Multimediatechnik / Video

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Lichtwellen und Optik
http://www.nanocosmos.de/lietz/mtv
Oliver Lietz - Multimediatechnik / Video
Inhalt
Lichtwellen
Optik
Abbildung
Tiefenschä
Tiefenschärfe
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Elektromagnetische Wellen
Sichtbares Licht
Wellenlä
Wellenlänge/Frequenz λ = c/f, c=300T km/s
Auslenkung (Amplitude/Energie)
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Wellen-Ausbreitung
Wellenlä
Wellenlänge λ, Frequenz f, Ausbreitungsgeschw.
Ausbreitungsgeschw. c
c=λf
=> λ = c/f, f= c/ λ
cLuft = 300T m/s
Einheiten:
[λ] = m,
[f] = Hz (1/s, Schwingungen/Sek.),
[c] = m/s
Auslenkung
Amplitude A / Energie E
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Beispiele
Wellenlä
Wellenlänge λ bei f = 1 GHz ?
λ = c/f
λ = 300 000 000 m/s / 1 000 000 000 Hz
λ = 3 * 108 / 1 * 109 m = 0,3m = 30cm
Wellenlä
Wellenlänge λ bei f = 100 MHz ?
λ = 3 * 108 / 1 * 108 m = 3m
Frequenz von „Rotem Licht“
Licht“, 600nm ?
f = c/λ
c/λ = 3 * 108 / (600 * 10-9 m) = 5 * 1016 Hz
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Wellenausbreitung / Polarisation
Transversalwellen: Auslenkungsrichtung quer zur Ausbreitung
Licht in der Praxis unpolarisiert = alle Auslenkungsrichtungen
Polarisation: feste Auslenkungsrichtung
Erzeugung mit Pol.Pol.-Filtern
Nutzung bei 3D3D-Video
vertikal
rotierend
horizontal
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Lichtgeschwindigkeit in Medien
Medium
Vakuum
Luft
Wasser
Lichtgeschwindigkeit
300.000 km/s
300.000 km/s
224.000 km/s
Glas
190.000 km/s
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Brechung (Refraktion)
Übergang zwischen Medien, z.B. Luft/Glas
Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
– + Änderung der Wellenlä
Wellenlänge!
Brechzahl / Brechungsindex
– n = c0/c (Geschw. Vakuum/Medium)
Brechungsgesetz (Snellius
(Snellius))
– sin α / sin β = n2/n1
– sin α / sin β = λ2/ λ1
[ Schulphysik: zusä
zusätzlich (Teil
(Teil--)Reflexion
mit gleichem Ausfallswinkel ]
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Farbspektrum / Prisma
Weiß
Weißes Licht = Farbmischung / Spektrum
Brechungswinkel abhä
abhängig von Wellenlä
Wellenlänge
(Dispersion)
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Beugung
Reflexion / Brechung: Richtungsä
Richtungsänderung
Beugung: Ablenkung
Praxis: Beugung an ObjektivObjektiv-Kante und Blende
_____
(Weitere Anwendung: AudioAudio-Wellenfeldsynthese)
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Projektion
Quelle: [EGBECK]
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Optische Abbildung
Auge / Kamera
2D Abbildung
Projektion
3D Objekt
Licht
Linse
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CCD Chip
Film
Netzhaut
Brechung mit Sammel-Linse
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Optische Abbildung mit Sammellinse
Linsengleichung
1/b + 1/g = 1/f
G/g = B/b
Brennweite f: Bildweite fü
für unendlich weites Objekt
Brechkraft: D [dpt] = 1/f (Dioptrien)
Wie groß
groß ist das Bild B bei b=5cm, g=50cm, G=1cm ?
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Brennweite / Zoom
Größ
ere Brennweite fü
erer Abbildung
Größere
führt zu größ
größerer
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Schärfe/Unschärfe
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Akkommodation / Fokussierung
Änderung der Brennweite nur gering
Brennweite muss zur Größ
e des Augapfels passen
Größe
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Unschärfe
Sphä
Sphärische Aberration:
mehrere Brennpunkte
Chromatische Aberration:
Farbfehler
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Unschärfe
Punkt wird zu Kreis (Zerstreuung)
Abbildung vor oder hinter Bildebene
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Schärfentiefe
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Schärfentiefe
Subjektiv „Scharf“
Scharf“ ist alles zwischen NahNah- und Fernpunkt
Abbildung innerhalb des Zerstreuungskreises Z
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Blende
HelligkeitsHelligkeits- und Schä
Schärfentiefeanpassung
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Blende / Blendenzahl
Hohe Blendenzahl / kleine Blendenö
Blendenöffnung
K = Brennweite / Öffnungsdurchmesser
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Schärfentiefe
Größere Schärfentiefe durch
• Kleinere Brennweite
• größere Blendenzahl (kleinere Blendenöffnung)
• größere Gegenstandsweite (Motivabstand)
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Bildwinkel
Bildwinkel abhä
abhängig von
Brennweite und Motivabstand (Zoom, „FussFuss-Zoom“
Zoom“)
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Bildwinkel und Normalbrennweite
Bildwinkel α :
– tan (α/2) = (Größ
e/2)/Abstand
(Größe/2)/Abstand
– α = 2 * arctan ( (Größ
e/2) / Abstand )
(Größe/2)
Normalbrennweite:
– Brennweite = Gegenstandsgröß
e (diagonal)
Gegenstandsgröße
– Bildwinkel bei „Normalbrennweite“
Normalbrennweite“
α = 2 * arctan ( 1/2 ) = 53°
53°
– Normalbrennweite KleinbildKleinbild-Kamera (24x36mm):
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Rolling Shutter
Schrä
Schräge Linien bei schnellen Schwenks
Kameras mit CMOSCMOS-Sensor,
Sensor, Zeilenabtastung
http://www.youtube.com/watch?v=Qp_65IQ9U-Q
http://www.vimeo.com/6972734
http://www.youtube.com/watch?v=LVwmtwZLG88
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