Искажения объектива — аберрации и виньетирование. Искажения в объективе: все, что должен знать каждый фотограф

© 2013 сайт

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:

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.

Аберрациями в фотографии называют искажения снимков, сформированные системой оптики. В зависимости от природы происхождения аберрации бывают хроматическими и геометрическими. Причиной возникновения хроматических (то есть цветовых) аберраций является неидеальность оптики фотоаппаратов. Фактически этот вид искажения можно назвать свойством объектива, потому что в той или иной мере оно присуще любому из них. Чем ниже качество используемой оптики, тем больше цветовых искажений наблюдается на снимках. Часто на фотографиях, сделанных дешевыми «мыльницами», наблюдается яркая разноцветная кайма, обрамляющая контрастные объекты. Это и есть хроматическая аберрация.

Для минимизации этого вида искажений были созданы специальные ахроматические линзы , состоящие из двух различных сортов стекла. Один из них – крон , обладает низким коэффициентом преломления, второй – флинт , наоборот, высоким. Правильное сочетание этих двух материалов позволяет свести видимую хроматическую аберрацию практически к нулю. Само же оптическое явление, при котором лучи света с разными длинами волн преломляются под разными углами, называется дисперсией стекла .

Не меньшей головной болью начинающих фотографов, чем цветовые, являются аберрации геометрические.

Искажение, при котором точки объекта, расположенные за пределами оптической оси, на снимке отображаются в виде затемнений или линий, называется астигматизмом. Объекты на фотографии при астигматизме выглядят искривленными, изогнутыми и немного размытыми. Таким образом, астигматизм наряду с хроматическими аберрациями оказывает влияние на резкость изображения (пусть и в меньшей степени).

Если контуры объектов на фотографии имеют неестественно вогнутую или выпуклую форму, и это не является художественным замыслом, такой вид геометрической аберрации называется дисторсией . В первом случае (когда линии вогнуты внутрь) речь идет о бочкообразном искажении, во втором – о подушкообразном.

Дисторсии возникают в результате изменения линейного увеличения, обеспеченного оптикой, по полю изображения. Иными словами, световые лучи, проходя через центр линзы, сливаются в точке, расположенной дальше от линзы, чем лучи, которые проходят через ее края. Появлению бочкообразной дисторсии, как правило, способствует применение минимального значения зума, подушкообразной – соответственно, максимального. Наиболее явно искажение проявляется при использовании широкоугольных объективов.

Для снижения дисторсий применяется асферическая оптика. Благодаря включению в конструкцию объектива линзы с эллиптической или параболической поверхностью геометрическое подобие между объектом фотографии и его изображением восстанавливается. Разумеется, стоимость производства таких линз значительно превосходит цену изготовления сферической оптики.

Незначительные проявления дисторсии легко корректируются средствами графического редактора.

Вид геометрической аберрации, препятствующий формированию объективом плоского изображения, называется кривизной поля изображения . При таком искажении в фокусе может находиться или центр изображения, или его края.

Корректировка кривизны поля изображения осуществляется внесением изменений в сборку объектива. При этом обязательным условием является соблюдение правила Пецвала, определяющего качество элементов объектива. Если обратная величина произведения фокусного расстояния и показателя преломления одного элемента в сумме с общим числом элементов дает ноль, значит, этот элемент хорош. Результат этих расчетов именуется суммой Пецвала.

Интересно, что техникой исправления кривизны поля фотографы не владели вплоть до середины XIX века. Но это ничуть не мешало им заниматься художественным фото. Размытые углы и нечеткие края прикрывались замысловатыми виньетками, а портреты (с целью минимизации искажений) обрамлялись в овальные рамы.

Сложная аберрация, влияющая исключительно на световые лучи, проходящие через объектив под углом, называется коматической (или просто комой). На снимках кома проявляется в размытости отдельных точек изображения в форме кометы. «Хвост» кометы при этом может быть направлен к краю снимка (позитивная кома) или к его центру (негативная кома). Это искажение тем заметнее, чем ближе точка к краю снимка. Те же лучи света, которые проходят четко через центр объектива, коматической аберрации не подвержены.

Большинство геометрических аберраций можно снизить при помощи регулировки диафрагмы. Уменьшая ее диаметр, фотограф уменьшает одновременно и количество лучей, попадающих на края объектива. Но пользоваться этой возможностью нужно аккуратно. Потому что чрезмерное дифрагмирование приводит к росту величины дифракции.

– это оптический эффект, ограничивающий детальность снимка вне зависимости от установленного разрешения изображения. Причиной его возникновения является рассеивание светового потока при прохождении через диафрагму. Многие новички, стремясь увеличить глубину резкости, прикрывают диафрагменное отверстие до такой степени, что достигнутая резкость перекрывается сглаживающим действием дифракции. Этот эффект принято называть дифракционным пределом. Знание его величины позволяет избежать проблем с детализацией изображения. Для расчета дифракционного предела используется специальный калькулятор, доступный для бесплатного скачивания на большинстве специализированных сайтов.

При выборе фотоаппарата следует помнить, что объективов без аберраций не существует. Во всяком случае, пока. Даже самая дорогая оптика демонстрирует некоторые искажения изображений. Корректировка одного вида нарушений ведет к усилению другого – и этот процесс не имеет конца. Но для того, чтобы стать хорошим фотографом, совершенно необязательно дожидаться изобретение идеальной линзы. Достаточно изучить особенности конкретного объектива – и нивелировать его недостатки собственным мастерством.

Как и любой «неидеальной» оптической системе, человеческому глазу свойственны оптические дефекты — аберрации, которые снижают качество зрения, искажая изображение на сетчатке. Аберрация — это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой при его прохождении через всю оптическую систему глаза.

В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему. Так, глаз без аберраций имеет плоский волновой фронт и дает наиболее полноценное изображение на сетчатке точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого зависит только от диаметра зрачка). Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих свет поверхностей глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, в результате чего изображение на сетчатке получается более крупным и асимметричным.

Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального. Немецкий математик Зернике (Zernike) ввел математический формализм, использующий серии полиномов для описания аберраций волнового фронта. Полиномы первого и второго, т. е. низших порядков, описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации — близорукости, дальнозоркости и астигматизма. Менее известны полиномы высших порядков: третий соответствует коме — это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. В ее основе лежит асимметрия оптических элементов глаза, в результате которой центр роговицы не совпадает с центром хрусталика. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена неравномерностью преломляемой силы хрусталика в различных его точках. Более высокие порядки известны как нерегулярные аберрации.

Как измеряется волновой фронт

Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Зернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины световой волны (критерий Марешаля). Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке. Для определения аберраметрии зрительной системы человека используется специальный прибор — аберрометр. В клиниках «Эксимер» использует аберрометр Wave Scan компании «VISX Inc» (США).

В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах.

Первый из них — это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry) . На сетчатку проецируются два параллельных лазерных луча с длиной волны 650 нм и диаметром 0,3 мм, один из которых падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от него. Далее регистрируется степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча, и таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка.

Второй принцип — анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry). Широко применялся в астрономии для компенсации аберраций в телескопах при прохождении через атмосферу и космическое пространство. С помощью диодного лазера с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз. Каждая микролинза собирает неискаженные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций. На этом принципе построена работа Wave Scan.

Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. В настоящее время этот способ применяется в качестве субъективного аберрометра, требующего активного участия пациента. В ходе исследования через вращающийся диск с отверстиями 1 мм, расположенный на одной оптической оси со зрачком, в глаз направляется пучок света. При вращении диска узкие параллельные пучки света проходят через каждую точку зрачка и при отсутствии аберраций проецируются на фовеолу, куда направлен другой луч с контрольной меткой в виде крестика. Если у пациента имеется близорукость, дальнозоркость, астигматизм или другие аберрации более высоких порядков, то он заметит несовпадение этих точек с крестиком и с помощью специального устройства должен будет их сопоставить. Угол, на который он смещает точку, отражает степень аберраций.

Разнообразие офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах действия, делает реальным не только качественную, но и количественную оценку аберрации низших и высших порядков, а также влияющих на них факторов.

Основные причины появления аберраций в оптической системе глаза

• Формы и прозрачность роговицы и хрусталика; состояние сетчатки; прозрачность внутриглазной жидкости и стекловидного тела.
• Увеличение диаметра зрачка . Если при диаметре зрачка равном 5,0 мм превалируют аберрации 3—го порядка, то при его увеличении до 8,0 мм возрастает доля аберраций 4 —го порядка. Рассчитано, что критический размер зрачка, при котором аберрации высших порядков оказывают наименьшее влияние, составляет 3,22 мм.
• Аккомодация . Отмечено, что с возрастом аберрации увеличиваются, и в период от 30 до 60 лет аберрации высшего порядка удваиваются. Возможно, это связано с тем, что со временем эластичность и прозрачность хрусталика уменьшается, и он перестает компенсировать роговичные аберрации. Аналогично происходит и при спазме аккомодации.
• Спазм аккомодации встречается достаточно часто у людей разного возраста. В офтальмологии под спазмом аккомодации понимается излишне стойкое напряжение аккомодации, обусловленное таким сокращением ресничной мышцы, которое не исчезает под влиянием условий, когда аккомодация не требуется. Проще говоря, спазм аккомодации — это длительное статичное перенапряжение, глазной мышцы, например, из-за длительной работы за компьютером и возникновение вследствие этого компьютерного синдрома. Спазмы аккомодации могут развиваться при всех рефракциях (включая астигматизм). Спазм аккомодации вызывает ложную близорукость или усиливает близорукость истинную.
• Состояние слезной пленки. Была обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза. Одна из разновидностей нарушения слезной пленки — синдром сухого глаза .
  Синдром сухого глаза возникает в связи с пересыханием поверхности роговицы от редкого моргания и непрерывного смотрения на объект работы. Исследования показали, что при работе на компьютере, а также при чтении человек моргает в три раза реже, чем обычно. В результате чего слезная пленка высыхает и не успевает восстанавливаться. Причинами возникновения синдрома сухого глаза могут быть: большие нагрузки на глаза при чтении и работе за компьютером, сухой воздух в помещениях, неправильное питание с недостаточным количеством витаминов, большая загрязненность воздуха, прием некоторых медикаментов.
• Ношение контактных линз. Выявлено, что мягкие контактные линзы могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие контактные линзы значительно уменьшают аберрации 2-го порядка. Однако асферичность поверхности жестких контактных линз может быть причиной сферических аберраций. Асферические контактные линзы могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические контактные линзы. Мультифокальные контактные линзы могут индуцировать аберрации по типу комы и 5—го порядка.

В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной коррекции зрения (Super Lasik, Custom Vue ) на основе аберрометрии, которая позволяет, максимальным образом компенсируя все возможные искажения в зрительной системе, добиваться отличных результатов в практически любых сложных случаях.

Коррекция искажений помогает скомпенсировать огрехи, присутствующие практически в каждом снимке камеры. К ним могут относиться затемнение углов кадра, искривление исходно прямых линий или цветная кайма вокруг контрастных границ. Несмотря на то, что они могут быть не особо заметны в исходном снимке, польза от их компенсации есть всегда. Однако при неаккуратном применении коррекция искажений может даже ухудшить снимок, и к тому же, в зависимости от предмета съёмки, некоторое несовершенство может оказаться только на пользу.

Результаты коррекции виньетирования, дисторсии и хроматических аберраций.
В масштабе 1:1 разница была бы ещё более заметна.

Общие сведения

Чаще всего коррекция призвана выправить один из трёх недостатков:

1. Виньетирование проявляется как нарастающее затемнение по направлению к краям кадра.
2. Дисторсия выражается в искривлении исходно прямых линий внутрь (бочка) или наружу (подушка).
3. Хроматические аберрации приводят к появлению цветной каймы на контрастных границах.

Однако программы коррекции искажений, вносимых объективом, обычно способны повлиять лишь на один вид искажений, потому важно уметь их различать. Следующие разделы описывают типы и причины появления искажений, рассказывают, когда их можно скорректировать, а также объясняют, как для начала минимизировать их влияние.

Всё, что написано в этой главе, в той или иной мере касается любой программы коррекции искажений, но уместно упомянуть и наиболее известные из них: это Adobe Camera RAW, Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens.

1. Виньетирование

Этот термин описывает прогрессирующее снижение освещённости по направлению к углам кадра, и оно, пожалуй, проще всего поддаётся наблюдению и коррекции.

Внутреннее виньетирование	Физическое виньетирование	Коррекция виньетирования

Обратите внимание, что внутреннее виньетирование наиболее очевидно только
в левом верхнем и правом нижнем углах в связи с особенностями предмета съёмки,
хотя в действительности эффект во всех углах одинаков.

Типы и причины . Виньетирование может быть отнесено к одной из двух категорий:

• Физическое виньетирование зачастую не поддаётся коррекции, иначе как кадрированием или ручным осветлением/клонированием. Проявляется как сильное, резкое затемнение, обычно только на самых краях кадра. Возникает вследствие применения серии фильтров или фильтров с толстой оправой, бленд и других объектов, физически блокирующих свет по краям кадра.
• Внутреннее* виньетирование обычно легко устранить. Проявляется как прогрессирующее и обычно слабое затемнение по направлению от центра снимка. Возникает вследствие особенностей конструкции объектива и камеры. Обычно наиболее заметно на низших f-ступенях, в широкоугольных и телеобъективах, при наведении на удалённые объекты. Цифровые зеркальные камеры с урезанными сенсорами обычно менее подвержены виньетированию, поскольку затемнённые края оказываются откадрированы (при использовании полнокадровых объективов).

*Техническое примечание: внутреннее виньетирование делится на две подкатегории: оптическое и натуральное виньетирование. Первое можно минимизировать, закрыв диафрагму объектива (увеличив f-ступень), однако второе не зависит от настройки объектива. Как следствие, его невозможно избежать, если только нет возможности использовать объектив с меньшим углом зрения или же специальный компенсирующий фильтр, который задерживает часть света по направлению к центру изображения (не распространены, за исключением фильтров для камер большого формата).

Photoshop: регуляторы
коррекции виньетирования

Коррекция . Виньетирование зачастую может быть исправлено простым изменением регулятора количества (amount), хотя порой требуется также задать центр виньетирования, используя регулятор центральной точки (midpoint), хотя нужно это редко. Однако коррекция попутно усилит визуальный шум по краям, поскольку принцип её работы заключается по сути в применении радиального градиентного нейтрального светофильтра .

Искусственное виньетирование . Некоторые фотографы в действительности добавляют виньетку к своим снимкам, чтобы привлечь внимание к центральному предмету, а также чтобы визуально уменьшить жёсткость границ кадра. Однако применять её стоит уже после финального кадрирования (заимствуя из английского, этот приём называют виньетированием "пост-кроп").

2. Дисторсия: бочка, подушка и перспектива

Этот термин описывает искривление исходно прямых линий внутрь или наружу, которое может повлиять на отображение объёма:

Синяя точка отображает направление
камеры; красные линии отмечают
сходимость параллельных прямых.

• Подушка . Она появляется, когда исходно прямые линии искривляются внутрь кадра. Обычно ей подвержены телеобъективы или дальнее фокусное расстояние вариобъектива (зума).
• Бочка . Появляется, когда исходно прямые линии искривляются наружу. Обычно присуща широкоугольным объективам или широкоугольному (ближнему) фокусному расстоянию вариобъектива.
• Искажение перспективы* . Проявляется в сходимости исходно параллельных прямых. Его причиной является положение камеры (оно появляется, если линия зрения камеры не перпендикулярна параллельным прямым); на примере деревьев или архитектуры это обычно означает, что камера не направлена к линии горизонта.

При съёмке пейзажей обычно наиболее заметны искажения горизонта и деревьев. Положение линии горизонта в центре кадра может помочь минимизировать влияние всех трёх видов дисторсии.

Коррекция . К счастью, каждый из вышеприведенных типов дисторсии поддаётся коррекции. Однако применять её следует, только когда это необходимо, - например, когда предмет съёмки содержит выраженно прямые линии или имеет чёткую геометрию. Чаще всего наиболее чувствительна к дисторсии архитектурная съёмка, тогда как в пейзажах она значительно менее заметна.

Программы обработки изображений обычно предлагают регуляторы для бочки/подушки, а также перспективных искажений по горизонтали и вертикали. Не забудьте использовать координатную сетку (если возможно), чтобы упростить себе оценку результатов обработки на предмет прямоты и параллельности линий.

Недостатки . Поскольку края кадра в процессе коррекции дисторсии искривляются, обычно требуется кадрирование, которое может повлиять на композицию. Кроме того, коррекция перераспределяет разрешение в изображении; в результате удаления подушки края станут несколько резче (за счёт центра), тогда как удаление бочки усилит резкость в центре (за счёт краёв). Например, для широкоугольных объективов бочка обычно является способом борьбы с размытием краёв, которое типично для объективов этого типа.

3. Хроматические аберрации

Хроматические аберрации (ХА) проявляются как неприглядная цветная кайма на контрастных границах. В отличие от предыдущих двух недостатков объективов, хроматические аберрации обычно видны только при просмотре снимка на экране в полном размере или в отпечатках большого размера.

Вышеприведенная коррекция эффективна, поскольку присутствуют
преимущественно радиальные ХА, которые легко удалить.

Типы и причины . Хроматические аберрации, пожалуй, наиболее разнообразны и сложны в подавлении, а их влияние существенно зависит от предмета съёмки. К счастью, феномен ХА можно достаточно легко понять, разделив его на три составляющих:

Технические примечания. Чистые радиальные ХА случаются, когда каналы цветности изображения записывают различные относительные размеры (однако все они находятся в чётком фокусе). Чистые соосные ХА возникают, когда каналы цветности имеют одинаковый относительный размер,
но некоторые из них находятся не в фокусе. В случае окрашивания может иметь место комбинация
радиальных и соосных ХА, однако в масштабах микролинзы сенсора , а не объектива .

• Радиальные хроматические аберрации устранить проще всего. Они проявляются как двуцветная кайма в направлениях от центра изображения и нарастают к его краям. Обычно кайма бывает сине-фиолетовой, но может присутствовать и сине-жёлтый компонент.
• Соосные хроматические аберрации коррекции не поддаются, либо она возможна лишь частично, с нежелательными эффектами в других частях изображения. Проявляются как одноцветное гало вокруг контрастной границы и меньше зависят от положения в кадре. Гало зачастую приобретает пурпурный оттенок, его цвет и размер могут порой быть улучшены некоторым смещением фокусировки объектива вперёд или назад.
• Окрашивание засветок обычно коррекции не поддаётся. Это уникальный феномен цифровых сенсоров , который приводит к избирательным засветкам - на уровне сенсора создаются цветные пятна, обычно синие или пурпурных оттенков. Наиболее часто они случаются в резких, зеркальных засветках при использовании компактных камер с высоким разрешением. Классическим примером являются границы верхушек деревьев и листва в ярком белом небе.

Некоторая комбинация разных типов ХА присутствует в любом снимке, однако их сравнительное влияние может существенно меняться в зависимости об выбранного объектива и предмета съёмки. Как радиальные, так и соосные ХА более заметны в дешёвых объективах, тогда как окрашивание засветок более заметно в старых компактных камерах; все они становятся более заметны при высоком разрешении.

Примечание : хотя соосные ХА и окрашивание обычно равномерны по всем границам, они могут не выглядеть таковыми, в зависимости от яркости и цвета конкретной границы. В связи с этим их зачастую путают с радиальными ХА. Радиальные и соосные ХА порой также называют поперечными (латеральными) и продольными, соответственно.

Коррекция хроматических аберраций может существенно повлиять на резкость и качество изображения - особенно по краям кадра. Однако лишь некоторые компоненты ХА могут быть удалены практически полностью. Сложность состоит в том, чтобы определить и применить соответствующий инструментарий к каждому из компонентов по отдельности - не усугубив при этом остальные. Например, подавляя соосные ХА в одной части изображения (ошибочно используя для этого инструментарий для радиальных ХА), вы скорее всего ухудшите внешний вид остальных частей.

Начните с обработки высококонтрастной границы вблизи края кадра и контролируйте процесс, используя для оценки эффективности экранный масштаб 100-400%. Зачастую лучше всего начинать с радиальных ХА, используя регуляторы красно-голубого и сине-жёлтого, посколькуих проще всего удалить. Затем всё, что осталось, скорее всего является комбинацией соосных ХА и окрашивания, которые можно уменьшить, используя инструмент для удаления каймы (Photoshop: "Defringe"). Неважно, с каких параметров настройки вы начнёте, здесь результата добиваются исключительно опытным путём.

Фрагмент из верхнего левого угла предыдущего снимка.

Впрочем, не стоит надеяться на чудо; некоторое окрашивание и соосные ХА практически всегда присутствуют. Особенно это заметно на источниках освещения ночью, звёздах и прямых отражениях от металла и воды.

Автоматические профили коррекции объективов

Многие современные программы обработки снимков в формате RAW могут корректировать недостатки объективов, используя предустановки для широкого набора сочетаний камер и объективов. Если эта возможность доступна, она может сэкономить массу времени. Adobe Camera RAW (ACR), Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens предоставляют такую возможность в своих последних версиях.

Не бойтесь регулировать корректировку от стандартного значения до 100% (полная коррекция). Кто-то предпочтёт сохранить некоторую виньетку и дисторсию, но при этом полностью устранить хроматические аберрации, например. В случае ХА, впрочем, наилучшие результаты обычно достигаются последующей доводкой вручную.

Если вы используете коррекцию объектива как часть процесса обработки фотографий, очерёдность её применения может повлиять на результат. Шумоподавление обычно более эффективно до коррекции ХА, однако повышение резкости следует производить после удаления ХА, поскольку может на него повлиять. Впрочем, если вы используете программы обработки формата RAW, незачем беспокоиться о порядке применения - он будет правильным.

Дополнительная информация

Смежные темы освещаются в следующих статьях:

• Порядок обработки изображений
  Хороший способ понять, на каком этапе должна производиться коррекция объектива.
• Качество объектива: ЧКХ, разрешение и контраст
  Обзор остальных параметров объектива, влияющих на качество изображения.
• Что такое объективы
  Интерактивная визуализация принципов работы объектива для начинающих.

Я думаю, многие читатели не раз замечали, что изображение на фотографии отличается от того, что мы видим своими глазами. Отчасти это связано с особенностями передачи перспективы при разном фокусном расстоянии. Об этом подробнее можно почитать в статье про . Помимо этого, на изображении могут появляться дефекты в виде цветовых ореолов на контрастных участках, затемнения кадра по краям и изменения геометрии объектов. Эти недостатки можно смело отнести к оптическим искажениям объективов, вот о них и поговорим в сегодняшней статье.

Дисторсия

Дисторсия — это геометрическое искажение прямых линий, когда они выглядят искривленными. Не стоит путать дисторсию и искажение перспективы, в последнем случае прямые параллельные линии становятся сходящимися, но не искривляются. Существует два типа дисторсии по виду воздействия на картинку: подушкообразная — когда линии вогнутые и бочкообразная — когда они выпуклые.

Подушкообразная дисторсия, нормальное изображение и бочкообразная дисторсия

Конечно на практике изображение редко принимает такие уродливые формы, как на схеме. Более реальным примером эффекта может служить фотография в начале статьи с небольшой бочкообразной дисторсией.

В первую очередь дисторсия видна на зум-объективах, причем чем больше кратность зума, тем сильнее она заметна. Обычно в широкоугольном положении можно наблюдать «бочку», а в теле — «подушку». Между крайними положениями объектива недостатки оптики становятся не такими заметными. Кроме этого уровень искажений может изменятся и от дистанции до объекта, в некоторых случаях близкий объект может быть им подвержен, а отдаленный получится на фотографии нормально.

Хроматически аберрации

Второй вид оптических искажений, которые мы рассмотрим — это хроматические аберрации, довольно часто можно встретить сокращенное «ХА». Хроматические аберрации вызваны разложением белого света на цветовые составляющие, из-за чего объект на снимке имеет немного разные размеры в разных цветах и как следствие по его краю появляются цветные контуры. Часто невидимые в центре кадра, они становятся заметны у объектов расположенных ближе к краям изображения. ХА не зависят ни от значения фокусного расстояния, ни от диафрагмы, но чаще и сильнее проявляются опять же в зум-объективах. Это обусловлено необходимостью внесения в оптическую схему дополнительных элементов для устранения эффекта, что для объективов с переменным фокусным расстоянием заметно сложнее, чем для фиксов.

На снимке слева ХА особенно заметны на волосах (фиолетовый контур) и на решетке окон (бирюзовый).

Нельзя сказать, что хроматические аберрации сильно портят снимок, но на конрастных объектах, особенно в контровой подсветке они становятся весьма заметны и довольно сильно бросаются в глаза.

Виньетирование

Последний пункт — виньетирование, иными словами затемнение областей по краям кадра. Обычно его можно заметить на широкоугольных объективах при максимально открытой диафрагме. Этот эффект встречается довольно редко.

Не стоит путать виньетирование вызванное недостатками оптики и появившееся из-за дополнительных аксессуаров. На картинке выше края получились черными из-за нескольких достаточно толстых светофильтров накрученных на объектив. Аналогичный эффект может получится и при навинчивании длинной бленды.

Изначально все оптические искажения напрямую зависят от класса и типа оптики, которую вы используете. Дорогие серии объективов имеют сложные схемы расположения линз и множество дополнительных элементов, что сводит к минимуму подобные нежелательные эффекты. Более дешевые объективы, особенно зумы, вследствие упрощения конструкции, намного сильнее подвержены подобным проблемам.

Спешу разочаровать читателей, объективов полностью лишенных вышеперечисленных проблем просто нет. В той или иной степени даже дорогие модели оптики с постоянным фокусным расстоянием все равно искажают картинку, правда заметно это в основном по краям кадра. Хорошая новость в том, что в большинстве своем эти эффекты не очень сильно портят картинку и довольно легко могут быть устранены программно (об этом поговорим в следующей статье). Кроме этого на камерах с неполноформатной матрицей, а это все любительские зеркалки, края изображения в любом случае обрезаются и при использовании хорошей оптики видимые искажении минимальны.