Хроматична аберація

хроматична

хроматична

Хроматична аберація— різновид аберації оптичної системи, обумовлена ​​залежністю показника заломлення середовища від довжини хвилі випромінювання, що проходить через неї (тобто дисперсією світла) [1] . Через паразитну дисперсію фокусні відстані не збігаються для променів світла з різними довжинами хвиль (променів різних кольорів).

  • хроматизм становища;
  • хроматизм збільшення;
  • хроматичні різниці геометричних аберацій.

Хроматичні аберації призводять до зниження чіткості зображення, а іноді також і появи на ньому кольорових контурів, смуг, плям - артефактів.

Зміст

При проходженні світла через оптичне скло чи інші оптичні матеріали спостерігається дисперсія. Це у тому, що показник заломлення середовища залежить від довжини хвилі випромінювання (різних кольорів).

Показник заломлення синіх променів, як правило, більший, ніж червоних, тому фокус (точка) синіх променів F b l u e > розташований ближче до задньої головної точки лінзи, ніж фокус червоних променів F r e d > . Звідси випливає, що промені, отримані розкладанням білого світла, матимуть різну фокусну відстань. Єдиної фокусної відстані одна лінза не існує, а є сукупність фокусних відстаней — по одному фокусу на промінь кожного кольору.

При цьому зображення предмета в променях різного кольору будуть знаходитись на різних відстанях від задньої головної точки. Якщо наводити на різкість по червоним променям, зображення у синіх променях буде не у фокусі, і навпаки.

Конструкція фотографічних об'єктивів розрахована усунення хроматичних аберацій. Система лінз, що виконують зближення фокусів двох (наприклад, синіх та жовтих) променів, називаєтьсяахроматичною(ахроматизованою [2] ), а при зближенні фокусів трьох променів -апохроматичної, чотирьох -суперахроматичної.

Хроматизм положення викликає значну нерізкість зображення, тому при чорно-білій зйомці моноклем і перископом, у яких він не усунений, після встановлення на різкість потрібно ввести додаткову поправку на положення об'єктива щодо світлочутливого елемента p, що визначається за формулою:

Необхідність у виправленні викликається тим, що при візуальному наведенні зображення через підвищену чутливість ока до жовтих променів встановлюється в їх фокусі, а не у фокусі синьо-фіолетових променів, до яких найбільш чутливий чорно-білий несенсибілізований фотоматеріал. Синьо-фіолетові промені, будучи не у фокусі, утворюють значні «кухлі розсіювання», що зменшують різкість зображення.

Хроматизм положення може бути виправлений шляхом комбінування збірної та розсіювальної лінз. Лінзи повинні складатися з оптичних стекол і мати різну дисперсію [3] . При проходженні через першу лінзу промінь відхилиться до оптичної осі та диспергує. Увійшовши в другу лінзу, промінь трохи відхилиться у зворотний бік і повторно диспергує, але у зворотному напрямку. В результаті хроматична аберація першої лінзи компенсується другою, "негативною", лінзою, і промені різних кольорів зберуться в одній точці. Такі лінзи, що виправляють хроматизм положення, називаються ахроматичними лінзами (ахроматами).

Ахроматичні лінзи використовують у багатьох сучасних об'єктивах. Ахроматизувати окремий елемент оптичної системи або їхню комбінацію далеко не завжди необхідно; достатньо, щоб усі елементи загалом компенсували дисперсію один одного.

Для зменшення хроматичних аберацій уконструкціях оптичних приладів (об'єктивів, біноклів, мікроскопів, телескопів тощо) можуть застосовуватися такі оптичні елементи, як лінзи з особливих оптичних стекол (курцфлінт, лангкрон), дзеркала або зонні пластинки.

Хроматизм збільшення (також називаєтьсяхроматичною різницею збільшення) - хроматична аберація, при якій зображення одного і того ж предмета в променях різного кольору мають дещо різний розмір. Чи не зменшується від діафрагмування, як і від збільшення.

Для кольорового зображення в цифровій формі хроматизм збільшення може бути певною мірою виправлений програмним шляхом. Для точного зведення трьох компонентів зображення (червоний, зелений та синій) необхідно для двох з них змінити масштаб, залишаючи нерухомою ту точку, де проходила оптична вісь (зазвичай це центр кадру). У багатьох перетворювачах raw-файлів така функція є, але оптичне коригування краще, тому що в складних об'єктивах присутні й інші аберації, які простими перетвореннями не виправляються і індивідуальні для кожної моделі об'єктива, внаслідок чого стає складно виділити хроматизм збільшення програмно. Хороша корекція хроматизму збільшення неможлива, коли об'єктив погано працює у контровому світлі. Виправлення хроматизму збільшення на комп'ютері покращує якість зображення, але все ж таки краще знімати фотографії тими об'єктивами, які мають мінімальні аберації. Так, об'єктиви з фіксованою фокусною відстанню зазвичай мають суттєво менші аберації, ніж трансфокатори.

У загальному випадку кожна геометрична аберація залежить від кольору. Так, наприклад, сферична аберація може бути різною для синіх і для червоних променів («сферохроматизм») та/або хроматична різниця абераційпохилих пучків [4] . Перераховане також можна вважати хроматичними абераціями, оскільки побічні ефекти від їх впливу, загалом аналогічні побічним ефектам від хроматизмів положення та збільшення.

У багатьох сучасних фотокамерах хроматизм збільшення виправляється автоматично. Коригування виконується процесором камери під час запису файлу (наприклад, JPEG). Під час зйомки в RAW коригування можна виконати пізніше - при обробці файлу RAW. Програмне коригування хроматизму збільшення не знижує чіткість знімка.

У той самий час, хроматизм становища може бути виправлений програмної обробкою. Багато надсвітлосильних об'єктивів, включаючи професійні моделі [5] , мають виражений хроматизм положення на відкритих діафрагмах. Як правило, хроматизм положення перестає бути помітним при закритті діафрагми f/2.8-f/4.