Por que o buraco na câmera pinhole geralmente é um círculo?

Eu sei que para câmeras pinhole e obscuras de câmera, os buracos geralmente são redondos (são circulares). Mas não vejo a ligação entre a forma do buraco e a formação da imagem.

No artigo da câmera Pinhole da Wikipedia ,

O melhor orifício é perfeitamente redondo ( já que irregularidades causam efeitos de difração de ordem superior ) e em um pedaço de material extremamente fino. Os orifícios produzidos industrialmente se beneficiam da gravação a laser, mas um hobby ainda pode produzir orifícios com qualidade suficientemente alta para o trabalho fotográfico.

Existe um tamanho ideal teórico para uma abertura de orifício . Do ponto de vista geométrico, quanto menor a abertura do orifício, mais nítida será a imagem produzida - mas isso fica apenas em um ponto. Menor que esse tamanho, a nitidez da imagem se torna limitada por difração . O comportamento ondulatório da luz que interage com as paredes da abertura cria seu próprio padrão de interferência e, (ou além) do tamanho da abertura com difração limitada, isso domina a nitidez da imagem.

Um círculo é a única forma com curvatura constante. Qualquer outra forma terá curvas mais apertadas ou arestas mais próximas que um círculo. Se você mantiver estritamente a curvatura mínima e a distância da aresta, mas nenhuma for constante, então, por definição, você terá parte da forma que é maior do que precisa. Assim, um círculo é a forma ideal para equilibrar o desejo de uma abertura menor (para fins de clareza da imagem) com um limite mais baixo para o tamanho da abertura devido à limitação da difração.

O orifício de projeção projeta pequenos círculos de imagem na parede traseira da câmera. Este também é o local em que posicionamos o material sensível à foto para que possamos replicar essa imagem em filme ou papel ou até mesmo digitalizá-la. Para que a imagem apareça nítida, os círculos da imagem precisam ser tão pequenos que aparecem como pontos sem forma perceptível. Os critérios: ½ mm de diâmetro visualizados a partir da distância de leitura normal de 14 a 16 polegadas (355 a 400 mm).

Agora, a imagem lançada pelo orifício é quase fraca. Você ficaria tentado a aumentar o orifício na tentativa de obter brilho da imagem. À medida que você aumenta o orifício, os círculos da imagem aumentam e isso diminui a nitidez da imagem.

Da mesma forma, você pode ficar tentado a reduzir o diâmetro do orifício para obter acuidade adicional. À medida que o orifício diminui, a imagem diminui e a acuidade é alcançada, até certo ponto. Em breve, os demônios gêmeos da difração e interferência cobrarão seu preço. A difração é um efeito de borda, os raios de luz que encontram uma borda afiada não param abruptamente, eles sangram em raios desobstruídos perto dos limites do obstáculo (borda do orifício). Interferência também causada na borda do limite. Isso é tanto uma anulação quanto um reforço dos raios de luz. Esses dois fenômenos são conjuntamente responsáveis ​​por uma perda de acuidade à medida que o orifício é comprimido.

Diante desses demônios gêmeos, é melhor que a costa do orifício seja o mais curta possível. Esta será uma figura geométrica que é regular e o mais compactada possível. Em outras palavras, uma abertura circular.

Deixe-me acrescentar que as lentes substituem o orifício para obter acuidade. Na maioria dos casos, a abertura que ostentam também é um círculo pelos mesmos motivos acima. No entanto, nos tempos modernos, os fundos fora de foco são considerados atraentes. Eles acrescentam uma aparência amanteigada suave que é especialmente valorizada por alguns tipos de retratos. Esse efeito, no jargão da fotografia, é bokeh (uma palavra japonesa para esse efeito). Se a forma da abertura da lente for alterada para uma figura de 5 ou 6 faces, ou receber apêndices pontiagudos, o bokeh será aumentado e alguns como esse muito.

Antes de tudo, vou ser prático. Aqui está um exemplo de uma ferramenta de nitidez.

Uma boa maneira de obter uma ponta afiada é fazendo uma rotação circular enquanto afia um lápis. Não apenas ao usar o apontador de lápis, mas você também pode girar o lápis enquanto desenha em um papel para produzir uma ponta muito fina.

Vamos explorar outras formas.

Estou exagerando a forma de uma elipse, mas é óbvio que uma elipse tem mais área do que um círculo nesse caso. A ferramenta que criou essa forma pode ser mais afiada fazendo um movimento circular.

Mas agora vamos responder a segunda parte da pergunta

Não vejo a ligação entre a forma do buraco e a formação da imagem.

A imagem produzida por um orifício não é perfeitamente nítida. Ele tem um pequeno borrão devido a vários raios que não atingem exatamente o mesmo local.

Mas se você usar uma forma não circular, por exemplo, uma elipse, agora introduzirá outro tipo de desfoque, o astigmatismo, que é um desfoque no mesmo ângulo que a forma da elipse.

E, finalmente, as formas que possuem cantos agudos em algum momento tornam esses cantos suscetíveis de produzir padrões de interferência devido à difração da luz.