В оптике расфокусировка — это аберрация , при которой изображение просто не в фокусе . Эта аберрация знакома любому, кто пользовался фотоаппаратом, видеокамерой, микроскопом, телескопом или биноклем. Оптически расфокусировка относится к перемещению фокуса вдоль оптической оси от поверхности обнаружения. В целом расфокусировка снижает резкость и контрастность изображения . То, что должно быть резкими, высококонтрастными краями в сцене, становится постепенными переходами. Мелкие детали в сцене размываются или даже становятся невидимыми. Почти все оптические устройства формирования изображения включают в себя некоторую форму регулировки фокуса, чтобы минимизировать расфокусировку и максимизировать качество изображения.
Степень размытия изображения при заданном смещении фокуса обратно пропорциональна диафрагменному числу объектива . Низкие диафрагменные числа, такие какф /1.4кж /2.8, очень чувствительны к расфокусировке и имеют очень малую глубину фокуса . Высокие числа f, вж /16 кж /32 диапазона, очень устойчивы к расфокусировке и, следовательно, имеют большую глубину фокуса. Предельным случаем в f-числе является камера-обскура , работающая, возможно,ж /100 кж /1000, в этом случае все объекты находятся в фокусе почти независимо от их расстояния от отверстия пинхола . Платой за достижение этой экстремальной глубины фокуса является очень слабое освещение на пленке или датчике изображения , ограниченное разрешение из-за дифракции и очень длительное время экспозиции , что приводит к потенциальной деградации изображения из-за размытия движения .
Величина допустимой расфокусировки связана с разрешением носителя изображения. Чип или пленка с более низким разрешением более терпимы к расфокусировке и другим аберрациям. Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами носителя с более высоким разрешением, расфокусировка и другие аберрации должны быть сведены к минимуму.
Расфокусировка моделируется в формате полинома Цернике как , где — коэффициент расфокусировки в длинах волн света. Это соответствует параболической оптической разности хода между двумя сферическими волновыми фронтами , касательными в своих вершинах и имеющими разные радиусы кривизны .
Для некоторых приложений, таких как фазово-контрастная электронная микроскопия , расфокусированные изображения могут содержать полезную информацию. Несколько изображений, записанных с различными значениями расфокусировки, могут использоваться для изучения того, как интенсивность электронной волны изменяется в трехмерном пространстве, и из этой информации может быть выведена фаза волны. Это основа неинтерферометрического восстановления фазы . Примеры алгоритмов восстановления фазы, которые используют расфокусированные изображения, включают алгоритм Герхберга–Сакстона и различные методы, основанные на уравнении переноса интенсивности .
В неформальном разговоре термин «размытость» может использоваться для описания любого снижения зрения. Однако в клинических условиях размытость зрения означает субъективное восприятие оптической расфокусировки внутри глаза , называемое рефракционной ошибкой . Размытость может выглядеть по-разному в зависимости от величины и типа рефракционной ошибки. Ниже приведены некоторые примеры размытых изображений, которые могут быть результатом рефракционных ошибок:
Степень нечеткости зрения можно оценить, измерив остроту зрения с помощью офтальмологической таблицы . Нечеткость зрения часто корректируется путем фокусировки света на сетчатке с помощью корректирующих линз . Иногда эти коррекции имеют нежелательные эффекты, включая увеличение или уменьшение, искажение, цветные полосы и измененное восприятие глубины. Во время осмотра глаз острота зрения пациента измеряется без коррекции, с текущей коррекцией и после рефракции . Это позволяет оптометристу или офтальмологу («окулисту») определить, в какой степени рефракционные ошибки ограничивают качество зрения пациента. Острота зрения по Снеллену 6/6 или 20/20, или как десятичное значение 1,0, считается острым зрением для среднестатистического человека (у молодых людей может быть почти вдвое большее значение). Наилучшая скорректированная острота зрения ниже этого является признаком того, что существует еще одно ограничение зрения, выходящее за рамки коррекции рефракционной ошибки.
Оптическая расфокусировка может быть результатом неправильной коррекции линз или недостаточной аккомодации , как, например, при пресбиопии из-за старения глаза. Как было сказано выше, световые лучи от точечного источника затем не фокусируются в одной точке на сетчатке, а распределяются в небольшом диске света, называемом диском размытия . Его размер зависит от размера зрачка и величины расфокусировки и рассчитывается по уравнению
( d = диаметр в градусах угла зрения, p = размер зрачка в мм, D = расфокусировка в диоптриях). [1]
В теории линейных систем точечное изображение (т.е. диск размытия) называется функцией рассеяния точки (ФРТ). Изображение на сетчатке глаза получается путем свертки сфокусированного изображения с ФРТ.
