Разрешение (оптика)

Разреше́ние — способность оптического прибора воспроизводить изображение близко расположенных объектов.

Угловое разрешение

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

Линейное разрешение

Линейное разрешение — минимальное расстояние между различимыми объектами в микроскопии.

Общие сведения

Разрешение принципиально ограничено дифракцией на объективе: видимые точки являются ничем иным, как дифракционными пятнами. Две соседние точки разрешаются, если минимум интенсивности между ними достаточно мал, чтобы его разглядеть. Для снятия зависимости от субъективности восприятия был введен эмпирический критерий разрешения Рэлея, который определяет минимальное угловое расстояние между точками

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

где θ — угловое разрешение (минимальное угловое расстояние), λ — длина волны, D — диаметр входного зрачка оптической системы (часто он совпадает с диаметром объектива). Учитывая чрезвычайную малость угла θ, в оптической литературе вместо синуса угла обычно пишут сам угол.

Коэффициент подобран так, чтобы интенсивность в минимуме между пятнами была равна примерно 0,75-0,8 от интенсивности в их максимумах — считается, что этого достаточно для различения невооруженным глазом.

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 способность первичного материального носителя

Фотографическая эмульсия (негатив)

Разрешающая способность фотографической плёнки обычно порядка 100 лин/мм. Специальные плёнки (Микрат-200, Микрат-400) имеют разрешающую способность, обозначенную числом в названии.

Матрицы цифровых фотоаппаратов

Разрешение матриц зависит от их типа, площади и плотности фоточувствительных 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 (dpmm) или на дюйм (dpi).

Мониторы

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

Микроскопы

Разрешение R зависит от угловой апертуры α:

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

где α - угловая апертура объектива, которая 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 численная 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 = 450nm; фиолетовой λ = 400…433nm), и типично высокие разрешения обеспечивают линзы масляно-иммерсионных объективов (η = 1.52...1.56; по И. Ньютону 1,56 – показатель (индекс) преломления для фиолетового), имеем:

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

Литература

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

Ссылки

• Страница «Характеристики качества изображения» на сайте НТЦ Красногорского завода им. С. А. Зверева — понятия разрешающей силы, изобразительной способности, пограничной нерезкости и др.

См. также

• Зрение
• Телескоп