- Оптическая аберрация Кома
- Почему возникает оптическая Кома
- Как выглядит оптическая Кома
- Как исправляется оптическая Кома
- Оптическая аберрация Астигматизм
- Почему возникает
- Как выглядит
- Как исправляется
к содержанию ↑
Оптическая аберрация Кома
к содержанию ↑
Почему возникает оптическая Кома
Кома возникает из-за того, что лучи приходящие под углом к оптической оси собираются не в одной точке.
Каждая такая «точка» имеет более яркий и центр и будучи наложенными друг на друга образуют объект с ярким центром и хвостом, напоминающим хвост кометы. Отсюда и название «Coma».
к содержанию ↑
Как выглядит оптическая Кома
как выглядит идеальная точка (без аберраций)
Все аберрационные эффекты Комы повернуты яркими центрами к оптической оси и напоминают раскрытый веер.
чистая Кома
Сложнее визуально определить кому, когда она сложена с другими аберрациями, например, с астигматизмом.
Хуже всего при пользовании объективами с Комой приходится астрофотографам. Дело в том, что Кома исправляется с диафрагмированием объектива, но астрофотографы часто снимают на открытой диафрагме для того, чтобы уменьшить выдержку (ISO итак бывает очень высоким) и звезды не превратились бы в шлейф.
Слева, на Canon 24/1.4 II видна сильная Кома.
к содержанию ↑
Как исправляется оптическая Кома
Оптическая Кома исправляется диафрагмированием т.к. связана с лучами, попадающими под углом на линзу объектива. Объективы с исправленной Комой называются Апланаты.
к содержанию ↑
Оптическая аберрация Астигматизм
к содержанию ↑
Почему возникает
Астигматизмом называется явление при котором преломляющая поверхность имеет форму не сферы, а, например, овала. Таким образом саггитальные и тангенциальные лучи имеют различные фокусы, образуя овалы вместо кружков/точек.
к содержанию ↑
Как выглядит
точка в случае астигматизма
к содержанию ↑
Как исправляется
Астигматизм исправляется сложно т.к. влияет не только на края изображения, но по сути почти на всё изображение, кроме самого центра (маленького пятна в центре линз). Чтобы исправить астигматизм нужны дополнительные линзы и потому простым диафрагмированием это явление не «лечится».
Сильным астигматизмом славились старые объективы и тогда же появилось название «Анастигмат», т.е. объектив с исправленным астигматизмом.
В § 86 рассматривалась кома тонкой линзы при зрачке, совмещенном с самой линзой. Было установлено, что астигматизм тонкой линзы не зависит от ее формы и определяется лишь величиной поля зрения и силой линзы; форма же линзы активно влияет на изменение меридиональной и сагиттальной комы.
Для радиуса меридиональной комы была получена формула
В соответствии с формулой (17.48) радиус может быть выражен через радиус 
и силу линзы 
Тогда формула (19.78) преобразуется к виду
Формула (19.80) показывает, что меридиональная кома для тонкой линзы, совпадающей со зрачком входа, является линейной функцией от кривизны ее первой поверхности и может переходить из области положительных значений в область значений отрицательных, принимая в том числе и нулевое значение.
Конструктивно внесение такого тонкого коррекционного элемента в оптическую систему может быть осуществлено путем отрезки тонкой линзы от какой-либо другой линзы оптической системы, близко расположенной у плоскости материальной диафрагмы. Принципиально возможны два случая отрезки тонкой линзы — или с положительной силой или с отрицательной (рис. 19.12).
Рис. 19.12. К исправлению комы с помощью линзы, совмещенной со зрачком
И в том и в другом случае изменение комы отрезанной линзы связано с изменением ее первого радиуса. Поэтому, дифференцируя формулу (19.80) по радиусу 
находим
Изменение меридиональной комы у отрезанной линзы не зависит от знака ее оптической силы, так как величина силы входит
в формулу (19.81) в квадрате; равным образом не будет влиять на характер изменения комы и знак радиуса ее первой поверхности.
Поэтому при прогибе положительной и отрицательной линз в одну и ту же сторону изменение комы будет происходить также в одном и том же направлении.
Следует однако заметить, что изменение сферической аберрации после прогиба той и другой отрезанных линз будет протекать несколько иначе. Действительно, если после обеих линз имел место параллельный ход апертурных лучей, то при прогибе положительной отрезанной линзы вправо она будет удаляться от формы с минимальной сферической аберрацией, которая будет возрастать в отрицательном направлении. При прогибе же отрицательной отрезанной линзы она вначале будет приближаться к форме линзы с минимальной положительной сферической аберрацией, после чего ее положительная сферическая аберрация снова начнет возрастать в положительном направлении.
Изменениями прогибов линз можно воспользоваться и в тех случаях, когда прогибаемые линзы не расположены в плоскости материальной диафрагмы. Так, при рассмотрении изменения астигматизма в зависимости от формы линзы видим, что по мере увеличения прогиба менискообразной линзы возрастает угол касательной к кривой меридиональной кривизны, который и определяет величину комы.
Заметим, что резкое изменение комы может быть достигнуто при переходе от одного положения анастигматического зрачка к другому.
Весьма своеобразным приемом воздействия на кому является использование двухлинзовых тонких афокальных компенсаторов, расположенных вблизи плоскости материальной диафрагмы. Афокальность такого компенсатора обеспечивается равенством сил положительной и отрицательной линз по абсолютной величине; если при этом обе линзы будут изготовлены из одного и того же сорта стекла, произойдет полная компенсация астигматизма, кривизны поля и хроматизма положения независимо от формы линз компенсатора.
Дисторсия и хроматизм увеличения такого тонкого афокального компенсатора при его совмещении с плоскостью зрачка устраняются автоматически.
Задавая одной из линз компенсатора определенную форму, например форму плоско-выпуклой линзы, и варьируя форму второй линзы, всегда можно добиться устранения сферической аберрации.
В частном случае плоско-выпуклой положительной линзы устранение сферической аберрации будет иметь место либо для плоско-вогнутой формы отрицательной линзы, когда такая линза в совокупности с положительной образует плоскопараллельную пластинку при одновременном устранении комы, либо для
случая отрицательной линзы менискообразной формы, когда устранение сферической аберрации произойдет при наличии определенной комы.
Равным образом для плоско-вогнутой передней линзы можно подобрать менискообразную форму положительной линзы, устраняющей сферическую аберрацию, но также создающей определенную кому. Эти два случая афокального компенсатора представлены на рис. 19.13.
Совершенно очевидно, что при использовании такого афокального компенсатора, даже сохраняя форму первой линзы, но изменяя его в масштабе, можно варьировать кому, не затрагивая других аберраций корригируемой системы.
Небезынтересно отметить, что плоская волна, перпендикулярная оси компенсатора, будет по выходе из него оставаться плоской; но при этом идентичные точки волновой поверхности по мере удаления от оси компенсатора будут смещаться в самой плоскости волны, образуя своеобразную «поперечную волновую аберрацию». Это смещение также показано на рис. 19.13.
При анализе работы симметричной и пропорциональной систем в § 83 была установлена возможность изменения комы в пропорциональных системах за счет изменения пропорциональности между половинками системы при условии наличия значительной комы в этих половинках.
Этот прием может быть распространен и на другие оптические системы, далекие от симметрии, если только в пространстве у материальной диафрагмы половинки несимметричной системы будут обладать значительной комой при исправленном астигматизме.
Рис. 19.13. Двухлинзовые компенсаторы комы
Аберрации объективов
© 2013 Vasili-photo.com
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.
Кома
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.
Коматическая аберрация.
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:
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.
Кривизна поля изображения.
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.
Хроматизм положения.
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.
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!
Василий А.
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.
Желаю удачи!
|
Дата публикации: 15.11.2013 |
 |
Вернуться к разделу “Матчасть”
Перейти к полному списку статей
Хроматические аберрации: как исправить недостаток
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
- Располагайте важные объекты подальше от периферии
- Снимайте со средним фокусным расстоянием
- Избегайте контрастов
- Покупайте качественные объективы
Закрытие лепестков до f/2.8 — f/4 позволит минимизировать выраженность искажений. Чтобы компенсировать потерю света, увеличивайте светочувствительность и выдержку.
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.
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.
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.
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.
Эти статьи могут вам понравиться:
Костин О.А., Ребриков С.В., Овчинников А.И., Олевская1 Е.А., Куколева1 Л.В., Дулыба1 О.Р., Гусева*1. А.В.
После стандартного LASIK в оптической системе глаза происходит увеличение аберраций высшего порядка [1-3]. Но не все аберрации увеличиваются в одинаковой степени. Одной из наиболее меняющихся аберраций является аберрация кома.
Цель исследования с помощью анализа волнового фронта изучить изменения комы после стандартного LASIK.
Материал и методы
В исследование вошли 160 глаз 95 пациентов, которым в условиях офтальмологической клиники «АртОптика» произведена операция LASIK по поводу миопии и миопического астигматизма на эксимерном лазере «VISX STAR S4» (VISX Inc., USA). Роговичный лоскут формировали микрокератомом «Evolution 3E» (Moria) головками M2SU90. Перед операцией, в первые сутки, через 1 и 3 мес. после операции, помимо стандартного обследования, измерялись аберрации волнового фронта на аберрометре «WaveScan» типа Хартмана-Шака (VISX Inc., USA) в виде нормализованных коэффициентов Zernike в нотации OSA при размере зрачка 6 мм. Кроме среднеквадратичного корня суммы оптических аберраций высшего порядка (RMS HO), оценивались следующие аберрации: трефойл 30° (Z-33), трефойл 0° (Z-33), вертикальная кома (Z-13), горизонтальная кома (Z13), сферическая аберрация (Z04). Период наблюдения составил от 3 мес. до 1 года.
Результаты
Сферический эквивалент рефракции до операции составил -4,74±2,27 дптр. Максимальная острота зрения с коррекцией до операции составила 0,94±0,12, после операция была достоверно выше – 0,99±0,18 (р<0,001). Как и ожидалось, произошло достоверное увеличение суммарных аберраций высшего порядка RMS HO с 0,30±0,13 до 0,64±0,25 (р<0,001). Изменения в структуре аберраций высшего порядка представлены в табл. 1.
Из таблицы видно, что достоверно увеличились как вертикальная, так и горизонтальная кома, трефойл 0° и сферическая аберрация. При изолированном рассмотрении вертикальной комы было выявлено, что она увеличилась на 83 глазах, не изменилась на 61 и даже уменьшилась на 16. Сравнительная характеристика до- и послеоперационных значений вертикальной комы в этих трех группах представлена в табл. 2.
Из таблицы следует, что в группе, где вертикальная кома после операции уменьшилась, исходные значения имели положительный знак и были достоверно выше, чем во 2-й и 3-й группах (р<0,001; р<0,0003 соответственно), где исходные значения между собой достоверно не отличались (р<0,3). Корреляционный анализ показал высокую положительную связь послеоперационного значения вертикальной комы с дооперационным уровнем RMS±0,84, который в 1-й группе был достоверно выше, чем во 2-й (RMS1 0,39±0,13 RMS2 0,30±0,12 (р<0,003)) и 3-й группах (RMS3 0,28±0,13 (р<0,004)). Это подтверждает, что более высокий исходный уровень вертикальной комы в 1-й группе увеличивал исходные суммарные аберраций глаза. При анализе горизонтальной комы также было выявлено неравномерное изменение этого параметра после операции. Она увеличилась на 92 глазах, не изменилась на 54 и уменьшилась на 14. Средние значения горизонтальной комы до и после стандартного LASIK во всех трех группах представлены в табл. 3.
Достоверных различий в исходных значениях горизонтальной комы во всех трех группах выявлено не было. В то же время корреляционный анализ показал положительную корреляционную связь с исходным значением горизонтальной комы (коэффициент Спирмена +0,64).
Выводы
1. Операция LASIK приводит к увеличению вертикальной комы в 52% и горизонтальной комы в 57% случаев.
2. Вертикальная кома может быть уменьшена после стандартного LASIK на глазах с исходно более высоким ее значением.
3. Данные зависимости нуждаются в более детальном изучении.
