Хроматические аберрации на полном кадре. Хроматические аберрации как художественный прием

Когда разные цвета света распространяются с различной скоростью в среде, показатель преломления зависит от длины волны. Это явление известно как дисперсия. Известным примером является стеклянная призма, которая рассеивает падающий луч белого света на цвета радуги.

Фотографические объективы сделаны из различных дисперсионных и диэлектрических сортов стекла. Это стекло преломляет попадающий свет не под одним и тем же углом и разработать хорошо скорректированный объектив, чтобы он сводил все цвета вместе в одну точку требует больших усилий.

Хроматическими аберрациями (ХА) называются отклонения от идеального изображения, вызванные дисперсией. Если рассмотреть , то они рассматривают отклонения в монохроме, т.е. в одном цвете. В то время как хроматические аберрации замечены только при рассмотрении полихроматического (цветного) света.

Продольная и поперечная хроматические аберрации

Выделяют два типа хроматических аберраций. , также известная как хроматизм положения, это неспособность объектива свести различные цвета в одной фокальной плоскости.

Для точки, находящейся на оптической оси фокусы для различных цветов также будут на оптической оси, но со смещением в продольном направлении (т.е. вдоль оси). Это явление для удаленного источника света показано на Рис. 1. На нем видно, что только зеленый цвет будет проецироваться на сенсор резким. Синий и красный цвета будут проецироваться на сенсор не как точки а как диски размытия, т.е. они будут нерезкими.

Рис. 1. Происхождение продольной хроматической аберрации. Фокальные планы различных цветов не совпадают.

Свет, который падает под углом, приводит к поперечной хроматической аберрации , также известной как хроматизм увеличения. Это происходит от бокового смещения фокусов разных цветов. При отсутствии хроматизма увеличения, все цвета находятся в фокусе в той же плоскости, но увеличение изображения зависит от длины волны. Это явление показано на Рис. 2.

Поперечная хроматическая аберрация зависит от длинны волны и на нее влияет , в то время как на появление продольной хроматической аберрации, фокусное расстояние не настолько влияет.

Это, кажется, нелогичным, но в объективе с исправленной продольной хроматической аберрацией не требуется совпадения фокальных планов для всех цветов. Так как фокусное расстояние определяется расстоянием от задней главной плоскости к плоскости сенсора, фокусное расстояние может зависеть от длины волны, даже если все изображения находятся в одной плоскости.

Рис. 2. Происхождение поперечной хроматической аберрации. Размер изображения изменяется от одного цвета к другому.

На рисунках 1 и 2 проиллюстрированы два упрощенных случая, но в реальности продольная и поперечная хроматические аберрации проявляются в тандеме. Цветной объект съемки, заполняющий пространство кадра состоит из различных монохроматических изображений различных размеров и позиций.

Поперечная ХА особенно явно проявляется у ретрофокусных телеобъективов (стандартных или перевернутых). Хроматические аберрации часто ухудшают качество изображения телеобъективов, которые имеют очень хорошо скорректированные оптические схемы. Именно хроматизм увеличения, а не астигматизм является причиной разделения на сагиттальную и меридиональную кривые в их функции передачи модуляции.

Примеры хроматических аберраций

В качестве объекта съемки рассмотрим крест, сделанный из двух черных спичек и вставленный в пробку. Фото сделаны объективом Canon EF 85/1.2 L USM на расстоянии около метра. Крест находится в самом центре кадра, на ярко белом фоне.

Контрастный переход и открытая диафрагма f/1.2 явились причиной появления продольной хроматической аберрации, показанной на Рис. 3. Несмотря на то, что автофокус навелся точно на крест, вокруг него наблюдается пурпурная окантовка (фрижинг). но крест еще четко различим. После легкой расфокусировки объектива вручную цвет окантовки стал зеленым.

Возможно зеленый фрижинг в отличие от пурпурного менее режет глаз, но все же еще четко виден. Так как человеческий глаз и система автофокуса частично чувствительны к зеленому цвету, то и ручная фокусировка и автофокусировка, как правило, делают в фокусе зеленый спектр, а другие цвета остаются расфокусированными и дают пурпурную кайму. По этой причине пурпурный фрижинг чаще проявляется чем зеленый.

Рис. 3. Примеры хроматизма положения (продольной хроматической аберрации). Пример снят объективом Canon EF 85/1.2 L USM. A - автофокусировка по кресту. B - легкий ручной расфокус. Диафрагма f/ 1.2, камера Canon 5D.

Тот же самый крест был сфотографирован тремя ретрофокусными широкоугольными объективами (Рис. 4). Крест был размещен по диагонали и наклонен таким образом, чтобы разместить длинную сторону в радиальном направлении. Такая компоновка размещает поперечину креста в тангенциальном направлении.

Для первых двух объективов Cosina 3.5-4.5/19-35 (рис. A) и Cosina 3.8/20 (рис. B) окантовка проявилась на поперечной линии креста, в то время как на продольной аберрации отсутствуют.

Пурпурный и зеленый фрижинг на разных сторонах тангенциально повернутой палке (рис. А) характерен для поперечной хроматической аберрации. Синий и желтый фрижинг, заметный на рис. B, проявился немного меньше. А рис. C (объектив Carl Zeiss Distagon 2.8/21) показывает хорошо скорректированные хроматические аберрации для широкоугольного объектива ретрофокусного типа. Здесь замечена только легкая подсветка пурпурного и зеленого цвета.

Рис. 4. Примеры хроматизма увеличения (поперечной хроматической аберрации), снятые объективами: A - Cosina 3.5-4.5/19-35 @ 20 mm, B - Cosina 3.8/20, C - Carl Zeiss Distagon 2.8/21. Во всех примерах используется диафрагма f/11, фотоаппарат Canon 5D.

И продольная и поперечная хроматические аберрации приводят к подкрашиванию краев, но с разными свойствами. Продольная ХА дает фрижинг вокруг объекта, а поперечная проявляется только на сторонах тангенциально повернутых деталей.

Продольная аберрация влияет на любое положения объекта, в то время как поперечная присутствует в центре кадра и увеличивается к краям. Продольная ХА лечится прикрытием диафрагмы, а поперечная ХА присутствует на всех значениях диафрагмы.

Хроматические аберрации проявляют себя как смесь продольной и поперечной ХА, и соответственно лишь частично исправляются прикрытием диафрагмы. Продольная ХА проявляется каймой одного цвета на объекте, находящимся в фокусе (Рис. 3). А поперечная хроматическая аберрация проявляется двумя окантовками разных цветов на разных сторонах объекта, тангенциально повернутого в кадре (Рис. 4).

Окантовки, происходящие от продольной хроматической аберрации особенно ясно проявляются при наложении двух объектов разных цветов, при наведении фокуса на один из них, например объект пурпурного цвета в резкости, а на заднем плане зеленый объект не в резкости или наоборот.

Хотя цветные окантовки наблюдаются только в местах с высоким контрастом, как продольных так и в поперечных хроматических аберрациях, в целом они ухудшают общее разрешение объектива.

Продольная хроматическая аберрация часто проявляется в тандеме со сферической аберрацией и влияет на формирование на открытых диафрагмах объективов. Комбинированный эффект от продольной хроматической и называют сферохроматизмом .

Вторичный спектр и апохроматические объективы

Поперечная хроматическая аберрация является проблемой в основном в объективах с ретрофокусной схемой и телеобъективах, которые заметно асимметричны, а продольная хроматическая аберрация чаще всего проявляется в светосильных объективах.

Оптическая схема у которой нескорректированы хроматические аберрации называется хроматической. Человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому свету и когда хроматический объектив сфокусирован на зеленую часть видимого спектра, синий и красный края получаются вне фокуса (см. Рис. 5).

Применение в оптической схеме простых ахроматических дублетов весьма эффективно в борьбе с хроматическими аберрациями. Известный пример такого дублета это комбинация выпуклого элемента из стекла «крон» и вогнутого элемента
из стекла «флинт».

Ахроматическая коррекция фотообъективов относится к двум типам волн ближе к концам синего и красного спектров. Рис. 5 показывает типичную схему ахроматической коррекции. Пересечение нулевой точки происходит для двух совместных типов волн, а остаточное смещение фокуса для других типов волн называется вторичным спектром.

Рис. 5. Принципы коррекции хроматических аберраций. Цветные участки называют вторичным спектром

Появление экзотических стекол, имеющих низкую или аномальную дисперсию обеспечили значительный прогресс в коррекции хроматических аберраций в фотообъективах. Оптическая схема, которая обеспечивает сведение всех трех типов цветов в одну точку называется апохроматической . Супер ахроматический объектив корректирует четыре или более длины волн и практически исключает ошибки цвета.

Другими словами это не число пересечений волнами нулевой отметки, которое влияет на качество изображения, а выходы в промежутках между длинами волн (вторичный спектр).

Приставка АРО (АПО) в названиях объективов используется многими производителями и означает что объектив имеет уменьшенный вторичный спектр. Но идеальный апохроматизм в оптических схемах фотографических объективах явление редкое.

Типичные кривые коррекции, показанные на рис. 5 обычно имеют "сдвиг фокуса" вдоль оси ординат, а иногда и со сдвигом "фокусного расстояния". Это можно посчитать неважным, но это имеет значение, поскольку в первом случае подразумевает коррекцию продольной ХА а во втором - поперечной ХА.

Аналогично, термин «вторичный спектр» наиболее часто встречается в отношении продольной хроматической аберрации. Тем не менее некоторые авторы используют этот термин также и для описания поперечной хроматической аберрации.

Ахроматические объективы

Ахроматическая коррекция, показанная на Рис. 5 является наиболее распространенной коррекции в фотообъективах и относится к коррекции фиолетовых и зеленых смещений, наблюдаемых на рис. 3.

Когда зеленый свет находится в фокусе на сенсоре, красный и синий будут расфокусированными и проявятся пурпурной каймой. И наоборот, когда синий свет находится в фокусе красный свет также находится в фокусе, оставляя только зеленый свет расфокусированным.

Если заменить «смещение фокуса» на «фокусное расстояние» вдоль оси ординат на рис. 5, ахроматическая схема будет иметь полосы такие как показано на рис. 4 (А) с пурпурной каймой на стороне ближе к центру кадра и с зеленой на стороне ближе к углу кадра.

Для случая с поперечной хроматической аберрацией, то чем больше фокусное расстояние объектива, тем крупнее будет фрагмент увеличения изображения. Это значит, что для ахроматической диаграммы на рис 5, синие и красные изображения одноосной детали смещены немного наружу от центра изображения, чем зеленые изображения.

На рис. 6 показан крест, где синие и красные изображения смещены вверх по отношению к зеленому. слитие этих трех монохроматических изображений приводит к изображению креста с аберрациями. Наложение синего, зеленого и красного дают белый цвет, наложение синего и красного дают фиолетовый цвет.

Рис. 6 Происхождение цветной окантовки из-за поперечной хроматической аберрации. Наложение составляющих цветов приводит к окантовке в объединенном изображении справа

Конечно, рис. 6 представляет собой упрощенную схему чистой поперечной хроматической аберрации, только с тремя цветами, и служит лишь в качестве наглядного примера. В реальности же, эти полосы находятся как внутри креста, так и за его пределами. Поперечина расширяется, но в то же время часть его продольной линии съедается аберрацией.

Хроматические аберрации в литературе

Типичным проявлением хроматических аберраций является цвет окантовки вдоль границ, разделяющих темные и светлые участки изображения. При этом, описания возникающих эффектов хроматических аберраций в литературе различаются.

Carl Zeiss Oberkochen придерживается иной точки зрения и считает продольную ХА наиболее заметной цветовой аберрацией.

Eugene Hecht описывает кумулятивный эффект хроматических аберраций как беловато-синее размытие или дымка наложения.

Warren J. Smith и Bruce H. Walker утверждают что остаточные цветовые ошибки оптической системы с неисправленной продольной ХА приводят к ореолам пурпурного цвета или размытости вокруг каждой точки изображения.

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.

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:


Меридиональный фокус.	Сагиттальный фокус.

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.

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.

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.

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 – 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!

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.

В комментариях к одной из моих статей с тестами объективов мне заметили, что есть такой важный параметр, как продольные аберрации или по-английски LoCA (longitudinal chromatic aberration). Названий у этого вида аберраций много, но если назвать его фиолетовым свечением вокруг веток дерева в центре кадра, то, думаю, все его узнают.

продольные аберрации, loCA, chromatic aberrations (Wikipedia)

Вот сейчас я помянул об это явлении и все о нём вспомнили. Но так ли часто оно вам мешало получать хорошие снимки?

Тем не менее в теории, если вы собираетесь снимать при контровом свете людей или солнце, просвечитвающее через темные ветки, вы с ним столкнетесь и дальше будет играть роль ваша или ваших клиентов индивидуальная непереносимость фиолетового свечения. Свечение это может быть разной силы, в зависимости от степени исправленности продольной хроматической аберрации в объективе.

Откуда берётся продольная аберрация

Всё дело в том, что световые лучи, преломляются в линзах под разным углом, в зависимости от длины волны. Синие, например, преломляются под большим углом, чем красные.

преломление световых лучей в обычной линзе

Соответственно, когда приходит момент фокусирования на плоскости матрицы, световые лучи фокусируются в разных местах и возникает то самое фиолетовое свечение. Особенно это видно, когда есть резкий переход яркостей и свет разлагается из белого во все цвета радуги.

Как отличить Продольную аберрацию от других хроматических аберраций

Продольную хроматическую аберрацию легко отличить от поперечной, так как она возникает чаще в центре кадра и может распространяться на весь кадр. В то же время поперечная (также называемая хроматизмом увеличения) возникает только про краю кадра, хотя и выглядит также как продольная — фиолетовыми и зелеными ореолами вокруг темных объектов на белом фоне.

Еще способ отличить Продольную аберрацию от поперечной:

Продольная аберрация создаёт каёмку одного цвета вокруг объекта в фокусе и другого цвета вокруг объекта вне фокуса. Поперечная даёт разноцветные каёмки у одного объекта в фокусе (чаще фиолетовую и зеленую).

Продольная «лечится» диафрагмированием. Поперечная от него не зависит.

Пример продольной аберрации.

Фото сделано Canon EF 85/1.2 L на полностью открытой диафрагме, слева изображение в фокусе, справа чуть-чуть дефокусировано, чтобы получить зеленую кайму вместо фиолетовой. Это один из способов «бороться» с этой аберрацией, если вас раздражает фиолетовая кайма.

Пример поперечной аберрации с того же источника.

Фото сделано объективами:
A: Cosina 3.5-4.5/19-35 @ 20 mm
B: Cosina 3.8/20
C: Carl Zeiss Distagon 2.8/21

Всё объективы на значении диафрагмы F11 и на камере Canon 5D

Как продольная аберрация исправляется оптически

Исправляется продольная аберрация с помощью так называемых ахроматов, т.е. склеек линз, где одна линза крон, а другая — флинт. Крон это линза с ультранизкой дисперсией света и малым коэффициентом преломления, а флинт наоборот.
Крон раньше делали из флюоритового стекла, что было довольно дорого. Упоминаю об этом потому, что рассматриваемые мной объективы относятся как раз к периоду использования флюорита (Calcium fluoride). Флинт же делали из оксида свинца (Lead oxide). В дальнейшем заменили на более дешевые типы стекла с низкой дисперсией, а оксид свинца заменили тоже на нечто другое ввиду неэкологичности такого производства (это было уже в 2000-ных годах).

В сумме стараются получить эффект минимизации продольной аберрации, т.е. сведения в конечном итоге световых лучей с разной длиной волны в одну точку. Это в идеале, в реальности же идеал невозможен и всегда небольшие аберрации присутствуют.

Ахромат

ахроматическая склейка линз (даблет)

Ахромат способен исправить продольную аберрацию для двух длин волн.

Апохромат

Позже были изобретены Апохроматы, это уже триплет, позволяющий корректировать уже три длины волны.

Не будем останавливаться на всяких патентных тяжбах на ахроматы и апохроматы и лишь приведём схему апохромата.

триплет Апохромат

Вот таким образом мы на простом языке разобрались что такое продольные хроматические аберрации и как с ними борются. Теперь, если вы захотите найти объектив с наименьшими продольными аберрациями вы во-первых посмотрите на название объектива. Ахроматы сейчас уже почти не встречаются даже на вторичном рынке (я мало их видел), а апохроматов достаточно. У них в названии есть приставка APO . Чаще всего это довольно дорогие объективы. В тоже время даже в объективах без такой приставки вы можете поискать апохроматические триплеты и упоминание производителем об использовании флюоритового стекла- — такие объективы будут заранее иметь меньшую продольную аберрацию.

Если же вообще говорить про оптические системы и их аберрации, то в ахроматах уменьшены хроматическая и сферическая аберрации. В апохроматах эти же А. скомпенсированы значительно точнее. В апланатах исправлены хроматические и сферические А., а также . Если, кроме этих А., устранены и кривизна поля, то объектив называют анастигматом. Ортоскопическими называют системы с исправленной дисторсией.

Но будьте осторожны. Вместе с неидеальностью оптических систем устраняется и их индивидуальный рисунок.

Тест на продольные аберрации объективов Carl Zeiss

Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8

Снимок на диафрагмах F4 и F5.6 я сделал специально, чтобы вы наглядно убедились, что диафрагмирование в данном случае влияет на уменьшение продольной аберрации. Хотя снимок становится более тёмным, чётким и аберрации менее заметными, но полностью они не исчезают.

В данном случае объектив Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8 демонстрирует умеренные продольные аберрации. Но он и не может похвастаться большой светосилой, а продольные аберрации это проблема светосильных фиксов.

Canon 50/2.5 Macro

Не берусь проводить тут сравнение, так как солнце здорово слепит и на этом объективе мне удалось попасть в фокус много точнее. В конце статьи будет тест в студийных условиях, где я сфокусируюсь более точно.

Carl Zeiss Planar 50/1.7

Carl Zeiss Aposonnar 200/2

Aposonnar, оптическая схема. Указан ахроматический даблет с линзой из флюорита

а также все APO :

Tele-Apotessar 300/2.8
Tele-Apotessar 500/5.6
Tele-Apotessar 800/8

Carl Zeiss Distagon 21/2.8

Заявлено использование ахроматического даблета. Но возможно не флюорит (про него ничего не сказано).

Студийные тесты на продольную аберрацию

Для всех 50мм объективов (включая 60мм) расстояние до мишени 40см. Наклон оптической оси объектива относительно мишени примерно 40град.

50/[email protected] (слева) vs 50/[email protected]

Carl Zeiss Planar 50/[email protected](слева) vs Carl Zeiss Planar 50/[email protected]

Carl Zeiss Planar 50/[email protected] (слева) vs Carl Zeiss Makro-Planar 60/[email protected]

Carl Zeiss Planar 135/2.8 vs Юпитер-37А 135/3.5

Юпитер-37А 135/[email protected] (слева) vs Carl Zeiss Planar 135/2.8@F4

Выводы

Не стал я размещать дальнейшие картинки так как на мой взгляд итак всё ясно. Среди не-апохроматов достаточно сильны продольные аберрации, но они вовсе не мешают снимать хорошие сюжеты, если не снимать мощный контровый свет, наподобие солнца. Можно вобщем-то и солнце снимать, но на хорошо прикрытых диафрагмах. Никакой мистики тут не получилось. Не скорректированные объективы одного фокусного расстояния имеют примерно одинаковые ХА. Получше на мой взгляд скорректирован Carl Zeiss 85/1.4 , но когда я пробую его использовать на F1.4, то его продольные аберрации ничуть не меньше, чем у остальных, так как он поставлен в невыгодные условия. Carl Zeiss 50/1.4 тоже, как правило используется на полностью открытой диафрагме и соответственно на его снимках вы чаще встретите фиолетовые каёмки.

Следовательно нужно стараться избегать жестко контрового света для большинства объективов.

При всех своих замечательных оптических характеристиках они не могут обеспечить абсолютное сведение лучей в таких условиях. Источник света должен быть чуть выше-ниже, но не «в лоб». Или значительно прикрыта.

Вот, к примеру, свет через туман и проблем нет.

Есть еще некоторое количество светосильных фикс-объективов менее именитых производителей, таких как Samyang и Sigma . Некоторые из них, а в частности Sigma 85/1.4 демонстрируют почти полное отсутствие продольных аберраций.

Как же это объяснить? Наиболее уважаемые производители проигрывают менее известным.

Но в процессе раскопок информации на эту тему я наткнулся на интересный материал, в котором было рассказано как повысить чёткость изображения биноклей (производители Zeiss , Nikon etc.). Оказывается, поскольку хроматические аберрации снижают резкость изображения, то в биноклях некоторые производители поступаются красным спектром и отфильтровывают его на этапе прохождения через бинокль, используя стекло мало пропускающее красный спектр. В результате такой системе остается сфокусировать лишь оставшиеся световые лучи. А чем меньше лучей, тем проще их сфокусировать в одной плоскости и соотвественно выше резкость.

Тогда что мешает поставить стекло, фильтрующее некоторые участки спектра в объектив и тем самым уменьшить хроматические аберрации и увеличить резкость?
Это пока только догадки и требуют подтверждения. Но всё когда-то начиналось с догадок.
А вообще это был бы нечестный приём...

Теперь нужна мишень с непрерывным градиентом цвета и сфотографировать её разными объективами (в частности Samyang 85/1.4 ) для того, чтобы установить истину.

А всем удачных фото! :)

Поперечные хроматические аберрации (lateral chromatic aberrations, axial chromatic aberrations) возникают из-за того, что лучи света с разной длиной волны по-разному преломляются, проходя через стекло. В результате они выходят под разным углом и чем ближе к краю линзы, тем сильнее отличие в угле преломления. По этой же причине в центре такой вид аберраций практически отсутствует (потому и одно из названий аберрации — осевая) и сильно проявляется к краям изображения.

Цвета они могут иметь разные. Чаще всего фиолетово-зеленые или красно-синие.

Как выглядят

Вы, наверное, уже знаете как сделать кадр неотразимым? Если нет - советую вам прочитать статью «Основы композиции в фотографии. 21 совет как сделать кадр неотразимым », применяя эти простые правила ваши фотографии будут притягивать взгляд зрителя как магнит, и уж точно не оставят его равнодушным.

На что обращает внимание зритель, глядя на фотографию? - Сюжет?.. Композиция?.. или еще что?..

Я знаю точно, что не последнюю роль в оценке фотографии играет техническое качество изображения.

Что нужно обывателю от фотографии?

Ему нужно просто запечатлеть момент или событие, и ему абсолютно безразлична художественная и техническая сторона фотографии. Щелк — Готово… В истории семейного архива появилась новая фотография, которую может быть никогда и не просмотрят повторно.

Что нужно начинающему фотографу?

Он обращает внимание на резкость фотографии (ее четкость), пытается передать объем, а дальше начинаются новые заморочки - его уже начинает волновать «правильный свет» — без резких теней, композиция в фотографии , а техническому качеству уделяется еще больше внимания - здесь и цифровой шум , и завал горизонта , и еще целая куча всяких тонкостей…

Вот так вот и появляются профессионалы, давайте и мы будем к этому стремиться.

Сегодня я хотел бы поговорить о том, что же такое «хроматические аберрации», и без фотошопа, точнее как не допустить их появления, а в следующий раз, вы узнаете как бороться с этой напастью в Adobe Photoshop и Lightroom.

Не будем торопить события: обо всем по порядку.

Как говорится: «С чувством, с толком, с расстановкой».

Хроматические аберрации

Начнем с непонятного забугорного слова.

Аберрация - произошло от латинского «aberratio» — уклонение, удаление, отвлечение, или «aberrare» — «ab» — «от» + «errare» — «блуждать», «заблуждаться» (а не отсюда ли произошло слово «error» — ошибаться? Ой… что-то я ухожу от темы). В общем, вы поняли идею - это отклонение от нормы, ошибки, нарушения, погрешности.

Аберрации (искажения) бывают геометрическими и хроматическими (цветовыми).

Все, наверное, слышали про объектив «рыбий глаз» (от английского «fish-eye»), так вот — в данном случае геометрические искажения — задумка.

Примерно так выглядят фотографии сделанные при помощи этого объектива.

Геометрическая аберрация, или по-другому дисторсия, исправляется асферической линзой объектива. У нее более сложный профиль, чем у сферической линзы.

Выглядит она примерно следующим образом.

Хроматические аберрации

Те искажения, которые не смогла устранить эта линза, исправляются в графических редакторах. О дисторсии я подробнее расскажу в следующий раз.

А теперь о грустном - хроматические аберрации .

С ними все сложнее.

Природа этого явления кроется в дисперсии света…

Опять он полез в скучную и занудную физику, возможно, подумали вы… К сожалению, для понимания сути вещей нам придется вспомнить школу, а может быть, и институт…

Дисперсия - разная степень преломления для различных длин волн (в нашем случае это разные цвета).

У красного цвета - максимальное преломление, у фиолетового - минимальное.

Как вы успели заметить, лучи разных цветов фокусируются в разных точках оптической оси - это первый вид хроматических аберраций - «осевая аберрация».

Вы не замечали, что на максимально открытой диафрагме изображения получаются нечеткими (к глубине резкости это не имеет отношения), а связано это с тем, что осевая аберрация проявляется сильнее всего именно на открытой диафрагме.

Осевая аберрация не поддается исправлению в графических редакторах.

Отсюда первый ответ на вопрос «как убрать хроматические аберрации без фотошопа и lightroom?» - не используйте максимально открытую диафрагму.

Производители решают эту проблему следующим образом: они используют низкодисперсные линзы.

В качестве примера приведу ахроматическую линзу, состоящую из двух сортов стекла (крон и флинт).

Хроматические аберрации

Стекла подбираются с учетом минимизации суммарной хроматической аберрации.

Второй вид хроматических аберраций - поперечная аберрация. Проявляется в том, что лучи разных цветов фокусируются в различных точках фотосенсора.

На фотографии это дефект можно увидеть в виде «бахромы» или «контура» на контрастных объектах.

Хроматические аберрации

Сразу оговорюсь, что такие фотографии достаточно сложно найти, несмотря на то, что я пользуюсь дешевым объективом «Nikon 18-105mm f/3.5-5.6G», поэтому для того, чтобы проиллюстрировать этот дефект, я пошел методом от противного — вместо того, чтобы убрать хроматические аберрации — я их усилил. Теперь вы можете наблюдать зеленую кайму по контуру дивана и менее заметную красную по линии руки модели. В реальности они менее заметны.

Дорогие объективы содержат большое количество низкодисперсных и асферических элементов, поэтому они и стоят заметно дороже, зато искажения им не страшны.

Вот и второй ответ на вопрос «как убрать хроматические аберрации без фотошопа и lightroom» — используйте дорогие объективы и вы забудете об этой проблеме.

Конструкция объективов с постоянным фокусным расстоянием менее подвержена хроматическим аберрациям, в отличие от «зумов» (переменное фокусное расстояние). Связано это с тем, что хроматические аберрации на разных фокусных расстояниях проявляются по разному, как следствие — конструкция зумов сложнее. Фиксы качественнее и дешевле зумов.

Вот и третий ответ на вопрос «как убрать хроматические аберрации без фотошопа и lightroom?» — отдавайте предпочтения объективам с постоянным фокусным расстоянием (фиксам) — они и дешевле, и картинка у них лучше. Есть правда у них один недостаток — они не такие универсальные как зумы.

Давайте подведем итог

Для уменьшения осевых аберраций не используйте максимально открытую диафрагму. Помните, что этот вид искажений не убрать в графических редакторах.

Если вы хотите забыть о хроматических аберрациях — используйте дорогие объективы.

Отдавайте предпочтение объективам с постоянным фокусным расстоянием (фиксам).

Покупка дорогого объектива только лишь ради борьбы с хроматическими аберрациями попахивает идиотизмом, поэтому для борьбы с ними используйте графические редакторы.

Хроматические аберрации (также известны как цветовая окантовка или дисперсия) - распространенная проблема линзы, которая возникает, когда цвета неправильно преломляются (изгибаются) в линзе, в результате чего возникает несоответствие в фокусе, где цвета не объединяются как должны.

Для того, чтобы лучше это понять, вспомним, что фокальная плоскость является плоскостью, на которой расположены точки в фокусе, где пучки света должны собраться вместе, чтобы правильно сфокусироваться на сенсоре.

Дело в том, что в зависимости от особенностей вашего , выбранного фокусного расстояния и даже значения , которое вы используете, определенные длины волн (цвет) могут прийти в эти точки до или после установки фокальной плоскости.

Когда это происходит, вы в конечном итоге получаете фотографию с визуальной цветовой окантовкой по краям. Конечно вы можете удалить низкие уровни хроматической аберрации в и , но лучше потратить немного времени, для того чтобы понять, как избежать этого в дальнейшем.

Почему происходят хроматические аберрации?

Хроматическая аберрация происходит потому, что ваша линза работает как призма, преломляя лучи света в зависимости от различных свойств стекла. Помните, что свет на самом деле состоит из волн различной длины (цветов). Таким образом, чтобы сенсор камеры обнаружил сочетания цветов, ваш объектив должен сделать так чтобы все длины волн этого конкретного луча света попали в одну и ту же точку.

Это звучит просто, но вы должны принять во внимание тот факт, что различные длины волн (и, таким образом, различные цвета) попав в объектив все сразу, будут вести себя немного по-другому в зависимости от линзы, через которую они проходят.

Для корректного выравнивания световых лучей можно использовать профессиональные линзы, устраняющие асферические аберрации. При желании можно приобрести элементы объектива, которые предназначены для коррекции преломления света.

Элементы объектива

Секрет коррекционных элементов объектива кроется или в стекле, или в дизайне самого объектива - при определенных условиях это приводит к тому, что на ваших фотографиях больше не проявится хроматическая аберрация. Я не пытаюсь доказать, что вам необходимо приобрести профессиональный объектив, напротив, имейте в виду, что все объективы страдают от хроматической аберрации в той или иной форме. Важно то, имеет ли ваш объектив видимые хроматические аберрации, и можно ли в вашем случае это устранить.

Как избежать хроматической аберрации?

На самом деле хроматическая аберрация может быть эффективно удалена при пост-обработке, если вы снимаете в RAW. Однако, практика утверждает, что вы должны попытаться устранить проблемы в камере, вместо того чтобы создавать себе лишнюю работу в дальнейшем.

Есть хорошие новости для тех, кто любит работать с линзой. Ниже приведены несколько простых советов, которые помогут вам свести к минимуму или совсем избавиться от нежелательных цветовых эффектов на ваших фотографиях.

1. Избегайте сюжетов с высоким контрастом.

Хроматические аберрации, как правило, появляются в сюжетах с высокой контрастностью. Особенно способствуют появлению аберраций съемки напротив белых фонов, пейзажная съемка восхода, заката или съемка, при которой источник света находится позади объекта съемки.

Это означает, что иногда не надо делать ничего, кроме переосмысления своего кадра. Смените фон, чтобы улучшить основной цвет объекта съемки, или подождите более благоприятных условий освещения. Если вам абсолютно точно нужно отснять этот кадр, попробуйте отснять несколько кадров в , при этом, возможно, потребуется пост-обработка фотографии.

2. Проверяйте фокусное расстояние.

Несомненно, приятно иметь доступ к широкому диапазону фокусных расстояний, но факт в том, что большинство зум-объективов проявляют различные аберрации на слишком коротких и длинных расстояниях. Для того, чтобы избежать аберраций, выберите другое фокусное расстояние. Кроме того, с помощью зум-объектива под определенным углом, можно познакомиться не только с хроматическими аберрациями, но другими дефектами в изображении. После того, как вы приобрести себе зум-объектив, научитесь с ним обращаться. Для начала будет неплохо попробовать снимать панораму при определенном фокусном расстоянии так, чтобы избежать хроматических аберраций, а затем заниматься пост-обработкой до безукоризненного результата.

3. Следите за диафрагмой.

Конкретные показания будут зависеть от , но уменьшение диафрагмы обычно помогает снизить заметные цветовые эффекты, в том числе хроматические аберрации. Возможно, потребуется отрегулировать или повысить , чтобы компенсировать потерю света при работе.

4. Переместите ваш объект в центр кадра.

Хроматические аберрации, как правило, происходят чаще всего тогда, как вы находитесь дальше от центра кадра. Это происходит в результате преломления света внутри линзы. Поэтому, иногда достаточно подвинуться ближе к объекту для того, чтобы уменьшить или даже полностью устранить проблему с хроматической аберрацией и другие дефекты линз на фотографии.

Иногда все, что вам может понадобиться в пост-обработке - это обрезать часть проблемного изображения для достижения желаемого кадра. Если вы работаете с небольшими отпечатками или цифровой дистрибуцией, различия между исходником и обработанным фото будут не так заметны.

Таким образом, мы рассмотрели понятие хроматические аберрации, узнали как их избежать, и узнали что поможет вам улучшить качество конечного изображения. Если у вас есть другие советы, не рассматриваемые в статье или комментарии, пожалуйста, поделитесь ими ниже.