Войти
|
|---|
 Расфокусировка.
|
Фотографический пример, показывающий объектив высокого качества (вверху) по сравнению с моделью более низкого качества, демонстрирующей поперечную хроматическую аберрацию (видно как размытие и радужный край в областях контраста.) В оптике, хроматическая аберрация (CA), также называемая хроматическим искажением и сферохроматизмом, является отказом линзы сфокусировать все цвета в одной и той же точке. Это вызвано дисперсией : показатель преломления линзовых элементов изменяется в зависимости от длины волны света. Показатель преломления большинства прозрачных материалов уменьшается с увеличением длины волны. Поскольку фокусное расстояние линзы зависит от показателя преломления, это изменение показателя преломления влияет на фокусировку. Хроматическая аберрация проявляется как «полосы» цвета вдоль границ, разделяющих темные и яркие части изображения.
Сравнение идеального изображения кольца (1) и изображений только с осевым (2) и только поперечная (3) хроматическая аберрация Существует два типа хроматической аберрации: осевая (продольная) и поперечная (боковая). Осевая аберрация возникает, когда свет разных длин волн фокусируется на разном расстоянии от линзы (смещение фокуса). Продольная аберрация типична при больших фокусных расстояниях. Поперечная аберрация возникает, когда разные длины волн фокусируются в разных положениях в фокальной плоскости , потому что увеличение и / или искажение линзы также зависят от длины волны. Поперечная аберрация характерна для коротких фокусных расстояний. Неоднозначное сокращение LCA иногда используется для обозначения продольной или поперечной хроматической аберрации.
Два типа хроматической аберрации имеют разные характеристики и могут возникать вместе. Осевая КА возникает на всем изображении и определяется инженерами-оптиками, оптометристами и специалистами по зрению в диоптриях. Его можно уменьшить, останавливая, что увеличивает глубину резкости, так что, хотя разные длины волн фокусируются на разных расстояниях, они все еще находятся в приемлемом фокусе. Поперечная СА не возникает в центре изображения и увеличивается к краю. На него не влияет остановка.
В цифровых датчиках аксиальный СА приводит к расфокусировке красной и синей плоскостей (при условии, что зеленая плоскость находится в фокусе), что относительно сложно исправить при постобработке, в то время как поперечный СА приводит к красному, зеленая и синяя плоскости имеют разное увеличение (увеличение меняется по радиусам, как в геометрическое искажение ), и их можно исправить, соответствующим образом масштабируя плоскости в радиальном направлении, чтобы они выровнялись.
Хроматическая коррекция видимого и ближнего инфракрасного диапазонов. Горизонтальная ось показывает степень аберрации, 0 - отсутствие аберрации. Линзы: 1: простой, 2: ахроматический дублет, 3: апохроматический и 4: суперахроматический. В ранних версиях использования линз хроматическая аберрация уменьшалась за счет увеличения фокусного расстояния линзы, где это было возможно. Например, это может привести к очень длинным телескопам, таким как очень длинные воздушные телескопы 17 века. Теории Исаака Ньютона о белом свете, состоящем из спектра цветов, привели его к выводу, что неравномерное преломление света вызывает хроматическую аберрацию (что привело его к построить первый телескоп-рефлектор, его ньютоновский телескоп, в 1668 году.)
Существует точка, называемая кругом наименьшего смешения, где хроматическая аберрация может быть минимизирована. Его можно дополнительно минимизировать, используя ахроматическую линзу или ахромат, в котором материалы с разной дисперсией собираются вместе, образуя составную линзу. Самый распространенный тип - ахроматический дуплет с элементами из короны и бесцветного стекла. Это уменьшает количество хроматических аберраций в определенном диапазоне длин волн, хотя и не дает идеальной коррекции. Комбинируя более двух линз разного состава, степень коррекции может быть дополнительно увеличена, как видно на апохроматической линзе или апохроматической линзе. Обратите внимание, что «ахромат» и «апохромат» относятся к типу коррекции (2 или 3 длины волны правильно сфокусированы), а не к степени (насколько расфокусированы другие длины волн), и ахромат, сделанный из стекла с достаточно низкой дисперсией, может дать значительно лучшую коррекцию чем ахромат, сделанный из более обычного стекла. Точно так же преимущество апохроматов заключается не только в том, что они четко фокусируют три длины волны, но и в том, что их ошибка на других длинах волн также довольно мала.
Многие типы стекла были разработаны для уменьшения хроматических характеристик. аберрация. Это стекло с низкой дисперсией, прежде всего стекла, содержащие флюорит. Эти гибридизированные стекла имеют очень низкий уровень оптической дисперсии; только две линзы, изготовленные из этих веществ, могут обеспечить высокий уровень коррекции.
Использование ахроматов стало важным шагом в разработке оптических микроскопов и телескопов.
Альтернативой ахроматическим дублетам является использование дифракционных оптических элементов. Дифракционные оптические элементы могут генерировать произвольные сложные волновые фронты из образца оптического материала, который по существу является плоским. Дифракционные оптические элементы имеют отрицательные дисперсионные характеристики, дополняющие положительные числа Аббе оптических стекол и пластмасс. В частности, в видимой части спектра дифракционные элементы имеют отрицательное число Аббе, равное -3,5. Дифракционные оптические элементы могут быть изготовлены с использованием методов алмазного точения.
Хроматическая аберрация одной линзы приводит к тому, что разные длины волн света имеют разные фокусные расстояния 
Дифракционный оптический элемент с дополнительными дисперсионными свойствами по сравнению со стеклом может использоваться для коррекции цветовой аберрации 
Для ахроматического дублета видимые длины волн имеют примерно одинаковое фокусное расстояние Для дублета, состоящего из двух При контакте тонких линз число Аббе материалов линз используется для расчета правильного фокусного расстояния линз для коррекции хроматической аберрации. Если фокусные расстояния двух линз для света на желтой линии D Фраунгофера (589,2 нм) равны f 1 и f 2, тогда происходит лучшая коррекция для условия:
где V 1 и V 2 - числа Аббе материалов первой и второй линз соответственно. Поскольку числа Аббе положительны, для выполнения условия одно из фокусных расстояний должно быть отрицательным, т. Е. Расходящаяся линза.
Общее фокусное расстояние дублета f определяется по стандартной формуле для тонких линз в контакте:
и указанное выше условие гарантирует, что это будет фокусное расстояние дублета для света на синей и красной линиях фраунгофера F и C (486,1 нм и 656,3 нм соответственно). Фокусное расстояние для света с другими видимыми длинами волн будет таким же, но не в точности равным этому.
Хроматическая аберрация используется во время дуохромного теста глаза, чтобы убедиться, что была выбрана правильная оптическая сила линзы. Пациенту показывают красные и зеленые изображения и спрашивают, какое из них резче. Если рецепт правильный, то роговица, линза и предписанная линза будут фокусировать красные и зеленые длины волн только спереди и сзади сетчатки, что будет иметь одинаковую резкость. Если линза слишком мощная или слабая, тогда один будет фокусироваться на сетчатке, а другой будет гораздо более размытым по сравнению с ним.
В некоторых случаях можно исправить некоторые эффекты хроматической аберрации при цифровой постобработке. Однако в реальных условиях хроматическая аберрация приводит к безвозвратной потере некоторых деталей изображения. Детальное знание оптической системы, используемой для создания изображения, может позволить внести некоторую полезную коррекцию. В идеальной ситуации постобработка для удаления или исправления боковой хроматической аберрации будет включать масштабирование цветных каналов с окантовкой или вычитание некоторых масштабированных версий каналов с окантовкой, чтобы все каналы пространственно правильно перекрывали друг друга в окончательном изображении. 18>
Поскольку хроматическая аберрация сложна (из-за ее связи с фокусным расстоянием и т. Д.), Некоторые производители фотоаппаратов применяют методы минимизации появления хроматической аберрации для конкретных объективов. Почти каждый крупный производитель камер допускает ту или иную форму коррекции хроматической аберрации как в самой камере, так и с помощью собственного программного обеспечения. Программные средства сторонних производителей, такие как PTLens, также способны выполнять минимизацию сложных хроматических аберраций с помощью своей большой базы данных камер и объективов.
На самом деле, даже теоретически совершенные системы уменьшения-удаления-коррекции хроматической аберрации на основе постобработки не увеличивают детализацию изображения, как линзы с оптической коррекцией хроматической аберрации, по следующим причинам:
Вышеупомянутое тесно связано с конкретным сценарием e, который фиксируется, поэтому никакое количество программирования и знаний об оборудовании захвата (например, данных камеры и объектива) не может преодолеть эти ограничения.
Термин «пурпурная окантовка » обычно используется в фотографии, хотя не всю пурпурную окантовку можно отнести к хроматической аберрации. Подобная цветная окантовка вокруг светлых участков также может быть вызвана светом линзы. Цветная окантовка вокруг светлых или темных участков может быть следствием того, что рецепторы для разных цветов имеют разный динамический диапазон или чувствительность - поэтому детали в одном или двух цветовых каналах сохраняются при "размытии" или отсутствие регистрации на другом канале или каналах. В цифровых камерах конкретный алгоритм демозаики может повлиять на очевидную степень этой проблемы. Другой причиной этой окантовки является хроматическая аберрация в очень маленьких микролинзах, используемых для сбора большего количества света для каждого пикселя ПЗС; поскольку эти линзы настроены для правильной фокусировки зеленого света, неправильная фокусировка красного и синего цветов приводит к появлению фиолетовой окантовки вокруг светлых участков. Это одинаковая проблема по всему кадру, и это больше проблема ПЗС-матриц с очень малым шагом пикселя, например, используемых в компактных камерах. Некоторые камеры, такие как серии Panasonic Lumix и более новые Nikon и Sony DSLR, имеют этап обработки, специально предназначенный для его удаления.
На фотографиях, сделанных с помощью цифровой камеры, очень маленькие блики часто могут выглядеть с хроматической аберрацией, хотя на самом деле эффект возникает из-за того, что светлое изображение слишком маленькое, чтобы стимулировать все три цветных пикселя, и поэтому записывается с помощью неправильный цвет. Это может происходить не со всеми типами сенсоров цифровых камер. Опять же, алгоритм устранения мозаики может повлиять на очевидную степень проблемы.
Цвет, переходящий в уголки очков.
Сильная пурпурная кайма видна по краям чуба, гривы и ушей лошади.
Эта фотография сделана с широко открытой диафрагмой объектива, что дает узкую глубину резкости и сильное осевое CA. Кулон имеет фиолетовую окантовку в ближней зоне вне фокуса и зеленую кайму вдали. Снято на камеру Nikon D7000 и объектив AF-S Nikkor 50mm f / 1.8G.
Сильная хроматическая аберрация
Хроматическая аберрация также влияет на черно-белую фотографию. Хотя на фотографии нет цветов, хроматическая аберрация сделает изображение размытым. Его можно уменьшить с помощью узкополосного цветного фильтра или путем преобразования одного цветового канала в черно-белый. Однако это потребует более длительной выдержки (и изменит получившееся изображение). (Это верно только для панхроматической черно-белой пленки, поскольку ортохроматическая пленка уже чувствительна только к ограниченному спектру.)
Хроматическая аберрация также влияет на электронную микроскопию, хотя вместо разных цветов, имеющих разные фокусные точки, разные энергии электронов могут иметь разные фокусные точки.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Хроматическими аберрациями. |
