מערכת אופטית – הבדלי גרסאות

נוספו 35 בתים ,  לפני 9 שנים
מ
סקריפט החלפות (אזור, דוגמה, לעתים, אטמוספיר, לחלופין) - החלפה לקובץ מתורגם, תיקון קישור
(תוספות)
מ (סקריפט החלפות (אזור, דוגמה, לעתים, אטמוספיר, לחלופין) - החלפה לקובץ מתורגם, תיקון קישור)
*אלמנטים אופטיים - שהם מערכת [[עדשה|עדשות]] או [[מראה#מראות קעורות וקמורות|מראות]], שתפקידה לקלוט את האור במפתח החיצוני (הקדמי ביותר) וליצור תמונת דמות על החיישן. מערכת העדשות צריכה להעביר כמות אור גדולה ככל האפשר, בכל תחום האור הנראה, עם עיוותים (אברציות) קטנים ככל האפשר. לצורך כך המצלמות הטובות ביותר מצוידות במערכת עם מספר רב של עדשות המיוצרות בדייקנות.
*גלאי (נקרא גם חיישן או מקלט) - בעבר האור נקלט בסרט צילום, כ[[תשליל]], שפותח לתמונה לאחר מכן. כיום מצלמות מצוידות בהתקנים אלקטרוניים (CCD או CMOS) אשר קולטים את האור ומתרגמים אותו למתחים וזרמים, אשר נשמרים במדיה דיגיטלית.
*משדר - במערכות אופטיות אקטיביות (ראו בהמשך) המערכת מאירה את האיזורהאזור הנצפה. המשדר צריך לפלוט אור בתחום אורכי הגל הנצפה על ידי המקלט. לדוגמה, [[מבזק]] (פלאש) של מצלמה.
 
==מאפיינים==
===אופי התמונה===
*מערכות אקטיביות - מערכות אופטיות אקטיביות הן מערכות אשר מאירות את הסביבה הנצפית. מערכות כאלו שימושיות כאשר אזור התמונה קרוב למצלמה, קטן בשטחו, ואין בו אור רב. לדוגמאלדוגמה, [[אנדוסקופ]] אשר מאיר את פנים הגוף (שבו אין כלל אור), או מצלמה רגילה הפועלת עם [[מבזק]] (פלאש).
* מערכות פאסיביות - מערכות אשר יוצרות דמות מהאור אשר נפלט מהסביבה הנצפית. לדוגמה, מצלמה רגילה משתמשת באור המוחזר מהסביבה (כאשר לא משתמשים במבזק), מכיוון שבתנאי תאורת יום אין צורך בתוספת אור. [[טלסקופ]] משתמש באור הנפלט מכוכבים רחוקים, מכיוון שאין אפשרות להאיר אותם. מצלמת [[FLIR]] משתמשת ב[[קרינת גוף שחור]] להבחנה בין עצמים בטמפרטורה שונה - הארה של העצמים הללו לא מועילה לזיהוי הפרש הטמפרטורות.
*אורך גל - מערכות אופטיות קיימות בכל תחום של אורכי גל. המוכרות ביותר הן מערכות עבור אור נראה, אך קיימות תצפיות אסטרונומיות (טלסקופים) בכל תחומי אורכי הגל, מגלי רדיו ועד קרני רנטגן. החיישנים שונים לחלוטין בתחומים שונים: במכ"ם נדרשת אנטנה שגודלה מספר סנטימטרים לפחות, עבור כל נקודת מדידה ("פיקסל"). לעומת זאת חיישנים של אור אינפרא-אדום ונראה הם בגודל של סנטימטרים בודדים או חלקי סנטימטר, כאשר גודלה של כל נקודת מדידה מספר מיקרונים.
*הגדלה ([[צילום#מושגים בצילום|זום]]) - גודל האובייקט כפי שהוא נראה בעין ביציאה מהמערכת לעומת גודלו הנראה בעין ללא המערכת. הגודל מוגדר למערכת עדשות בלבד, שכן ניתן להגדיל באופן דיגיטלי את התמונה לאחר הצילום, אם כי בדרך זו לא ניתן להוסיף לתמונה פרטים. ככל שההגדלה גדולה יותר, קטן שדה הראיה של העדשה והמפתח הנומרי שלה, וגדל מספר f (ראו בהמשך). עדשה אשר מסוגלת להתכוונן לטווח של הגדלות נקראת עדשת זום, ובאופן טיפוסי היא מורכבת ויקרה יותר מעדשה רגילה.
 
===איכות התמונה===
:מספר f הוא המאפיין העיקרי של עדשות עבור מצלמות, משקפות וטלסקופים.
*זווית ראייה (שדה ראייה) - טווח הזוויות ממנו מתקבלת תמונה על הגלאי (תחום הזוויות של האור הנאסף אל תוך המערכת האופטית). זווית הראיה של העין היא כ-50 מעלות, אם כי בעין הגבול אינו חד כמו במערכות מלאכותיות.
*[[מפתח נומרי]] (NA) - הוא מדד נוסף לשדה הראיה של המערכת, כלומר לזווית האור הנכנס שנקלטת בגלאי. המפתח הנומרי הוא המאפיין העיקרי של מיקרוסקופים, והוא מוגדר
:<math>NA=n\cdot\sin\theta</math>,
:כאשר <math>\ n</math> הוא [[מקדם שבירה|מקדם השבירה]] של התווך ו-<math>\ \theta</math> היא מחצית זווית הראייה. לרוב התווך הוא אוויר ובמקרים אלו <math>\ n=1</math>.
:עבור מספר f גדול מקיים בקירוב
:<math>NA \approx \frac {nD}{2f}\approx \frac {n}{2f\#}</math>.
:או לחילופיןלחלופין
:<math>f\# \approx \frac{1}{2NA}</math>.
*[[רזולוציה]] - מספר ה[[פיקסל]]ים בתמונה, שהם מספר הנקודות השונות שנדגמות בתמונה. הרזולוציה נמדדת לעיתיםלעתים ב[[מגה-פיקסל]] (כמה מיליוני פיקסלים מצויים בחיישן), או באופן יותר מפורט בגודל המטריצה (אורך כפול רוחב) ופסיעה (pitch) שהיא גודל הפיקסל ונמדדת במיקרונים.
*מקדם מילוי - כמה משטח הגלאי מוקדש בפועל לבליעת אור וכמה "מבוזבז" לצרכים אחרים. גודל זה כפול הגודל הפיזי של הגלאי קובע כמה אור נקלט בגלאי.
*רעש - הרעש במצלמה הוא "שגיאת הקריאה" שלה, כלומר ההפרש בין מדידת האור במצלמה לאור שקיים בתמונה האמיתית. לרעש יש מקורות רבים בהם רעש סטטיסטי של האור הנכנס (shot noise), רעש של האלקטרוניקה בגלאי, כיול המערכת ועוד. רעשים מתחלקים באופן הכללי ביותר לרעש מרחבי, שהוא ההבדל בין הקריאה של פיקסלים שונים, ואינו תלוי בזמן, ולרעש זמני, שהוא ההבדל בין קריאות נפרדות של אותו פיקסל, ויכול להיות שונה בין פיקסלים.
רעש במערכת אופטית הוא שגיאת הקריאה של הגלאי.
 
===תופעות אטמוספריותאטמוספיריות===
[[קובץ:Atmospheric electromagnetic opacity-he.svg|ממוזער|250px|גרף של בליעת קרינה אלקטרומגנטית באטמוספירה כתלות באורך הגל]]
גורם נוסף לשיבוש תמונה הוא מעבר האור באטמוספירה, שאינה אחידה לחלוטין. קיימים מספר סוגי הפרעות, בהם:
* בליעה - האטמוספירה בכדור הארץ בולעת את רוב הגלים האלקטרומגנטיים, מכיוון שהיא מורכבת ממספר גזים שבולעים בנפרד קרינות שונות (ראו איור).