Хроматические аберрации что это: Страница не найдена

Содержание

Хроматические аберрации — это… Что такое Хроматические аберрации?

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 отсутствуют.

Хроматизм положения

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 расположен ближе к задней главной точке линзы, чем фокус красных лучей . Отсюда следует, что для луча белого света единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний лучей всех цветов.

Разность 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 двух (например, синих и жёлтых) лучей, называется ахроматической, а при сближении фокусов трёх лучей —

апохроматической, четырёх — суперахроматической.

Хроматизм положения вызывает значительную нерезкость изображения, поэтому при чёрно-белой съёмке моноклем и перископом, у которых он не устранён, после установки на резкость нужно ввести дополнительную поправку на положение объектива относительно светочувствительного элемента , определяемую по формуле:

,

где – сопряжённое фокусное расстояние; – 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 дисперсией. 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 линзами (ахроматами).

Ахроматические линзы используются во многих современных объективах. 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 такие оптические элементы, как линзы из особых оптических стёкол (курцфлинт, лангкрон), зеркала или зонные пластинки.

Хроматизм увеличения

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 от увеличения.

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 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

Хроматические разности в общем случае, каждая геометрическая аберрация в зависимости от цвета. Так, например, сферическая аберрация может быть различной для синих и для красных лучей, в этом случае её называют «сферохроматизм»), и хроматическую разность аберраций наклонных пучков. Всё это также можно считать хроматическими аберрациями, поскольку это даёт побочные эффекты, в целом аналогичные хроматизму положения и увеличения.

Литература

  • 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.

Ссылки

Хроматические аберрации: виды искажений на фото

17.10.2021

Хроматическая аберрация — это нарушение цветопередачи, которое проявляется в виде «бахромы» (контура) на контрастных объектах. Поговорим о том, какие бывают виды аберраций, почему они возникают и как от них избавиться.

Какими бывают цветовые искажения на снимках

Эффект хроматической аберрации возникает в тот момент, когда луч света проходит через линзу объектива, преломляется и распадается на спектральные цвета (от красного до фиолетового). Все цвета разноволновые по длине, поэтому у каждого будет собственный угол преломления, что в результате приводит к возникновению на фотографии разного рода искажений: цветовых полос, бликов или колец.

Показатели аберрации:

  • цветные полосы по контуру объектов;
  • радужные блики;
  • разноцветные круги;
  • нивелирование границ между контрастными объектами;
  • падение четкости на локальных участках снимка;
  • плавный переход одного цвета к другому на границах снимаемого объекта.

Проще говоря, хроматическая аберрация в фотографии — это цветовые искажения на изображении.


Пример хроматической аберрации

Классификация искажений

Хроматические аберрации оптических систем были теоретически обоснованы в позапрошлом столетии немецким математиком Ф. Л. Зейделем. Всего было выделено 5 разновидностей искажений. Они относились к монохроматическому, то есть черно-белому изображению, когда все лучи имеют одну длину волны. Позже, когда появилась цветная пленка, были обнаружены еще и цветовые аномалии.

Монохроматизм — погрешность, присущая оптике. Аномалии появляются оттого, что поверхности, преломляющие лучи, не могут собрать световые потоки в одну точку, если те падают на плоскости под большими углами.

Выделяют следующие типы аномалий:

Сферическая аберрация

Это нивелирование границ между объектами, которые слишком контрастны по отношению друг к другу. Возникает из-за несовпадения фокусов для лучей света проходящих на разных расстояниях от оптической оси.


Пример сферической аберрации

Кома

Выглядит как размытость по краям объекта, на профессиональном жаргоне называют «коматической засветкой». Также может иметь вид капли или кометы с большим светящимся хвостом. Вызывается разницей преломления между лучами, исходящими из одной точки, когда одна часть лучей проходит по краю объектива, а другая по центру.


Пример комы

Астигматизм

Изображение получается резче на одном участке фото, чем на другом. Появляется вследствие того, что лучи, находящиеся вне оптической оси объектива, имеют различные точки сходимости.


Астигматизм фотографии

Кривизна

Также проявляется неравномерной четкостью по всей поверхности снимка из-за особенностей формы линзы.


Кривизна поля изображения

Дисторсия

Это искажение прямых линий. В результате предметы по краям кадра выглядят неестественно сплюснутыми или вытянутыми. Об этом явлении мы поговорим чуть ниже.


Дисторсия

Сферическая и хроматическая аберрации, а также дисторсия — это основные искажения линз.

Главные типы аберраций

Итак, выделяют два основных вида искажений: те, что связаны с геометрией, и цветовые. Первый тип — это дисторсия, эффект, который легко убрать в программе для редактирования фото. Данное явление хорошо знакомо владельцам широкоугольных объективов, когда картинка по краям получается выпуклой или вогнутой.

Второй вид — непосредственно хроматическая аберрация, которая делиться на два подвида: продольная аберрация и поперечная. Причина хроматической аберрации заключается в явлении дисперсии и связана с разложением цвета на световые волны. А причина геометрической аберрации — в дисторсии и связана с кривизной волны. Оба эффекта обязаны своим явлением форме линзы, но если геометрию еще можно исправить, то убрать хроматическую аберрацию целиком не получится. Можно только свести их к минимуму.


Цветовые искажения практически невозможно убрать полностью

Продольная аберрация

Мы уже знаем, что свет при попадании на линзу преломляется и распадается на цвета радуги. Каждый цвет обладает разной длиной волны. Поэтому угол преломления у всех оттенков будет свой. Например, синий излучает сильнее, поэтому точка, где лучи сойдутся воедино, будет располагаться ближе к линзе. С красным цветом все наоборот.

Хроматизм положения (как еще называют продольную аберрацию) — это расхождение между показателями вышеупомянутых цветов. Если, например, равняться по красному цвету, то все части изображения, которые содержат синий цвет, окажутся не в фокусе. Избавиться от данного явления целиком нельзя. Можно лишь уменьшить его проявление до той степени, когда человеческий глаз перестает видеть различия.

Этого можно добиться использованием двух линз: сферической и обратно вогнутой. Первая будет рассеивать пучки света и отклонять их от изначальной оси. Вторая — собирать обратно, нейтрализуя действие первой. В результате мы получим необходимый оттенок. Такие линзы называют ахроматическими. Стоит отметить, что дешевая оптика «хроматит» гораздо сильнее, чем объективы элитной серии, так что обращайте внимание на качество оптической системы. Такие дуплеты устраняют большинство разновидностей аберраций.


Принцип построения ахроматической линзы

Хроматизм увеличения

Его также называют поперечной аберрацией. Возникает тогда, когда волны различной длины фокусируются в разных точках одной фокальной плоскости. Это та самая «бахрома», о которой мы упоминали в начале статьи. Чаще всего цвет искажается на периферии снимков и не возникает в центре. Бороться с этим эффектом путем уменьшения диафрагмы бесполезно. Зато можно исправить аберрации при постобработке.

Нередко при съемке фотографу приходится сталкиваться с двумя типами аберраций: продольной и поперечной. В этом случае в процессе съемки избавиться лучше от хроматизма положения, стараясь уменьшить значение диафрагмы. А проблему хроматизма увеличений решать уже при наличии соответствующего ПО.


Хроматизм увеличения

Как избавиться от хроматических аберраций во время съемки

С цветовыми аномалиями можно справиться в процессе постобработки. Но более действенный результат вас ожидает, если вы начнете бороться с проблемой еще перед началом съемки. Вот несколько практических советов, следуя которым вы сможете свести к минимуму проявление аберрации.

  • Ставьте узкую диафрагму
  • Закрытие лепестков до f/2.8 — f/4 позволит минимизировать выраженность искажений. Чтобы компенсировать потерю света, увеличивайте светочувствительность и выдержку.

  • Располагайте важные объекты подальше от периферии
  • Линза имеет свойство создавать искажения как раз по краям снимка, поэтому если другого выхода нет — нарушьте правило третей и скомпонуйте кадр со значимым объектом в центре. Конечно, во всем следует руководствоваться чувством меры и оставить данный пункт на крайний случай.

  • Снимайте со средним фокусным расстоянием
  • Это поможет сделать дефекты менее заметными. Как вариант, вы можете снять одну и ту же картинку с разным фокусным расстоянием, а потом сделать компоновку в графическом редакторе.

  • Избегайте контрастов
  • На фоне яркого неба ветви деревьев вероятнее всего приобретут цветную окантовку. Если есть возможность, перенесите часы съемки, измените фон или отредактируйте кадр в программе. В последнем случае съемку лучше производить в RAW формате, аберрации легче всего устраняются в специальном модуле «Камера RAW» в Фотошопе.

  • Покупайте качественные объективы
  • Дорогая оптика изготовлена из хороших материалов и проектируется с использованием больших компьютеров для проведения головоломных расчетов и моделирования высокого уровня, что в итоге приводит к подавлению искажений различных типов. Но такое «стекло» и стоит отнюдь не копейки.


Используйте все возможные методы, чтобы подавить искажения еще на этапе съемки

Удаление хроматических аберраций в фоторедакторе

В статье мы рассмотрим как ликвидировать искажения на примере редактора Photoshop. Благодаря этому редактору
вы сможете исправить большинство различных дефектов и нарушений, возникших в процессе съемки. Как выглядит хроматическая аберрация? Обратите внимание на пример, расположенный ниже:


Цветной кант на шляпе свидетельствует о наличии хроматизма

Она проявляется в виде зелено-красной окантовки по краям шляпы ковбоя. Именно от этой неприятности мы и будем избавляться, причем сделаем это несколькими способами.

Метод 1. Камера RAW

Данный модуль является встроенным, начиная с версии Photoshop СC. В ранних модификациях его придется ставить вручную. Однако если вы постоянно работаете с фотографиями, то это скорее необходимость, чем вынужденная мера.

Откройте снимок в «Камере RAW». Выберите опцию «Коррекция дисторсии» —> «Цветность». Поставьте галочку напротив пункта «Удалить хроматическую аберрацию» и цветная окантовка по полю шляпы исчезнет.


Камера RAW — самый легкий способ устранения аберраций

Метод 2. Размытие по Гауссу

Переместите изображение на рабочую область программы. Сделайте дубликат слоя (Ctrl+J). Далее пройдите по пути «Фильтр» —> «Размытие» —> «Размытие по Гауссу…» и установите значение на 4px. Затем поменяйте параметр наложения для копии слоя на «Цветность». Сравните эффект до и после на скриншотах:


До


После

Метод 3. «Губка»

Хроматические аберрации на фото легко устранить при помощи инструмента «Губка». Все участки, к которым прикасается этот инструмент, обесцвечиваются. Посмотрите местонахождение «Губки» на скриншоте, выберите ее, установите значение нажима на 100% и, приблизив нужную область, аккуратно пройдитесь вдоль краев шляпы.

Работать нужно аккуратно, чтобы случайно не удалить цвет на соседних участках. Данный способ более затратный по времени, чем два других, но если с их помощью не удается достичь приемлемых результатов, то используем «Губку».


Устранить несовершенства можно при помощи инструмента «Губка»

Как сделать хроматические аберрации

Вся статья была посвящена тому, как избежать цветовых погрешностей на снимках, но иногда их добавляют специально на изображения для создания интересных эффектов. Поэтому теперь давайте научимся создавать искажения!

Выберите подходящую картинку, откройте в программе и, не делая копии слоя (!), перейдите во вкладку «Каналы». Здесь вы видите иконки, которые обозначают три RGB-цвета: красный, зеленый и голубой. Выберите один из каналов. «Глазики» напротив других слоев автоматически отключатся. Ваша задача включить верхний, цветной слой. При этом «глазики» опять зажгутся напротив всех слоев, но выделенным должен быть только один! Пусть это будет зеленый.

Возьмите инструмент «Перемещение» и на выделенном активном слое канала начните сдвигать изображение влево или вправо. Корректируйте степень толщины цветовых линий углом сдвига. То же самое вы можете проделать и с другими каналами. Это достаточно простой способ, который помогает добиться любопытного эффекта.


Применяйте цветовые искажения для добавления необычных эффектов

ФотоМАСТЕР — программа для стильной обработки

Кстати, об эффектах. Хотим вам рассказать об одной занятной программе, с помощью которой вы сможете добиться интересных снимков. ФотоМАСТЕР обладает русскоязычным интерфейсом, поэтому никаких головоломок с пониманием меню и лихорадочных метаний среди кнопок не возникнет. 100+ уникальных фильтров, способных подчеркнуть настроение фотографии, полуавтоматизированный процесс работы, который позволит выделить лучшие стороны снимка в несколько кликов, и несложная замена фона — вот чем вам понравится эта программа.

Среди других возможностей ФотоМАСТЕРА:

  • пресеты для эффектной бьюти-ретуши;
  • инструменты для пластики лица и фигуры;
  • функция пакетной обработки снимков;
  • быстрое удаление ненужных предметов или людей из кадра;
  • изменение цвета отдельных элементов;
  • обрезка и исправление геометрических искажений.

Избавиться от дисторсии легко. Загрузите снимок, зайдите в раздел «Инструменты» –> «Геометрия». Потяните бегунок на шкале «Дисторсия» влево, если хотите исправить вогнутость, и вправо, если требуется уменьшить выпуклость. Скачайте фоторедактор и добивайтесь идеальных снимков, убирая искажения любого рода!


Уберите дисторсию одним движением

Подводим итоги

Хроматическая аберрация линзы — это дефект, с которым фотографы борются с момента возникновения цветной пленки. Еще 20 лет назад, когда техника и графические редакторы не были особо качественными, хроматика сильно отравляла жизнь фотоделов. Сегодня большинство искажений можно устранить либо во время подготовки к съемке, либо при помощи постобработки. Не допускайте, чтобы в результате хроматической аберрации ваши фотографии потеряли привлекательность. Следуя информации из этой статьи, вы сможете избежать грубых ошибок.

Что такое хроматические аберрации и как они влияют на фотографию

Приветствую! С вами на связи, Тимур Мустаев. В моем блоге представлено очень много актуальных для фотографов тем, во всех них нужно учиться разбираться. Статья ниже не исключение. Понятие о том, что такое хроматические аберрации, можно считать чуть ли не топовым знанием.

Возразите? Пожалуйста. Но обратите внимание на работы профессионалов: максимум продуманности кадра, четкость, насыщенность, никаких лишних линий, неэстетичных полос, пятен и прочего – полный контроль за фото! Именно такого результата мы должны добиваться.

Что такое аберрации, их виды

Начнем с общих терминов. Аберрация – это погрешность, ошибка техники, искажение в фотографии. Последствия ее появления печальны: и нерезкость картинки, и некрасивые цветные ореолы, блики и т.д.

Иными словами, аберрация характеризуется различными вида нарушений в структуре пучков лучей света, выходящих из оптической системы объектива на матрицу.

Об аберрациях можно говорить, что они существуют в монохромном и хроматическом вариантах. Все просто – черно-белая и цветная версия. Обратимся к хроматизму. По большому счету, что это такое и откуда он берется?

Хроматические аберрации, это одна из разновидностей, которая приводят к снижению чёткости изображения, а иногда также и к возникновению на нём полос, цветных контуров, пятен — артефактов.

Будь то хроматизм положения, увеличения или иной его вид, природа одна. Свет представляет собой явление, сложное по спектральному составу. Кроме этого свет не прямая линия, а волна, у которой может быть разная частота и длина, от чего, в свою очередь, зависит конкретный цвет.

Что уж говорить о том, что есть зоны видимого и невидимого для глаза света, но при этом существующего и влияющего на нас.

В идеальном случае все световые лучи попадают в объектив и фиксируются на матрице или пленке в одной точке. Действительность иная: из-за отличий структуры волны каждого оттенка один цветной объект будет более четким и реалистичным в центре, нежели в остальных местах.

Для общего кругозора, полагаю, будет не лишним проговорить о других искажениях, с которыми с большой вероятностью вы столкнетесь на практике.

  • Дисторсии, или геометрические аберрации. Особенно при съемке широкоугольной оптикой можно заметить, что линии предметов, зданий почему-то имеют вид кривой, вогнутой (“подушка”) или выгнутой (“бочка”).
  • Дифракция: страдают детали кадра обычно в силу слишком закрытой диафрагмы и снижения количества необходимого света.
  • Астигматизм – фокусировка света в разных частях чувствительного слоя фотоаппарата, следовательно, появление пятна нерезкости и растягивание его в определенную сторону.
  • Виньетирование – затемнение по краям изображения, снижение яркости в этих местах. Наблюдается опять же у шириков, виной – открытая диафрагма.

Борьба с искажениями

Как вы полагаете, стоит ли пытаться устранить естественные ошибки оптики? По моему опыту, это можно сделать, но требует больших или меньших усилий, в зависимости от конкретного случая и навыков фотографа.

Итак, как убрать все эти ореолы, полоски, круги…? Здесь можно выделить способы, помогающие как в процессе фотографирования, так и после.

  1. Выбирайте угол съемки. Прежде всего я имею в виду яркие сюжеты, обусловленные безоблачной погодой. Прямые солнечные лучи вредны для оптики, а также съемка против солнца наверняка проявится на изображении в массе всевозможных недостатков.
  2. В некоторых случаях стоит отказаться от светофильтров. Например, защитный фильтр прекрасно выполняет свои функции, однако, порой, он не только ограничивает прохождение в объектив нежелательных лучей, но становится причиной появления на фото цветных кругов. Опять же на это влияет положение солнца относительно фотокамеры.
  3. Избегать контрастов в кадре, то есть “встречи” слишком темных и светлых объектов. Очень часто на их границе при более детальном рассмотрении оказывается, во-первых, нежелательное свечение, например, фиолетового оттенка, во-вторых, размытость.
  4. Адекватные параметры экспозиции. В борьбе с хроматическими и другими проблемами играет важную роль диафрагма, которая как раз регулирует поток света в камеру. Не рекомендуют выставлять f слишком малое или максимально большое, чтобы не порождать этих самых искажений. Еще один совет в рамках данного пункта: тщательно следите за фокусировкой, она должна быть на главном объекте. При необходимости поместите предмет по центру, увеличьте его масштаб, направьте свет на него – сделайте все, чтобы фокус не мог промахнуться.
  5. Учитывайте возможности фотокамеры. Дорогие модели сделаны качественнее; это касается и линз, и внутренней системы по работе с оптическими погрещностями.
  6. Постобработка. Многие ошибки фотокамеры можно убрать в lighroom – удобная и легкая программка для несложной коррекции картинки. В ней исправляют сам профиль объектива, регулируют отдельные цвета. Если в изображении есть более серьезные проблемы, то их стоит убрать в фотошопе, где аналогично можно работать с определенными цветовыми каналами. Уровень выраженности цвета понижается — становится менее заметна или пропадает связанная с ним аберрация.

Важно! На сегодняшний день избавиться от хроматических аберраций можно при помощи графических редакторов. Но не забывайте, что только фотографии, сделанные в формате RAW, способны это исправить. Фотографирую в формате JPEG, у вам не будет возможности исправить ошибки оптики.

В заключении хочу порекомендовать следующие видео курсы:

  1. Lightroom — незаменимый инструмент современного фотографа. Название говорит само за себя. Вы научитесь правильно обрабатывать RAW форматы фотографий. А это поверьте мне, очень интересное занятие.
  2. Фотошоп с нуля в видеоформате VIP 3.0. Специальный курс для тех, кто в фотошопе совсем новичок. Все рассказывается таким образом, что не научиться просто не возможно!
  3. Photoshop для фотографа 3.0. VIP. Этот курс ориентирован специально для фотографов. В нем собрана, вся актуальная и полезная информация по обработке фотографий.

Для начинающих фотографов лучшими будут видеокурсы:

Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для фанатов фотоаппарата NIKON.

Моя первая ЗЕРКАЛКА — для фанатов фотоаппарата CANON.

Всем пока! Мой блог всегда открыт для старых друзей и новых гостей. Заходите, буду рад!

Всех вам благ, Тимур Мустаев.

Оптика: очки и контактные линзы

Оптическая система, преломляя лучи света и разлагая белый свет на составные части, смещает изображения в различных лучах спектра относительно друг друга. Это явление называется хроматической аберрацией, или хроматизмом. Хроматическая аберрация проявляется в окрашивании изображения.

Аберрации, ранее рассмотренные для монохроматического света, характерны для всех лучей спектра. Но полный анализ всех аберраций для лучей с определенными длинами волн был бы весьма сложен, поэтому ограничиваются рассмотрением отдельных видов хроматической аберрации.

Основными видами хроматической аберрации являются: 1) хроматизм положения, или хроматическая аберрация нулевых лучей; 2) хроматическая разность сферических аберраций; 3) хроматизм увеличения; 4) хроматическая разность аберраций наклонных лучей в меридиональной плоскости. В особых случаях рассматривают и астигматизм цветных лучей.

Хроматизм рассматривается для определенных лучей спектра. Таковыми лучами для приборов, работающих совместно с глазом наблюдателя, называемых визуальными, являются лучи в диапазоне длин волн от линии F с длиной волны 486 нм и до линии С с длиной волны 656 нм. Эти лучи для нашего глаза определяют видимый спектр.

Если приборы предназначаются для фотографирования изображения в других лучах спектра (инфракрасных, ультрафиолетовых, лучах Рентгена и др.), то хроматизм рассматривается для лучей с соответствующей длиной волны.

Если луч света падает на линзу на конечном расстоянии от оптической оси (рис. 44), то при разложении на составные части он образует различные точки пересечения с оптической осью F’F, F’D, F’C и т. д.

Хроматическая аберрация положения по оптической оси находится по формуле

Хроматическая аберрация положения всегда определяется по отношению к положению теоретической плоскости изображения. Эта плоскость от оптической системы расположена на расстоянии s’0,D. Если за основной луч принимается не желтый D, а какой- нибудь иной, то вместо s’0,D принимается луч s’0,λ.

Хроматическая аберрация положения одиночной тонкой линзы для бесконечно удаленного предмета может быть найдена путем дифференцирования формулы (20,1), при d=0:

Разность положения фокусов нулевых лучей различных длин воли по оптической оси указывает на хроматизм положения оптической системы любой сложности.

Комбинируя положительные и отрицательные линзы с различным коэффициентом дисперсии, удается в значительной степени уменьшить хроматизм положения. Такие оптические системы называются ахроматическими, а объективы — ахроматами Процесс исправления хроматической аберрации называется ахроматизацией. Хроматическую аберрацию нулевых лучей можно изображать

графически, откладывая по оси ординат длины волн, а по оси абсцисс хроматическую аберрацию вдоль оптической оси. Хроматическая кривая хроматизма положения ахроматической системы показана на рис. 45.

Здесь для двух лучей спектра хроматизм отсутствует, например для лучей спектра G’ и С или для лучей с длинами волн 450 и 620 нм.

Если для двух лучей спектра хроматическая аберрация положения уничтожена, то остаточная хроматическая аберрация называется вторичным спектром. При этом рассматривают весь участок изучаемого спектра. Так, например, на рис 45, рассматривая ахроматизацию в пределах лучей спектра G’ и С, имеем вторичный спектр в 0,09 мм. Часто график хроматизма положения называют графиком вторичного спектра. Если хроматизм положения исправлен для трех лучей спектра, то остаточную аберрацию называют третичным спектром и т. д. Но не только для нулевых лучей должен быть исправлен хроматизм, он должен быть исправлен и для всех осевых и наклонных пучков лучей.

Полного устранения хроматической аберрации в наклонных пучках достигнуть не удается. Разности величин изображения образованных различными лучами спектра, должны быть существенно малы. Кроме того, эти изображения должны быть расположены в одной плоскости.

Если оптическая система образует совпадающие изображения для различных лучей спектра, например для трех, то она называется апохроматом. Апохромат, как правило, имеет уменьшенный вторичный спектр, а если его хроматизм положения характеризуется третичным спектром, то он значительно меньше вторичного. Апохроматы предназначаются для фотографирования цветных картин (полиграфия, кинематография, телевидение).

Лучи, падающие на линзу, на различных высотах преломляются, разлагаясь на составные части по-разному. Это явление аналогично сферической аберрации и может быть графически показано на графике сферической аберрации

(рис. 46). Оно называется сферохроматической аберрацией. Иногда разность сферических аберраций для различных лучей спектра называют хроматической разностью сферических аберраций. Она полностью характеризует резкость изображения точки на оптические оси.

Часто характеристические кривые хроматической разности сферических аберраций показываются на графике вторичного спектра (рис. 47). Здесь показана хроматическая аберрация фотографического объектива «Индустар-17», f = 500 мм, 1:5 в обоих случаях идеальным было бы то положение, если бы все три кривые выпрямились, сделались вертикальными и слились бы вместе.

Для точек изображения вне оптической оси существуют те же причины возникновения хроматизма. На оптической оси встречаемся с окрашиванием кружков рассеяния, а вне оптической оси — с окрашиванием пятен рассеяния.

Наклонный пучок лучей также разлагается на составные части, и лучи с различной длиной волны пересекают плоскость изображения в различных точках. Разность величин цветных изображений называется хроматизмом увеличения (рис. 48)

При рассмотрении хроматизма увеличения учитывают хроматическую разность аберраций наклонных лучей в меридиональной плоскости. Это явление аналогично меридиональной коме и сферической аберрации наклонного пучка лучей, но рассматривается для различных длин волн. Она может быть графически показана на графике меридиональной комы (рис. 49). В данном примере для главного луча хроматизм увеличения отсутствует, но хроматическая аберрация наклонных лучей значительна, и можно предполагать, что изображение точки окрашено.

Исправление аберраций в оптической системе для видимой части спектра называется оптической, или визуальной, коррекцией. Для этой части спектра (С, D и F) производят исправление хроматизма в приборах, работающих совместно с глазом человека, а также фотографических объективах, предназначенных для съемок на панхроматических и цветных светочувствительных материалах. В остальных случаях мы встречаемся с актиничной, или фотографической, коррекцией.

Фотографические объективы для обычной штриховой, тоновой и полутоновой съемки исправляются для лучей спектра D и G, так как диапозитивные эмульсии малочувствительны к красным лучам спектра.

Объективы апохроматы для полиграфических репродукционных цветных съемок должны иметь исправление для лучей спектра от С до G’. Специальные объективы для съемок в инфракрасных лучах спектра имеют диапазон длин волн, соответствующий условиям работы. При этом за основной луч во многих случаях выбирают не D, а луч, соответствующий максимуму светочувствительности при съемке. В таких случаях рассматривают совместно спектральные свойства светофильтров, фотокатодов или фотографических слоев и на основании этого выбирают длину волны света, соответствующую максимуму освещенности в плоскости изображения.

Для осуществления перехода от одного состояния коррекции в другое служит гиперхроматическая линза (рис. 50) с оптической силой, равной нулю. Показатели преломления ее составляющих для основного луча равны, но коэффициенты дисперсии различны, вследствие этого она влияет на изменение хроматизма положения той системы, совместно с которой применяется.

Что такое аберрация в фотографии

Аберрации в фотографии: хорошо это или плохо?

В предыдущей статье «Что такое аберрации», мы познакомились с основными видами аберраций, и теперь настала пора попробовать сделать некоторые практические итоги и ответить все-таки на животрепещущий вопрос: «Оптические аберрации это зло, или благо в фотографии»?

Здесь может быть достаточно много мнений, я попробую привести свое. Оно основывается на достаточно большом 15-летнем практическом опыте и в творческой художественной фотографии и в сугубо «ремесленной». За это время мне довелось, также, использовать порядка 200 различных объективов с разным рисунком и разной степенью выраженности аберраций, из них около 40 остались в коллекции и стали постоянно используемыми.

Итак, мы имеем разные мнения фотографов относительно фотографических аберраций, зачастую диаметрально противоположные. Налицо два лагеря, один побольше, другой чуть поменьше, но тоже многочисленный.

Представители первого лагеря, утверждают, что чем меньше выражены аберрации, тем объектив, вне всякого сомнения, лучше (идеальный объектив – вообще с полностью устраненными аберрациями). Представители второго лагеря вводят тезис о том, что без выраженных аберраций нет понятия «рисунок объектива», ибо характер и рисунок объектива и определяется степенью выраженности остаточных аберраций (а идеальный объектив без аберраций – «идеально скучный» объектив).

Забегая немного вперед, отмечу, что по моим наблюдениям среди членов первого лагеря больше «Ремесленников», среди вторых больше «Художников». Поэтому дальше в тексте я буду называть эти группы именно так.

Есть еще и третья довольно большая группа, так называемые «Технари». Их интересует, прежде всего, техника, а не фотография. Фотографии зачастую служат только для анализа достоинств и недостатков объективов и фотоаппаратов. Они постоянно снимают всякие миры и сюжеты с повышенной детализацией, или вообще не важно что, но чтобы было красивое боке и красивый рисунок. И тут все зависит от степени выраженности такого «технарства». Если в меру, то даже могут быть весьма полезны такие опыты и для себя и для других. Но если без меры, это уже, на мой взгляд, некая «тупиковая» ветвь в фотографии, не предусматривающая реального развития личности, как фотографа. Хотя, с другой стороны, можно ведь стать и оптическим конструктором.

Ну что ж, вернемся к попытке ответа на вопрос: «Когда аберрации уместны, а когда нет».

Факторы, влияющие на оценку

На мой взгляд, все зависит от нескольких ключевых факторов:

  1. Тип фотографии: художественная, научно-прикладная, аэросъемка и пр. Наиболее терпимо к аберрациям относится именно художественная, творческая фотография.
  2. Жанры фотографии. В каких-то жанрах приемлемы и даже приветствуются выраженные остаточные аберрации, в каких-то – напротив, строго не рекомендуются. Об этом, подробнее ниже.
  3. Собственные вкусы и личное восприятие снимка. В том числе насколько вам интересна та же пиктореальная фотография, полностью основанная на использовании мягкорисующей оптики с ярко выраженными аберрациями.
  4. Художественный кругозор. Эстетический вкус. Врожденный или приобретенный 🙂 Здесь и знание истории искусств, и знакомство с различными изобразительными стилями, течениями. Знание различных жанров и лучших их представителей. Посещение музеев, выставок и т.д. не только фотографии, но и других видов пластических искусств. Это дает человеку возможность художественного анализа и ответа на простой, и одновременно очень сложный вопрос: «То, что я вижу действительно красиво и гармонично или нет?»
  5. Опыт использования различной фотооптики. Дает больше возможностей для сравнения и анализа.

Давайте пройдемся по популярным жанрам фотографии и посмотрим, как там обстоят дела с аберрациями.

Пейзаж

В типовом и наиболее привычном нам «классическом» пейзаже, снятом на широкоугольную оптику, стараются по максимуму устранить все остаточные аберрации. Особенно кривизну поля (разрешение и резкость по краям) и дисторсию (исключение – художественная съемка Фишаем).

Илл. 2. Классический пейзаж. Чем меньше влияние остаточных аберраций, тем лучше.

В тоже время художественный пейзаж, вполне допускает применение объективов с остаточными аберрациями, в том числе с ярко выраженной сферической аберрацией (монокли), дисторсией (FishEye), кривизной поля (объектив Пецваля).

Илл. 3. Пиктореальный пейзаж, снятый моноклем. Аберрации создают настроение и атмосферу снимка.

Архитектура. Интерьер

Здесь, тоже, как правило, стараются снимать объективами с максимально устраненными аберрациями.

Илл. 4. Интерьер «Собора Покрова на Рву».

Исключения могут быть в художественной фотографии (главным образом для архитектуры) и совпадают с теми, что перечислены для жанра Пейзаж.

Портрет

У хорошего портретного объектива есть свои сформировавшиеся временем и здравым смыслом требования, а именно: достаточно большое фокусное расстояние для съемки без искажений, мягкие тональные переходы, невысокий контраст, выделение главного (глаза, ресницы, губы, волосы) и скрытие дефектов (морщины, складки, дефекты кожи).

И вот здесь-то супер-резкие и контрастные современные объективы с максимально исправленными аберрациями терпят фиаско. Их рисунок, зачастую, уже совсем не для этого жанра.

Для портретной фотографии считаются нормальными и вполне допустимыми (в разумных пределах):

  1. Сферическая аберрация. Вносит в снимок мягкость тональных переходов. Устраняет дефекты кожи.
  2. Астигматизм. Может формировать интересный рисунок в зонах нерезкости.
  3. Кривизна поля изображения. Акцентирует на главном объекте съемки, уводит малозначимые области в нерезкость.

Нежелательными аберрациями для портретной съемки являются:

Илл. 5. Мягкий портретный рисунок с выраженными аберрациями.

В лучшие портретные объективы, некоторые остаточные аберрации (прежде всего, сферическая) вносятся намеренно. А в других, например, Canon 135 SoftFocus, есть возможность управления софт-эффектом (т.е. по сути управление степенью выраженности аберрации).

Классический объектив Пецваля долгое время был эталоном объектива для портретной съемки, не смотря на выраженную сферическую аберрацию и кривизну поля. Многие фотографы и сейчас считают его схему идеальной для портрета.

Конечно, кроме остаточных аберраций, у хорошего портретного объектива много других требований. Подробнее можно с ними познакомиться в статье «Что такое портретный объектив?».

Предметная съемка. Натюрморт. Фрагменты.

Для коммерческой предметной съемки аберрации, как правило, не желательны. Действительно, в рекламной мелкопредметной съемке, съемке крупногабартиных предметов (например, мебель) и т.п. важными требованиями становятся:

  1. Передача фактур и текстур.
  2. Передача правильной геометрии.
  3. Высокое разрешение и резкость по всему полю кадра.

Соответственно, чем выше разрешение объектива, его микроконтраст и чем лучше у него устранены остаточные аберрации, тем больше приспособлен объектив для такого рода съемки. Для этих целей обычно хорошо приспособлены современные автофокусные объективы профессиональных серий с постоянным фокусным расстоянием.

Илл 6. Съемка мебели. Тут уже только максимально исправленные от аберраций объективы и диафрагмы 8-11

А вот что касаемо художественного натюрморта, тут уже совсем другая картина. Для такого жанра вполне применимы объективы с выраженными или вообще неисправленными аберрациями (например, монокли). Эти объективы могут создавать неповторимый художественный рисунок и особое настроение.

Илл 7. Натюрморт. Выраженные аберрации на диафрагме 1.2.

Жанровая съемка. Репортаж

В репортаже применяют в основном объективы с исправленными аберрациями, хотя для репортажного объектива решающими становятся другие факторы: автофокус и скорость его работы, диапазон фокусных расстояний для быстрого кадрирования, пыле-влагозащищенность и т.п.

Но поскольку в репортажном, да и жанровом снимке ключевой ценностью является сюжет и раскрытие сюжета, главное чтобы остаточные аберрации не мешали достижению этой цели.

Свадебная съемка

По сути, свадебная съемка – это гремучая смесь «репортажки» и «портретки». Поэтому для удачного и быстрого комбинирования этих двух жанров, желательно иметь для этой цели как минимум два объектива и желательно на двух камерах. Быстрый автофокусный зум для репортажных сюжетов и портретный светосильный фикс для портретных постановок.

Илл. 8. При известной сноровке можно снимать динамичные сюжеты и на мануальные, светосильные портретные объективы, но это очень непросто.

Специальные виды съемок

В специальных видах съемок, для науки, медицины, картографии и т.п. применяются, как правило, объективы с максимально-возможным исправлением аберраций. Думаю «почему», объяснять уже не нужно.

Выводы

Ну что ж, настало время подвести некоторые итоги:

► С точки зрения влияния аберраций объективы надо выбирать под конкретный жанр и даже под конкретную задачу. Не бывает чудесных объективов идеально приспособленных для всего. Золотое правило – все хорошо вовремя и на своем месте.

Для ремесленников действительно чаще предпочтительнее объективы с исправленными аберрациями. Для художников – дело вкуса.

Правильно подобранный объектив, – это только инструмент, который может значительно улучшить снимок, но не сделает за вас главного. А главное, все-таки, – сюжет, идея, свет, изобразительное решение, композиция фотографического снимка.

Хороший способ найти «свои» объективы, как и «свои» жанры – постоянно пробовать, сравнивать, отбирать. При этом вовсе необязательно постоянно покупать новую оптику. Можно одалживать на день два у знакомых фотографов, или даже просто просматривать в больших количествах конкретные фотографии, сделанные конкретным объективом.

По большому счету, для творческого фотографа (не важно, ремесленника или художника) аберрации – это не зло, а только одна из возможностей для повышения выразительности своих снимков. Главное следовать правилу: «Все хорошо в меру!» 😉

2451313

Аберрации фотографического объектива – это последнее, о чём стоит думать начинающему фотографу. Они абсолютно не влияют на художественную ценность ваших фотографий, да и на техническое качество снимков их влияние ничтожно. Тем не менее, если вы не знаете, чем занять своё время, прочтение данной статьи поможет вам разобраться в многообразии оптических аберраций и в методах борьбы с ними, что, конечно же, бесценно для настоящего фотоэрудита.

Аберрации оптической системы (в нашем случае – фотографического объектива) – это несовершенство изображения, которое вызывается отклонением лучей света от пути, по которому они должны были бы следовать в идеальной (абсолютной) оптической системе.

Свет от всякого точечного источника, пройдя через идеальный объектив, должен был бы формировать бесконечно малую точку на плоскости матрицы или плёнки. На деле этого, естественно, не происходит, и точка превращается в т.н. пятно рассеяния, но инженеры-оптики, разрабатывающие объективы, стараются приблизиться к идеалу насколько это возможно.

Различают монохроматические аберрации, в одинаковой степени присущие лучам света с любой длиной волны, и хроматические, зависящие от длины волны, т.е. от цвета.

Особняком стоит дифракция, которую хоть и можно отнести к аберрациям объектива, однако в силу её фундаментального характера и принципиальной неустранимости обычно рассматривают отдельно от прочих аберраций.

Монохроматические аберрации

В 1857 г. немецкий математик и астроном Филип Людвиг Зейдель выявил и математически описал пять т.н. монохроматических аберраций третьего порядка. Вот они:

  • Сферическая аберрация
  • Кома
  • Астигматизм
  • Кривизна поля изображения
  • Дисторсия

Настоящая статья написана для фотографов, а не для математиков, а потому нас, прежде всего, интересует не то, какие формулы описывают каждую из аберраций, а то, как аберрации проявляют себя в практической фотографии.

Рассмотрим их по порядку.

Сферическая аберрация

Особенность сферической линзы такова, что лучи света, проходящие через линзу вблизи её края, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие через центр. Объясняется это тем, что исходно параллельные лучи света падают на сферическую поверхность линзы под разными углами. Чем дальше лежит путь луча от оптической оси объектива, тем больше угол его падения, и тем сильнее он преломляется. В конечном итоге это приводит к невозможности сфокусировать точку иначе как в виде размытого по краям пятна, и всё изображение оказывается нерезким.

Ход световых лучей в идеальной линзе.

Ход лучей при сферической аберрации.

Диафрагмирование объектива заметно уменьшает сферическую аберрацию, поскольку при уменьшении отверстия диафрагмы отсекается часть лучей, проходящая через край линзы, а оставшиеся вблизи оптической оси лучи формируют более резкое изображение.

При конструировании объективов сферические аберрации устраняются комбинированием положительных и отрицательных линз, а также применением специальных асферических элементов, т.е. линз, преломляющая поверхность которых имеет асферическую форму, с тем расчётом, чтобы, вне зависимости от удалённости лучей света от оптической оси объектива, все они преломлялись по возможности одинаково, и таки сходились при фокусировке в одну точку. Чрезмерное исправление сферических аберраций, кстати, также ни к чему хорошему не приводит: пятно рассеяния становится ярче по краям, нежели в центре, что проявляется в виде кольцеобразного боке.

Коматическая аберрация или кома возникает, когда лучи света проходят через линзу под углом к оптической оси. В результате изображение точечных источников света приобретает по краям кадра вид ассиметричных пятен каплеобразной (или, в тяжёлых случаях, кометообразной) формы.

Кома бывает заметна по краям кадра при съёмке с широко открытой диафрагмой. Поскольку диафрагмирование уменьшает количество лучей, проходящих через край линзы, оно, как правило, устраняет и коматические аберрации.

Конструкционно с комой борются примерно так же, как и со сферическими аберрациями.

Астигматизм

Астигматизм проявляется в том, что для наклонного (не параллельного оптической оси объектива) пучка света лучи, лежащие в меридиональной плоскости, т.е. плоскости, которой принадлежит оптическая ось, фокусируются отличным образом от лучей, лежащих в сагиттальной плоскости, которая перпендикулярна плоскости меридиональной. Это, в конечном итоге приводит к ассиметричному растягиванию пятна нерезкости. Астигматизм заметен по краям изображения, но не в его центре.

Астигматизм труден для понимания, поэтому я попробую проиллюстрировать его на простом примере. Если представить, что изображение буквы А находится в верхней части кадра, то при астигматизме объектива оно бы выглядело так:

При попытке достичь компромисса мы получаем универсально нерезкое изображение.

Исходное изображение без астигматизма.

Для исправления астигматической разности меридионального и сагиттального фокусов требуется не менее трёх элементов (обычно два выпуклых и один вогнутый).

Очевидный астигматизм в современном объективе указывает обычно на непараллельность одного или нескольких элементов, что является однозначным дефектом.

Кривизна поля изображения

Под кривизной поля изображения подразумевают характерное для весьма многих объективов явление, при котором резкое изображение плоского объекта фокусируется объективом не на плоскость, а на некую искривлённую поверхность. Например, у многих широкоугольных объективов наблюдается выраженная кривизна поля изображения, в результате которой края кадра оказываются сфокусированы как бы ближе к наблюдателю, чем центр. У телеобъективов кривизна поля изображения обычно выражена слабо, а у макрообъективов исправляется практически полностью – плоскость идеального фокуса становится действительно плоской.

Кривизну поля принято считать аберрацией, поскольку при фотографировании плоского объекта (тестовой таблицы или кирпичной стены) с фокусировкой по центру кадра, его края неизбежно окажутся не в фокусе, что может быть ошибочно принято за нерезкость объектива. Но в реальной фотографической жизни мы редко сталкиваемся с плоскими объектами – мир вокруг нас трёхмерен, – а потому свойственную широкоугольным объективам кривизну поля я склонен рассматривать скорее как их достоинство, нежели недостаток. Кривизна поля изображения – это то, что позволяет получить одинаково резкими и передний, и задний план одновременно. Посудите сами: центр большинства широкоугольных композиций находится вдалеке, в то время как ближе к углам кадра, а также внизу, располагаются объекты переднего плана. Кривизна поля делает и то, и другое резким, избавляя нас от необходимости закрывать диафрагму сверх меры.

Кривизна поля позволила при фокусировке на дальние деревья получить резкими ещё и глыбы мрамора внизу слева.
Некоторая нерезкость в области неба и на дальних кустах справа меня в этой сцене мало беспокоила.

Следует, однако, помнить, что для объективов с выраженной кривизной поля изображения непригоден способ автоматической фокусировки, при котором вы сперва фокусируетесь на ближнем к вам объекте, используя центральный фокусировочный датчик, а затем перекомпоновываете кадр (см. «Как пользоваться автофокусом»). Поскольку объект при этом переместится из центра кадра на периферию, вы рискуете получить фронт-фокус вследствие кривизны поля. Для идеального фокуса придётся сделать соответствующую поправку.

Дисторсия

Дисторсия – это аберрация при которой объектив отказывается изображать прямые линии прямыми. Геометрически это означает нарушение подобия между объектом и его изображением вследствие изменения линейного увеличения по полю зрения объектива.

Выделяют два наиболее распространённых типа дисторсии: подушкообразная и бочкообразная.

При бочкообразной дисторсии линейное увеличение уменьшается по мере удаления от оптической оси объектива, в результате чего прямые линии по краям кадра изгибаются наружу, и изображение выглядит выпуклым.

При подушкообразной дисторсии линейное увеличение, напротив, возрастает с удалением от оптической оси. Прямые линии изгибаются внутрь, и изображение кажется вогнутым.

Кроме того, встречается комплексная дисторсия, когда линейное увеличение сперва уменьшается по мере удаления от оптической оси, но ближе к углам кадра снова начинает возрастать. В таком случае прямые линии приобретают форму усов.

Дисторсия наиболее выражена в зум-объективах, особенно с большой кратностью, но заметна и в объективах с фиксированным фокусным расстоянием. Для широкоугольных объективов характерна преимущественно бочкообразная дисторсия (экстремальный пример такой дисторсии – объективы типа fisheye или «рыбий глаз»), в то время как телеобъективам чаще свойственна подушкообразная дисторсия. Нормальные объективы, как правило, наименее подвержены дисторсии, но полностью исправляется она только в хороших макрообъективах.

Это не Земля закругляется, а обычная бочкообразная дисторсия.

У зум-объективов часто можно наблюдать бочкообразную дисторсию в широкоугольном положении и подушкообразную дисторсию в телеположении при практически свободной от дисторсии середине диапазона фокусных расстояний.

Степень выраженности дисторсии может также изменяться в зависимости от дистанции фокусировки: у многих объективов дисторсия очевидна, когда они сфокусированы на близлежащем объекте, но делается почти незаметной при фокусировке на бесконечность.

В XXI в. дисторсия не является большой проблемой. Практически все RAW-конвертеры и многие графические редакторы позволяют исправлять дисторсию при обработке фотоснимков, а многие современные камеры и вовсе делают это самостоятельно в момент съёмки. Программное исправление дисторсии при наличии надлежащего профиля даёт прекрасные результаты и почти не влияет на резкость изображения.

Хочу также заметить, что на практике исправление дисторсии требуется не так уж часто, ведь дисторсия бывает заметна невооружённым глазом только тогда, когда по краям кадра присутствуют заведомо прямые линии (горизонт, стены зданий, колонны). В сценах же, не имеющих на периферии строго прямолинейных элементов, дисторсия, как правило, совершенно не режет глаз.

Хроматические аберрации

Хроматические или цветовые аберрации обусловлены дисперсией света. Не секрет, что показатель преломления оптической среды зависит от длины световой волны. У коротких волн степень преломления выше, чем у длинных, т.е. лучи синего цвета преломляются линзами объектива сильнее, чем красного. Как следствие, изображения предмета, формируемые лучами различного цвета, могут не совпадать между собой, что приводит к появлению цветных артефактов, которые и называются хроматическими аберрациями.

В чёрно-белой фотографии хроматические аберрации не так заметны, как в цветной, но, тем не менее, они существенно ухудшают резкость даже чёрно-белого изображения.

Различают два основных типа хроматических аберраций: хроматизм положения (продольная хроматическая аберрация) и хроматизм увеличения (хроматическая разность увеличения). В свою очередь, каждая из хроматических аберраций может быть первичной или вторичной. Также к хроматическим аберрациям относят хроматические разности геометрических аберраций, т.е. различную выраженность монохроматических аберраций для волн разной длины.

Хроматизм положения

Хроматизм положения или продольная хроматическая аберрация возникает, когда лучи света с разной длиной волны фокусируются в разных плоскостях. Иными словами, лучи синего цвета фокусируются ближе к задней главной плоскости объектива, а лучи красного цвета – дальше, чем лучи зелёного цвета, т.е. для синего цвета наблюдается фронт-фокус, а для красного – бэк-фокус.

К счастью для нас, хроматизм положения научились исправлять ещё в XVIII в. путём комбинирования собирательной и рассеивающей линз, изготовленных из стёкол с разными показателями преломления. В результате продольная хроматическая аберрация флинтовой (собирательной) линзы компенсируется за счёт аберрации кроновой (рассеивающей) линзы, и лучи света с различной длиной волны могут быть сфокусированы в одной точке.

Исправление хроматизма положения.

Объективы, в которых исправлен хроматизм положения, называются ахроматическими. Практически все современные объективы являются ахроматами, так что о хроматизме положения на сегодняшний день можно спокойно забыть.

Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения возникает за счёт того, что линейное увеличение объектива различается для разных цветов. В результате изображения, формируемые лучами с различной длиной волны, имеют немного разные размеры. Поскольку изображения разного цвета отцентрированы по оптической оси объектива, хроматизм увеличения отсутствует в центре кадра, но возрастает к его краям.

Хроматизм увеличения проявляется на периферии снимка в виде цветной каймы вокруг объектов с резкими контрастными краями, такими как, например, тёмные ветви деревьев на фоне светлого неба. В областях, где подобные объекты отсутствуют, цветная кайма может быть незаметной, но общая чёткость всё равно падает.

При конструировании объектива хроматизм увеличения исправить значительно труднее, чем хроматизм положения, поэтому эту аберрацию можно в той или иной степени наблюдать у весьма многих объективов. Этому подвержены в первую очередь зум-объективы с большой кратностью, особенно в широкоугольном положении.

Тем не менее, хроматизм увеличения не является сегодня поводом для беспокойства, поскольку он достаточно легко исправляется программными средствами. Все хорошие RAW-конвертеры в состоянии устранять хроматические аберрации в автоматическом режиме. Кроме того, всё больше цифровых фотоаппаратов снабжаются функцией исправления аберраций при съёмке в формате JPEG. Это означает, что многие объективы, считавшиеся в прошлом посредственными, сегодня с помощью цифровых костылей могут обеспечить вполне приличное качество изображения.

Этот фрагмент фотографии иллюстрирует хроматизм увеличения. Наведите курсор для сравнения с программно исправленым вариантом.

Первичные и вторичные хроматические аберрации

Хроматические аберрации подразделяются на первичные и вторичные.

Первичные хроматические аберрации – это хроматизмы в своём исходном неисправленном виде, обусловленные различной степенью преломления лучей разного цвета. Артефакты первичных аберраций окрашены в крайние цвета спектра – сине-фиолетовый и красный.

При исправлении хроматических аберраций хроматическая разность по краям спектра устраняется, т.е. синие и красные лучи начинают фокусироваться в одной точке, которая, к сожалению, может не совпадать с точкой фокусировки зелёных лучей. При этом возникает вторичный спектр, поскольку хроматическая разность для середины первичного спектра (зелёных лучей) и для его сведённых вместе краёв (синих и красных лучей) остаётся не устранённой. Это и есть вторичные аберрации, артефакты которых окрашены в зелёный и пурпурный цвета.

Когда говорят о хроматических аберрациях современных ахроматических объективов, в подавляющем большинстве случаев имеют в виду именно вторичный хроматизм увеличения и только его. Апохроматы, т.е. объективы, в которых полностью устранены как первичные, так и вторичные хроматические аберрации, чрезвычайно сложны в производстве и вряд ли когда-нибудь станут массовыми.

Сферохроматизм

Сферохроматизм – это единственный заслуживающий упоминания пример хроматической разности геометрических аберраций и проявляется как едва заметное окрашивание зон вне фокуса в крайние цвета вторичного спектра.

Сферохроматизм возникает из-за того, что сферическая аберрация, о которой говорилось выше, редко бывает в равной степени скорректирована для лучей разного цвета. В результате пятна нерезкости на переднем плане могут иметь лёгкую пурпурную кайму, а на заднем плане – зелёную. Сферохроматизм в наибольшей степени свойственен светосильным длиннофокусным объективам, при съёмке с широко открытой диафрагмой.

О чём стоит беспокоиться?

Беспокоиться не стоит. Обо всём, о чём следовало побеспокоиться, разработчики вашего объектива, скорее всего, уже побеспокоились.

Идеальных объективов не бывает, поскольку исправление одних аберраций ведёт к усилению других, и конструктор объектива, как правило, старается найти разумный компромисс между его характеристиками. Современные зумы и так содержат по двадцать элементов, и не стоит усложнять их сверх меры.

Все криминальные аберрации исправляются разработчиками весьма успешно, а с теми, что остались легко поладить. Если у вашего объектива есть какие-то слабые стороны (а таких объективов – большинство), научитесь обходить их в своей работе. Сферическая аберрация, кома, астигматизм и их хроматические разности уменьшаются при диафрагмировании объектива (см. «Выбор оптимальной диафрагмы»). Дисторсия и хроматизм увеличения устраняются при обработке фотографий. Кривизна поля изображения требует дополнительного внимания при фокусировке, но тоже не смертельна.

Иными словами, вместо того чтобы обвинять оборудование в несовершенстве, фотолюбителю следует скорее начать совершенствоваться самому, досконально изучив свои инструменты и используя их в соответствии с их достоинствами и недостатками.

Спасибо за внимание!

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Хромати́ческая аберра́ция — разновидность аберрации оптической системы, обусловленная зависимостью показателя преломления среды от длины волны проходящего через неё излучения (то есть, дисперсией света) [1] . Из-за паразитной дисперсии фокусные расстояния не совпадают для лучей света с разными длинами волн (лучей разных цветов).

  • хроматизм положения;
  • хроматизм увеличения;
  • хроматические разности геометрических аберраций.

Хроматические аберрации приводят к снижению чёткости изображения, а иногда также и к появлению на нём цветных контуров, полос, пятен — артефактов.

Содержание

Хроматизм положения [ править | править код ]

При прохождении света через оптическое стекло или другие оптические материалы наблюдается дисперсия. Это явление заключается в том, что показатель преломления среды зависит от длины волны излучения (разных цветов).

Показатель преломления синих лучей, как правило, больше, чем красных, поэтому фокус (точка) синих лучей F b l u e <displaystyle F_> расположен ближе к задней главной точке линзы, чем фокус красных лучей F r e d <displaystyle F_> . Отсюда следует, что лучи, полученные разложением белого света, будут иметь различное фокусное расстояние. Единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний — по одному фокусу на луч каждого цвета.

Разность F b l u e − F r e d <displaystyle F_-F_> называется «хроматизмом положения» (или хроматической разностью положения, продольной хроматической аберрацией [П 1] ) [2] . Диафрагма 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.

Конструкция фотографических объективов рассчитана на устранение хроматических аберраций. Система линз, выполняющих сближение фокусов двух (например, синих и жёлтых) лучей, называется ахроматической (ахроматизированной [2] ), а при сближении фокусов трёх лучей — апохроматической, четырёх — суперахроматической.

Хроматизм положения вызывает значительную нерезкость изображения, поэтому при чёрно-белой съёмке моноклем и перископом, у которых он не устранён, после установки на резкость нужно ввести дополнительную поправку на положение объектива относительно светочувствительного элемента p <displaystyle p> , определяемую по формуле:

p = d 2 50 f , <displaystyle p=<frac ><50f>>,> 2>

  • d <displaystyle d>— сопряжённое фокусное расстояние;
  • f <displaystyle f>— 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. Сине-фиолетовые лучи, будучи не в фокусе, образуют значительные «кружки рассеяния», уменьшающие резкость изображения.

Хроматизм положения может быть исправлен путём комбинирования собирательной и рассеивающей линз. Линзы должны состоять из оптических стёкол и обладать различной дисперсией [3] . При прохождении через первую линзу луч отклонится к оптической оси и диспергирует. Войдя во вторую линзу, луч незначительно отклонится 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 линзами (ахроматами).

Ахроматические линзы используются во многих современных объективах. Ахроматизировать отдельный элемент оптической системы или их комбинацию далеко не всегда необходимо; достаточно, чтобы все элементы в целом компенсировали дисперсию друг друга.

Для уменьшения хроматических аберраций в конструкциях оптических приборов (объективов, биноклей, микроскопов, телескопов и т. д.) могут применяться такие оптические элементы, как линзы из особых оптических стёкол (курцфлинт, лангкрон), зеркала или зонные пластинки.

Хроматизм увеличения [ править | править код ]

Хроматизм увеличения (также называется 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 от увеличения.

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 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 | править код ]

В общем случае, каждая геометрическая аберрация зависит от цвета. Так, например, сферическая аберрация может быть различной для синих и для красных лучей («сферохроматизм») и/или хроматическая разность аберраций наклонных пучков [4] . Перечисленное также можно считать хроматическими аберрациями, поскольку побочные эффекты от их влияния, в целом аналогичны побочным эффектам от хроматизмов положения и увеличения.

Хроматические аберрации в фотографии [ править | править код ]

Во многих современных фотокамерах хроматизм увеличения исправляется автоматически. Корректировка выполняется процессором камеры при записи файла (например, JPEG). При съёмке в RAW корректировку можно выполнить позднее — при обработке RAW файла. Программная корректировка хроматизма увеличения не снижает чёткость снимка.

В то же время, хроматизм положения не может быть исправлен программной обработкой. Многие сверхсветосильные объективы, включая профессиональные модели [5] , обладают выраженным хроматизмом положения на открытых диафрагмах. Как правило, хроматизм положения перестаёт быть заметным при закрытии диафрагмы до f/2.8-f/4.

Хроматические аберрации.

Выше были рассмотрены виды искажений, являющиеся резуль­татом наличия в оптической системе (линзе или объективе) различ­ных монохроматических аберраций, т. е. искажений, возникающих даже в тех случаях, когда изображение строится монохроматиче­ским светом – лучами какой-либо одной длины волны.

При прохождении через оптическую систему пучка белого света, состоящего из целого ряда лучей различных длин волн, положение существенно усложняется дисперсией, т. е. зависимостью показателя преломления от длины световой волны. Это явление иногда наблюда­ется даже в идеальных оптических системах, подчиняющихся законам геометрической оптики.

Видимый белый свет состоит из лучей различных длин волн, от самых коротких – фиолетовых и до самых длинных – красных. А как известно, фокусное расстояние любой линзы определяется радиусами кривизны ее поверхностей и показателями преломления стекла, из которого она изготовлена. Последние же в свою очередь зависят не только от сорта стекла, но и от длины световой волны.

Таким образом, каждая простая, не исправленная специально, линза будет иметь несколько различные фокусные расстояния для лучей разного цвета (Рис. 10): а – для синих, б – для зеленых, с – для красных.

Рис. 10. Разложение линзой белого света при хроматической аберрации

Пучок лучей белого света, параллельный оси системы, пройдя через простую линзу, вследствие дисперсии разло­жится на отдельные монохроматические пучки, которые построят на некотором участке оптической оси ряд изображений одной и той же точки в различных цветах спектра. Для коротковолновых – фиолетовых – лучей фокусное расстояние такой положительной лин­зы будет меньше, чем для более длинных – красных. И в этом случае центр изображения точки будет окрашен в синий цвет (а) с плавным переходом через голубую, зеленую, желтую, оранжевую к красной кайме. Если же рассматривать изображение в точке фокусировки зеленых лучей (б), то можно увидеть центральную зеленую точку, также окруженную цветной каймой окружностей, но с другой последовательностью цветов. При фокусировке по красным лучам (с) также будет наблюдаться окрашенное изображение точки: от красного центра до синего, фиолетового крайнего кольца. Для всех ос­тальных цветных лучей фокусные расстояния будут иметь соответ­ствующие их длине волны промежуточные значения. Это явление называют продольной хроматической аберрацией, или хроматиче­ской аберрацией положения (от греческого слова chroma – цвет, краска).

Её величина в каждом случае определя­ется разностью расстояний от оптической системы до изображений точки на оси, построенных параксиальными лучами различного цвета – разной длины волны.

Рис. 11. Построение изображений при хроматической аберрации

Таким образом, величину продольной хроматической аберрации для любого спектрального участка, ограниченного лучами с длиной волны λ1 и λ2, выражает отрезок ΔS(рис. 11), равный разности величин фокусных расстояний линзы для крайних лучей выбранного участка спектра:

ΔS= Sкр Sф

Граничные значения длин волн λ1 и λ2 могут быть выбраны в соответствии с используемым участком спектра. Для цветных съемок этот участок должен охватывать всю видимую зону от фиолетовых до красных лучей.

При наличии значительной хроматической аберрации нельзя по­лучить резким изображение объекта съемки ни при какой наводке на фокус, так как в любом случае на резкое изображение, построен­ное линзой в одном из цветов, накладываются более или менее раз­мытые изображения во всех остальных цветах.

Следствием дисперсии является также хроматическая аберрация увеличения или хроматическая разность увеличений. Результатом этой аберрации будет некоторая разница в размере изображений одного и того же объекта, построенных лучами разной длины волны, что может привести к окрашиванию контуров изображения.

Хроматическая аберрация корректируется применением вместо одной линзы соответствующей пары обычно склеенных между собой положительной и отрицательной линз, изготовленных из разных подобранных друг к другу сортов стекла с различной дисперсией.

Таким путем удается значительно уменьшить величину продоль­ной хроматической аберрации, а для некоторых длин волн и полно­стью ее устранить. В современных кинотелесъемочных объективах, предназначенных для цветных съемок, стремятся свести к одной плоскости изображе­ния в трех зональных цветах, соответствующих максимумам спектраль­ной чувствительности отдельных светочувствительных слоев цвет­ной пленки или максимумам спектраль­ной чувствительности отдельных светочувствительных матриц. При выполнении такой коррекции уменьшается не только продольная хроматическая аберрация, но и хроматическая разность увеличений.

Одновременное и полное устранение всех видов аберраций в раз­личных объективах – задача практически неразрешимая. Поэто­му при создании конкретных объективов оптики стремятся в каждом из них в первую очередь устранить те недостатки, которые в данном случае наиболее заметны и нежелательны. Остальные же устраняют­ся по мере возможности. Так, например, для широкоугольных объек­тивов в первую очередь необходимо устранение аберраций наклон­ных пучков лучей – комы, астигматизма, кривизны поля, которые при больших углах зрения заметнее влияют на конечный результат.

Т.о. полностью устранить все аберрации в оптических системах не представляется возможным. Но снизить их до приемлемых величин можно. Традиционный путь – замена отдельной линзы системой специально подобранных линз. Такая система – это комбинация положительных и отрицательных линз, знаки аберраций в которых различны. Надо сказать, что расчет систем линз с минимальными значениями аберраций – процесс весьма трудоемкий. В последнее десятилетие изменился и подход к снижению аберраций в сложных оптических системах. Одним из эффективных путей, приводящем к улучшению качества оптических систем, является применение в этих системах асферических преломляющих и отражающих поверхностей. Поверхности асферических линз рассчитываются специально под конкретную оптическую схему объектива, для коррекции которого и предназначена такая линза. Соответственно подбираются материал и толщина линзы в ее сечениях. В современных профессиональных объективах используется одна или несколько асферических линз, эффективно снижающих все типы аберраций до приемлемого уровня.

Фотография: что такое хроматическая аберрация и как ее исправить?

НЕКЕШЕРОВАННЫЙ КОНТЕНТ

Возможно, вы слышали, как фотографы говорят о «хроматической аберрации», как о болезни. Сегодня мы объясним, что означает этот термин, и поделимся передовыми методами его удаления с фотографий, если в этом возникнет необходимость.

В зависимости от условий освещения или неправильного использования объектива хроматическая аберрация может испортить фотографию и уменьшить количество деталей, запечатленных камерой. В то время как объективы и камеры разрабатываются с использованием технологий, позволяющих уменьшить эти сбои, факт заключается в том, что они все еще появляются при правильных (или неправильных?) Условиях. Продолжайте читать, чтобы узнать больше, в том числе о том, как их исправить с помощью Photoshop или GIMP.

Определение хроматической аберрации в фотографии

Вот изображение, которое, как мы обнаружили, является хорошим примером хроматической аберрации. Части изображения кажутся мягкими, что отчасти может быть связано с тем, что объектив немного не в фокусе, за исключением того, что аберрация почти наверняка вызывает потерю разрешения деталей. Обратите внимание на синий ореол в левой части изображения, разбросанный по разным областям.

Линзы могут изменять скорость движения света через них, и это функция от частоты этого света. Когда свет проходит через эту линзу, разные длины волн (цвета) движутся с разной скоростью и попадают в разные места на датчике. Иногда использование объектива не предназначенным для него способом может вызвать аберрацию — как на этом снимке, использование объектива, возможно, не подходило для такого экстремального крупным планом. В результате красный, зеленый и синий сходятся в разных точках и создают каналы изображений, которые не совпадают.

Есть больше технических описаний того, что такое хроматическая аберрация, но для наших целей мы сосредоточимся на этом более простом объяснении и на том, как оно связано с файлами изображений.

В этой анимации становится более ясно, что все это означает. Вы можете видеть смещение изображения, когда оно циклически проходит через каналы красного, зеленого и синего цветов. Каждый канал может быть визуализирован достаточно резко, но из-за того, что они объединяются для создания изображения, качество изображения ухудшается. Это повреждение можно исправить, и вот правильный метод, используя понимание того, что такое хроматическая аберрация.

Расширенный способ устранения хроматической аберрации

Откройте изображение с аберрацией. Подходящий способ исправить аберрацию — просто отрегулировать и выровнять каналы, чтобы они соответствовали друг другу. Это может быть проблемой, поскольку свет имеет тенденцию ускоряться в разных точках объектива, создавая больше искажений в одних областях, чем в других.

На заметку читателям: наша демонстрация сделана в Photoshop. Но читатели, использующие другие программы, такие как бесплатное ПО GIMP, также могут использовать этот метод, поскольку мы будем использовать методы, общие для мощных программ для редактирования изображений. Читатели, работающие с фотографиями RAW, имеют более быстрый и автоматический метод уменьшения аберраций, уже существующих в Camera Raw. Существует также особый вид аберрации, иногда называемый » фиолетовая бахрома «Это не то, что мы сегодня корректируем. Подробнее обо всем этом позже.

Начните свою работу с создания копии вашего изображения. Мы будем делать большую часть наших корректировок на этой копии, но нам также понадобится фоновое изображение, когда мы закончим.

Начнем с настройки нашего зеленый канал, чтобы соответствовать нашему красному каналу. Частота света увеличивается по мере того, как свет перемещается от красного к зеленому и синему, поэтому мы настроим зеленый и синий, чтобы они соответствовали более медленной частоте красного. Выберите свой зеленый канал и убедитесь, что ваш синий канал выключен, чтобы вы могли видеть, как ваши зеленый и красный каналы перекрываются.

Выделив зеленый канал, нажмите Ctrl + A, чтобы выбрать все, затем нажмите Ctrl + T, чтобы выполнить свободное преобразование этого зеленого канала.

Тщательно трансформируйте канал, чтобы он соответствовал внешним краям. Когда вы закончите, нажмите клавишу ВВОД, а затем Ctrl + D, чтобы избавиться от выделения. Не беспокойтесь, если на вашем изображении все еще появляются аберрации. Мы исправим это позже.

То же самое касается синего цвета. Выключите зеленый канал, затем выберите и включите синий канал, как показано.

Аналогичным образом измените и свой синий канал: выделите все с помощью Ctrl + A, затем преобразуйте канал с помощью Ctrl + T. Когда вы закончите и ваше изображение уместится по внешним краям, нажмите клавишу ВВОД, чтобы подтвердить преобразование.

Когда вы вернетесь к объединенным каналам RGB, вы обнаружите, что это устранило большую часть очевидных аберраций на фотографии. Наверное, невозможно полностью исправить аберрацию на каждой фотографии, так что это не идеальный ремонт. Части изображения теперь несколько размыты, поэтому давайте исправим их.

Устранение размытости, вызванной смещением каналов

Вы можете с легкостью тратьте ненужное количество времени на корректировку аберраций, но для демонстрации мы просто устраним те, которые вызывают размытие в главной точке фокусировки.

Создайте копию недавно измененного слоя.

Выберите зеленый канал и сдвиньте его, чтобы он соответствовал вашим фокусным областям. Вам нужно будет выделить все с помощью Ctrl + A, прежде чем вы сможете переместить изображение в зеленый канал. Повторите с синим каналом, беспокоясь только о ваших координаторах.

Замаскируйте области за пределами вашего фокуса. Используйте кисть, чтобы смешать их вместе. Когда вы закончите, сгруппируйте две копии и создайте слой-маску для своей группы. Используйте его, чтобы вернуть все нужные области к исходному изображению.

Создайте небольшую обрезку, чтобы удалить края, затронутые преобразованными вами каналами.

Повторите этот процесс столько раз, сколько считаете нужным, чтобы исправить аберрации до нужного вам уровня. Для получения идеального изображения может потребоваться несколько корректировок каналов, или вы можете удовлетвориться одной простой корректировкой.


Чувствуете себя немного увереннее в том, как справиться с такого рода проблемами? Смущает сложность этого, как? Есть лучший и более простой способ борьбы с хроматической аберрацией? Расскажите нам об этом в комментариях или отправьте свои предложения на ерицгооднижнт@новтогеек.ком .

Кредиты изображений: Дейзи, Иван Т., Creative Commons.

Оптические аберрации — Хроматическая аберрация — Учебное пособие по Java

Оптические аберрации — Хроматическая аберрация — Учебное пособие по Java

Хроматические аберрации — это артефакты, зависящие от длины волны, которые возникают из-за того, что показатель преломления каждого состава оптического стекла зависит от длины волны. Когда белый свет проходит через простую или сложную систему линз, составляющие длины волн преломляются в соответствии с их частотой. В большинстве очков показатель преломления больше для более коротких (синих) длин волн и изменяется с большей скоростью при уменьшении длины волны.

Синий свет преломляется в наибольшей степени, за ним следуют зеленый и красный свет, явление, обычно называемое дисперсией. Неспособность объектива объединить все цвета в общий фокус приводит к немного разному размеру изображения и фокусу для каждой преобладающей группы длин волн. Это приводит к появлению цветных полос вокруг изображения. Когда фокус установлен на середину диапазона длин волн, изображение приобретает зеленый оттенок с пурпурным ореолом (состоящим из смеси красного и синего) вокруг него.

Учебное пособие инициализируется изображением образца (видимого в микроскоп), которое появляется в окне в левой части апплета. Под окном изображения находится раскрывающееся меню с надписью Choose A Specimen , которое можно использовать для выбора нового образца. Ползунок Image Position используется для управления обучающей программой путем смещения фокальной плоскости вдоль оптической оси системы виртуальных линз, показанной в виде рисунка трассировки лучей в правой части апплета.Исходное положение ползунка — центр диапазона фокусировки. Когда ползунок перемещается влево, фокальная плоскость смещается в сторону более длинных (красных) волн, а изображение микроскопа и функции рассеяния точки одновременно изменяются, чтобы проиллюстрировать эффект хроматической аберрации. Перемещение ползунка вправо смещает фокальную плоскость в сторону более коротких (синих) длин волн и вызывает соответствующие изменения в изображении микроскопа и функциях рассеяния точки. Набор переключателей, расположенных под рисунком трассировки лучей, позволяет посетителю переключаться между нескорректированным виртуальным оптическим путем и тем, который был скорректирован для имитации ахроматических, флюоритовых или апохроматических оптических элементов.Обратите внимание, что нажатие и активация переключателя, отличного от кнопки с надписью Uncorrected , деактивирует ползунок Image Position .

Хроматическая аберрация очень часто встречается в одинарных тонких линзах, изготовленных по классической формуле производителя линз , которая связывает расстояние между образцом и изображением для параксиальных лучей. Для одиночной тонкой линзы, изготовленной из материала с показателем преломления n и радиусами кривизны r (1) и r (2) , мы можем записать следующее уравнение :

1 / с + 1 / s ‘= (n-1) (1 / r (1) -1 / r (2))

, где s и s’ определяются как расстояние до объекта и изображения соответственно.В случае сферической линзы фокусное расстояние ( f ) определяется как расстояние изображения для параллельных падающих лучей :

1 / f = 1 / s + 1 / s ‘

Фокусное расстояние f изменяется в зависимости от длины волны света, как показано в обучающем окне и на Рисунке 1 (а), который демонстрирует эффекты хроматической аберрации на пучке белого света, проходящем через простую линзу. Цвета компонентов (длины волн) фокусируются на разных расстояниях от линзы (рисунок 2), чтобы получить изображение с произвольным радиусом размытия приблизительно 0.Диаметр 3 миллиметра. Относительно просто продемонстрировать хроматическую аберрацию, используя толстую простую собирающуюся (двояковыпуклую, положительный мениск или плосковыпуклую) линзу, освещенную полихроматическим точечным источником, например фонариком или свечой. При наблюдении изображения, создаваемого простой линзой, периферия изображения будет казаться размытой и окрашенной оранжево-красным ореолом, когда линза находится близко к глазу. На больших расстояниях ореол станет сине-фиолетовым.

Попытки коррекции линз были впервые предприняты во второй половине 18 века, когда Джон Доллонд, Джозеф Листер и Джованни Амичи разработали способы уменьшения продольной хроматической аберрации.Эти пионеры представили в микроскопии ахроматические линзы , резко уменьшив осевую (продольную) хроматическую аберрацию, и впервые сделали бактерии видимыми в оптическом микроскопе. Комбинируя коронное стекло и бесцветное стекло (каждый тип имеет разную дисперсию показателя преломления), им удалось привести синие и красные лучи к общему фокусу, близкому, но не идентичному с зелеными лучами. Дисперсия бесцветного стекла примерно вдвое больше, чем у короны, поэтому при соединении положительного элемента короны с отрицательным кремневым элементом, комбинированные дисперсии будут примерно равными и противоположными, что устраняет осевое разбросание цвета (рис. 2).Обратите внимание, что увеличительная сила стекла короны в два раза больше, чем у кремня в этой комбинации, что дает чистую силу примерно вдвое меньшей, чем у одного элемента короны. Еще одним преимуществом этого сочетания линз является коррекция сферической аберрации, которая часто возникает, когда положительный и отрицательный элементы используются вместе в группе линз.

Комбинация корона / кремень называется дублетом линз, где каждая линза имеет свой показатель преломления и дисперсионные свойства. Дублеты линз также известны как ахроматические линзы или ахроматов для краткости, производных от греческих терминов a , означающих без, и цветности , означающих цвет.Эта простая форма коррекции позволяет теперь совпадать точкам изображения на 486 нанометрах в синей области и 656 нанометрах в красной области (рис. 1 (b)). Расфокусировка между центральной длиной волны (550 нанометров) и общим фокусом (синий и красный) — это остаточная аберрация, которая называется вторичным осевым цветом . Несмотря на то, что размытость уменьшается в 30 раз с помощью бихроматической коррекции с использованием кремневых и коронных очков (рис. 1 (b)), аберрацию нельзя полностью устранить с помощью обычных стеклянных составов, что ограничивает качество изображения ахроматических объективов.Ахроматы — это наиболее широко используемые линзы объектива, которые обычно используются как в учебных, так и в исследовательских лабораторных микроскопах. Объективы, на которых нет специальной надписи, указывающей на иное, скорее всего, являются ахроматами. Ахроматы являются удовлетворительными объектами для повседневного лабораторного использования, но поскольку они не корректируются для всех цветов, бесцветная деталь образца, вероятно, будет иметь бледно-зеленый цвет в белом свете в лучшем фокусе (вторичный осевой цвет).

Правильное сочетание толщины линзы, кривизны, показателя преломления и дисперсии позволяет дублету уменьшить хроматическую аберрацию за счет приведения двух групп длин волн в общую фокальную плоскость (рис. 2).Если плавиковый шпат вводится в состав стекла, используемого для изготовления линзы, то три цвета — красный, зеленый и синий — могут быть объединены в одну точку фокусировки, что приведет к незначительной хроматической аберрации. Такие линзы известны как апохроматические линзы и используются для создания высококачественных объективов микроскопов без хроматических аберраций.

Современные микроскопы используют эту концепцию, и сегодня часто можно встретить тройные оптические линзы, состоящие из трех линз, склеенных вместе, особенно в высококачественных объективах.Для коррекции хроматической аберрации обычный объектив 10-кратного ахроматического микроскопа состоит из двух дуплетов линз. Многие флюоритовые объективы, которые занимают промежуточное положение по коррекции между ахроматами и апохроматами, построены с использованием плавикового шпата (или аналогичного состава) в сочетании с соответствующим стеклянным элементом, чтобы сформировать дублет, который ахроматизируется на трех длинах волн. Апохроматические объективы обычно содержат два дублета линз и тройку линз для расширенной коррекции как хроматических (до четырех длин волн), так и сферических аберраций.

Сравнение продольной хроматической коррекции ахромата и апохроматного объектива представлено на рисунке 3. Очки с нормальной дисперсией, которые имеют почти линейное уменьшение показателя преломления с увеличением длины волны, используются для изготовления ахроматных объективов. . Только две длины волны могут иметь один и тот же фокус (см. Рисунок 3), а оставшийся вторичный спектр дает зеленоватые или фиолетовые полосы на изображениях с резкими краями. В более качественных апохроматных объективах используются стекла с частичной дисперсией, где показатель преломления изменяется с длиной волны быстрее в синей или красной области.В результате апохроматы обладают высокой степенью хроматической коррекции, при которой до четырех длин волн могут иметь одно и то же местоположение изображения.

С апохроматным и флюоритовым объективами дифракционное размытие распределения интенсивности также может быть практически устранено, как показано на рисунке 4. Ахромат все еще имеет значительную интенсивность в первой полосе, в то время как апохромат приближается к теоретическому пределу разрешения, когда продольная хроматическая аберрация больше, чем оптическая глубина резкости.

Поскольку для апохроматических объективов требуются элементы с аномальной дисперсией, их характеристики могут не быть идеальными для некоторых конкретных приложений, таких как возбуждение флуоресценции в ближнем ультрафиолете, дифференциальный интерференционный контраст и другие формы микроскопии, использующие поляризованный свет. По этой причине часто более подходящим является флюоритовый объектив, и Рисунок 4 показывает, насколько близки эти цели к характеристикам апохроматов.

Помимо коррекции продольных (или осевых) хроматических аберраций, объективы микроскопов обнаруживают еще один хроматический дефект.Даже когда все три основных цвета переносятся в идентичные фокальные плоскости в осевом направлении (как во флюоритовом и апохроматном объективах), точечные изображения деталей вблизи периферии поля зрения не одинакового размера. Это происходит из-за того, что внеосевые потоки лучей рассеиваются, в результате чего составляющие длины волн формируют изображения на разной высоте в плоскости изображения. Например, синее изображение детали немного больше, чем зеленое изображение или красное изображение в белом свете, что приводит к цветовому искажению деталей образца во внешних областях поля зрения.Таким образом, зависимость осевого фокусного расстояния от длины волны дает зависимость поперечного увеличения также от длины волны. Этот дефект известен как боковая хроматическая аберрация или хроматическая разница увеличения . При освещении белым светом линза с боковой хроматической аберрацией будет создавать серию перекрывающихся изображений, различающихся как по размеру, так и по цвету. В некорректируемой системе синий компонент на 436 нм может отображаться на 1,4 процента больше, чем красный компонент на 630 нм.Боковая хроматическая аберрация больше для объективов с коротким фокусным расстоянием и может составлять от 1,1 до 1,9 процента радиального расстояния от оптической оси.

В микроскопах с конечной длиной тубуса для коррекции боковой хроматической аберрации используется компенсирующий окуляр с хроматической разностью увеличения, противоположной разнице увеличения объектива. Поскольку этот дефект также встречается в ахроматах с большим увеличением, компенсирующие окуляры также часто используются для таких объективов.Действительно, многие производители конструируют свои ахроматы со стандартной боковой хроматической ошибкой и используют компенсирующие окуляры для всех своих целей. На таких окулярах часто бывает надпись K или C или Compens . В результате компенсирующие окуляры имеют встроенную боковую хроматическую ошибку и сами по себе не корректируются идеально. В 1976 году компания Nikon представила оптику CF, которая исправляет боковую хроматическую аберрацию без помощи окуляра. Новые микроскопы с бесконечной коррекцией либо полностью исправляют хроматическую аберрацию в объективе, либо используют преимущества системного объектива и тубуса для визуализации полностью скорректированного промежуточного изображения.

Наконец, интересно отметить, что человеческий глаз имеет значительную хроматическую аберрацию. К счастью, мы можем компенсировать этот артефакт, когда мозг обрабатывает изображения, но можно продемонстрировать аберрацию, используя маленькую фиолетовую точку на листе бумаги. Если поднести к глазу, фиолетовая точка в центре станет синей, окруженной красным ореолом. По мере того как бумага перемещается дальше, точка становится красной, окруженной синим ореолом.

Соавторы

H.Эрнст Келлер — Carl Zeiss Inc., One Zeiss Dr. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.

Учебник по микроскопии молекулярных выражений: физика света и цвета — хроматическая аберрация


Оптические аберрации

Интерактивные учебные пособия
Хроматическая аберрация

Хроматические аберрации — это артефакты, зависящие от длины волны, которые возникают из-за того, что показатель преломления каждого состава оптического стекла зависит от длины волны.Когда белый свет проходит через простую или сложную систему линз, составляющие длины волн преломляются в соответствии с их частотой. В большинстве очков показатель преломления больше для более коротких (синих) длин волн и изменяется с большей скоростью при уменьшении длины волны.

Синий свет преломляется в наибольшей степени, за ним следуют зеленый и красный свет, явление, обычно называемое дисперсией. Неспособность объектива объединить все цвета в общий фокус приводит к немного разному размеру изображения и фокусу для каждой преобладающей группы длин волн.Это приводит к появлению цветных полос вокруг изображения. Когда фокус установлен на середину диапазона длин волн, изображение приобретает зеленый оттенок с пурпурным ореолом (состоящим из смеси красного и синего) вокруг него.

Учебное пособие инициализируется изображением образца (видимого в микроскоп), которое появляется в окне в левой части апплета. Под окном изображения находится раскрывающееся меню с надписью Choose A Specimen , которое можно использовать для выбора нового образца.Ползунок Image Position используется для управления обучающей программой путем смещения фокальной плоскости вдоль оптической оси системы виртуальных линз, показанной в виде рисунка трассировки лучей в правой части апплета. Исходное положение ползунка — центр диапазона фокусировки. Когда ползунок перемещается влево, фокальная плоскость смещается в сторону более длинных (красных) волн, а изображение микроскопа и функции рассеяния точки одновременно изменяются, чтобы проиллюстрировать эффект хроматической аберрации.Перемещение ползунка вправо смещает фокальную плоскость в сторону более коротких (синих) длин волн и вызывает соответствующие изменения в изображении микроскопа и функциях рассеяния точки. Набор переключателей, расположенных под рисунком трассировки лучей, позволяет посетителю переключаться между нескорректированным виртуальным оптическим путем и тем, который был скорректирован для имитации ахроматических, флюоритовых или апохроматических оптических элементов. Обратите внимание, что нажатие и активация переключателя, отличного от кнопки с надписью Uncorrected , деактивирует ползунок Image Position .

Хроматическая аберрация очень характерна для одиночных тонких линз, изготовленных по классической формуле производителя линз , которая связывает образец и расстояние до изображения для параксиальных лучей. Для одиночной тонкой линзы, изготовленной из материала с показателем преломления n и радиусами кривизны r (1) и r (2) , мы можем записать следующее уравнение :

1 / с + 1 / с ‘= (n-1) (1 / r (1) -1 / r (2))

, где s и s ‘ определены как расстояние до объекта и изображения соответственно.В случае сферической линзы фокусное расстояние ( f ) определяется как расстояние до изображения для параллельных падающих лучей :

1 / f = 1 / с + 1 / с ‘

Фокусное расстояние f изменяется в зависимости от длины волны света, как показано в обучающем окне и на Рисунке 1 (a), который демонстрирует эффекты хроматической аберрации на пучке белого света, проходящем через простую линзу. Цвета компонентов (длины волн) фокусируются на разных расстояниях от линзы (рисунок 2), чтобы получить изображение с произвольным радиусом размытия приблизительно 0.Диаметр 3 миллиметра. Относительно просто продемонстрировать хроматическую аберрацию, используя толстую простую собирающуюся (двояковыпуклую, положительный мениск или плосковыпуклую) линзу, освещенную полихроматическим точечным источником, например фонариком или свечой. При наблюдении изображения, создаваемого простой линзой, периферия изображения будет казаться размытой и окрашенной оранжево-красным ореолом, когда линза находится близко к глазу. На больших расстояниях ореол станет сине-фиолетовым.

Попытки коррекции линз были впервые предприняты во второй половине восемнадцатого века, когда Джон Доллонд, Джозеф Листер и Джованни Амичи разработали способы уменьшения продольной хроматической аберрации.Эти пионеры представили в микроскопии ахроматические линзы , резко уменьшив осевую (продольную) хроматическую аберрацию, и впервые сделали бактерии видимыми в оптическом микроскопе. Комбинируя коронное стекло и бесцветное стекло (каждый тип имеет разную дисперсию показателя преломления), им удалось привести синие и красные лучи к общему фокусу, близкому, но не идентичному с зелеными лучами. Дисперсия бесцветного стекла примерно вдвое больше, чем у короны, поэтому при соединении положительного элемента короны с отрицательным кремневым элементом, комбинированные дисперсии будут примерно равными и противоположными, что устраняет осевое разбросание цвета (рис. 2).Обратите внимание, что увеличительная сила стекла короны в два раза больше, чем у кремня в этой комбинации, что дает чистую силу примерно вдвое меньшей, чем у одного элемента короны. Еще одним преимуществом этого сочетания линз является коррекция сферической аберрации, которая часто возникает, когда положительный и отрицательный элементы используются вместе в группе линз.

Комбинация корона / кремень называется дублетом линз, каждая линза имеет свой показатель преломления и дисперсионные свойства.Дублеты линз также известны как ахроматические линзы или ахроматов для краткости, производных от греческих терминов a , означающих без, и цветности , означающих цвет. Эта простая форма коррекции позволяет теперь совпадать точкам изображения на 486 нанометрах в синей области и 656 нанометрах в красной области (рис. 1 (b)). Расфокусировка между центральной длиной волны (550 нанометров) и общим фокусом (синий и красный) — это остаточная аберрация, которая называется вторичным осевым цветом .Несмотря на то, что размытость уменьшается в 30 раз с помощью бихроматической коррекции с использованием кремневых и коронных очков (рис. 1 (b)), аберрацию нельзя полностью устранить с помощью обычных стеклянных составов, что ограничивает качество изображения ахроматических объективов. Ахроматы — это наиболее широко используемые линзы объектива, которые обычно используются как в учебных, так и в исследовательских лабораторных микроскопах. Объективы, на которых нет специальной надписи, указывающей на иное, скорее всего, являются ахроматами. Ахроматы являются удовлетворительными объектами для повседневного лабораторного использования, но поскольку они не корректируются для всех цветов, бесцветная деталь образца, вероятно, будет иметь бледно-зеленый цвет в белом свете в лучшем фокусе (вторичный осевой цвет).

Правильное сочетание толщины линзы, кривизны, показателя преломления и дисперсии позволяет дублету уменьшить хроматическую аберрацию за счет объединения двух групп длин волн в общую фокальную плоскость (рис. 2). Если плавиковый шпат вводится в состав стекла, используемого для изготовления линзы, то три цвета — красный, зеленый и синий — могут быть объединены в одну точку фокусировки, что приведет к незначительной хроматической аберрации. Такие линзы известны как апохроматические линзы и используются для создания высококачественных объективов микроскопов без хроматических аберраций.

Современные микроскопы используют эту концепцию, и сегодня часто можно встретить тройки оптических линз, состоящие из трех линз, склеенных вместе, особенно в высококачественных объективах. Для коррекции хроматической аберрации обычный объектив 10-кратного ахроматического микроскопа состоит из двух дуплетов линз. Многие флюоритовые объективы, которые занимают промежуточное положение по коррекции между ахроматами и апохроматами, построены с использованием плавикового шпата (или аналогичного состава) в сочетании с соответствующим стеклянным элементом, чтобы сформировать дублет, который ахроматизируется на трех длинах волн.Апохроматические объективы обычно содержат два дублета линз и тройку линз для расширенной коррекции как хроматических (до четырех длин волн), так и сферических аберраций.

Сравнение продольной хроматической коррекции ахромата и апохроматного объектива представлено на рисунке 3. Для изготовления ахроматных объективов используются стекла с нормальной дисперсией, которые имеют почти линейное уменьшение показателя преломления с увеличением длины волны.Только две длины волны могут иметь один и тот же фокус (см. Рисунок 3), а оставшийся вторичный спектр дает зеленоватые или фиолетовые полосы на изображениях с резкими краями. В более качественных апохроматных объективах используются стекла с частичной дисперсией, где показатель преломления изменяется с длиной волны быстрее в синей или красной области. В результате апохроматы обладают высокой степенью хроматической коррекции, при которой до четырех длин волн могут иметь одно и то же местоположение изображения.

С апохроматными и флюоритовыми объективами также можно практически исключить вызванное дифракцией размытие распределения интенсивности, как показано на рисунке 4.Ахромат по-прежнему имеет значительную интенсивность в первой полосе, в то время как апохромат приближается к теоретическому пределу разрешения, когда продольная хроматическая аберрация больше, чем оптическая глубина резкости.

Поскольку для апохроматических объективов требуются элементы с аномальной дисперсией, их характеристики могут не быть идеальными для некоторых конкретных применений, таких как возбуждение флуоресценции в ближнем ультрафиолете, дифференциальный интерференционный контраст и другие формы микроскопии, использующие поляризованный свет.По этой причине часто более подходящим является флюоритовый объектив, и Рисунок 4 показывает, насколько близки эти цели к характеристикам апохроматов.

В дополнение к коррекции продольной (или осевой) хроматической аберрации, объективы микроскопов обнаруживают еще один хроматический дефект. Даже когда все три основных цвета переносятся в идентичные фокальные плоскости в осевом направлении (как во флюоритовом и апохроматном объективах), точечные изображения деталей вблизи периферии поля зрения не одинакового размера.Это происходит из-за того, что внеосевые потоки лучей рассеиваются, в результате чего составляющие длины волн формируют изображения на разной высоте в плоскости изображения. Например, синее изображение детали немного больше, чем зеленое изображение или красное изображение в белом свете, что приводит к цветовому искажению деталей образца во внешних областях поля зрения. Таким образом, зависимость осевого фокусного расстояния от длины волны дает зависимость поперечного увеличения также от длины волны. Этот дефект известен как боковая хроматическая аберрация или хроматическая разница увеличения .При освещении белым светом линза с боковой хроматической аберрацией будет создавать серию перекрывающихся изображений, различающихся как по размеру, так и по цвету. В некорректируемой системе синий компонент на 436 нм может отображаться на 1,4 процента больше, чем красный компонент на 630 нм. Боковая хроматическая аберрация больше для объективов с коротким фокусным расстоянием и может составлять от 1,1 до 1,9 процента радиального расстояния от оптической оси.

В микроскопах с конечной длиной тубуса для коррекции боковой хроматической аберрации используется компенсирующий окуляр с хроматической разностью увеличения, противоположной разнице увеличения объектива.Поскольку этот дефект также встречается в ахроматах с большим увеличением, компенсирующие окуляры также часто используются для таких объективов. Действительно, многие производители конструируют свои ахроматы со стандартной боковой хроматической ошибкой и используют компенсирующие окуляры для всех своих целей. На таких окулярах часто бывает надпись K или C или Compens . В результате компенсирующие окуляры имеют встроенную боковую хроматическую ошибку и сами по себе не корректируются идеально.В 1976 году компания Nikon представила оптику CF, которая исправляет боковую хроматическую аберрацию без помощи окуляра. Новые микроскопы с бесконечной коррекцией либо полностью исправляют хроматическую аберрацию в объективе, либо используют преимущества системного объектива и тубуса для визуализации полностью скорректированного промежуточного изображения.

Наконец, интересно отметить, что человеческий глаз имеет значительную хроматическую аберрацию. К счастью, мы можем компенсировать этот артефакт, когда мозг обрабатывает изображения, но можно продемонстрировать аберрацию, используя маленькую фиолетовую точку на листе бумаги.Если поднести к глазу, фиолетовая точка в центре станет синей, окруженной красным ореолом. По мере того как бумага перемещается дальше, точка становится красной, окруженной синим ореолом.

Соавторы

Х. Эрнст Келлер — Carl Zeiss Inc., One Zeiss Dr., Торнвуд, Нью-Йорк, 10594.

Кеннет Р. Спринг — научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Джон К.Long и Майкл У. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильного магнитного поля, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор философии, Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.


НАЗАД К ОПТИЧЕСКИМ АБЕРРАЦИЯМ

НАЗАД К ОБЪЕКТАМ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1998-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды.Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается нашей командой

по графике и веб-программированию
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: понедельник, 10 сентября 2018 г., 08:36
Счетчик доступа с 6 сентября 2000 г .: 98878
Для получения дополнительной информации о производителях микроскопов,

используйте кнопки ниже для перехода на их веб-сайты:

Что такое хроматическая аберрация и как ее исправить!

В оптической системе свет часто проходит через одну или несколько линз, и когда это происходит, могут возникать несколько типов оптических аберраций.

В этой статье мы обсудим тип аберрации, который часто встречается в фотографии и астрофотографии, а именно хроматическую аберрацию.

Вокруг звезды виден синий ореол из-за эффекта хроматической аберрации.

Что такое хроматическая аберрация?

Хроматическая аберрация, также известная как пурпурная кайма или дисперсия, — это оптическая аберрация, распространенная в фотографических объективах и рефракторных телескопах.

Хроматическая аберрация (CA) видна в виде цветных полос вокруг резко контрастирующих краев, например краев ветвей и зданий на фоне яркого неба.

Причины хроматической аберрации

Все вы, возможно, знакомы с простым экспериментом с использованием призмы для разложения белого света на его различные компоненты, также известные как цвета.

Призма, используемая для разложения белого света на его различные компоненты (цвета). (Изображение предоставлено: Wikipedia )

Что происходит, когда белый свет проходит через призму, так это то, что составляющие разные длины волн (цвета) по-разному взаимодействуют со стеклом призмы и отклоняются в немного разных направлениях.

Когда свет выходит из призмы, цвета больше не «накладываются друг на друга», и вы можете видеть их по отдельности, образуя радугу.

В фотографии линзы изготавливаются таким образом, чтобы разложение (дисперсия) света значительно уменьшалось или вообще избегалось.

Но идеальных объективов нет, и рассеивание света все еще может происходить, особенно с оборудованием начального уровня.

Когда объектив не может сфокусировать все разные цвета в одной и той же точке, у нас есть CA.

Различные типы хроматической аберрации

Есть два разных типа ХА: продольная или осевая, боковая или поперечная.

Задача линзы — фокусировать свет на плоскости, плоскости фокусировки и всех цветов на точке.

Разница между двумя типами CA заключается в том, что объектив не может сфокусироваться на разных цветах в одной точке.

Продольный (осевой)

При продольном СА красный, синий и зеленый цвета сфокусированы на разных плоскостях : если вы сфокусируете внимание на красном, у вас будут синие ореолы, если вы сфокусируетесь на синем, у вас будет фиолетовая окантовка.

Схема проиллюстрировала происхождение продольной хроматической аберрации.Справа показано, как этот вид CA влияет на изображение.

Вот реальный пример продольной СА: обратите внимание, как цвет полосы меняется при фокусировке.

Истинную продольную CA нелегко исправить во время редактирования, но ее можно уменьшить с помощью точной фокусировки и, как показано на изображении выше, но с уменьшением линзы.

Боковой (поперечный)

Боковой или поперечный СА возникает, когда красный, зеленый и синий цвета сфокусированы в разных положениях в одной и той же фокальной плоскости , как показано на схеме ниже.

Происхождение и проявление бокового, или поперечного, CA.

Этот тип CA влияет на цели, которые находятся вне оси , так как это более очевидно, когда свет попадает в линзу под углом. Как показано на правом изображении выше, центральная часть кадра не содержит СА.

Я сделал снимок ниже на рассвете с помощью сверхширокоугольного объектива, и боковая CA видна вокруг стоек док-станции.

Боковой CA виден вокруг стоек док-станции на этом кадре изображения, которое я сделал с помощью сверхширокоугольного объектива.

К сожалению, легче устранить при постобработке, чем продольные CA, но боковые CA не могут быть уменьшены в камере путем опускания объектива.

Как хроматическая аберрация влияет на изображения в астрофотографии?

Астрофотография очень требовательна не только для фотографов, но и для объективов и телескопов.

Объектив, делающий прекрасные изображения при дневном свете, может давать средние или некачественные результаты при использовании для астрофотографии.

Открытый кластер M13. Мой Olympus Zuiko OM 300 f / 4.5 — достойный устаревший объектив для дневного света и даже для съемки Луны, но форма звезды довольно ужасна, даже если выставить объектив до f / 8.

Причина, по которой астрофотография так востребована, заключается в необходимости получить правильную форму и размер звезд.

Оптические аберрации, такие как кома и кривизна поля, создают странные и удлиненные звезды, особенно по краям кадра.

И еще есть CA, который показан на изображении в виде синих ореолов вокруг ярких звезд.

Хроматическая аберрация видна вокруг самой яркой звезды на изображении в виде голубого ореола. В других случаях СА видна в виде пурпурных полос, похожих на пурпурные кольца вокруг ярких звезд.

Фиолетовая бахрома встречается еще чаще и видна вокруг многих звезд, как на изображении ниже.

Фиолетовая бахрома вокруг самых ярких звезд.

Наконец, CA также часто можно увидеть вокруг Луны.

Использование очков с низкой дисперсией в линзах или телескопах сильно снижает или полностью устраняет CA.

Советы по предотвращению хроматической аберрации

Есть несколько советов, которым вы можете следовать, чтобы справиться с CA при съемке.

Здесь следует отметить, что линзы и телескопы действительно страдают от определенного количества как продольных, так и осевых СА.

Совет 1. Используйте высококачественное снаряжение

Высококачественные линзы и телескопы имеют дополнительные линзы из стекла со сверхнизкой дисперсией (ED) для уменьшения или устранения CA.

Фотографические линзы с этим типом стекла часто имеют в своем названии слово «ED».Рефракторные телескопы с линзами ED называются апохроматическими, , а термины дублет , тройной и квадруплет относятся к количеству линз ED, которые используются в этих телескопах.

Отражатели не содержат CA, поскольку свет не проходит через линзы, а отражается от зеркал. Вместо этого быстрые отражатели почти всегда страдают от комы (плохой формы звезды) и нуждаются в корректоре комы.

В то время как фотографические линзы часто имеют хорошую коррекцию кривизны поля, телескопы нуждаются в выравнивателях поля при использовании для астрофотографии.

Совет 2: уменьшите объектив

Продольная СА в фотографических объективах часто бывает сильнее, когда объектив используется с самой широкой диафрагмой (меньшее число f).

Смещение объектива на одну или две диафрагмы может значительно уменьшить CA.

CA вокруг Сатурна и как он меняется, если отказаться от моего объектива, устаревшего телеобъектива Olympus Zuiko OM 300 f / 4.5. Также сообщается о соответствующем CAI.

Поскольку фотографические объективы имеют переменную диафрагму, вы можете воспользоваться индексом хроматической аберрации , CAI.

Для линз без очков ED, например старых устаревших линз, CAI является показателем для оценки количества CA: если оно равно или больше 3, то изображение в основном не содержит CA.

Индекс рассчитывается как отношение диаметра d передней линзы в дюймах и числа f f :

CAI = f / d

Рассмотрим изображение выше: это было снято на Olympus Zuiko OM 300 f / 4.5, диаметром 72 мм, равным 2.8 дюймов.

Чтобы не было CA, CAI должен быть 3 или выше: давайте рассмотрим значение 3.

Число f, которое даст CAI около 3: 3 * 2,8 = 8,4

Как видно из на изображении выше при f / 8 CA незначительна, но хорошо видна при более высоких значениях диафрагмы.

Если вы заинтересованы в использовании устаревших объективов, отдавайте предпочтение линзам меньшего диаметра, поскольку они позволяют использовать более широкую диафрагму.

Совет 3: Пригвоздите фокус

Чем больше вы не в фокусе, тем сильнее CA.В частности, если ваш объектив демонстрирует сильную СА, не торопитесь, чтобы точно сфокусироваться на звездах или Луне.

Совет 4: Используйте фильтр-убийцу Fringe

Существуют фильтры для астрономических целей, такие как Baader Semi APO или Baader Killer Fringe, которые предназначены для уменьшения CA.

Фильтр Baader Semi APO размером M48.

Эти фильтры делают это, удаляя свет, который не сфокусирован должным образом, за счет введения значительного количества цветовых оттенков.

Эта тема обсуждается: одни говорят, что эти фильтры работают и их стоит использовать, другие говорят, что это деньги, которые можно было бы потратить лучше.

Имейте в виду, что это фильтры для астрономии, поэтому они бывают размером 1,25 дюйма и 2 дюйма, которые соответствуют фотографическому фильтру M48, поэтому их можно использовать только с объективами небольшого диаметра.

Советы 5: Избегайте низкокачественного телеконвертора, линз Барлоу и окуляров

Телеконвертер, барлоу и окуляры низкого качества могут сами по себе ввести СА, но даже качественные линзы увеличивают СА от вашего объектива или телескопа.

И это верно как для фотографирования, так и для наблюдения.

Как исправить хроматическую аберрацию: два простых метода

В настоящее время ХА можно легко исправить и уменьшить с помощью любого программного обеспечения для постобработки.

Я в основном использую Adobe Lightroom или Adobe Photoshop для окончательного редактирования и настройки изображений, но вы можете уменьшить CA в Affinity Photo, Gimp и всех других альтернативах Adobe.

CA можно исправить, используя и комбинируя различные методы, и вот два из них, которые я регулярно использую.

Для этого давайте рассмотрим следующее изображение, на котором вокруг звезд видна мягкая фиолетовая бахрома.

Звездное поле в Лебеде с устаревшим объективом Olympus Zuiko OM 200 f / 4, используемым при f / 5.6.

Используйте инструмент «Пипетка» для образца цветных бахромы

В Photoshop продублируйте уровень, содержащий изображение, и перейдите к Filter-> Camera Raw Filter , чтобы загрузить текущее изображение в Adobe Camera Raw.

В Adobe Camera RAW увеличьте изображение на 100% для точной выборки.

На боковой панели справа откройте меню Optics , содержащее настройки для удаления CA.Здесь вы можете использовать пипетку, чтобы выбрать цвет CA, который вы хотите удалить, а программное обеспечение сделает все остальное.

Границы дискретизации в Adobe Camera Raw.

Вы можете использовать ползунки для ручной точной настройки параметров, которые программа использовала на основе вашей выборки.

Окончательный результат с удаленным CA.

Вы можете дополнительно настроить силу коррекции, уменьшив непрозрачность уровня.

Размытие цветов

Чтобы эта техника работала, вам нужно использовать Photoshop и слои.

Идея состоит в том, чтобы размыть цвета изображения, чтобы CA «размазался». Процедура довольно быстрая:

  1. Дублируйте свое изображение на новом уровне.
  2. Выбрав новый уровень, примените размытие по Гауссу с радиусом, достаточно большим, чтобы удалить CA.
Размытие по Гауссу применено.
  1. Смешайте новый уровень, используя цветовой режим.
Смешивание размытого изображения в цветном режиме.
  1. С выбранным уровнем исходного изображения и выключенной видимостью размытого изображения, выберите функцию Select-> Color Range , чтобы выбрать CA вокруг звезды с помощью пипетки.С помощью Select-> Modify-> Expand расширьте выделение на несколько пикселей и Select-> Modify-> Feather , чтобы сгладить выделение.
  2. Используйте значок маски, чтобы создать маску, перетащите маску с текущего уровня на уровень размытого изображения и включите его видимость.
  3. Наконец, вы можете дополнительно настроить силу коррекции, уменьшив непрозрачность размытого уровня.
Пример масок, используемых для выборочного применения цветового размытия для удаления CA.

Оба метода довольно простые, быстрые и дают хорошие результаты.

Сравнение оригинала и изображения, скорректированного СА.

Заключение

Хроматическая аберрация — очень распространенная проблема в фотографии и астрофотографии. Использование высококачественного оборудования — лучший способ держать CA под контролем, но тщательная фокусировка и правильная настройка камеры будут иметь большое значение для снижения CA с помощью небольшого бюджета и даже устаревшего оборудования.

Наконец, остаточный CA может быть дополнительно уменьшен или полностью удален при постобработке с помощью простых методов, которые мы обсуждали в этой статье.

Что такое хроматическая аберрация? Определение, советы и примеры

Что такое хроматическая аберрация?

Хроматическая аберрация также известна как сферохроматизм или хроматическое искажение. Обычно это происходит, когда объектив камеры не может сфокусировать все цвета на одной и той же точке, что приводит к появлению линии нежелательных цветов по краям объекта на фотографии.

Хроматическая аберрация возникает в виде цветных полос по краям, разделяющих темные и светлые части изображения.

В фотографии хроматическую аберрацию также часто называют «цветной окантовкой» или «фиолетовой окантовкой», потому что фиолетовый цвет часто появляется в хроматической аберрации. Однако не всю пурпурную окантовку можно отнести к хроматической аберрации.

Существует два типа хроматической аберрации: осевая (продольная) и поперечная (поперечная).

Осевая аберрация — это смещение фокуса, при котором свет разных длин волн фокусируется на разных расстояниях от линзы.

Хотя поперечная аберрация возникает, когда разные длины волн фокусируются в разных положениях, в фокальной плоскости продольная хроматическая аберрация может появляться вокруг объектов по всему изображению от центра до фокальной плоскости из-за увеличения или искажения углов линз.

Обычно отображается в виде линий красного, зеленого, синего или сочетания всех этих цветов.

Его можно уменьшить, остановив линзы. Эта хроматическая аберрация больше проявляется в светосильных объективах, чем в более светосильных.

Между тем, поперечная хроматическая аберрация обычно появляется только в углах изображения и на высококонтрастных областях. В отличие от продольной хроматической аберрации, поперечная хроматическая аберрация никогда не проявляется в центре изображения.

Это больше проявляется в некачественных объективах, рыбьих глазах и широкоугольных объективах. Его нельзя уменьшить, остановив линзы. Вам нужно исправить это в процессе постпродакшна.

Два типа хроматической аберрации могут возникать одновременно, даже если они имеют разные характеристики.Это связано с тем, что у большинства линз могут быть проблемы как с продольной, так и с поперечной хроматической аберрацией.

Если вы получаете обе хроматические аберрации, вам нужно будет дополнительно поработать, чтобы уменьшить их. Вы можете сначала остановить линзы, чтобы уменьшить продольную хроматическую аберрацию, а затем избавиться от боковой хроматической аберрации позже, в процессе постпроизводства.

Хроматическая аберрация часто проявляется в тонких красочных линиях по краям объектов, где проявляется высокий контраст темных и светлых цветов.

Пурпурный или пурпурный — это цвета, которые больше всего проявляются при хроматической аберрации. Но иногда встречаются и другие цвета, такие как зеленый, желтый, синий и красный.

Другой формой хроматической аберрации является форма ореола вокруг объекта. Это может быть красочный ореол или просто светлый ореол без ярких цветов.

Объяснение оптических аномалий и исправлений линз

Если вы потратите много времени на просмотр раздела линз на веб-сайте B&H или следите за последними объявлениями о новом стекле, вы, вероятно, столкнетесь с рядом фраз, которые не соответствуют изначально известен тем, у кого нет глубокого, отточенного понимания фотографических и оптических фанатиков.Научно звучащие слова, такие как асферические элементы, хроматическая аберрация, кома, низкая дисперсия и высокий показатель преломления, для непрофессионала часто приводят к неточным представлениям о том, как работает объектив или что он делает для лучшего качества изображения. Но что именно делает элемент с аномальной частичной дисперсией? А почему вам не нужна сферическая аберрация? Этот глоссарий терминов и объяснений должен помочь разобраться в некоторых лингвистических и концептуальных препятствиях, с которыми сталкиваются при изучении нового объектива.

Аберрация

В самом основном определении аберрация — это то, что отклоняется от нормы, обычно нежелательным образом.Что касается оптики, это описывает неспособность лучей света, проходящих через линзу, сходиться в одной точке. Аберрации делятся на две категории: хроматические и монохроматические, которые затем подразделяются на определенные типы каждой аберрации.

Хроматическая аберрация

Одна из наиболее часто называемых оптических аномалий и одна из основных причин, по которой продолжают развиваться новые линзы, хроматическая аберрация описывает то, как линза не может фокусировать различные длины волн цвета в одной и той же точке.Вспомните свои уроки физики и вспомните цветовой спектр и то, как вы можете использовать призму, чтобы разделить белый свет на радугу; По сути, это то, что происходит, когда свет достигает вашей линзы и рассеивается. Хорошо спроектированные линзы могут реорганизовывать этот свет и фокусировать каждую длину волны в одной и той же точке, обеспечивая высокую точность цветопередачи и совмещения.

Пример хроматической аберрации, когда длины волн красного, зеленого и синего не сходятся в одной и той же точке, вызывая цветную окантовку.

С практической точки зрения хроматические аберрации обычно можно распознать или назвать цветной окантовкой. Это чаще всего наблюдается в высококонтрастных ситуациях, когда темный объект помещается на ярком фоне. Если объектив не может корректировать хроматическую аберрацию, края объекта приобретают цветную дымку, часто пурпурную, но иногда и ряд других цветов, что также снижает четкость и кажущуюся резкость. Вместо того, чтобы ваше изображение было черным объектом на белом фоне, изображение, зараженное хроматической аберрацией, покажет этот черный объект, окруженный размытой «полосой» цвета перед белым фоном.Для дальнейшего уточнения этой концепции хроматические аберрации обычно делятся на два поджанра:

Сильная хроматическая аберрация присутствует по краям жалюзи, где можно увидеть красную, зеленую и синюю окантовку.

Продольная хроматическая аберрация Этот тип аберрации возникает, когда волны разного цвета не сходятся в одной и той же точке, что приводит к появлению цветных полос вокруг объектов по всему изображению от центра к краям.Продольные хроматические аберрации чаще всего возникают при более широких настройках диафрагмы, и их можно контролировать, остановив объектив.

Боковая хроматическая аберрация Этот тип аберрации возникает, когда световые волны различной длины (цвета) фокусируются в одной плоскости, но в разных положениях из-за угла, под которым свет попадает в линзу. Боковые хроматические аберрации видны только по краям кадра, а не в центре, и их нельзя исправить, остановив объектив.Вместо этого вы должны полагаться на пост-продакшн или решения в камере, чтобы уменьшить этот тип аберрации.

Хорошо скорректированные, более сложные оптические конструкции успешно справляются с обоими этими типами аберраций, при этом более низкое качество, а иногда и более экстремальные конструкции линз («рыбий глаз» или сверхбыстрые линзы) подвержены хроматической аберрации.

Монохроматическая аберрация

Монохроматическая аберрация вызывается одной длиной волны, а не разными (окрашенными) длинами волн.Их называют монохроматическими, потому что аберрации возникают из-за несовершенства оптической конструкции линз и не зависят от цвета и фокусировки различных длин волн.

Сферическая аберрация Этот тип аберрации возникает из-за того, что световые лучи входят в линзу, а не сходятся в одной точке. Сферические элементы линзы меньше преломляют лучи, когда они входят вдоль горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости пленки или сенсора, чем лучи, которые входят в линзу ближе к периферии.Из-за этой разницы в преломлении световые лучи, попадающие в линзу параллельно, не сходятся в одной и той же точке после прохождения через оптику. Короче говоря, невозможность добиться такой конвергенции может вызвать заметное снижение четкости, резкости и разрешения изображения.

Пример сферической аберрации, когда различные световые лучи не сходятся в одной и той же точке, что приводит к потере четкости и резкости.

Кома (также называемая коматической аберрацией) Кома — это эффект, который возникает, когда световые лучи от точечных источников проходят через линзу под углом, а не прямо.Когда конструкция линзы не может сфокусировать эти угловые световые лучи в одной и той же точке, точечный источник света будет изображаться в виде светового пятна в форме капли или кометы, а не круглого светового пятна. Подобно сферической аберрации, кому можно свести к минимуму, опустив линзу.

Пример комы, когда угловые световые лучи приводят к тому, что точечные источники света воспроизводятся в форме капли, а не в виде круглой подсветки.

Каплевидные блики на этом изображении являются примером коматической аберрации.

Астигматизм Одна из наиболее сложных аберраций для описания, астигматизм по концепции аналогичен коме и вызван тем, что лучи, попадающие в линзу вдоль сагиттальной плоскости, фокусируются в другую точку, чем лучи вдоль тангенциальной плоскости. Это вызывает искажение по краям и углам изображения. Астигматизм в некоторой степени присутствует во всех линзах, но более заметен в тех случаях, когда оптическая конструкция не полностью параллельна или симметрична.Как и другие монохроматические аберрации, эффекты астигматизма можно уменьшить, остановив линзу.

Кривизна поля Связанная с астигматизмом, кривизной поля или кривизной поля, это естественная аберрация практически всех линз из-за их изогнутой структуры и того, как они проецируют свет на плоский датчик или плоскость пленки. Поскольку линза естественно излучает свет изогнутым образом, края и углы изображения могут казаться мягкими или искаженными по сравнению с более резкой центральной областью изображения.Чтобы еще больше усложнить проблему, некоторые линзы не проецируют кривизну поля чистой формы и, скорее, имеют более абстрактную, волнообразную кривизну поля из-за различных комбинаций различных элементов объектива. Кривизну поля можно увидеть с помощью диаграммы MTF объектива, где провалы, кривые или наклоны линий указывают относительную резкость от центра кадра к краям. Остановка линзы, опять же, может уменьшить влияние кривизны поля.

Пример сильной кривизны поля, это изображение показывает резкую центральную область с сильным размытием и искажением по углам и краям кадра.

Искажение Наконец, искажение — это форма аберрации, которая описывает, когда изображение, созданное линзой, не сохраняет свою прямолинейность. В зависимости от типа используемого объектива возникают две основные формы искажения: бочкообразное искажение и подушкообразное искажение. Типы искажений, которые они описывают, являются самореферентными: бочкообразное искажение может привести к выпуклости прямых линий по направлению к краям изображения (как деревянная бочка), а искажение в виде подушкообразных подушечек рендерит прямые линии с изгибом к центру (например, подушка).Оба этих искажения чаще всего наблюдаются в зум-объективах, особенно в более широком диапазоне их диапазона фокусных расстояний, но могут также проявляться в некоторых фиксированных объективах, особенно с широким или большим фокусным расстоянием. Широкоугольные объективы чаще всего демонстрируют бочкообразное искажение, а телеобъективы имеют тенденцию демонстрировать некоторую форму подушкообразного искажения. Кроме того, также возможен третий тип искажения — искажение усов. Это комбинация бочкообразного искажения в центре и подушкообразного искажения по краям изображения и названа в честь формы преувеличенных усов (вспомните Капитана Крюка).

Дисторсия ствола Подушкообразные искажения Искажения усов
902 бочкообразное искажение с небольшим искажением усов по краям. На этой фотографии показано подушкообразное искажение.

Последняя оптическая аномалия, связанная со сферической аберрацией, — это смещение фокуса. Технически не аберрация, эта проблема возникает, когда изображение фокусируется на максимальной диафрагме объектива перед остановкой для создания изображения, что приводит к нечеткой фотографии. Общая для объективов с фиксированным фокусным расстоянием с максимальной светосилой, эта проблема заключается в том, что неисправленный объектив используется самым ошибочным образом для получения фокуса (широко открытый), а затем его сферическая аберрация исправляется путем остановки, несмотря на то, что точка, в которой световые лучи сходятся больше не в плоскости намеченного фокуса.Эта проблема не только влияет на более светосильные объективы, но и часто возникает при работе с объектами крупным планом, поскольку потеря фокуса на дюйм на рабочем расстоянии в один фут более значительна, чем потеря фокуса на дюйм на объекте, находящемся на расстоянии тридцати футов.

Сдвиг фокуса может происходить при использовании ручной автофокусировки или автофокусировки (с определением фазы), поскольку в обоих случаях фокусировка достигается при максимальной диафрагме объектива. Несколько способов исправить смещение фокуса включают в себя некую форму компромисса, который обычно влияет на работу вашего объектива или камеры в других ситуациях.Вы можете использовать настройки точной настройки автофокуса, чтобы целенаправленно ввести передний или задний фокус для компенсации смещения фокуса. Вы можете работать с упреждающей фокусировкой или фокусировкой с определением контраста, поскольку эти методы могут работать с объективами с диафрагмой меньше максимальной. Наконец, вы можете просто полагаться на глубину резкости, чтобы компенсировать незначительное смещение фокуса на близком расстоянии.

Теперь, когда мы рассмотрели хороший набор аберраций, с которыми вы обязательно столкнетесь, давайте взглянем на некоторые способы исправления или минимизации этих аберраций.

Корректирующие элементы

Асферический элемент

Асферический элемент является одним из наиболее распространенных типов специализированных элементов, которые выделяются при описании характеристик линзы. Это именно то, что звучит: элемент линзы, отшлифованный, отформованный или иным образом приданный в форму, которая не является полностью сферической. Как упоминалось выше в отношении сферических аберраций, простой сферический элемент не способен преломлять световые лучи в одну точку схождения из-за своей изогнутой формы.С другой стороны, асферический элемент может более эффективно фокусировать лучи, входящие с краев и углов, чтобы уменьшить сферическую аберрацию, кому и астигматизм. Асферические элементы, как правило, более полезны при более широких фокусных расстояниях, хотя они присутствуют в некоторых более длинных телеобъективах. Кроме того, в конструкцию линзы добавляются асферические элементы, чтобы заменить множество сферических элементов, тем самым уменьшая вес и сложность конструкции линзы.

Сферическая линза Асферическая линза

Стекло с низкой дисперсией

Часто используется с различной степенью сверхнизкой интенсивности или сверхнизкая дисперсия, а также аномальная дисперсия или аномальная частичная дисперсия, короче говоря, стекло с низкой дисперсией используется для уменьшения или контроля эффектов хроматической аберрации.Поскольку для коррекции монохроматических аберраций обычно используются асферические элементы, для борьбы с продольными и поперечными хроматическими аберрациями используются различные типы стекла с низкой дисперсией. Этот особый тип стекла обеспечивает одинаковое преломление цветных световых лучей для достижения надлежащей конвергенции и совмещения каждого из них, в результате чего на изображениях отсутствует цветная окантовка. Так же, как асферические элементы чаще встречаются в объективах с широким и нормальным фокусным расстоянием, стекло с низкой дисперсией чаще используется в конструкциях объективов с большим фокусным расстоянием и телеобъективов.

Этот апохроматический дизайн показывает, что длина волн красного, зеленого и синего цветов сходится в одной точке, что приводит к нейтральному цветовому балансу без окаймления.

Элемент флюорита

Элемент особого типа с низкой дисперсией, эти элементы, обычно встречающиеся в телеобъективах, состоят из встречающегося в природе, хотя в настоящее время производимого синтетическим путем, типа кристалла, который имеет особенно низкую дисперсию и низкий показатель преломления. По сравнению с другими типами стекла с низкой дисперсией флюоритовые элементы используются для значительного уменьшения хроматических аберраций, а также имеют меньший вес, чем их стеклянные аналоги.Недостатком флюорита является то, что это более дорогой и длительный процесс производства этого материала по сравнению с другими типами стекла с низкой дисперсией и, как таковой, используется для более экзотических и сложных конструкций линз.

Флюорит, представленный в различных формах, используется для уменьшения хроматических аберраций.

Апохромат

Что касается вышеупомянутых тем, апохроматическая линза, также называемая апохроматом или обозначенная включением апохромата в название линзы, представляет собой конструкцию линзы с высокой степенью коррекции, которая должна создавать изображения с меньшим количеством хроматических и сферических аберраций, чем другие современные линзы, в частности, ахроматы (или ахроматические линзы).Все современные линзы попадают в одну из этих двух свободно определенных категорий, хотя исторически простые линзы также относятся к третьей категории. В то время как ахроматы предназначены для фокусировки красных и синих длин волн в одной и той же плоскости, чтобы уменьшить наиболее распространенные типы цветовой окантовки, апохроматы дополнительно исследуют точность цветопередачи, также фокусируя длины волн зеленого цвета в одной и той же точке, чтобы дополнительно минимизировать хроматические аберрации. . Кроме того, апохроматы более искусны в уменьшении сферических аберраций, чем ахроматы.

Дифракционная оптика и фазовые элементы Френеля

Относительно новинка в мире оптики и встречается только в нескольких телеобъективах от пары известных производителей. Дифракционная оптика и фазовые элементы Френеля являются еще одним средством уменьшения хроматических аберраций. Вместо того, чтобы полагаться на специальные типы стекла, чтобы влиять на преломление света разных длин волн, эти элементы физически регулируют путь света до его фокусировки. Сами элементы состоят из небольших концентрических кругов (ла Френеля) и соединены с общим преломляющим элементом в конструкции линзы.Затем это сочетание существенно расфокусирует и, точнее, перефокусирует разноцветные длины волн на одну и ту же точку, чем другие оптические комбинации. И это сделано таким образом, чтобы избежать использования нескольких стеклянных элементов, тем самым снижая вес всей конструкции. Недостатком элементов дифракционной оптики и фазового Френеля является то, что они могут способствовать более интенсивной вспышке при фотографировании сильных точечных источников света, которые можно исправить только во время постобработки.

Дифракционная оптика / фазовая конструкция Френеля, этот тип элемента напоминает линзу Френеля и помогает контролировать аберрации и устраняет необходимость в использовании нескольких стеклянных элементов.

Элемент с высоким показателем преломления

Другой тип элемента, задачей которого является замена нескольких «обычных» стеклянных элементов для уменьшения общего веса, стекло с высоким показателем преломления используется для коррекции кривизны поля и других монохроматических аберраций для повышения четкости и резкости .

Плавающие элементы

Плавающий элемент или система плавающих элементов, специально разработанная для улучшения качества изображения при более близких расстояниях фокусировки, представляет собой отдельный элемент или группу оптических элементов, которые регулируют свое положение во время фокусировки для обеспечения стабильной работы во всем диапазоне фокусировки.Многие из вышеупомянутых корректирующих элементов и методов применяются для уменьшения аберраций при фокусировке на бесконечность и больше не так полезны при фокусировке на объектах с близкого расстояния. За счет реализации элемента или группы элементов, которые меняют свое положение во время фокусировки, эффекты корректирующих элементов сохраняются.

Эта конструкция с плавающими элементами показывает, как перемещаются только задние группы для регулировки фокуса, чтобы обеспечить стабильную работу во всем диапазоне фокусировки.

Коррекция хроматической аберрации — наклонная Sony a6100

Узнайте, что такое хроматическая аберрация и как ее исправить в WingtraHub для наклонных изображений Sony a6100.

Что такое хроматическая аберрация?

Хроматическая аберрация — часто наблюдаемый эффект, особенно в широкоугольных объективах. Это вызвано дисперсией линз, в результате чего цвета фокусируются в немного разных положениях в фокальной плоскости или имеют разные фокальные плоскости для каждого цвета.

На изображении ниже сверху вниз мы сначала видим свет, который идеально выровнен по фокальной плоскости, затем продольную хроматическую аберрацию, когда фокальная плоскость находится на разном расстоянии от линзы в зависимости от длины волны, и, наконец, поперечную хроматическую аберрацию. где разные длины волн фокусируются в разных точках фокальной плоскости.

Как это влияет на качество изображения Oblique Sony a6100?

Хроматическая аберрация также известна как «цветная кайма» или «пурпурная кайма», и это эффект, при котором края, расположенные по краям изображения, имеют видимые фиолетовые и зеленые каймы.Они не должны влиять на точность ортофотоплана или 3D-модели, однако они по-прежнему видны и влияют на внешний вид результатов.

Как исправить хроматическую аберрацию?

До некоторой степени поперечная хроматическая аберрация может быть исправлена ​​в WingtraHub путем смещения цветовых каналов для повторного совпадения. Для выполнения этой коррекции применяется математическая модель хроматической аберрации, откалиброванная для нашего объектива. Это приводит к заметно более привлекательным результатам и не влияет отрицательно на точность.Обратите внимание, однако, что он не может полностью устранить эффекты хроматической аберрации.

Вариант включения этой коррекции можно найти в: Настройки-> Общие-> Геометки-> Включить коррекцию хроматической аберрации . Включение этой опции применяет коррекцию ко всем изображениям, которые будут сохранены в папке «Вывод» после завершения процесса геотегирования. Обратите внимание, что для получения исправленных изображений следует выбрать параметр Выводить изображения с геотегами .Подробнее о процессе создания геотегов PPK читайте в статье Геотеги PPK.

Параметр включения коррекции хроматической аберрации отключен по умолчанию, так как это ресурсоемкая задача с большим влиянием на время обработки.

Как убрать хроматическую аберрацию в Photoshop

Посмотреть видео: Как удалить хроматическую аберрацию в Photoshop

Хроматическая аберрация (также известная как цветная окантовка) возникает, когда свет разных длин волн преломляется под разными углами при прохождении через линзу.Это предотвращает попадание длин волн в ту же фокальную плоскость, что и сенсор камеры, а поскольку разные длины волн представляют разные цвета, это приводит к появлению мрачных полос, которых мы все предпочли бы избегать.

Этот эффект усиливается как при более широкой диафрагме, так и при самом длинном или самом широком фокусном расстоянии зум-объектива. Производители линз прилагают все усилия, чтобы избежать хроматической аберрации и других искажений, используя различные сочетания элементов и специальных элементов, таких как Nikon Super ED и коротковолновое преломляющее стекло.Но все объективы подвержены хотя бы некоторым хроматическим аберрациям — и именно здесь на помощь приходит лучшее программное обеспечение для редактирования фотографий!

Скорее всего, вы столкнетесь с заметной цветной окантовкой при съемке в условиях высококонтрастного освещения, но это не значит, что вам следует избегать таких ситуаций. Программное обеспечение для редактирования позволило легко удалить хроматические аберрации при постобработке, и в этой статье мы покажем вам несколько простых способов борьбы с хроматической аберрацией в Adobe Photoshop CC.

Вы можете удалить хроматическую аберрацию с помощью фильтра коррекции объектива Photoshop, но самый быстрый способ избавиться от бахромы — установить флажок «Удалить хроматическую аберрацию» на панелях Camera Raw или Lightroom «Коррекция объектива». Photoshop пригодится, если вы хотите выборочно отредактировать снимок или удалить стойкие примеры цветной окантовки неразрушающим методом с использованием масок слоев.

Как удалить хроматическую аберрацию в Photoshop

(Изображение предоставлено: Future)

1.Винтажные флюиды

Объективы высшего класса очень хорошо справляются с уменьшением хроматической аберрации, и некоторым, например, новому Nikon Z 70-200mm f / 2.8 VR S, удается предотвратить ее почти полностью. Однако более старые объективы, такие как наш Nikon AF-n 28-85mm f / 3.5-4.5, имеют тенденцию к появлению бахромы. К счастью, программное обеспечение для редактирования позволяет уменьшить это искажение.

Лучшие на сегодняшний день Nikon Z 70-200mm f / 2.8 VR S

(Изображение предоставлено в будущем)

2. Коррекция объектива

И Adobe Camera Raw, и Lightroom имеют одинаковые панели коррекции объектива.Флажок «Удалить хроматическую аберрацию» хорошо справляется с автоматическим удалением цветовой окантовки, в то время как ползунки «Устранение краев» на вкладке «Вручную» позволяют дополнительно уточнить эффекты.

Используйте маски и режимы наложения, чтобы убрать резкую окантовку

(Изображение предоставлено: Future)

1. Немного размытия

Откройте изображение в Photoshop и продублируйте слой «Фон» с помощью Cmd / Ctrl + J. Выберите дубликат слоя на панели «Слои» и перейдите на верхнюю панель инструментов.Нажмите «Фильтр»> «Размытие»> «Размытие по Гауссу», чтобы открыть окно «Размытие по Гауссу». Мы устанавливаем радиус 8,0 пикселей, но это будет зависеть от размера вашего изображения.

(Изображение предоставлено: Future)

2. Режимы наложения

Убедитесь, что размытый слой все еще выбран, и щелкните раскрывающееся меню «Режимы наложения» на панели «Слои». По умолчанию будет установлено значение «Нормальный», но вы захотите выбрать «Цвет». Теперь ваше изображение снова станет четким, а хроматическая аберрация исчезнет или станет значительно менее насыщенной.

Лучшее на сегодняшний день Adobe Creative Cloud и предлагает

(Изображение предоставлено: Будущее)

3. Сделайте маску

К сожалению, вы можете обнаружить, что насыщенность других частей вашего изображения уменьшилась. Лучший способ бороться с этим — замаскировать слой и выборочно удалить цветную окантовку. Для этого выберите значок «Добавить маску слоя» в нижней части панели «Слои» и инвертируйте его с помощью Cmd / Ctrl + I.

(Изображение предоставлено: Future)

4.Уберите кисть

Выберите инструмент «Кисть» и выберите мягкую белую кисть. Теперь вы можете закрашивать области с хроматической аберрацией, чтобы открыть слой с режимом наложения цветов под ним. Если вы слишком сильно отклонились от курса, просто измените цвет кисти на черный и раскрасьте, чтобы восстановить исходный слой.

Подробнее:

Лучшие фото-приложения прямо сейчас
Лучшие альтернативы Photoshop
Лучшее программное обеспечение для редактирования фотографий
Лучшее бесплатное программное обеспечение для редактирования фотографий

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *