В оптике дефокусировка — это аберрация , при которой изображение просто не в фокусе . Эта аберрация знакома каждому, кто пользовался фотоаппаратом, видеокамерой, микроскопом, телескопом или биноклем. Оптически дефокусировка означает перемещение фокуса вдоль оптической оси от поверхности обнаружения. В целом расфокусировка снижает резкость и контрастность изображения . То, что должно быть резким, высококонтрастным краем сцены, становится постепенным переходом. Мелкие детали сцены размываются или даже становятся невидимыми. Почти все оптические устройства формирования изображения имеют ту или иную форму регулировки фокуса, чтобы минимизировать расфокусировку и максимизировать качество изображения.
Степень размытия изображения при заданном сдвиге фокуса обратно пропорционально зависит от диафрагменного числа объектива . Низкие числа f, такие какf/1,4кж/2.8, очень чувствительны к расфокусировке и имеют очень малую глубину резкости . Высокие числа f, вж/от 16 дож/32, очень устойчивы к расфокусировке и, следовательно, имеют большую глубину резкости. Предельным случаем по числу f является камера-обскура , работающая, возможно, наж/от 100 дож/1000, в этом случае все объекты находятся в фокусе практически независимо от их расстояния от диафрагмы- обскуры . Наказанием за достижение такой чрезвычайной глубины резкости является очень тусклое освещение фотопленки или сенсора , ограниченное разрешение из-за дифракции и очень длительное время экспозиции , что создает потенциальную возможность ухудшения изображения из-за размытия изображения в движении .
Величина допустимой расфокусировки связана с разрешением носителя изображения. Чип или пленка изображения с более низким разрешением более устойчивы к расфокусировке и другим аберрациям. Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами среды с более высоким разрешением, необходимо свести к минимуму расфокусировку и другие аберрации.
Дефокусировка моделируется в формате полинома Цернике как , где – коэффициент дефокусировки в длинах волн света. Это соответствует оптической разности хода в форме параболы между двумя сферическими волновыми фронтами , касающимися 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 дефокусировки, можно использовать для изучения того, как интенсивность электронной волны меняется в трехмерном пространстве, и на основе этой информации можно сделать вывод о фазе волны. Это основа неинтерферометрического восстановления фазы . Примеры алгоритмов восстановления фазы, использующих расфокусированные изображения, включают алгоритм Герхберга-Сакстона и различные методы, основанные на уравнении переноса интенсивности .
В обычном разговоре термин «размытость» можно использовать для описания любого снижения зрения. Однако в клинических условиях размытое зрение означает субъективное ощущение или восприятие оптической расфокусировки внутри глаза , называемой аномалией рефракции . Размытие может проявляться по-разному в зависимости от величины и типа ошибки рефракции. Ниже приведены некоторые примеры размытых изображений, которые могут возникнуть в результате ошибок рефракции:
Степень нечеткости зрения можно оценить, измерив остроту зрения с помощью глазковой таблицы . Нечеткое зрение часто корректируется путем фокусировки света на сетчатке с помощью корректирующих линз . Эти исправления иногда имеют нежелательные эффекты, включая увеличение или уменьшение, искажение, цветовые полосы и изменение восприятия глубины. При осмотре глаз пациента измеряют остроту зрения без коррекции, с их текущей коррекцией и после рефракции . Это позволяет оптометристу или офтальмологу («окулисту») определить, в какой степени ошибки рефракции ограничивают качество зрения пациента. Острота зрения по Снеллену 6/6 или 20/20 или десятичное значение 1,0 считается острым зрением для среднего человека (у молодых людей оно может иметь почти вдвое большее значение). Острота зрения с наилучшей коррекцией ниже этого значения указывает на то, что существует еще одно ограничение зрения, помимо коррекции аномалии рефракции.
Оптическая дефокусировка может возникнуть в результате неправильно подобранных корректирующих линз или недостаточной аккомодации , как, например, при пресбиопии стареющего глаза. Как было сказано выше, лучи света от точечного источника не фокусируются в одной точке сетчатки, а распределяются в небольшом световом диске, называемом диском размытия . Его размер зависит от размера зрачка и степени расфокусировки и рассчитывается по уравнению
( d = диаметр угла зрения в градусах, p = размер зрачка в мм, D = дефокусировка в диоптриях). [1]
В теории линейных систем точечное изображение (т. е. диск размытия) называется функцией рассеяния точки (PSF). Изображение на сетчатке получается путем свертки сфокусированного изображения с PSF.
