Perché il buco in una fotocamera a foro stenopeico di solito è un cerchio?

So che per le telecamere a foro stenopeico e gli oscuramenti delle telecamere i fori sono generalmente rotondi (sono circolari). Ma non vedo il legame tra la forma del buco e la formazione dell'immagine.

Dall'articolo della fotocamera Pinhole di Wikipedia ,

Il miglior foro stenopeico è perfettamente rotondo ( poiché le irregolarità causano effetti di diffrazione di ordine superiore ) e in un pezzo di materiale estremamente sottile. I fori di spillo prodotti a livello industriale traggono vantaggio dall'incisione laser, ma un hobbista può ancora produrre fori di spillo di qualità sufficientemente elevata per il lavoro fotografico.

C'è una dimensione ottimale teorica per un'apertura a foro stenopeico . Da un punto di vista geometrico, più piccola è l'apertura del foro stenopeico, più nitida sarà l'immagine prodotta, ma questo vale solo per un punto. Più piccolo di questa dimensione, la nitidezza dell'immagine diventa limitata dalla diffrazione . Il comportamento ondoso della luce che interagisce con le pareti del diaframma crea un proprio schema di interferenza e, alla (o oltre) dimensione dell'apertura limitata dalla diffrazione, domina la chiarezza dell'immagine.

Un cerchio è l'unica forma con curvatura costante. Qualsiasi altra forma avrà curve più strette o bordi più vicini di un cerchio. Se mantieni rigorosamente la curvatura minima e la distanza dal bordo, ma nessuna delle due è costante, per definizione hai una parte della forma che è più grande di quanto dovrebbe essere. Pertanto, un cerchio è la forma ottimale per bilanciare il desiderio di un'apertura più piccola (per motivi di chiarezza dell'immagine) con un limite inferiore alla dimensione dell'apertura a causa della limitazione della diffrazione.

Il pin-hole lancia (proietta) piccoli cerchi di immagini sulla parete posteriore della telecamera. Questo è anche il posto in cui posizioniamo materiale sensibile alla fotografia in modo da poter replicare questa immagine su pellicola o carta o forse persino digitalizzarla. Affinché l'immagine appaia nitida, i cerchi dell'immagine devono essere così piccoli da apparire come punti senza forma percepibile. I criteri: diametro di ½ mm visto dalla normale distanza di lettura 14-16 pollici (355-400 mm).

Ora l'immagine proiettata dal foro è abbastanza debole. Saresti tentato di ingrandire il foro nel tentativo di ottenere la luminosità dell'immagine. Quando si allarga il foro del perno, i cerchi dell'immagine si ingrandiscono e ciò degrada la nitidezza dell'immagine.

Allo stesso modo, potresti essere tentato di ridurre il diametro del foro del perno per ottenere un'acuità aggiuntiva. Man mano che il foro si restringe, l'immagine si attenua e l'acuità viene acquisita, fino a un certo punto. Presto i demoni gemelli di diffrazione e interferenza prendono il loro pedaggio. La diffrazione è un effetto del bordo, i raggi di luce che incontrano un bordo acuto non si fermano bruscamente, sanguinano in raggi non ostruiti vicino ai confini dell'ostacolo (bordo del foro del perno). Interferenza causata anche al limite. Questo è sia un annullamento che un rafforzamento dei raggi luminosi. Questi due fenomeni sono congiuntamente responsabili di una perdita di acutezza quando il foro viene compresso.

Di fronte a questi demoni gemelli, è meglio che il litorale del foro sia il più corto possibile. Questa sarà una figura geometrica che è regolare e compattata il più possibile, in altre parole, un'apertura circolare.

Consentitemi di aggiungere che le lenti sostituiscono il foro per ottenere l'acuità. Nella maggior parte dei casi l'apertura che sfoggiano è anche un cerchio delle stesse ragioni di cui sopra. Tuttavia, nei tempi moderni, gli sfondi sfocati sono considerati interessanti. Aggiungono un aspetto morbido e burroso, particolarmente apprezzato per alcuni tipi di ritratti. Questo effetto, nel gergo della fotografia è bokeh (una parola giapponese per questo effetto). Se la forma dell'apertura dell'obiettivo viene modificata in una figura a 5 o 6 lati, o con appendici appuntite, il bokeh viene accentuato e alcuni lo apprezzano molto.

Prima di tutto, sarò pratico. Ecco un esempio di strumento di affilatura.

Un buon modo per avere una punta acuminata è fare una rotazione circolare mentre affilate una matita. Non solo quando si utilizza il temperamatite, ma è anche possibile ruotare la matita mentre si disegna su una carta per produrre una punta molto sottile.

Esploriamo altre forme.

Sto esagerando la forma di un'ellisse, ma è ovvio che un'ellisse ha più area di un cerchio in questo caso. Lo strumento che ha creato questa forma potrebbe essere ulteriormente affilato facendo un movimento circolare.

Ma ora rispondiamo alla seconda parte della domanda

Non vedo il legame tra la forma del buco e la formazione dell'immagine.

L'immagine prodotta da un foro stenopeico non è perfettamente nitida. Ha una piccola sfocatura dovuta a diversi raggi che non colpiscono esattamente lo stesso punto.

Ma se usi una forma non circolare, ad esempio un'ellisse, ora introduci un altro tipo di sfocatura, l'astigmatismo, che è una sfocatura sullo stesso angolo della forma dell'ellisse.

E infine, le forme che hanno angoli acuti ad un certo punto rendono quegli angoli suscettibili di produrre schemi di interferenza a causa della diffrazione della luce.