Sempre que a luz passa por um limite, ela difrata ou dobra devido à propriedade ondulatória da luz que interage com esse limite. Uma abertura em um sistema óptico, tipicamente circular ou circular, é um desses limites.
O modo como a luz interage com a abertura é descrito pela função de dispersão pontual (PSF) ou quanto e em que grau uma fonte pontual de luz se espalha como resultado da passagem pelo sistema óptico. O PSF é determinado pela geometria do sistema (incluindo a forma e o tamanho da abertura; a (s) forma (s) das lentes) etc.) e o comprimento de onda da luz que passa pelo sistema óptico. O PSF é essencialmente a resposta de impulso do sistema óptico a uma função de impulso , um ponto de luz de alguma quantidade unitária de energia que é infinitesimalmente estreita ou fortemente limitada no espaço 2D.
A convolução da luz do sujeito com a função de espalhamento pontual resulta em uma imagem produzida que parece mais espalhada que o objeto original. Pelo usuário da Wikipedia Default007, do Wikimedia Commons . Domínio público.
Para uma abertura perfeitamente redonda em um sistema de imagem opticamente perfeito, a função PSF é descrita por um disco Airy , que é um padrão semelhante a alvo de anéis concêntricos de anéis concêntricos de regiões alternadas de interferência construtiva (onde as ondas da luz interagem construtivamente para "soma") e interferência destrutiva (onde as ondas da luz interagem para se anular).
É importante observar que o padrão do disco Airy não é resultado de qualidades imperfeitas das lentes ou de erros nas tolerâncias na fabricação, etc. É estritamente uma função da forma e tamanho da abertura e do comprimento de onda da luz que passa por ela. Assim, o disco Airy é uma espécie de limite superior da qualidade de uma única imagem que pode ser produzida pelo sistema óptico 1 .
Uma fonte pontual de luz que passa através de uma abertura redonda se espalhará para produzir um padrão de disco Airy. Por Sakurambo , do Wikimedia Commons . Domínio público.
Quando a abertura é suficientemente grande, de modo que a maior parte da luz que passa pela lente não interage com a borda da abertura, dizemos que a imagem não é mais limitada por difração . Quaisquer imagens não perfeitas produzidas nesse ponto não se devem à difração da luz pela borda da abertura. Em sistemas de imagem reais (não ideais), essas imperfeições incluem (mas limitam-se a): ruído (térmico, padrão, leitura, disparo, etc.); erros de quantização (que podem ser considerados outra forma de ruído); aberrações ópticas da lente; erros de calibração e alinhamento.
Notas:
Existem técnicas para melhorar as imagens produzidas, de modo que a qualidade óptica aparente do sistema de imagem seja melhor que o limite do disco Airy. As técnicas de empilhamento de imagens , como imagens de sorte , aumentam a qualidade aparente ao empilhar várias (muitas vezes centenas) imagens diferentes do mesmo assunto. Embora o disco Airy pareça um conjunto nebuloso de círculos concêntricos, ele realmente representa uma probabilidadede onde uma fonte pontual de luz que entra no sistema da câmera pousa no gerador de imagens. O aumento resultante na qualidade produzida pelo empilhamento de imagens é devido ao aumento do conhecimento estatístico das localizações dos fótons. Ou seja, o empilhamento de imagens reduz a incerteza probabilística produzida pela difração da luz através da abertura, conforme descrito pelo PSF, lançando um excesso de informações redundantes no problema.
Em relação à relação no tamanho aparente com o brilho da fonte de estrela ou ponto: uma fonte de luz mais brilhante aumenta a intensidade ("altura") do PSF, mas não aumenta seu diâmetro. Porém, o aumento da intensidade da luz que entra no sistema de imagem significa que mais fótons iluminam os pixels limites da região iluminada pelo PSF. Essa é uma forma de "desabrochar da luz" ou aparentemente "derramar" a luz em pixels vizinhos. Isso aumenta o tamanho aparente da estrela.
