Разреше́ние — способность оптического прибора воспроизводить изображение близко расположенных объектов.

Угловое разрешение

Угловое разрешение — минимальный угол между объектами, который может различить оптическая система .

Способность оптической системы различать точки изображаемой поверхности, например:

Угловое разрешение: 1′ (одна угловая минута, около 0,02°) соответствует площадке размером 29 см, различимой с расстояния в 1 км или одной печатной точке текста на расстоянии 1 м.

Линейное разрешение

Линейное разрешение — минимальное расстояние между различимыми объектами в микроскопии .

Критерий Рэлея

Разрешение системы формирования изображения ограничено либо аберрацией, либо дифракцией, вызывающей размытие изображения. Эти два явления имеют разное происхождение и не связаны между собой. Аберрацию можно объяснить исходя из геометрической оптики и, в принципе, её устраняют путем повышения оптического качества системы. С другой стороны, дифракция возникает из-за волновой природы света и определяется конечной апертурой оптических элементов. Круглая апертура линзы аналогична двумерной версии эксперимента с одной щелью . Свет, проходящий через линзу, интерферирует сам с собой, создавая кольцевую дифракционную картину, известную как узор Эйри , если волновой фронт проходящего света считается сферическим или плоским на выходе апертуры.

Взаимодействие между дифракцией и аберрацией характеризуют функцией рассеяния точки (PSF). Чем у́же апертура линзы, тем больше вероятность того, что в PSF преобладает дифракция. В этом случае угловое разрешение оптической системы оценивается (по диаметру апертуры и длине волны света) по критерию Рэлея, определённому лордом Рэлеем : два точечных источника начинают считаться разрешимыми, когда главный дифракционный максимум диска Эйри одного изображения совпадает с первым минимумом диска Эйри другого изображения (показано на прилагаемых фотографиях). Если расстояние больше, то две точки хорошо разрешаются, а если меньше, они считаются неразрешенными. Рэлей установил этот критерий для источников одинаковой интенсивности.

Учитывая дифракцию через круглую апертуру, выражение для предельного углового разрешения записывается в виде

${\displaystyle \theta =1.22{\frac {\lambda }{D}}}$

где θ — угловое разрешение (в радианах ), λ — длина волны света, а D — диаметр апертуры линзы. Коэффициент 1,22 получен из расчета положения первого темного круглого кольца, окружающего центральный диск Эйри в дифракционной картине. Точнее это число равно 1.21966989. . . ( ), первый нуль функции Бесселя первого рода ${\displaystyle J_{1}(x)}$ делённый на π .

Формальный критерий Рэлея близок к пределу эмпирической разрешающей способности, найденному ранее английским астрономом Дейвсом , который тестировал людей-наблюдателей на близких двойных звёздах равной яркости. Результат «θ» = 4,56/«D», где «D» в дюймах и «θ» в угловых секундах, немного уже, чем рассчитанный с помощью критерия Рэлея. Расчёт с использованием дисков Эйри в качестве функции рассеяния точки показывает, что в пределе Дайвса между двумя максимумами имеется провал на 5 %, тогда как по критерию Рэлея наблюдается провал на 26,3 % Современные методы обработка изображений , включая деконволюцию функции рассеяния точки, позволяют разрешать двойные источники с ещё меньшим угловым расстоянием.

Угловое разрешение можно преобразовать в Δ ℓ путем умножения угла (в радианах) на расстояние до объекта. Для микроскопа это расстояние близко к фокусному расстоянию f объектива. В этом случае критерий Рэлея принимает вид

${\displaystyle \Delta \ell =1.22{\frac {f\lambda }{D}}}$ .

Другими словами это радиус в плоскости изображения наименьшего пятна, на которое можно сфокусировать коллимированный луч света , который также соответствует размеру наименьшего объекта, который может разрешить линза . Этот размер пропорционален длине волны λ , поэтому, например, синий свет может быть сфокусирован в пятно меньшего размера, чем красный свет. Если линза фокусирует луч света с конечной поперечной протяженностью (например, лазерный луч), значение D соответствует диаметру светового луча, а не линзы . Поскольку пространственное разрешение обратно пропорционально D , то это приводит к несколько неожиданному результату: широкий луч света можно сфокусировать в пятно меньшего размера, чем узкое. Этот результат связан с фурье-свойствами линзы.

Зависимость разрешения при фотографировании от свойств оптической системы

При фотографировании с целью получения отпечатка или изображения на мониторе , суммарная разрешающая способность определяется разрешением каждого этапа воспроизведения объекта.

Способы определения разрешающей способности в фотографии

Определение разрешающей способности производится путём фотографирования специального тестового объекта ( миры ). Для определения разрешающей способности каждого из элементов, принимающих участие в техническом процессе получения изображения, измерения проводят в условиях, когда погрешности от остальных этапов пренебрежимо малы.

Разрешающая сила объектива

Разрешающая способность первичного материального носителя

Фотографическая эмульсия

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела . Вы можете помочь проекту, и убрав после этого данный шаблон.

Разрешающая способность фотографической плёнки или киноплёнки зависит, главным образом, от её светочувствительности и может составлять для современных плёнок от 50 до 100 лин/мм. Специальные плёнки ( -200, Микрат-400) имеют разрешающую способность, обозначенную числом в названии.

Матрицы цифровых фотоаппаратов

Разрешение матриц зависит от их типа, площади и плотности элементов на единицу поверхности.

Оно нелинейно зависит от светочувствительности матрицы и от заданного программой уровня шума .

Важно, что современная иностранная трактовка линий миры считает пару черная и белая полоса — за 2 линии, — в отличие от отечественных теории и практики, где каждая линия всегда считается разделенной промежутками контрастного фона толщиной, равной толщине линии.

Некоторые фирмы — производители цифровых фотоаппаратов , в рекламных целях пытаются повернуть матрицу под углом в 45°, достигая определённого формального повышения разрешения при фотографировании простейших горизонтально-вертикальных мир. Но если использовать профессиональную миру , или хотя бы повернуть простую миру под тем же углом, становится очевидным, что повышение разрешения — фиктивное.

Получение конечного изображения

Разрешающая способность современных принтеров измеряется в точках на миллиметр ( ) или на дюйм ( dpi ).

Этот раздел не завершён . Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Струйные принтеры

Качество печати струйных принтеров характеризуется:

• Разрешением принтера (единица измерения DPI )
• Цветовым разрешением системы принтер-краска-цветовые профиля ICC (цветовые поля печати). Цветовые поля печати в большей степени ограничиваются свойствами используемой краски. В случае необходимости принтер можно перевести практически на любую краску, которая подходит к типу используемых в принтере печатных головок, при этом может понадобиться перенастройка цветовых профилей.
• Разрешением отпечатанного изображения. Обычно очень сильно отличается от разрешения принтера, так как принтеры используют ограниченное количество красок, максимум 4…8 и для получения полутонов применяется мозаичное цветосмешение, то есть один элемент изображения (аналог пикселя) состоит из множества элементов печатаемых принтером (точки — капли чернил)
• Качеством самого процесса печати (точность перемещения материала, точность позиционирования каретки и т. п.)

Для измерения разрешающей способности струйных принтеров, в быту, принята единственная единица измерения — DPI, соответствующая количеству точек-физических капель краски на дюйм отпечатанного изображения. В действительности реальное разрешение струйного принтера (видимое качество печати) зависит от гораздо большего числа факторов:

• Управляющая программа принтера в большинстве случаев может работать в режимах, обеспечивающих очень медленное перемещение печатающей головки и как следствие, при фиксированной частоте спрыска краски дюзами печатающей головки, получается очень высокое «математическое» разрешение отпечатанного изображения (иногда до 1440 × 1440 DPI и выше). Однако следует помнить что реальное изображение состоит не из «математических» точек (бесконечно малого диаметра), а из реальных капель краски. При непомерно высоком разрешении, более 360…600 (приблизительно) количество краски, наносимой на материал, становится чрезмерным (даже если принтер оборудован головами, создающими очень мелкую каплю). В итоге, для получения изображения заданной цветности, заливку приходится ограничивать (то есть возвращать количество капель краски в разумные пределы). Для этого используются как заранее сделанные настройки, вшиваемые в цветовые профиля ICC, так и принудительное уменьшение процента заливки.
• При печати реального изображения дюзы постепенно блокируются внутренними факторами (попадание пузырьков воздуха вместе с краской, поступающей в дюзы печатающей головки) и внешними факторами (прилипание пыли и скопление капель краски на поверхности печатающей головки). В результате постепенного блокирования дюз появляются не пропечатанные полосы на изображении, принтер начинает «полосить». Скорость блокирования дюз зависти от типа печатающей головки и конструкции каретки. Проблема забитых дюз решается прочисткой печатающей головки.
• Дюзы спрыскивают краску не идеально вниз, а имеют небольшой угловой разброс, зависящий от типа печатающей головки. Смещение капель вследствие разброса можно компенсировать уменьшением расстояния между печатающей головкой и печатаемым материалом, но при этом следует помнить, что слишком сильно опущенная голова может цеплять материал. Иногда это приводит к браку, при особо жёстких зацепах печатающая головка может быть повреждена.
• Дюзы в печатающей головке располагаются вертикальными рядами. Один ряд — один цвет. Каретка печатает как при движении слева направо, так и справа налево. При движении в одну сторону головка последним кладёт один цвет, а при движении в другую сторону, последним кладёт другой цвет. Краска разных слоёв, попадая на материал, лишь частично смешивается, возникает флуктуация цвета, которая на разных цветах выглядит по-разному. Где-то она почти не видна, где-то она сильно бросается в глаза. На многих принтерах есть возможность печати только при движении головки в одну сторону (to Left или to Right), обратный ход — холостой (это полностью устраняет эффект «матраса», но сильно снижает скорость печати). На некоторых принтерах установлен двойной набор головок, при этом головки расположены зеркально(пример: Жёлтый-Розовый-Голубой-Чёрный-Чёрный-Голубой-Розовый-Жёлтый), такое расположение головок исключает рассматриваемый эффект, но требует более сложной настройки — сведение головок одного цвета между собой.

Лазерные и светодиодные принтеры

Мониторы

Измеряется в точках на единицу длины изображения на поверхности монитора (в или dpi ).

Оптические приборы

Микроскопы

Разрешение оптического микроскопа R зависит от апертурного угла α:

${\displaystyle R={\frac {1.22\lambda }{2n\sin \alpha }}}$ .

где α — апертурный угол объектива, который зависит от выходного размера линзы объектива и фокусного расстояния до образца. n — показатель преломления оптической среды, в которой находится линза. λ — длина волны света, освещающего объект или испускаемого им (для флюоресцентной микроскопии). Значение n sin α также именуется числовая апертура .

Из-за накладывающихся ограничений значений α , λ , и η , предел разрешающей способности светового микроскопа, при освещении белым светом, — приблизительно 200…300 нм. Поскольку: α лучшей линзы — приближенно 70° (sin α = 0.94 …0.95), учитывая также, что самая короткая длина волны видимого света является синей ( λ = 450 nm; фиолетовой λ = 400…433 nm ), и типично высокие разрешения обеспечивают линзы масляно-иммерсионных объективов ( η = … 1.56 ; по И. Ньютону 1,56 — показатель (индекс) преломления для фиолетового ), имеем:

${\displaystyle R={\frac {0.61\times 450\,{\mbox{nm}}}{1.56\times 0.94}}=187\,{\mbox{nm}}}$

Для других типов микроскопов разрешение определяется иными параметрами. Так, для растрового электронного микроскопа разрешение определяется диаметром пучка электронов и/или диаметром области взаимодействия электронов с веществом образца.

Одиночный телескоп

Точечные источники, разделенные углом, меньшим углового разрешения прибора, не могут быть разрешены. У одиночного оптического телескопа угловое разрешение составляет менее одной , но астрономическая видимость и другие атмосферные эффекты затрудняют достижение инструментального разрешения.

Угловое разрешение телескопа R обычно аппроксимируется следующим выражением

${\displaystyle R={\frac {\lambda }{D}}}$

где λ — длина волны наблюдаемого излучения, а D — диаметр объектива телескопа. Результирующее R выражается в радианах . Например, в случае жёлтого света с длиной волны 580 нм , для разрешения 0,1 угловой секунды нужен диаметр D = 1,2 м. Источники излучения, превышающие угловое разрешение, называются протяжёнными источниками или диффузными источниками, а источники меньшего размера называются точечными источниками.

Эта формула для света с длиной волны около 562 нм, также называется пределом Дайвса .

Телескопическая решетка

Наивысшего углового разрешения можно достичь с помощью массивов телескопов, называемых астрономическими интерферометрами : эти инструменты достигают углового разрешения порядка 0,001 угловой секунды в оптическом диапазоне и гораздо более высокого разрешения в диапазоне длин волн рентгеновского излучения. Для получения изображений с синтезом апертуры требуется большое количество телескопов, расположенных в 2-мерном порядке с точностью размеров лучше, чем доля (0,25x) требуемого разрешения изображения.

Угловое разрешение R решетки интерферометров обычно можно аппроксимировать следующим образом:

${\displaystyle R={\frac {\lambda }{B}}}$

где λ — длина волны наблюдаемого излучения, а B — длина максимального физического разделения телескопов в решетке, называемая базовой линией .

Например, чтобы сформировать изображение в жёлтом свете с длиной волны 580 нм, для разрешения 1 миллисекунды, нужны телескопы, расположенные в массиве из 120 м × 120 м с пространственной точностью лучше 145 нм.

См. также

• Частотно-контрастная характеристика
• Горизонтальная чёткость

Примечания

Литература

Фадеев Г. Н. Химия и цвет . 2-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 1983.- 160 с., ил.- (Мир знаний).

Ссылки

• — понятия разрешающей силы, изобразительной способности, пограничной нерезкости и др.