Por que uma lente circular produz uma imagem retangular?

A luz cai em um círculo, mas a sombra produzida é um retângulo. Porque isto é assim? É por razões tanto estéticas quanto práticas – razões que se ajustam tanto à ciência quanto ao costume.

Por que lentes circulares

O único propósito de uma lente é convergir a luz. Os objetos que habitam o campo visual que você deseja capturar refletem a luz do sol ou a luz artificial na lente da câmera. A câmera então inclina e focaliza os raios de luz em direção a uma pequena região que se alinha com seu centro.

A qualidade de uma imagem, que é determinada principalmente pelo seu brilho e nitidez, é proporcional à quantidade de luz que a lente absorve. A melhor lente é aquela que absorve tanta luz quanto possível, refletida pelo visual à sua vista. Essa lente gera imagens impecáveis, mesmo quando os objetos são escuros. De fato, as pupilas de nossos olhos se expandem em ambientes escuros para aumentar a área e, portanto, a absorção de luz.

A natureza está longe de ser perfeita, mas certamente é parcimoniosa e, portanto, impressionantemente eficiente; raramente desperdiça recursos. (Raramente e não sempre porque, por exemplo, uma girafa tem um sistema digestivo desnecessariamente tortuoso.) Portanto, não é surpresa que a lente convexa empregada pelo olho humano para convergir a luz na retina seja circular. Os oculistas descobriram há muito tempo que a forma ideal que maximiza a absorção é o círculo.

Lentes retangulares são desaprovadas simplesmente porque seu emprego implica o sacrifício de absorção, portanto, brilho e nitidez e, portanto, a qualidade da imagem. Além disso, as imagens geradas por uma lente retangular variam com a orientação da lente, enquanto as imagens geradas por uma lente circular obviamente não. No entanto, a razão científica não é a única razão pela qual as câmeras empregam uma lente circular. Empregar um círculo é muito mais prático do que empregar uma lente retangular. Uma lente circular é muito mais barata de fabricar, pela simples razão de ser a mais fácil de fabricar. Comparada a uma lente retangular, é muito mais fácil mover, girar e polir uma lente circular.

Pode-se argumentar que os óculos são fixados com lentes retangulares, mas lentes retangulares, hexagonais ou de qualquer outra forma que possam agradar seu eu idiossincrático são na verdade esculpidas a partir de lentes circulares maiores. Dito isto, o que determina a forma da imagem não é a lente, mas o sensor.

Por que tal lente gera imagens retangulares?

Os raios de luz são convergidos pela lente no sensor. Esse é o único propósito de uma lente – convergir a luz. O resto do trabalho – a construção da imagem – é feito pelo sensor. O sensor, apesar da rotundidade da lente, sempre foi retangular. O sensor em câmeras antigas era de filme retangular, que era costurado em outros filmes, e a tira era enrolada para formar uma fita. Hoje, o sensor é um chip retangular, o que é chamado de Digital Signal Processor (DSP).

Lembre-se de que as imagens são retangulares por motivos que se adaptam tanto à ciência quanto ao costume. Vamos começar com a ciência. Vamos supor que a lente converge a luz em um sensor circular. O problema é que a qualidade da imagem que esse sensor produz piora à medida que nos afastamos do ponto de convergência. A imagem é mais fina em torno do centro, enquanto as bordas do círculo representam as regiões que exibem a qualidade mais baixa – regiões mais escuras, desfocadas e borradas.

O culpado é, claro, a lente, não o sensor. Converge luz para o centro, privando assim as bordas da luz e, portanto, a qualidade. No entanto, não podemos descartar uma lente circular pelas razões práticas citadas acima; é simplesmente o melhor que podemos fazer. Para obter uma imagem esplêndida, o que deve ser consertado é o sensor.

Parece justo cortar um retângulo do círculo porque, enquanto perdemos informações fotográficas cruciais, não é de muito valor estético. O retângulo sem as bordas borradas é definitivamente mais atraente. É obviamente mais racional excluir completamente as regiões indesejáveis, em vez de incluí-las, o que prejudicaria a aparência da região mais fina e desejável.

Além disso, hoje, os eletrônicos que constituem um processador são construídos em wafers de semicondutores em cubos. Esculpir um círculo é uma tarefa bastante árdua. De fato, esculpir um garante o desperdício de material que forma suas bordas, já que pode ser cortado desproporcionalmente. A bolacha maior poderia ser cortada em hexágonos, a forma ideal para embalar objetos. Por que mais você acha que colméias são hexagonais? No entanto, isso torna o processo pesado, já que os hexágonos nos negam a facilidade de corte direto. Um retângulo pode não ser a forma ideal, mas pode ser cortado diretamente e é quase impossível fazê-lo desproporcionalmente.

Embora seja bastante fortuito que a ciência tenha concordado com o costume. A principal razão pela qual os primeiros sensores foram feitos em uma forma retangular é que estamos acostumados a ver fotos em quadros retangulares. Ao longo da história, papéis circulares e telas foram encontrados para ser tão raro quanto o Big Foot. Imagens retangulares são muito mais expostas ou abrangentes e, portanto, são mais intuitivas e agradáveis ​​de se ver. Por que as lentes circulares foram forçadas a produzir imagens retangulares é simplesmente uma questão de convenção. É um velho hábito que não apenas morre duro, mas, ao que parece, não vai morrer de jeito nenhum.

Por último, tenha em mente que os sensores retangulares não são realmente melhores . A imagem abaixo é uma das várias imagens que compõem o álbum de Carl Stoermer. Ele contém imagens circulares que ele capturou furtivamente como um espião em torno de Oslo no século 19 com uma câmera incomum que utilizava um sofisticado sensor circular. Visite este link  para se maravilhar com a nitidez sem precedentes das imagens. Isso ocorre porque o sensor recortou apenas o centro ou a região mais fina de cada foto. Isso é o que ainda incomoda os aficionados por imagens mais claras e circulares que, involuntariamente, vivem em um mundo retangular. No entanto, imagine como uma costura estranha e incômoda, criando e eventualmente acessando um álbum circular seria. Ninguém duvida de sua beleza impressionante, mas gerando um é terrivelmente impraticável enão convencional .