Хроматические аберрации ХА. Что это

FAQ виды аберраций искажений в цифровых фотоаппаратах

Что такое аберрации, или искажения объектива?

Искажения изображения, вызываемые объективом фотоаппарата. Эти искажения делятся на три группы.

Геометрические:

1. Сферическая аберрация — изображение точечного источника света представляет собой размытое пятно.

2. Кома — изображение точки имеет вид несимметричного пятна (больше похожего на запятую). Кома происходит из-за того, что лучи света преломляются по-разному различными участками линзы.

3. Астигматизм вызывается тем, что свет после прохождения через линзу фокусируется не в одной точке, а в двух. Расстояние между этими точками определяет силу астигматизма и называется астигматической разностью. Астигматизм исключает возможность получения на изображении одновременно резких вертикальных и горизонтальных линий. Объективы с исправленным астигматизмом называются анастигматами.

4. Дисторсия — искажение прямых линий на изображении. Сильнее проявляется на краях изображения, чем в центре.

Хроматические — обусловлены паразитной дисперсией (рассеянием) света — вызывают значительную нечеткость картинки и цветную кайму вокруг объектов. Происходят из-за того, что свет с разной длиной волны преломляется по-своему. Объективы, в которых сближены фокусы синих и желтых лучей, называются ахроматическими. Апохроматические — объективы, в которых сближен еще и фокус красных лучей.

Дифракционные — возникают из-за дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива.

Как избавиться от аберраций?

В фотообъективах полностью устранить аберрации невозможно — их можно только снизить до минимальных значений. Частый случай — уменьшение одного типа аберраций за счет других.

Как бороться с аберрациями на фотографиях?

Погрешности можно иногда устранить с помощью графических редакторов: Photoshop, ACDSee и других, благо выбор сегодня есть. Во многих современных объективах исправлены многие виды аберраций.

Что такое шум и как от него избавиться?

Шум — зернистость фотографии на некоторых ее участках. Пример шума: на фото на голубом небе видны много точек разных цветов. Шум возникает из-за высокого значения светочувствительности по ISO или малой освещенности. С шумом, да и вообще со всеми видами искажений, надо бороться заранее — до получения фотографии. Шум обусловлен работой фотосенсора: чем он качественней, тем более высокие значения ISO доступны.

Иногда шум используют как художественный прием.

Как избавиться от красных глаз?

В Photoshop (начиная с версии CS2) и ACDSee есть специальный инструмент по устранению красных глаз — надо только выделить их на фотографии. Также почти во всех современных ЦФК есть функция устранения эффекта красных глаз.

Почему изображение получается нечетким?

Происходит это из-за дрожащих рук при съемке с большой выдержкой. Первая проблема решается приобретением штатива или повышением значения ISO, что позволяет снимать с меньшей выдержкой, но повышает вероятность появления шума. Четкость изображения иногда можно увеличить и на компьютере, однако сильные размытия уже не исправить.

Читать по теме:

Базовые навыки коррекции фотографий

Избавляемся от цветового шума на фотографиях

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.

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.

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.

Шаг четвёртый

Добавим параметры коррекции фиолетового и зеленого (самых частых ХА на контрастных снимках).

На моём примере видно фиолетовые ХА, потому я и добавляю параметр (величину) коррекции фиолетовых ХА.

Но если у вас зеленые ХА или одновременно зеленые и фиолетовые, то добавляйте соответственно.
Кроме того можно выбрать оттенок фиолетового и оттенок зеленого, которые идут соответственно как: «Purple Hue» и «Green Hue».

Результат в данном случае идеальный и он представлен в начале статьи.

Для наглядности я вырезал синий канал из обоих файлов, наложил друг на друга в режиме Difference, добавил контраста и показываю вам как отработала эта функция Adobe Camera Raw.

Как видите, функция отработала весьма грамотно, совсем не задев небо. Она прошлась только по контрастным объектам (а точнее их кромкам), удаляя фиолетовые каёмки. Такие каёмки были на рамах, на карнизах и на кирпичной кладке вверху.

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.

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.

Аберрация

Аберрация в биологии — всякое небольшое отклонение от нормаль­ного строения в организме; понятие Аберрация трудно отграничить от понятия «вариации», и нередко это слово употреблялось как синоним небольшой вариации; ныне в по­нятие Аберрация вносят смысл отклонения, имею­щего более или менее «патологический ха­рактер», но нисколько не вредящего жизне­способности организма; в этом смысле — очень слабая степень аномалии.

Аберрация в физике — термин, употребляющийся в нескольких значе­ниях. Сферическая А.—явление, на­блюдаемое при прохождении световых лу­чей сквозь стекла, ограниченные сфериче­скими поверхностями, а также при отра­жении света от зеркал той же формы (па­раболические зеркала аберрации не дают). Когда лучи фокусируются стеклом или зер­калом, то положение фокуса зависит от того, какой участок стекла преломил (или отра­зил) соответствующие лучи: центральные участки стекла дают фокус дальше, а пери­ферические — ближе от стекла.

Расстояние между фокусом средних и фокусом край­них лучей носит название продольной Аберрации стекла. Поперечной А. называется радиус круга, который крайние лучи очерчивают на плоскости, проведенной через фокус средних, перпендикулярно оптической оси. Сферическую А. можно уменьшить, вы­резая диафрагмой узкий пучок одних центральных лучей. А.  сферическая совер­шенно устраняется в стеклах, носящих на­звание апланатов, хроматиче­ская А. наблюдается при прохождении лучей сквозь оптические стекла: зеркала ее не дают.

Явление это заключается в том, что разноцветные лучи, входящие в состав белого света, собираются не в одну точку,— каждому спектральному цвету соответствует свой фо­кус. Благодаря А. хроматической темные и светлые части изображений предметов отде­ляются одна от другой радужными каймами. Степень расхождения путей разно­цветных лучей зависит от сорта стекла, но отнюдь не является про­порциональной преломляющей способности его. На этом основано устройство ахрома­тических стекол.

Аберрация глаза бывает в виде хроматиче­ской и сферической. Хроматиче­ская Аберрация глаза, известная еще Ньютону, об­условлена неодинаковой преломляемостью световых лучей различной длины волны. Благодаря этому лучи различной цветности, испускаемые точечным источником света, после преломления в глазу не собираются в одном общем фокусе, а дают расположен­ный на пространстве около 0,5 мм последо­вательный ряд раздельных фокусов.

Крас­ные лучи, преломляемые наиболее сильно, собираются в фокусе, расположенном ближе всего к передней плоскости глаза, непосред­ственно за ним лежит фокус желтых лучей, затем — зеленых, синих и, наконец, далее всех — фокус наиболее слабо преломляемых фиолетовых лучей. Гельмгольц нашел для схематического глаза расстояние между фо­кусами красных и фиолетовых лучей равным 0,434 мм.

Незначительность хроматической А. глаза по сравнению с искусственными оптическими инструментами объясняется тем, что дисперсия преломляющих сред глаза значительно меньше, чем дисперсия стекла. В обычных физиологических условиях хро­матическая А. глаза незаметна, и требуются специальные методы, чтобы обнаружить ее наличие.

Диаметр кружков светорассеяния в глазу (по Гельмгольцу) оказался равным 0,0426 лд и, т. о., вполне способным обусло­вить неясность зрения. Причиной незамечаемости А. в физиологически обычных усло­виях является, как показал Гельмгольц, своеобразное распределение яркости в круж­ках светорассеяния, именно — яркость в центре может быть принята бесконечно боль­шой по сравнению с яркостью периферии.

Причина сферической А. лучей света в глазу заключается в том, что одноцветные лучи, после прохождения сферической пре­ломляющей поверхности, не вполне точно со­бираются в одной точке. Относящиеся сюда явления заключаются, напр., в неодинако­вой отчетливости видения горизонтальных и вертикальных линий из ряда их, пересе­кающихся в одной точке, в образовании точечными источниками света звездчатых фигур и т. д.

Причинами этого являются: 1) неодинаковая кривизна преломляющих поверхностей глаза в различных меридиа­нах, а также и в плоскости одного и того же меридиана. 2) не вполне совершенная прозрачность преломляющих сред глаза, благодаря чему лучи света испы­тывают отражение от морфологических эле­ментов преломляющих сред. 3) мельчайшие неровности зрачкового края. 4) дифракция света, обусловленная нали­чием зрачка как диафрагмы.

Как убрать хроматические аберрации в Lightroom 4.1

Процесс устранения аберраций в Lightroom довольно прост. Итак, первым делом импортируем изображение в программу, после чего оно готово к редактированию. Рекомендуется увеличить фотографию хотя бы до 200%, чтобы переходы между оттенками были видны более четко. Сейчас находим панель под названием Lens Corrections, которая находится в меню Develop. В версии 4.1 на этой панели есть обновленная вкладка Color – нажимаем ее. Здесь ставим галочку напротив уже упомянутой функции Remove Chromatic Aberrations и переходим к ползункам-регуляторам. Они предназначены как раз для ограничения насыщенности оттенков. Перетаскивая ползунки, устанавливаем максимально допустимое значение насыщенности пурпурного и зеленого цветов. Оттенки, находящиеся за установленными пределами, будут подавляться. Но здесь есть немаловажный нюанс – работая таким методом, можно не только удалить бахрому, но и обесцветить нужные объекты соответствующего оттенка. Если такая вероятность существует, можно применить ручной режим редактирования (вкладка Manual) и воспользоваться дополнительными инструментами локального действия, например, кистью. В параметрах кисти выбираем «Подавление аберраций» и задаем отрицательное значение. Теперь «покрасим» область изображения, на которой не хотим терять оттенки, после чего производим те же самые действия, которые были описаны выше. Ручной способ является более трудоемким и занимает больше времени, но именно с его помощью можно спасти фотографии, которые раньше считались бы безнадежно испорченными.

Дифракционная аберрация.

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

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

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

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

Хроматические аберрации

Хроматические аберрации возникают вследствие зависимости показателя преломления линз от длины волны света. Для глаза показатели преломления прозрачных сред тем больше, чем меньше длина волн. Это приводит к тому, что преломляющая сила глаза в синих лучах (длина волн около 450 нм) на 1,3 диоптрии (дптр) больше, чем в красных лучах (650 нм). Фокусные расстояния простых выпуклых линз для красных лучей оказываются больше (на 1—3% в зависимости от сорта стекла), чем для синих (рис. 1). Красные лучи создают резкие изображения дальше от линзы, чем синие (так возникает продольная хроматическая АБЕРРАЦИЯ), и в более крупном масштабе — так наз. хроматическая разница увеличений. Изображение яркой белой точки представляет собой яркое цветное пятнышко, окруженное ореолом дополнительных цветов.

Хроматическая АБЕРРАЦИЯ симметрична вокруг оси глаза и почти одинакова зля всех глаз. Вследствие хроматической АБЕРРАЦИИ обычный эмметропический глаз оказывается близоруким при синем освещении. В обычных же условиях освещения, когда на восприятие существенно сказывается лишь чувствительность глаза к средней части видимого спектра, хроматическая АБЕРРАЦИЯ лишь незначительно уменьшает четкость контуров.

Диафрагма и экспозиция

Электрические процессы фиксации изображения матрицей требуют определённого количества световой энергии на единицу площади матриц для своей работы. Чем меньше это количество — тем выше т.н. чувствительность матрицы. Измеряется она в так называемых «единицах ISO«. Типичные значения — 100, 200, 400, но бывают и меньше/больше. Для получения одинаково «серого» цвета на единицу площади матрицы чувствительностью ISO400 нужно подать вчетверо меньше энергии света по сравнению с ISO100.

Итак, при заданной чувствительности нам нужно подать на каждый квадратный миллиметр матрицы заданную энергию, которая, как известно равна произведению освещённости на время действия (т.н. выдержка). Таким образом, меняя выдержку, мы не только «замораживаем» движение, но и «дозируем» свет. А вот освещённостью матрицы как раз управляет диафрагма — освещённость обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа. Т.е. диафрагма 2 «подаёт» на единицу площади матрицы вчетверо больше света, чем диафрагма 4. Именно поэтому диафрагму маркируют по степеням корня из двойки (т.н. «деления» или «стопы») — каждый стоп изменяет освещённость матрицы вдвое.

Сочетание выдержки и диафрагмы называют экспозицией. Совершенно очевидно, что для одной и той же внешней освещённости существует не одна «верная» экспозиция. Например, 2,0*1/2000c=2,8*1/1000c=4,0*1/500c=5,6*1/250c=8*1/125c=11*1/60c=16*1/30c (знак умножения здесь условен, обозначает лишь сочетание). Все эти экспозиции ОДИНАКОВЫ, т.е. квадратный миллиметр матрицы примет одинаковое количество световой энергии в каждом из этих случаев. При бОльшей внешней освещённости нужно ещё укоротить выдержку или прикрыть диафрагму и наоборот — при меньшей — удлинить выдержку или приоткрыть диафрагму. Таким образом, диафрагма при одних и тех же внешних условиях влияет на выдержку, т.к. они жёстко связаны между собой «верной» экспозицией. Иногда это полезно — например, при съёмке быстрых движений и спорта мы можем полностью открыть диафрагму — тогда выдержки станут максимально короткими и не будет «смаза» от движения объектов. И наоборот…

Кроме смаза от движения объекта, существует ещё т.н. «шевелёнка» — дрожание рук фотографа. Она коварна тем, что не поддаётся строгому измерению, т.к. является случайным процессом. Но «народный опыт» вывел очень усреднённое правило — шевелёнки следует бояться при выдержке (в сек) длиннее, чем 1/ЭФР (в мм). Т.е. при ЭФР=105мм лучше длиннее, чем на 1/100 без штатива не снимать. Таким образом, чем более длиннофокусен объектив, тем важнее ему иметь достаточную светосилу, т.к. длинные выдержки ему недоступны из-за шевелёнки (штатив пока не рассматриваем)

В этой связи при сравнении двух ультразумов важно обращать внимание на светосилу именно на «длинном» конце

Подведём краткий итог: диафрагма позволяет управлять экспозицией, и при фиксированном освещении жёстко связана с выдержкой — чем «открытее» диафрагма, тем короче выдержка. Чем выше светосила, тем в более тёмных условиях можно снимать (при фиксированной выдержке), либо тем с более короткой выдержкой можно снимать (при фиксированной освещённости).

Кстати, возвращаясь к определению диафрагмы, можно, наконец, дать его более строго. Мы ведь рассматривали одну линзу с одной «дыркой», и самый тонкий диаметр пучка совпадал с физическим диаметром отверстия. Реальные объективы имеют много линз с разными диаметрами, и не всегда отверстие диафрагмы находится физически в самом тонком месте на самой маленькой линзе. Как же тогда определяют и градуируют диафрагменные числа? А очень просто — через освещённость матрицы. Т.е. некоторое положение реальных лепестков диафрагмы соответствует такому числу, какое бы дала одна тонкая линза с той же диафрагмой (т.е. создающая ту же освещённость матрицы).