Хроматическая аберрация: Что такое хроматические аберрации

Содержание

Что такое хроматические аберрации

Возможно, вы не один раз слышали от фотографов, что у вас на фотографиях есть критическая«хроматическая аберрация»? И слова звучат так, как будто это заболевание. Давайте рассмотрим, что этот термин означает, и как удалить аберрации из фотографий, если есть такая необходимость, с помощью передовой технологии.

Хроматические аберрации — паразитная дисперсия света, проходящая через оптическую систему. Такое может возникнуть из-за линзы или неправильного преломления света при фотографировании. Хроматическая аберрация ведет к снижению четкости изображения, а иногда также и к появлению на нем цветных контуров, полос, пятен, которые у предмета отсутствуют.

И хотя современные линзы и камеры разработаны с помощью технологий, направленных на то, чтобы уменьшать подобные глюки, но факт остается фактом — они до сих пор всплывают на наших снимках. О том, как можно исправить хроматически аберрации с Photoshop, читаем ниже.

Как выглядит хроматическая аберрация в фотографии

Вот изображение, которое может служить хорошим примером хроматической аберрации.

Часть изображения находится немного не в фокусе, за счет этого происходит некоторая потеря в деталях. Обратите внимание на голубой ореол на левой стороне изображения и подобные же цветные пятна разбросаны по всей площади в разных областях.

За счет линзы может изменяться прохождение света, линза влияет на частоту, когда свет проходит через объектив, различные длины волн (цвета) двигаются с разной скоростью и фиксируются в разных местах на датчике. Иногда, неуместность использования линзы не предназначенной для определенной съемки (например, макро), может вызвать хроматические аберрации. В результате красный, зеленый и синий не сходятся в нужной точке и создают отображение каналов, которые не совпадают.

Есть, конечно, более техническое описание того, что такое хроматические аберрации, но для наших целей вполне достаточно такого простого объяснения, чтобы понять как ХА влияют на изображение и как с ними бороться.

В этой анимации отчетливо видно, как происходит сдвиг изображения.

Каждый канал может быть достаточно резким, но при объединении качество изображения ухудшается. Вполне возможно, что удастся исправить изображения с помощью программ постобработки.

Хроматические аберрации — Традиция

Хроматизм положения (1) и его уменьшение с помощью ахроматической линзы (2) пример аберрации

Хромати́ческие аберра́ции заключаются в паразитной дисперсии света, проходящего через оптическую систему (фотографический объектив,бинокль, микроскоп, телескоп и т.д.). При этом белый свет разлагается на составляющие его цветные лучи, в результате чего изображения предмета в разных цветах не совпадают в пространстве изображений.

Кроме этого, к хроматическим аберрациям можно отнести хроматические разности геометрических аберраций (см. ниже).

Хроматические аберрации ведут к снижению чёткости изображения, а иногда также и к появлению на нём цветных контуров, полос, пятен, которые у предмета отсутствовали.

Хроматизм положения[править]

Схема исправления хроматизма положения: 1 — крон, 2 — флинт, 3 — зелёный луч, 4 — точка сведе́ния синего и красного лучей

Оптическое стекло и другие оптические материалы обладают дисперсией, то есть показатель преломления отличается для лучей различного цвета.

Коэффициент преломления синих лучей, как правило, больше, чем красных, поэтому их фокус \(F_C\!\) расположен ближе к задней главной точке линзы, чем фокус красных лучей \(F_K\!\). Отсюда следует, что для луча белого света единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний лучей всех цветов.

Разность \(F_C-F_K\!\) называется хроматизмом положения (или хроматической разностью положения, продольной хроматической аберрацией). Диафрагмирование несколько её уменьшает.

При этом изображения предмета в лучах разного цвета будут находиться на разных расстояниях от задней главной точки. Если наводить на резкость по красным лучам, изображение в синих лучах будет не в фокусе, и наоборот.

Хроматические аберрации у фотографических объективов тщательно устраняются. Система линз, в которой сближены фокусы синих и жёлтых лучей, называется ахроматической, а при сближении фокусов синих, жёлтых и красных лучей –

апохроматической. 2}{50f},$$

где \(d\!\) – сопряжённое фокусное расстояние; \(f\!\) – главное фокусное расстояние монокля или перископа.

Необходимость в поправке вызывается тем, что при визуальной наводке изображение из-за повышенной чувствительности глаза к жёлтым лучам устанавливается в их фокусе, а не в фокусе сине-фиолетовых лучей, к которым наиболее чувствителен чёрно-белый несенсибилизированный фотоматериал. Последние, будучи не в фокусе, образуют значительные кружки рассеяния, уменьшающие резкость изображения.

Хроматизм положения может быть исправлен путем комбинирования собирательной и рассеивающей линз из стёкол с различной дисперией. При прохождении через первую линзу луч отклоняется к оптической оси и диспергирует; войдя во вторую линзу, он незначительно отклоняется в обратную сторону и повторно диспергирует, но в обратном направлении. В результате хроматическая аберрация первой линзы компенсируется второй, отрицательной, линзой, и лучи различных цветов соберутся в одной точке.

Такие линзы, исправляющие хроматизм положения, называются ахроматическими, или ландшафтными линзами.

Ахроматические линзы используются во многих современных объективах. Иногда возможна ахроматизация одной линзы в составе прибора, например, толстого мениска подбором кривизны поверхностей и толщины. Но ахроматизировать отдельный элемент или комбинацию далеко не всегда необходимо; достаточно, чтобы все элементы в целом компенсировали дисперсию друг друга.

На этапе конструирования хроматические аберрации также могут быть уменьшены, если в конструкции оптического прибора применяются оптические элементы с малой дисперсией или без дисперсии: линзы из особых оптических стёкол (курцфлинт, лангкрон), зеркала или зонные пластинки.

Хроматизм увеличения[править]

Называется также хроматической разностью увеличения.

Хроматическая аберрация, при которой изображения одного и того же предмета в лучах разного цвета имеют несколько различный размер. Не уменьшается от диафрагмирования, как и увеличение.

Для цветного изображения в цифровой форме хроматизм увеличения может быть в какой-то степени исправлен программным путём. Для точного сведения трёх компонентов изображения (красный, зелёный и синий) необходимо для двух из них изменить масштаб, оставляя неподвижной ту точку, где проходила оптическая ось (обычно это центр кадра). Во многих преобразователях формат данных RAW файлов такая функция имеется, но оптическая корректировка предпочтительнее, так как в сложных объективах присутствуют и другие аберрации, которые простыми преобразованиями не исправляются и индивидуальны для каждой модели объектива, в результате чего становится сложно выделить хроматизм увеличения программно. Хорошая коррекция хроматизма увеличения невозможна, когда объектив плохо работает в контровом свете. Исправление хроматизма увеличения на компьютере улучшает качество изображения, но всё же предпочтительнее снимать фотографии теми объективами, которые имеют минимальные аберрации. Так, объективы с фиксированным фокусным расстоянием обычно имеют существенно меньшие аберрации, чем трансфокаторы.

Хроматические разности геометрических аберраций[править]

В общем случае, каждая геометрическая аберрация зависит от цвета. Так, например, сферическая аберрация может быть различной для синих и для красных лучей. Всё это также можно считать хроматическими аберрациями, поскольку это даёт побочные эффекты, в целом аналогичные хроматизму положения и увеличения.

  • Волосов Д.С. Фотографическая оптика. М., «Искусство», 1971.
  • Тамицкий Э. Д., Горбатов В. А. Учебная книга по фотографии. М., «Легкая индустрия», 1976
  • Краткий фотографический справочник. Под общей редакцией д.т.н. Пуськова В. В., изд. 2-е, М., Искусство, 1953.
На Викискладе есть страница
с иллюстрациями по теме
[/Commons:Chromatic_aberration?uselang=ru Хроматические аберрации]

bg:Хроматична аберация ca:Aberració cromàtica cs:Chromatická aberace de:Chromatische Aberration el:Χρωματικό σφάλμα en:Chromatic aberration es:Aberración cromática fi:Väriaberraatio fr:Aberration chromatique it:Aberrazione cromatica ja:色収差

nl:Chromatische aberratie pl:Aberracja chromatyczna pt:Aberração cromática ro:Aberaţie cromatică sk:Chromatická aberácia sv:Kromatisk aberration

Аберрации фотообъективов ч.
2. | ДРУГ ФОТОАППАРАТ

В предыдущей статье я начал рассматривать недостатки линз и оптических систем, которые носят название аберрации. Продолжим рассматривать  геометрические и другие  аберрации объективов .

Геометрические аберрации.

Кривизна поля изображения.

Кривизна поля изображения — это аберрация, при которой плоский объект, расположенный перпендикулярно к главной оптической оси, отображается на искривленной поверхности, вогнутой по направлению к объективу, см. рис.1.

Рис.1. Схема кривизны поля изображения:

пунктиром показано положение светочувствительного элемента (сенсора), сплошной линией изображено искривление поверхности, на которой изображение сохраняет резкость.

Эта аберрация является следствием астигматизма. В результате  кривизны поля изображения резкость  по всему полю неодинакова. Если центральная часть находится в фокусе, то края изображаются нерезко и наоборот, если сфокусировать изображение по краям, центральная его часть окажется нерезкой.

У объективов-анастигматов кривизна поля изображения  сводится к минимуму, она практически отсутствует.

Сферическая аберрация.

Эту аберрацию еще называют отверстной ошибкой. Причина этой аберрации заключается в том, что лучи света, близкие к оптической оси (их называют параксиальными лучами), проходя через центральную часть линзы пересекаются в одной точке за линзой, а лучи, проходящие через линзу по ее краям, пересекаются в другой точке. Таким образом для параксиальных лучей имеется свой фокус, он расположен на оси дальше от линзы, а для краевых лучей — свой фокус, расположенный ближе к линзе. Чем дальше от центра лучи проходят через линзу, тем ближе к линзе находится их фокус. Лучи, находящиеся между краевыми и параксиальными образуют свои многочисленные фокусы.

Суть сферической аберрации состоит в том, что если на линзу объектива направить широкий пучок монохроматического света из точки, находящейся на оптической оси, то пройдя сквозь линзу лучи этого пучка пересекутся на оси за линзой не в одной точке, а во многих, находящихся от ближней точки до крайней см.

рис.2.

Рис.2. Сферическая аберрация и ее коррекция при диафрагмировании.

В результате фокус размывается и расстояние между крайними точками называется фокусной размытостью. Данный эффект влияет на общую резкость изображения, получаемого с помощью линзы, ухудшая ее.

Если перед линзой поместить диафрагму, то она отсекает краевые лучи, тем самым значительно снижает влияние сферической аберрации на резкость изображения. Стоит заметить, что в соответствии с физическими законами оптики лучи проходящие через линзу участвуют в построении всего изображения в целом, независимо от того в какой части линзы они проходят. Таким образом, диафрагмирование не ограничивает поле изображения, а только уменьшает яркость (т. к. часть лучей все же не попадает на линзу).

Таким образом, на степень сферической аберрации влияет еще и диафрагма перед линзой, вот почему эту аберрацию и называют отверстной ошибкой.

Хроматическая аберрация.

Причины хроматической аберрации заключаются в том, что свет, падающий на линзу состоит из лучей различных длин волн (разных цветов).

Хроматическая  аберрация проявляется в том, что  лучи разных длин волн имеют каждый свой коэффициент преломления в стекле линзы. Так коэффициент преломления красных лучей меньше, чем синих, поэтому фокус красных лучей Fк располагается дальше от линзы, чем фокус синих лучей Fc, см. рис.3.

Рис.3. Схема возникновения хроматической аберрации.

Рис.4. Схема хроматической аберрации и ее корректировки.

Разность: Fк – Fc называют продольной хроматической аберрацией. Наличие хроматической аберрации приводит к значительной нерезкости изображения.

Вот пример изображения, получаемого линзой с хроматической аберрацией:

Исправление хроматической аберрации производится путем совмещения двух или нескольких линз с разным фокусным расстоянием.

Совмещение линз, которое позволяет сблизить фокусы синих и желтых лучей, называют ахроматической линзой (см. рис. ), а систему линз, у которой сближены фокусы синих, желтых и красных лучей – апохроматической.

Рис.4. Хроматическая аберрация – 1 и ее исправление путем соединения двух линз – собирающей и рассеивающей – 2.

Дифракционная аберрация.

Дифракция света — физическое явление, при котором лучи отклоняются от прямолинейного направления при прохождении через малое отверстие (диаметром 0,1 — 1,0 мм).

При этом кроме лучей, прошедших через отверстие прямолинейно появляются еще и лучи, отклонившиеся от этого направления. Они тоже вносят вклад в изображение. В результате вокруг светлого кружка от лучей, прошедших отверстие прямолинейно, появляются цветные кольца (дифракционные кольца). Диаметры этих колец зависят от диаметра отверстия, чем он меньше, тем больше будет диаметр первого дифракционного кольца. При увеличении диаметра отверстия диаметр дифракционного кольца уменьшается.

Дифракция влияет на резкость изображения при при очень узких диафрагмах. Она начинает заметно проявляться при диафрагме 1:64.

В изложенном материале рассмотрены основные виды аберраций. Аберрации оказывают существенное влияние на качество изображения, получаемого объективом, в частности они влияют на разрешающую силу.

Для их исправления объективы имеют несколько линз разной кривизны, как собирающих, так и рассеивающих. Расчет таких объективов является непростой задачей. Но сейчас хорошие объективы имеют достаточно скомпенсированные аберрации.

А вот Вам на закуску ролик, в котором показано, каким образом в фотошопе можно убрать хроматические аберрации:

Поделиться в соц. сетях

Об авторе

Я живу в г Новосибирске. Образование высшее - НГТУ, физикотехнический факультет. В настоящее время на пенсии. Семья: жена, две дочери, две внучки. Работал в последнее время в электронной промышленности в ОКБ по разработке и производству приборов ночного видения. Люблю музыку- классику, джаз, оперу, балет. Главное увлечение - любительская фотография.

Хроматическая аберрация - Учебник JBaulmont на DeviantArt

Я часто вижу этот вопрос, поэтому я сделал по нему учебник.
Это может показаться немного сложным, но каждый шаг подробно описан.

____________________________________________________________________________________________________




Это эффект, исходящий непосредственно от фотографии. Это синее / зеленое или красное размытие на высококонтрастных точках. Обычно не требуется, но это может добавить интересный эффект!
(подробности на вики-странице)
Но здесь нас больше интересует, как это сделать.
____________________________________________________________________________________________________ Я использую для этого Gimp (но, вероятно, это те же шаги, что и в других программах).
Когда ваша картина будет закончена, или часть, к которой вы хотите применить эффект, выполните следующие действия.
_________________________________________

ИМЕЕТ 3 КАНАЛА КАК 3 СЛОЯ


Легко управлять каждым из них (красным, зеленым, синим) для достижения эффекта.
Когда ваша картина закончена, если она находится в одном слое, все в порядке, но если у вас их несколько, выберите Layer> New from visible .Он объединит все видимые слои в новый слой в верхней части стека слоев.
В качестве учебника я буду использовать этот (вы можете попробовать с ним):

Я выполнил руководство с моей французской версией GIMP, но на скриншотах есть все, что вам нужно знать.

Теперь мы можем начать!

1/ Вам нужно было разделить ваши красный, зеленый и синий каналы на слои * (* Используйте Colors> Components> Decompose )
(в GIMP откроется новая вкладка, ваша исходная работа не будет изменена.)


Вы получите:

Каждый слой назван в честь своего канала: синий, зеленый и красный.

2/ Затем измените режим изображения обратно с Grayscale на RGB ( Image> Mode> RGB ).

3/ Теперь мы можем использовать кривые RGB, чтобы сделать красный слой только красным, зеленый слой только зеленым, а синий слой только синим (для каждой из кривых вы помещаете ненужные кривые в ноль). Примерно так:

Шаги для «синего» слоя:
Выберите этот «синий слой», затем выполните Цвета> Кривые в канале .Измените канал с альфы на красный и установите кривую на ноль: щелкните в правом верхнем углу кривой и перетащите ее до нуля. Не нажимайте «ОК» прямо сейчас. Проделайте то же самое с зеленым каналом. Оставьте синий канал в покое для синего слоя (это тот, который вам нужно оставить для этого синего слоя!). Затем нажмите «ОК».

Сделайте то же самое для двух других слоев (зеленого и красного), оставив только зеленый канал для зеленого слоя и только красный канал для красного слоя.

Вы получите что-то вроде этого:



4/ Измените режим наложения двух верхних слоев на Добавление . Теперь ваше изображение снова выглядит нормально. Вы готовы приступить к хроматической аберрации.


_________________________________________

ВЫПОЛНЕНИЕ ХРОМАТИЧЕСКОЙ АБЕРРАЦИИ


Теперь вы можете управлять каждым каналом (красный / зеленый / синий) индивидуально. Пока вы перемещаете / трансформируете слой, вы создадите эффект, называемый хроматической аберрацией .
Пора заняться хроматической аберрацией!

Несколько методов с примерами того, как это можно сделать:


1/ Вы можете просто переместить один или два слоя (даже синий):
Layer> Transform> Shift
Непосредственно с помощью мыши / стилуса, используя инструмент перемещения на панели инструментов.
Вы можете получить что-то вроде этого:


2/ Или вы можете использовать фильтры (я думаю, это лучший способ получить хорошие результаты):
Filters> Distorts> Lens Distortion . И вы можете использовать и другие типы фильтров ...

______________________________________________
Пример 1:

______________________________________________

Пример 2:


!)
____________________________________________________________________________________________________

ВЫ ТАКЖЕ МОЖЕТЕ

Не бойтесь проверить, что вы можете делать с вашим программным обеспечением.Не делайте всегда одно и то же.

Вот несколько небольших примеров:

  • Дублируйте слой с каналом, это может сделать действительно классный эффект для цветов! Вот что я сделал для этой краски: (Я продублировал зеленый и синий слои, чтобы создать более холодную атмосферу.)
  • Попробуйте изменить режим наложения двух верхних слоев на что-то другое, кроме Добавление .
  • Кроме того, вы можете использовать хроматическую аберрацию только на какой-то части вашей картины! Немного сложно, но просто используйте два слоя: исходный слой и модифицированный с эффектом. Добавьте маску слоя к измененной и покажите или скройте с ней нужные части.
Но я остановлюсь на этом, так как это не было предметом данного руководства.

____________________________________________________________________________________________________

Хроматическая аберрация | Понимание хроматической аберрации

Осевая хроматическая аберрация - это изменение длины каждой длины волны света, а боковая хроматическая аберрация - это изменение увеличения разных цветов света; становится более заметным на периферии изображения.Осевая хроматическая аберрация приводит к нечетким цветам перед фокусом и за ним из-за различий в фокусе каждого цвета. Это может быть заметно на краях очень ярких участков изображения. Боковая хроматическая аберрация является причиной цветовой окантовки. Это видно только по краям изображения.

Боковая хроматическая аберрация в некоторой степени снижается за счет комбинирования различных линз с разными показателями преломления, но с оптической точки зрения полностью устранить ее невозможно. В дополнение к красному и дополнительному к нему голубому цвету, а также синему и дополнительному к нему желтому цвету, некоторые линзы могут иметь сложную цветовую окантовку, сочетающую эти два основных типа. Он значительно снижается за счет использования стекла ED с низкой дисперсией.

Новые цифровые зеркальные фотокамеры Nikon имеют встроенную функцию автоматической коррекции боковой хроматической аберрации. Он автоматически применяется к изображениям и не может быть выбран пользователем.

Поскольку хроматическая аберрация чаще наблюдается на изображениях, снятых с широкой диафрагмой, использование меньших значений f / ступени - это один из способов, которым вы можете попытаться защитить свои изображения от хроматической аберрации.Другой случай, когда видна хроматическая аберрация, - это когда астрофотография фотографируется с определенными объективами, такими как 58 мм, и фокусируется на объекте не в центре кадра.

В программе Nikon Capture NX2 есть функция коррекции боковой хроматической аберрации, которую можно найти в меню коррекции камеры и объектива. Щелкните здесь, чтобы узнать больше об использовании инструмента.

Осевая хроматическая аберрация применяется к изображениям JPG, TIFF и NEF в Nikon View NX (версия 1.3.0 и выше) и с NEF в Capture NX2 (версия 2.2.0 и новее). Помимо автоматической коррекции есть ползунок ручной регулировки.

Программное обеспечение Nikon Capture NX-D позволяет корректировать боковую и осевую цветовые аберрации с помощью инструмента коррекции камеры и объектива.

Другие программы редактирования программного обеспечения, такие как Adobe Photoshop, также имеют опцию коррекции хроматической аберрации.

Боковая хроматическая аберрация - DXOMARK

Преломление линзы зависит от длины волны. Это означает, что увеличение зависит не только от положения поля изображения, но и от длины волны света.Совершенно острый край, переходящий от белого к черному, дает плавный переход, показывающий разложение светового спектра.

Это имеет два основных воздействия на датчик. Каждый канал (обычно R, G, B) размыт, потому что он объединяет определенный диапазон длин волн, которые отображаются в разных положениях на датчике. Причем разные каналы сдвинуты друг относительно друга. Обычно это дает цветные полосы по краям с высоким уровнем контраста. DxOMark измеряет максимальный сдвиг между тремя цветовыми каналами.Эта мера - расстояние.

LCA выражается в мкм на 24 × 36 мм. 10 мкм - типичный уровень приемлемости.

Рассеивание света через линзу

Что измеряет DxOMark?

Боковая хроматическая аберрация легко вычисляется, рассматривая изображение черного пятна на белом фоне.
Mr - центр пятна в красном канале, Mg в зеленом канале, Mb в синем канале. LCA соответствует расстояниям между положениями Mb и Mg, а также Mr и Mg.

Расчет хроматической аберрации по изображению точки

Используя цель, покрытую черными точками на белом фоне, мы оцениваем LCA по всему полю.

Мы вычисляем статистические данные, такие как максимальное и среднее значения для изображения, затем мы используем цветовую шкалу для отображения этих значений в зависимости от фокусного расстояния и значения диафрагмы.

Максимальные функции LCA фокусного расстояния и диафрагмы

Мы строим кривые, которые представляют изменение в зависимости от положения поля сдвигов между красным и зеленым каналами, с одной стороны, и между синим и зеленым каналами, с другой стороны.

Мы измеряем LCA для каждого фокусного расстояния и диафрагмы.

Профиль LCA в поле изображения

Мы отображаем изменение максимума LCA в изображении в каждой позиции поля для разных значений фокусных расстояний и апертур.

Карта LCA в поле изображения .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *