Setiap kali cahaya melewati batas, ia berdifraksi , atau menekuk, karena sifat seperti gelombang cahaya yang berinteraksi dengan batas itu. Bukaan dalam sistem optik, biasanya melingkar atau seperti lingkaran, adalah salah satu batasannya.
Bagaimana cahaya berinteraksi dengan apertur digambarkan oleh fungsi penyebaran titik (PSF), atau seberapa banyak dan sampai sejauh mana sumber titik penyebaran cahaya akibat melewati sistem optik. PSF ditentukan oleh geometri sistem (termasuk bentuk dan ukuran bukaan; bentuk lensa; dll.) Dan panjang gelombang cahaya yang melewati sistem optik. PSF pada dasarnya adalah respons impuls dari sistem optik terhadap fungsi impuls , titik cahaya dari sejumlah unit energi yang sangat sempit atau terikat erat dalam ruang 2D.
The lilit cahaya dari subjek dengan fungsi penyebaran titik hasil dalam gambar yang dihasilkan yang muncul lebih menyebar dari objek asli. Oleh pengguna Wikipedia Default007, dari Wikimedia Commons . Area publik.
Untuk aperture bundar sempurna dalam sistem pencitraan optikal-sempurna teoretis, fungsi PSF dijelaskan oleh disk Airy , yang merupakan pola konseptual seperti cincin lingkaran dari daerah bergantian interferensi konstruktif (tempat gelombang cahaya berinteraksi secara konstruktif untuk "menjumlahkan") dan gangguan destruktif (di mana gelombang cahaya berinteraksi sehingga membatalkan diri mereka sendiri).
Penting untuk dicatat bahwa pola disk Airy bukan hasil dari kualitas lensa yang tidak sempurna, atau kesalahan dalam toleransi dalam pembuatan, dll. Ini benar-benar fungsi dari bentuk dan ukuran bukaan dan panjang gelombang cahaya yang melewatinya. Dengan demikian, disk Airy adalah semacam batas atas pada kualitas gambar tunggal yang dapat diproduksi oleh sistem optik 1 .
Sumber cahaya yang melewati aperture bundar akan menyebar untuk menghasilkan pola disk Airy. Oleh Sakurambo , dari Wikimedia Commons . Area publik.
Ketika aperture cukup besar, sehingga sebagian besar cahaya yang melewati lensa tidak berinteraksi dengan tepi aperture, kita katakan gambar tidak lagi difraksi terbatas . Gambar tidak sempurna yang dihasilkan pada saat itu bukan karena difraksi cahaya oleh tepi apertur. Dalam sistem pencitraan nyata (tidak ideal), ketidaksempurnaan ini termasuk (tetapi terbatas pada): noise (termal, pola, baca, bidikan, dll.); kesalahan kuantisasi (yang dapat dianggap sebagai bentuk kebisingan lainnya); penyimpangan optik lensa; kesalahan kalibrasi dan perataan.
Catatan:
Ada teknik untuk meningkatkan gambar yang dihasilkan, sehingga kualitas optik jelas dari sistem pencitraan lebih baik daripada disk Airy -batas. Teknik penumpukan gambar, seperti lucky imaging , meningkatkan kualitas yang tampak dengan menumpuk banyak (seringkali ratusan) gambar berbeda dari subjek yang sama bersamaan. Sementara disk Airy terlihat seperti seperangkat lingkaran konsentris fuzzy, itu benar-benar mewakili probabilitasdari mana sumber cahaya titik memasuki sistem kamera akan mendarat di imager. Peningkatan yang dihasilkan dalam kualitas yang dihasilkan oleh penumpukan gambar adalah karena meningkatnya pengetahuan statistik dari lokasi foton. Yaitu, penumpukan gambar mengurangi ketidakpastian probabilistik yang dihasilkan oleh difraksi cahaya melalui aperture seperti yang dijelaskan oleh PSF, dengan melemparkan surplus informasi yang berlebihan pada masalah.
Mengenai hubungan dalam ukuran yang jelas dengan kecerahan sumber bintang atau titik: sumber cahaya yang lebih terang meningkatkan intensitas ("tinggi") PSF, tetapi tidak meningkatkan diameternya. Tetapi peningkatan intensitas cahaya yang masuk ke sistem pencitraan berarti bahwa lebih banyak foton menerangi piksel batas wilayah yang diterangi oleh PSF. Ini adalah bentuk "mekar cahaya", atau tampaknya "menumpahkan" cahaya ke piksel tetangga. Hal ini meningkatkan jelas ukuran bintang.