Что называется разрешающей способностью телескопа

Разрешающая сила телескопа

Смотреть что такое «Разрешающая сила телескопа» в других словарях:

Разрешающая способность (в оптике) — Разрешающая способность (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная … Большая советская энциклопедия

Разрешающая способность — I Разрешающая способность (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя… … Большая советская энциклопедия

РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ — (разрешающая сила) способность системы наблюдения (микроскопа, телескопа, фотоаппарата, радиолокационной станции и др.) и измерения (регистрации) различать и воспроизводить раздельно мелкие детали или очень близкие в пространстве, во времени млн … Большая политехническая энциклопедия

Солнечный окуляр — окуляр телескопа, предназначенного для визуальных наблюдений Солнца. Служит для ослабления яркости изображения Солнца с наименьшей потерей разрешающей способности телескопа (при диафрагмировании для этой цели объектива или зеркала,… … Большая советская энциклопедия

Телескоп — Внешние ссылки в этой статье не соответствуют правилам Википедии. Вы можете улучшить эту статью, удалив из неё ссылки, не соответствующие правилам … Википедия

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ — устройства, в которых излучение какой либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы,… … Энциклопедия Кольера

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ — Аберрация света. Смещение наблюдаемого положения звезд, вызванное движением Земли. Аберрация сферическая. Размытие изображения, построенного зеркалом или линзой со сферической поверхностью. Аберрация хроматическая. Размытие и окрашенность краев у … Энциклопедия Кольера

Любительский телескоп — Телескопы Радиотелескоп … Википедия

Бесщелевой спектрограф — Астроспектрограф, устанавливаемый на больших телескопах и предназначаемый для получения спектров слабых небесных светил: звёзд, комет, планетарных туманностей и т.п. В отличие от обычных Спектрографов, в Б. с. источником света служит не… … Большая советская энциклопедия

Триплет (объектив) — У этого термина существуют и другие значения, см. Триплет. Оптическая схема триплета Триплет Кука (от лат. triplus тройной) тип фотографического … Википедия

Источник

Разрешающая способность объектива: понятие, формула

Введение в процесс разрешения

Вам будет интересно: Трифторид хлора: свойства и применение

По мере увеличения размера датчика глубина резкости будет уменьшаться при заданной диафрагме, так как больший аналог требует приблизиться к объекту или использовать более длинное фокусное расстояние для заполнения кадра. Чтобы поддерживать ту же глубину резкости, фотограф должен использовать меньшие размеры диафрагмы.

Эта небольшая глубина резкости может быть желательной, особенно для достижения размытия фона для портретной живописи, но для пейзажной фотографии требуется большая глубина, которая легче снимается с гибким размером диафрагмы компактных камер.

Вам будет интересно: Эргатическая система: основы, термины и понятия, цели и функции

Разделение количества горизонтальных или вертикальных пикселей на датчике укажет, сколько места занимает каждый из них на объекте, и может использоваться для оценки разрешающей способности объектива и разрешает сомнения покупателя о размере элементов цифрового изображения у устройства. В качестве отправной точки важно понять, что может фактически ограничить разрешение системы.

Это утверждение можно продемонстрировать на примере пары квадратов на белом фоне. Если квадраты на датчике камеры отображаются на соседние пиксели, то они будут казаться одним большим прямоугольником на изображении (1a), а не двумя отдельными квадратами (1b). Чтобы отличить квадраты, между ними требуется определенное пространство, по крайней мере, один пиксель. Это минимальное расстояние является предельным разрешением системы. Абсолютное ограничение определяется размером пикселей на датчике, а также их количеством.

Измерение характеристик объектива

Разрешающая способность объектива по определению, также называемая разрешением пространства изображения для системы, ее можно определить, умножив размер в μm на 2, чтобы создать пару, и разделив его на 1000 для преобразования в мм:

lp/mm = 1000/ (2 Х pixel)

Датчики с большими пикселями будут иметь более низкие предельные разрешения. Датчики с меньшими пикселями будут иметь более высокие показатели, согласно вышеприведенной формуле разрешающей способности объектива.

Активная область датчика

Можно рассчитать предельное разрешение для объекта, подлежащего просмотру. Для этого необходимо различать такие показатели, как соотношение между размером датчика, полем обзора и количеством пикселей на датчике. Размер последнего относится к параметрам активной области датчика камеры, обычно определяемому размером его формата.

Тем не менее точные пропорции будут варьироваться в зависимости от соотношения сторон, а номинальные форматы датчиков следует использовать только в качестве ориентира, особенно для телецентрических линз и больших размеров увеличения. Размер датчика можно непосредственно рассчитать по размеру пикселей и их активному количеству, чтобы выполнить проверку разрешающей способности объектива.

В таблице показан предел Найквиста, связанный с размерами пикселей, найденными на некоторых очень часто используемых датчиках.

Размер пикселя (мкм)

Связанный предел Найквиста (lp / mm)

По мере уменьшения размеров пикселей, связанный предел Найквиста в lp/mm увеличивается пропорционально. Чтобы определить абсолютное минимальное разрешаемое пятно, которое можно увидеть на объекте, необходимо рассчитать отношение поля зрения к размеру датчика. Это также известно, как первичное увеличение (PMAG) системы.

Отношение, связанное с системным PMAG, позволяет масштабировать разрешение пространства изображений. Как правило, при разработке приложения оно не указывается в lp/mm, а скорее в микронах (мкм) или долях дюйма. Можно быстро перейти к предельному разрешению объекта, используя вышеуказанную формулу для упрощения выбора разрешающей способности объектива z. Также важно иметь в виду, что есть много дополнительных факторов, и вышеназванное ограничение намного меньше дает погрешности, чем сложности учета многих факторов и расчета их с помощью уравнений.

Вычисление фокусного расстояния

Вам будет интересно: Сербохорватский язык: а существует ли он еще?

Например, камера Basler acA1300-30um имеет размер пикселя 3,75 x 3,75um и разрешение 1296 x 966 пикселей. Размер датчика составляет 3,75 мкм x 1296 на 3,75 мкм x 966 = 4,86 х 3,62 мм.

Формат датчика относится к физическому размеру и не зависит от размера пикселя. Этот параметр используется для определения того, с каким объективом камера совместима. Для того чтобы они совпадали, формат объектива должен быть большим или равным размеру датчика. Если используется объектив с меньшим форматом, изображение испытывает виньетирование. Это приводит к тому, что области датчика вне края формата объектива становятся темными.

Пиксели и выбор камеры

Чтобы увидеть объекты на изображении, должно быть достаточно места между ними, чтобы они не сливались с соседними пикселями, иначе они будут неотличимы друг от друга. Если объекты по одному пикселю, разделение между ними также должно быть не менее одного элемента, именно благодаря этому образуется пара линий, которая фактически имеет два пикселя в размере. Это одна из причин, по которой некорректно измерять разрешение камер и линз в мегапикселях.

На самом деле проще описать возможности разрешения системы в терминах частоты пар линий. Из этого следует, что при уменьшении размера пикселя разрешение увеличивается, поскольку можно поместить меньшие объекты на более мелкие цифровые элементы, иметь меньше пространства между ними и по-прежнему разрешать расстояние между снимаемыми предметами.

Это упрощенная модель того, как датчик камеры обнаруживает объекты, не принимая во внимание шум или другие параметры, и является идеальной ситуацией.

MTF контрастных диаграмм

Вместо этого намного легче измерить модуляцию или контрастность для пар чередующихся белых и темных линий. Они называются прямоугольной решеткой. Интервалом линий в прямоугольной волновой решетке является частота (v), для которого измеряют функцию модуляции или контраста объектива и разрешающую способность в см.

Максимальное количество света будет поступать из световых полос, и минимальное из темных полос. Если свет измеряется по яркости (L), можно определить модуляцию в соответствии со следующим уравнением:

Когда модуляция определяется с точки зрения света, ее часто называют контрастом Майкельсона, поскольку принимают соотношение освещенности от светлого и темного полос для измерения контраста.

Например, есть квадратная волновая решетка определенной частоты (v) и модуляции, а также присущий контраст между темными и светлыми областями, отражающийся от этой решетки через объектив. Модуляция изображения и, таким образом, контрастность линзы измеряют для данной частоты решетки (v).

Тестовые решетки USF печатаются на 98% яркой лазерной бумаге. Черный лазерный тонер для принтера имеет коэффициент отражения около 10%. Таким образом, значение для M 0 составляет 88%. Но поскольку пленка имеет более ограниченный динамический диапазон по сравнению с человеческим глазом, можно с уверенностью предположить, что M 0 составляет по существу 100% или 1. Таким образом, приведенная выше формула сводится к следующему более простому уравнению:

Таким образом, MTF len для данной частоты решетки (v) представляет собой просто измеренную модуляцию решетки (Mi) при фотографировании через линзу на пленку.

Разрешение микроскопа

Если две точки ближе друг к другу, чем ваше разрешение, они будут казаться нечеткими, а их позиции будут неточными. Микроскоп может предлагать высокое увеличение, но, если объективы имеют низкое качество, получившееся плохое разрешение ухудшит качество изображения.

На разрешение микроскопа влияют несколько элементов. Оптический микроскоп, установленный с большим увеличением, может создавать изображение, которое размыто, тем не менее оно все еще находится на максимальном разрешении объектива.

Разрешающая способность объектива телескопа

Вам будет интересно: Ведущие университеты Воронежа: особенности вузов и специальности

Подобно световой воронке, телескоп способен собирать свет пропорционально площади отверстия, это свойство является основной линзы.

Диаметр темного адаптированного зрачка человеческого глаза составляет чуть менее 1 сантиметра, а диаметр крупнейшего оптического телескопа составляет 1000 сантиметров (10 метров), так что самый большой телескоп в один миллион раз по площади сбора больше человеческого глаза.

Поэтому телескопы видят более слабые объекты, чем люди. И имеют приборы, которые накапливают свет, используя электронные датчики обнаружения в течение многих часов.

Раньше зеркала были сделаны из огромных толстых стеклянных плит, чтобы они не провисали. Сегодняшние зеркала тонкие и гибкие, но поддерживаются компьютерным управлением или иначе сегментируются и выравниваются с его помощью. Кроме задачи поиска слабых объектов, цель астронома также заключается в том, чтобы видеть их мелкие детали. Степень, в которой детали могут быть распознаны, называется разрешением:

Из-за волновой природы света и явлений, называемых дифракцией, диаметр зеркала или линзы телескопов ограничивает ее предельную разрешающую способность по отношению к диаметру телескопа. При этом разрешение означает наименьшую угловую деталь, которая может быть распознана. Маленькие значения его соответствуют отличной детализации изображения.

Радио телескопы должны быть очень большими, чтобы обеспечить хорошее разрешение. Атмосфера Земли является турбулентной и размывает изображения телескопа. Земные астрономы редко могут достичь предельной разрешающей способности аппарата.Турбулентный эффект атмосферы на звезде называется видением. Эта турбулентность заставляет звезды «мерцать». Чтобы избежать этих атмосферных размытых объектов, астрономы запускают телескопы в космос или помещают на высокие горы со стабильными атмосферными условиями.

Примеры расчета параметров

Данные для определения разрешающей способности объектива Canon:

На самом деле эти расчеты довольно сложные, но они помогут создавать изображение на основе размера датчика, формата пикселя, рабочего расстояния и поля зрения в мм. Вычисление этих значений определит лучший объектив для изображений и приложения.

Проблемы современной оптики

Объектив, предназначенный для 1-дюймового датчика, может стоить в пять раз больше, чем объектив, предназначенный для датчика ½ «, даже если он не может использовать те же характеристики с ограниченным разрешением в пикселях. Стоимостную составляющую нужно учитывать перед тем, как определить разрешающую способность объектива.

Сегодня оптическая обработка изображений сталкивается с большими проблемами, чем десять лет назад. Датчики, с которыми они используются, имеют гораздо более высокие требования к разрешению, а размеры форматов одновременно управляются как меньшими, так и большими, в то время как размер пикселей продолжает сокращаться.

В прошлом оптика никогда не ограничивала систему обработки изображений, сегодня она это делает. Там, где типичный размер пикселя составляет около 9 мкм, гораздо более распространенный размер составляет около 3 мкм. Это увеличение плотности точек в 81 раз не прошло бесследно для оптики, и, хотя большинство из устройств хорошие, процесс выбора объективов сейчас более важен, чем когда-либо раньше.

Источник

Выбор телескопа: чем отличаются рефлекторы и рефракторы

Астрономы-любители при наблюдениях используют в основном те­лескопы двух традиционных типов. Это телескопы — рефракторы, в которых для построения изображения применяются линзы и телескопы – рефлекторы, где для этих целей служит зеркало.

Иногда для построения изображения используют катадиоптрические системы, представляющие собой комбинации не­скольких линз и зеркал (зеркально-линзовый телескоп).

Когда мы думаем о наблюдении звездного неба, то представляем что-то в этом роде. Реальность, сразу говорю, отличается от фотографии

Основной частью любого телескопа, которая строит изображение, является объектив. От его характеристик — апер­туры D, фокусного расстояния/и фокального отношения f/D — зависит диапазон наблюдений, которые позволяет проводить данный теле­скоп.

Разумеется, телескопы с широкой апертурой (с большим диа­метром объектива) предпочтительней, так как они имеют большую собирающую свет поверхность, обладают высокой разрешающей способностью и обеспечивают значительное увеличение. Однако телескопы с большой апертурой, к какому бы типу они не относи­лись, более дороги и громоздки.

Собирающая и разрешающая способность телескопов

Самой важной характеристикой как телескопа, так и бинокля является апертура (D) — диаметр объектива.

Апертура определяет размеры со­бирающей поверхности, площадь которой пропорциональна квад­рату диаметра. Чем больше собирающая поверхность прибора, тем более слабый объект он позволяет наблюдать. Таким образом, от квадрата диаметра объектива зависит предельная звездная величина объекта, который можно наблюдать в данный телескоп.

Следующая важная характеристика телескопа — разрешающая способность, т. е. спо­собность различать мельчайшие образования на дисках планет или двойные звезды.

Если диаметр объектива измерять в миллиметрах, то разрешающая способность, выраженная в секундах дуги, опреде­ляется величиной 138/D.

Что такое апертура телескопа

Для длиннофокусных объективов с фокаль­ным отношением более f/12* разрешающая способность несколько выше и определяется по формуле 116/D.

Несколько меньшая раз­решающая способность рефлекторов и катадиоптрических телескопов по сравнению с телескопами-рефракторами при том же диаметре объектива частично обусловлена экранировкой центральной части светового пучка, прошедшего через объектив. Качество изображения, особенно у телескопов-рефлекторов, может также сильно постра­дать из-за потоков воздуха, возникающих в трубе телескопа.

Телескопы рефракторы

Объектив телескопа-рефрактора представляет собой ахромати­ческую систему, склеенную из нескольких линз, которая собирает лучи различных длин волн в один фокус.

Обычно фокальные отношения любительских рефракторов меньше f/10 или f/12, так как более короткофокусные ахроматические объективы очень дороги. Поэтому рефракторы лучше использовать при наблюдениях, для которых требуются большие фокальные отношения, довольно большие уве­личения и ограниченное поле зрения.

Телескоп типа рефрактор

Для серьезных наблюдений необходимо применять телескопы с апертурой не менее 75 мм.

Конечно, можно проводить наблюдения и в телескопы с меньшими апертурами, однако при этом следует помнить, особенно начи­нающим, что такие наблюдения сопряжены с большими трудностями; по этой причине наблюдения в хороший бинокль могут оказаться более результативными, чем в телескоп с малой апертурой.

В отличие от телескопов других типов в рефракторах отсутствуют потери, обусловленные частичной экранировкой пучка света промежуточными зеркалами, тем не менее при наблюдениях, как правило, исполь­зуются рефракторы с объективами диаметром менее 100 мм.

Реже встречаются крупные рефракторы с апертурами свыше 150 мм, так как они довольно дороги и громоздки.

Телескопы рефлекторы

Большинство любительских телескопов-рефлекторов имеет фокаль­ные отношения f/6 — f/8; по сравнению с рефракторами они удобнее при наблюдениях, для которых требуются более широкое поле зрения и меньшее увеличение.

Телескопы-рефлекторы бывают разных типов. В практике любительских наблюдений чаще всего используются рефлекторы двух типов: системы Ньютона и системы Кассегрена.

В телескопе системы Ньютона вторичное зеркало плоское, поэтому фокусное расстояние и фокальное отношение объектива постоянны. В телескопе системы Кассегрена вторичное зеркало выпуклое, что зна­чительно увеличивает общее фокусное расстояние телескопа и тем самым изменяет его эффективное фокальное отношение. По этой причине рефлекторы системы Кассегрена находят применение при наблюдениях того же типа, что и телескопы-рефракторы.

Телескоп типа рефлектор

Самое большое преимущество рефлекторов — их низкая стоимость. При той же апертуре они значительно дешевле телескопов любого другого типа. Кроме того, нужное зеркало для объектива рефлектора можно изготовить собственными силами или в крайнем случае — прос­то купить, а трубу такого телескопа нетрудно собрать в домашних условиях.

Практически все любительские телескопы с большой собирающей поверхностью (диа­метры объектива свыше 200 мм) являются рефлекторами. Минималь­ный диаметр объектива рефлекторов, которые обычно используют для общих наблюдений, составляет около 150 мм; такой рефлектор стоит не дороже рефрактора с объективом диаметром 75 мм. По­скольку рефлектор имеет большую собирающую поверхность, в него можно наблюдать более слабые объекты, однако он не столь ком­пактен, как рефрактор.

Рефлекторы меньших размеров, имеющие малые фокальные отношения, по своим характеристикам занимают промежуточное положение между биноклями и обычными рефлек­торами; к тому же они достаточно компактны.

Однако у рефлекторов есть и недостатки. Наиболее существенные из них — необходимость время от времени обновлять отражающие, покрытия и юстировать оптические элементы. При отсутствии до­рогостоящего оптического стекла, герметически закрывающего трубу рефлектора, приходится укрывать каждое зеркало телескопа крышкой или чехлом, чтобы воспрепятствовать проникновению пыли.

При наблюдениях окуляр в телескопе системы Ньютона может оказаться в неудобном положении; чтобы избежать этого, следует предусмотреть возможность вращения трубы телескопа.

Если труба рефлектора не закрыта герметически оптическим ок­ном, то холодный наружный воздух, проникая в нее, создает там воздушные потоки, ухудшающие изображение. Весьма эффективным средством борьбы с этим недостатком может быть использование больших теплоизоляционных труб, но чаще для этой цели применяют «трубы» скелетной конструкции.

К сожалению, в последнем случае возникают другие проблемы, связанные с потоками теплого воздуха от самого наблюдателя (так что при наблюдениях старайтесь одевать больше теплоизолирующей одежды!). Кроме того, при этом увели­чивается выпадение росы на оптические элементы. Поэтому большое значение приобретает правильная конструкция самой обсерватории.

Катадиоптрический (зеркально-линзовый) телескоп

Катадиоптрическая система телескопов (зеркально-линзовый телескоп)

Среди катадиоптрических телескопов наибольшее применение нахо­дят телескопы система Максутова и система Шмидта-Кассегрена.

При данном фокусном расстоянии они более портативны и удобны при наблюде­ниях, особенно в соединении с разнообразными устройствами, обеспе­чивающими слежение за сложным движением небесных тел. Естест­венно, такие телескопы значительно дороже как рефракторов, так и рефлекторов того же размера.

Катадиоптрические телескопы имеют большие фокальные отношения: f/10, f/12 и даже f/15, поэтому их можно использовать для выполнения тех же задач, которым служат рефракторы и рефлекторы системы Кассегрена.

Как проверить телескоп перед покупкой

Ряд исследований качества оптики телескопа можно провести само­стоятельно, но при этом следует помнить, что идеальных оптических систем не существует. Любая оптическая система искажает изображения, такие искажения называют аберрациями.

При изготовлении телескопа аберрации стремятся свести к минимуму. Конкретные требования к величине допустимых аберраций зависят от характера исследований, для которых предназначен данный телескоп. Например, при изучении планет, двойных звезд и фотографировании небесных объектов требования к величине допустимых аберраций более высо­кие, чем при наблюдениях переменных звезд.

Хроматическая аберрация, характерная в той или иной мере для биноклей, рефракторов и телескопов некоторых других типов, выра­жается в окрашивании изображения небесных тел. Она особенно заметна на резких границах между светлыми и темными областями, например на лимбах Луны, Венеры и т. д. Телескопы-рефлекторы не создают аберрации такого типа.

Наличие дисторсии (искажения в изображении взаимного распо­ложения звезд) можно проверить, наблюдая изображение прямой линии или прямоугольной кладки кирпича в стене дома.

Проверьте, как ваш телескоп строит изображение точечного ис­точника. По возможности это лучше делать в ночное время, исследуя изображение звезд. Такие проверки можно проводить и днем, на­блюдая «искусственные звезды» (солнечный свет, отраженный дале­ким воздушным шаром) или любой другой точечный источник света.

Да, хотя это звучит банально, но все же не лишним будет напомнить – телескоп это точный и очень чувствительный прибор. Тщательно проверьте его перед покупкой, разочарование от некачественной «игрушки» отобьет всю охоту заниматься изучением звездного неба

В хорошем телескопе изображение звезды находится точно в фокусе и имеет форму идеально круглого дифракционного диска. Эти изобра­жения должны иметь форму идеального круга не только в фокусе, но и вне его. Их вытянутость свидетельствует о наличии астигматизма или деформации оптических элементов телескопа, которая может возникнуть из-за неправильного крепления.

На кривизну поля указывает расфокусировка изображения звезды при перемещении ее от центра к краю поля зрения телескопа. Кривизна поля присуща большинству телескопов, но этот дефект в основном сказывается при фотографических наблюдениях. Другая аберрация, кома, проявляется в вытя­гивании изображения звезды (она принимает форму кометы) на краю поля зрения. Кома также присуща большинству телескопов, но более заметна в рефлекторах, чем в рефракторах.

Проверки механических узлов телескопов и их монтировка в основном имеют общий характер. Для хорошей работы необходимо добиться жесткости конструкции как самой трубы телескопа, так и его монтировки. Лучше всего это достигается твердым креплением осей телескопа — каждая закрепляется на двух достаточно разнесенных опорах.

Вращение вокруг осей должно быть плавным, а на эквато­риальных установках обе оси следует снабдить стопорными винтами. Все приводы, фокусирующая оправа окуляров и другие механизмы регулировки телескопа должны действовать без люфтов.

Источник: компиляция из различных источников, в то числе по книге “Азбука звёздного неба”, Сторм Данлоп, Москва, «Мир», 1990

Источник