bị giảm (khẩu độ vật lý sẽ nhỏ hơn.) Khi bạn tiếp cận chụp ảnh cách Whuber đề cập trong câu trả lời của mình:
Hãy nghĩ về một cảnh bao gồm nhiều điểm sáng nhỏ rời rạc.
Bạn nhận ra rằng mỗi một trong những điểm sáng đó, khi được tập trung bởi ống kính của bạn, sẽ tạo ra đĩa thoáng khí của riêng nó trên môi trường hình ảnh.
Về hình ảnh trung bình
Cũng cần lưu ý rõ ràng rằng giới hạn nhiễu xạ không thực sự là giới hạn của ống kính. Như đã lưu ý ở trên, các ống kính luôn tạo ra một mẫu nhiễu xạ, chỉ có mức độ và mức độ của mẫu đó thay đổi khi ống kính ngừng hoạt động. "Giới hạn" của nhiễu xạ là một chức năng của môi trường hình ảnh. Một cảm biến có ảnh nhỏ hơn, hoặc phim có hạt nhỏ hơn, sẽ có giới hạn nhiễu xạ thấp hơn so với cảm biến có ảnh / hạt lớn hơn. Điều này là do thực tế là một photosite nhỏ hơn bao phủ ít diện tích đĩa thoáng hơn so với photosite lớn hơn. Khi đĩa thoáng khí phát triển về kích thước và cường độ khi ống kính ngừng hoạt động, đĩa thoáng sẽ ảnh hưởng đến các bức ảnh lân cận.
Các giới hạn nhiễu xạlà điểm mà các đĩa thoáng khí phát triển đủ lớn để chúng bắt đầu ảnh hưởng nhiều hơn một photosite. Một cách khác để xem xét nó là khi các đĩa thoáng từ hai nguồn sáng có thể phân giải được bằng cảm biến bắt đầu hợp nhất. Ở khẩu độ rộng, hai nguồn sáng được chụp bằng cảm biến chỉ có thể ảnh hưởng đến các ảnh đơn lẻ lân cận. Khi khẩu độ được dừng lại, đĩa thoáng được tạo bởi mỗi nguồn sáng điểm sẽ phát triển, đến điểm mà các vòng ngoài của mỗi đĩa thoáng bắt đầu hợp nhất. Đây là điểm mà cảm biến bị "giới hạn nhiễu xạ", vì các nguồn sáng điểm riêng lẻ không còn phân giải thành một photosite duy nhất ... chúng đang hợp nhất và bao phủ nhiều hơn một photosite. Điểm tại đó trung tâm của mỗi đĩa thoáng khí hợp nhất là giới hạn độ phân giải, và bạn sẽ không còn có thể giải quyết bất kỳ chi tiết tốt hơn bất kể khẩu độ được sử dụng. Đây là tần số cắt nhiễu xạ.
Cần lưu ý rằng ống kính có thể phân giải một điểm nhỏ hơn các pixel trong môi trường hình ảnh. Đây là trường hợp khi các đĩa thoáng khí tập trung bởi một ống kính chỉ che một phần nhỏ của photosite. Trong trường hợp này, ngay cả khi hai nguồn sáng điểm có độ phân giải cao tạo ra các đĩa thoáng khí hợp nhất trên một photosite, kết quả cuối cùng sẽ giống nhau ... cảm biến sẽ chỉ phát hiện một ánh sáng điểm duy nhất bất kể khẩu độ. "Giới hạn nhiễu xạ" của cảm biến như vậy sẽ cao hơn (giả sử f / 16) so với cảm biến có khả năng phân giải rõ rệt cả hai nguồn sáng điểm (có thể bị nhiễu xạ giới hạn ở f / 8). Nó cũng có thể, và có khả năngcác nguồn sáng đó sẽ KHÔNG được tập trung hoàn hảo vào trung tâm của một photosite. Hoàn toàn hợp lý khi một đĩa thoáng khí được tập trung tại đường viền giữa hai hình ảnh, hoặc đường giao nhau của bốn hình ảnh. Trong một cảm biến đen trắng hoặc cảm biến foveon (cảm biến màu xếp chồng lên nhau), điều đó sẽ chỉ làm mềm. Trong cảm biến bay màu, trong đó một điểm vuông gồm 4 hình ảnh sẽ chụp một mẫu màu GRGB xen kẽ, vì đĩa thoáng có thể ảnh hưởng đến màu cuối cùng được hiển thị bởi bốn hình ảnh đó cũng như làm mềm hoặc phân giải không đúng.
Canon 450D của tôi, cảm biến APS-C 12.2mp, có giới hạn nhiễu xạ là f / 8.4. Ngược lại, Canon 5D Mark II, cảm biến Full Frame 21.1mp, có giới hạn nhiễu xạ là f / 10.3. Cảm biến lớn hơn, mặc dù có số megapixel nhiều gấp đôi, có thể dừng thêm trước khi gặp giới hạn nhiễu xạ. Điều này là do kích thước vật lý của các hình ảnh trên 5D II lớn hơn so với 450D. (Một ví dụ điển hình về một trong nhiều lợi ích của cảm biến lớn hơn.)
Cờ lê trong hỗn hợp
Bạn có thể thường xuyên bắt gặp các bảng trên internet chỉ định khẩu độ giới hạn nhiễu xạ cụ thể cho các định dạng cụ thể. Tôi thường thấy f / 16 được sử dụng cho các cảm biến APS-C và f / 22 cho Full Frame. Trong thế giới kỹ thuật số, những con số này thường vô dụng. Khẩu độ giới hạn nhiễu xạ (DLA) cuối cùng là một hàm của mối quan hệ kích thước của một điểm sáng tập trung (bao gồm cả mô hình đĩa thoáng khí) với kích thước của một phần tử cảm biến ánh sáng duy nhất trên cảm biến. Đối với bất kỳ kích thước cảm biến nhất định, APS-C hoặc Full Frame, giới hạn nhiễu xạ sẽ thay đổi tùy thuộc vào kích thước của các hình ảnh. Một ví dụ về điều này có thể được nhìn thấy với dòng máy ảnh EOS Rebel của Canon trong nhiều năm qua:
Camera | DLA
--------------------
350D | f/10.4
400D | f/9.3
450D | f/8.4
500D | f/7.6
550D | f/6.8
Câu chuyện nên tương tự cho kích thước hạt phim. Phim có hạt mịn hơn cuối cùng sẽ dễ bị nhiễu xạ làm mềm ở khẩu độ thấp hơn so với phim có hạt lớn hơn.
Tần số cắt nhiễu xạ
Nhiễu xạ thường được quảng cáo là kẻ giết hình ảnh và mọi người nói về "giới hạn nhiễu xạ" là điểm mà tại đó bạn không còn có thể giải quyết hình ảnh một cách "hữu ích". Ngược lại, giới hạn nhiễu xạ chỉ là điểm bắt đầu nhiễu xạ ảnh hưởng đến một hình ảnh cho phương tiện hình ảnh cụ thể mà bạn đang sử dụng. Các tần số nhiễu xạ cắt là điểm mà tại đó thêm độ sắc nét là không thể đối với một khẩu độ nhất định, và điều này thực sự là một chức năng của ống kính và khẩu độ vật lý.
Công thức tính tần số cắt nhiễu xạ cho các hệ quang học (hoàn hảo) như sau:
chu kỳ fc = 1 / (λ * f #) / mm
Điều này nói rằng sự đối ứng của bước sóng của ánh sáng được tập trung nhân với số f của ống kính là số chu kỳ trên một milimet có thể được giải quyết. Tần số cắt nhiễu xạ nói chung là điểm mà độ phân giải đạt đến bước sóng của chính tần số ánh sáng. Đối với ánh sáng khả kiến, λ trong khoảng 380-750nm hoặc 0,38-0,75 micron. Cho đến khi tần số cắt đã được đáp ứng cho một khẩu độ nhất định, độ phân giải có thể đạt được nhiều hơn.
Ví dụ trực quan
Trình tự các hình ảnh ở trên là một ví dụ điển hình về hiệu ứng nhiễu xạ, cũng như hiệu ứng quang sai khi ống kính mở rộng. Tôi nghĩ rằng nó chịu một chút từ một số thay đổi tiêu cự do quang sai hình cầu, vì vậy tôi đã tạo ra một GIF hoạt hình thể hiện hiệu ứng thay đổi khẩu độ của ống kính Canon 50mm f / 1.4 từ khẩu độ rộng nhất của nó thành hẹp nhất, ở mức dừng hoàn toàn .
(Lưu ý: Hình ảnh lớn, 3,8meg, vì vậy hãy tải xuống đầy đủ để xem so sánh độ sắc nét ở mỗi điểm dừng.) Hình ảnh thể hiện quang sai rõ rệt khi chụp mở rộng, đặc biệt là Quang sai và một số Quang sai viền tím nhẹ ... Tôi đã cố gắng tập trung vào cái chết.) Dừng lại ở f / 2, CA giảm đi đáng kể. Từ f / 2.8 đến f / 8, độ sắc nét là chính, với f / 8 là lý tưởng. Ở f / 11, độ sắc nét giảm xuống rất nhẹ, do nhiễu xạ . Ở f / 16 và đặc biệt là f / 22, nhiễu xạ ảnh hưởng rõ rệt đến độ sắc nét của hình ảnh. Lưu ý rằng ngay cả khi làm mờ nhiễu xạ, f / 22 vẫn sắc nét hơn đáng kể so với f / 1.4 hoặc f / 2.
