Multimediatechnik / Video

Transkript

1 Multimediatechnik / Video Lichtwellen und Optik Inhalt Lichtwellen Optik Abbildung Tiefenschärfe

2 Elektromagnetische Wellen Sichtbares Licht Wellenlänge/Frequenz nge/frequenz λ = c/f, c=300t km/s Auslenkung (Amplitude/Energie) Wellen-Ausbreitung Wellenlänge nge λ,, Frequenz f, Ausbreitungsgeschw.. c c = λ f => λ = c/f, f= c/ λ c Luft = 300T m/s Einheiten: [λ]] = m, [f] = Hz (1/s, Schwingungen/Sek.), [c] = m/s Auslenkung Amplitude A / Energie E

3 Beispiele Wellenlänge nge λ bei f = 1 GHz? λ = c/f λ = m/s / Hz λ = 3 * 10 8 / 1 * 10 9 m = 0,3m = 30cm Wellenlänge nge λ bei f = 100 MHz? λ = 3 * 10 8 / 1 * 10 8 m = 3m Frequenz von Rotem Licht,, 600nm? f = c/λ = 3 * 10 8 / (600 * 10-9 m) = 5 * Hz Wellenausbreitung / Polarisation Transversalwellen: Auslenkungsrichtung quer zur Ausbreitung Licht in der Praxis unpolarisiert = alle Auslenkungsrichtungen Polarisation: feste Auslenkungsrichtung Erzeugung mit Pol.-Filtern Nutzung bei 3D-Video vertikal rotierend horizontal

4 Lichtgeschwindigkeit in Medien Medium Vakuum Luft Wasser Lichtgeschwindigkeit km/s km/s km/s Glas km/s Brechung (Refraktion) Übergang zwischen Medien, z.b. Luft/Glas Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit + Änderung der Wellenlänge! nge! Brechzahl / Brechungsindex n = c 0 /c (Geschw. Vakuum/Medium) Brechungsgesetz (Snellius( Snellius) sin α / sin β = n 2 /n 1 sin α / sin β = λ 2 / λ 1 [ Schulphysik: zusätzlich (Teil( Teil-)Reflexion mit gleichem Ausfallswinkel ]

5 Farbspektrum / Prisma Weißes es Licht = Farbmischung / Spektrum Brechungswinkel abhängig von Wellenlänge nge (Dispersion) Beugung Reflexion / Brechung: Richtungsänderung nderung Beugung: Ablenkung Praxis: Beugung an Objektiv-Kante und Blende (Weitere Anwendung: Audio-Wellenfeldsynthese)

6 Projektion Quelle: [EGBECK] Optische Abbildung Auge / Kamera 2D Abbildung 3D Objekt Licht Linse Projektion CCD Chip Film Netzhaut

7 Brechung mit Sammel-Linse Optische Abbildung mit Sammellinse Linsengleichung 1/b + 1/g = 1/f G/g = B/b Brennweite f: Bildweite für f r unendlich weites Objekt Brechkraft: D [dpt] = 1/f (Dioptrien) Wie groß ist das Bild B bei b=5cm, g=50cm, G=1cm?

8 Brennweite / Zoom Größ ößere Brennweite führt f zu größ ößerer Abbildung Schärfe/Unsch rfe/unschärfe

9 Akkommodation / Fokussierung Änderung der Brennweite nur gering Brennweite muss zur Größ öße e des Augapfels passen Unschärfe Sphärische Aberration: mehrere Brennpunkte Chromatische Aberration: Farbfehler

10 Unschärfe Punkt wird zu Kreis (Zerstreuung) Abbildung vor oder hinter Bildebene Schärfentiefe

11 Schärfentiefe Subjektiv Scharf ist alles zwischen Nah- und Fernpunkt Abbildung innerhalb des Zerstreuungskreises Z Blende Helligkeits- und Schärfentiefeanpassung

12 Blende / Blendenzahl Hohe Blendenzahl / kleine Blendenöffnung K = Brennweite / Öffnungsdurchmesser Schärfentiefe Größere Schärfentiefe durch Kleinere Brennweite größere Blendenzahl (kleinere Blendenöffnung) größere Gegenstandsweite (Motivabstand)

13 Bildwinkel Bildwinkel abhängig von Brennweite und Motivabstand (Zoom, Fuss-Zoom ) Bildwinkel und Normalbrennweite Bildwinkel α : tan (α/2) = (Größ öße/2)/abstand α = 2 * arctan ( (Größ öße/2) / Abstand ) Normalbrennweite: Brennweite = Gegenstandsgröß öße e (diagonal) Bildwinkel bei Normalbrennweite α = 2 * arctan ( 1/2 ) = 53 Normalbrennweite Kleinbild-Kamera Kamera (24x36mm):

14 Rolling Shutter Schräge Linien bei schnellen Schwenks Kameras mit CMOS-Sensor Sensor,, Zeilenabtastung