پراش نور یا لنز دیفرکشن چیست؟ چطور باید در عکاسی از آن پیشگیری کرد

معمولا عکاسان از دیافراگم‌های کوچک برای به دست آوردن عمق میدان وسیع استفاده می‌کنند. اما دیافراگم کوچکتر باعث ایجاد برخی مشکلات مانند پراش لنز می‌شود. پراش نور یا لنز دیفرکشن باعث می شود که عکس در دیافراگم‌های کوچک وضوح خود را از دست بدهد. پس چه کاری باید برای دور ماندن از Diffraction در عکاسی انجام داد؟ برای پاسخ به این سوال و به دست آوردن حداکثر وضوح در عکاسی ادامه مطلب را بخوانید.

لنز دیفرکشن یا پراش نور چیست؟

بیاید به مبحث نور در آموزش عکاسی مقدماتی برگردیم؛ در ابتدایی ترین حالت، پراش نور در عکاسی یا لنز دیفرکشن (Diffraction)  به این معنا است که امواج  (از جمله امواج نور) می‌توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند. در واقع، هر بار که امواج از یک شکاف عبور می‌کنند، تداخل خواهند داشت. برای درک راحت‌تر، امواج آب را در نظر بگیرید. اگر سنگی را در یک دریاچه کاملا ساکن بیاندازید، موجی از امواج کوچک ایجاد خواهید کرد. این امواج در دایره های متحدالمرکز پخش می شوند، درست مانند تصویر زیر:

حال اگر در مقابل انتشار موج یک مانع دارای سوراخ مانند شکل زیر قرار دهید الگو‌های موج ایجاد شده چیزی شبیه به تصویر پایین تر خواهند شد. (توجه داشته باشید که این نمودار کمی ساده شده است. در دنیای واقعی، فقط در صورتی الگوی دقیق امواج را در سمت راست مشاهده خواهید کرد که امواج ورودی کاملاً موازی باشند).

به دقت و از نزدیک به مانع‌ها نگاه کنید. شما امواجی اضافی می‌بینید که این الگوهای اضافی مصنوعاتی از خم شدن موج در گوشه ها هستند. آن‌ها به این دلیل به وجود می‌آیند که هر کدام از این گوشه‌ها می‌توانند خود سبب تولید موج شوند. در مناطق خاصی از برخورد، امواج یکدیگر را خنثی می کنند (تداخل مخرب). به همین دلیل است که برخی از مناطق تصویر کاملاً ثابت به نظر می رسند. اما در جاهای دیگر، امواج با هم جمع می‌شوند (تداخل سازنده)، که باعث می شود یک الگوی اضافی به طرفین شکل بگیرد.

برای تجسم این موضوع، اجازه دهید بگوییم که یک سنسور در امتداد لبه سمت راست تصویر وجود دارد. این سنسور شدت امواج را در یک نقطه مشخص اندازه گیری می‌کند که با افزایش دامنه موج افزایش می‌یابد. نمودار شدت در زیر نشان داده شده است:

حال بیایید ببینیم که با یک سوراخ بزرگ در مقابل یک سوراخ باریک در مانع چه اتفاقی می‌افتد. توجه داشته باشید که تصاویر زیر ساده شده اند و فقط الگوی موج مرکزی گنجانده شده است:

تفاوت اصلی در این تصاویر این است که دهانه کوچکتر باعث گسترش بیشتر امواج می شود، در حالی که دهانه بزرگ باعث گسترش بسیار کمتر می‌شود. نگاهی به مقایسه بین نمودارهای دو موج بیندازید:

اگرچه ممکن است در ابتدا غیرعادی به نظر برسد که یک دهانه کوچک منجر به گسترش بیشتر امواج شود، تصاویر بالا باید نشان دهند که منطقی است. اساساً، منافذ بزرگتر به امواج اجازه عبور بدون تداخل زیاد می‌دهند و از آنجایی که امواج مزاحم خاصی ندارند، مسیر نسبتاً مستقیمی را به سمت لبه استخر دنبال می‌کنند. با این حال، منافذ کوچکتر، موج را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می‌دهند و باعث خم شدن آن در زوایای شدیدتر می شوند.  

تاثیر پراش  نور در عکاسی

واضح است که پراش نور یک مفهوم مهم در فیزیک است. اما این چگونه بر عکاسی روزمره شما تأثیر می‌گذارد؟ همه چیز به دیافراگم  دوربین شما برمی‌گردد. در عکس بالا نشان داده شده است، هر یک از تیغه‌های دیافراگم در یک لنز به عنوان یک شکاف منفرد عمل می‌کنند که امواج نور را از خود عبور می دهد. الگوی شدت نور دقیقاً همان چیزی است که انتظار دارید ببینید:

این آشنا به نظر می رسد! این به این دلیل است که نور، مشابه آب، در امواج حرکت می کند.الگوی سه بعدی هر بار که نور از دیافراگم لنز دوربین شما بتابد اتفاق می‌افتد. و هنگامی که نور به سنسور دوربین شما بتابد چنین الگویی از نور ایجاد می‌شود که به آن پراش نور در عکاسی یا لنز دیفرکشن می‌گویند. شکل بالا چیزی را نشان می‌دهد که به عنوان دیسک Airy شناخته می‌شود. این، به سادگی، ظاهر یک الگوی پراش نور است که به سنسور دوربین شما برخورد می‌کند. منطقه مرکزی روشن ترین است و بیشترین تأثیر را روی عکس‌های شما دارد.

سخت نیست که بگوییم چرا این دیسک Airy می تواند باعث تار شدن عکس شود. ما قبلاً می دانیم که یک دهانه کوچک یا یک دیافراگم کوچک باعث پخش شدن امواج می شود. این بدان معنی است که در دیافراگم های کوچک، دیسک Airy بسیار بزرگتر می‌شود. اگر بتوانید دیسک Airy را طوری تصور کنید که به سنسور دوربین شما برخورد می کند، تصویری به این شکل دریافت می کنید، جایی که شبکه نشان دهنده پیکسل های روی سنسور شما است:

حال تصور کنید صحنه‌ای از منابع ریز بیشمار نور تشکیل شده است. هر نقطه نور از دیافراگم لنز شما عبور می‌کند. در نتیجه، هر قسمت از عکس شما به عنوان یک دیسک Airy روی حسگر شما پخش می‌شود. همانطور که در بالا نشان داده شده است، با مقادیر دیافراگم کوچک تارتر می‌شوند. این دلیلی است که شما پراش نور یا همان لنز دیفرکشن Diffraction را می بینید!

آیا اندازه سنسور بر میزان پراش نور تاثیر دارد؟

اغلب گفته می‌شود که دوربین های با کراپ سنسور پراش را راحت تر از دوربین‌های فول فریم نشان می‌دهند. آیا این یک افسانه است یا حقیقت دارد؟ بیایید با آنچه می‌دانیم شروع کنیم. در یک دیافراگم مشخص روی یک لنز، دیسک Airy همیشه به یک اندازه خواهد بود. مهم نیست از چه سنسوری استفاده می‌کنید. زیرا این یک ویژگی فیزیک است که فقط به خود دیافراگم بستگی دارد. برای مثال، چه من یک لنز 50 میلی‌متری f/1.8 روی دوربین فول فریم D750 استفاده کنم یا از  یک دوربین کراپ سنسور مثل  D3300  استفاده کنم، اندازه دیسک Airy آن یکسان خواهد بود (با فرض دیافراگم یکسان).

بنابراین آیا اندازه سنسور دوربین بر میزان دیفرکشن در عکاسی تاثیری ندارد؟ متاسفانه تاثیر دارد و مشکل از این واقعیت ناشی می‌شود که همان دیسک Airy درصد بیشتری از یک دوربین با سنسور کراپ را نسبت به یک دوربین فول فریم اشغال می‌کند. به تصویر زیر توجه کنید:

در واقع، در اندازه چاپ برابر، یک دوربین کراپ سنسور پراش نور بیشتری نسبت به یک دوربین فول فریم نشان می‌دهد. این به این دلیل است که سنسور کراپ اساساً برشی از یک سنسور فول فریم است. به عبارت دیگر، همه چیز را در عکس شما، از جمله پراش نور یا پدیده diffraction را بزرگ‌نمایی می‌کند، درست مانند برش در پس‌تولید.

مقدار پراش نور اضافی با ضریب محصول شما برابر است. بنابراین، برای یک دوربین با سنسور برش 1.5 برابر، دیافراگم خود را در 1.5 ضرب کنید تا دیفرکشن معادل را در یک دوربین فول فریم ببینید. به عنوان مثال، دیسک Airy در f/11 در دوربینک راپ سنسور تقریباً همان درصدی از حسگر شما را اشغال می‌کند که دیسک Airy در f/16 در یک دوربین فول فریم اشغال می‌کند.

البته، اگر از دوربین کراپ سنسور استفاده می‌کنید، ممکن است در اندازه دوربین فول فریم چاپ نکنید. بنابراین، برای بسیاری از عکاسان، هیچ تفاوت عملی وجود ندارد. چاپ‌های کوچکتر از یک دوربین کراپ سنسور پراش اضافی نور را خنثی می‌کند. اگر با دوربین فول در اندازه‌های بزرگ چاپ می کنید، توجه داشته باشید که دیفرکشن در یک دیافراگم مشخص بیشتر خواهد بود.

تاثیر عمق میدان بر لنز دیفرکشن (Diffraction)

لنز دیفرکشن وضوح عکس را در دیافراگم‌های کوچک کاهش می‌دهد. با این وجود، در عین حال، دیافراگم‌های کوچک میزان عمق میدان را در یک عکس افزایش می‌دهند. این یک تناقض نیست، اگرچه در ابتدا می‌تواند گیج کننده باشد. برای مثال به مقایسه زیر نگاه کنید:

همانطور که می‌بینید، عکسی که دیافراگم f/22 گرفته شده است، عمق میدان بیشتری دارد. پس اگر بخواهم کل این سوژه شارپ و در فوکوس باشد، به مراتب بهتر است تا  از دیافراگم بسته‌تر استفاده شود. با این حال، بیایید دقیق‌تر نگاه کنیم:

همانطور که می‌بینید، عکسی که با دیافراگم  f/5.6 گرفته شده است به طور قابل توجهی واضح‌تر است.  البته این بدان معنا نیست که شما باید هر عکسی را با f/5.6 بگیرید. اگر به عمق میدان زیاد نیاز دارید، از دیافراگم های کوچکتر استفاده کنید. گاهی اوقات عمق میدان، ارزش کاهش جزئی وضوح ناشی از لنز دیفرکشن را دارد. اما اگر وضوح بالا و عمق میدان را با هم می‌خواهید، تنها راه پیش رو استفاده از تکنیک فوکوس استکینگ در عکاسی است.

انتخاب بهترین دیافراگم با کم‌ترین میزان لنز دیفرکشن

همیشه و در هر دیافراگم لنز شما پراش نور وجود دارد زیرا  نور همیشه باید از طریق دیافراگم وارد و خم شود، فرقی نمی‌کند دهانه دیافراگم چقدر باز باشد. با این حال، در دیافراگم‌های باز مانند f/2.8 یا f/4، دیسک Airy بسیار کوچکتر از پیکسل‌های عکس شما است. این بدان معناست که اساساً دیدن لنز دیفرکشن در چنین دیافراگم‌های بزرگی غیرممکن است.

با این حال، این بدان معنا نیست که دیافراگم های بزرگ در یک لنز مشخص، واضح ترین هستند. همانطور که احتمالا می‌دانید، لنز زمانی که دیافراگم آن اندکی بسته شده باشد، شارپ‌ترین حالت خود را دارد. برای مثال، لنز 20 میلی‌متری f/1.8 من در مرکز با f/4 شارپ‌ترین است. در زیر نمودار وضوح برای چنین عدسی آورده شده است:

با این وجود چگونه تشخیص می‌دهید که کدام دیافراگم در لنز شما واضح تر است؟ به سادگی به نتایج متفاوت از دوربین خود نگاه کنید. البته، در مورد شارپ‌ترین دیافراگم خیلی وسواس نداشته باشید چرا که حتی این نتایج آزمایش می‌تواند مبهم باشد. به عنوان مثال، در نمودار بالا، گوشه های لنز در واقع در f/8 واضح‌ترین حالت را ارائه می‌کنند. بنابراین، بسته به سوژه خود، ممکن است گوشه های تیزتر را به تیزترین مرکز ممکن ترجیح دهید.

در عین حال، حتی دیافراگم های کمتر از حد مطلوب نیز به طرز وحشتناکی تار نیستند. از طرفی به یاد داشته باشید که همیشه می‌توانید با کمی ادیت و پردازش تصاویر به وضوح دلخواه خود دست یابید. (اگر مانند بسیاری از عکاسان منظره به بزرگترین عمق میدان ممکن در یک عکس نیاز دارید، توصیه می‌کنم در مورد فاصله هایپرفوکال مطالعه کنید. شباهت های زیادی بین این دو ویژگی عکاسی وجود دارد.)

سخن آخر

در این مقاله سعی کردیم در مورد پراش نور و هر آنچه که نیاز بود درباره آن بدانید صحبت کنیم. در نهایت می‌توانید از توصیه‌های ارائه شده برای دوری از لنز دیفرکشن در عکاسی استفاده کنید. در نگاه اول ممکن است پراش موضوعی بزرگ و ترسناک به نظر برسد اما واقعا چنین نیست. کافی است نقطه شیرین دیافراگم خود را پیدا کنید که بیشترین وضوح را ارائه می‌دهد و در قدم بعد وضوح تصویر را در دیافراگم‌های مختلف با هم مقایسه کنید تا به درستی و بسته به سوژه از دیافراگم مناسب بهره ببرید. اگر سوالی دارید، خوشحال می‌شویم که آن را با ما در میان بگذارید.

منبع: photographylife.com

ترجمۀ محمدرضا علی‌نیا