ابیراهی رنگی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از کج‌نمایی رنگی)
پرش به ناوبری پرش به جستجو
فارسیрусский
بیراهش نوری
Barrel distortion.svg اعوجاج

Spherical aberration 3.svg بیراهش کروی
Lens coma.svg کما
Astigmatism.svg تاری نامتقارن
Field curvature.svg انحنای میدان پتزوال
Lens6a.svg بیراهش رنگی
عدم وضوح
تیلت

در عکس بالایی خطوط از نظر رنگ دارای انطباق و وضوح کافی هستند ولی در عکس پایینی که با یک لنز واید گرفته شده است، کج‌نمایی رنگی به شدت آشکار است.

کج‌نمایی رنگی یا ابیراهی رنگی، در علم نورشناسی که با علامت اختصاری CA نیز نشان داده می‌شود، عبارت است از عدم انطباق رنگ‌های نور شکست یافته در محل همگرایی (تصویر)، که باعث ایجاد تصویر غیر واضح می‌گردد. این حالت بخاطر ضریب شکست متفاوت رنگ‌ها در عدسی ایجاد می‌شود.

انحراف تصویر حاصل از دستگاه نوری از تصویر واقعی، کج‌نمایی می‌باشد که در تصویرسازی با نورهای مرکب به دلیل وجود طول موج‌های مختلف نور، کج‌نمایی رنگی خواهیم داشت.

کج‌نمایی رنگی در حاشیه‌های تاریک و روشن تصویر خودنمایی می‌کند، چون در این نقاط رنگ‌ها بواسطه ضرایب‌ شکست متفاوت بر روی یک نقطه منطبق نمی‌شوند، و این بخاطر این است که نقطه کانونی در هر لنزی بسته طول موج نور ورودی متفاوت است.

کج‌نمایی رنگی[ویرایش]

کج‌نمایی رنگی[پانویس ۱]به علت تفاوت در ضریب شکست طول موج‌های مختلف نور در لنز بوجود می‌آید. ضریب شکست لنز، با افزایش طول موج کم می‌شود. وقتی از نور تک فام استفاده کنیم، دیگر این نوع کج‌نمایی را نخواهیم داشت. این کج‌نمایی خودش را به صورت فرانژهای رنگی در مرزهای تصویر نشان می‌دهد که قسمت‌های تاریک و روشن تصویر را از هم جدا می‌کند. از آن جایی که طول کانونی لنز به ضریب شکست وابسته‌است، طول موج‌های مختلف نور در نقاط متفاوت متمرکز خواهد شد.

انواع کج‌نمایی رنگی[ویرایش]

دو نوع کج‌نمایی رنگی طولی و عرضی وجود دارد.

کج‌نمایی رنگی طولی (محوری)، زمانی اتفاق می‌افتد که طول موج‌های مختلف نور در فاصله‌های مختلف نسبت به لنز، یعنی نقاط مختلف روی محور اپتیکی، متمرکز شده باشند. در نتیجه تصاویر قرمز و بنفش یک نقطه شی دور از محور، روی محور طولی از هم جدا می‌شوند.

کج‌نمایی رنگی عرضی، زمانی اتفاق می‌افتد که طول موج‌های مختلف نور در فاصله‌های مختلف روی صفحه کانونی متمرکز شده باشند. این دو نوع کج‌نمایی ویژگی‌های متفاوتی دارند و حتی هم‌زمان هم می‌توانند اتفاق بیفتند.

کاهش کج‌نمایی[ویرایش]

در ابتدایی‌ترین زمان استفاده از لنز، کج‌نمایی رنگی با افزایش طول کانونی لنز تا جای ممکن، کاهش داده می‌شد. کج‌نمایی رنگی می‌تواند بوسیله یک لنز بی‌رنگ‌کننده[پانویس ۲] کاهش پیدا کند که در این لنز مواد با پراکندگی‌های متفاوت کنار هم جمع شده‌اند تا یک لنز مرکب را تشکیل بدهند. ساده‌ترین نوع آن یک لنز دوتایی بی‌رنگ‌کننده است که کج‌نمایی رنگی را در یک پهنای طول موجی مشخص کاهش می‌دهد، اگر چه تصحیح فوق‌العاده‌ای ایجاد نمی‌کند. با ترکیب کردن بیش از دو لنز با ترکیبات متفاوت درجه تصحیح کج‌نمایی می‌تواند افزایش پیدا کند. انواع زیادی از شیشه تا به حال برای کاهش کج‌نمایی رنگی تولید شده‌است. این شیشه‌ها پراکندگی بسیار کمی دارند و معمولاً از جنس فلوریت هستند. تولید این لنزهای بی‌رنگ‌کننده، یک گام مهم در توسعه میکروسکوپ‌ها و تلسکوپ‌های اپتیکی بوده‌است.

جایگزین لنزهای دوتایی بی‌رنگ‌کننده، استفاده از عناصر اپتیکی شکننده نور[پانویس ۳] است. این عناصر اپتیکی شکنندهٔ نور، دقیقاً همان ویژگی‌های پراکندگی شیشه را دارد.

کج‌نمایی رنگی باعث طول موج‌های مختلف در فواصل متفاوتی شکست پیدا کنند.
عنصر نوری با خاصیت پراکندگی برای اصلاح
دو عدسی مکمل (کراون و فلینت) برای اصلاح کج‌نمایی

واژه‌نامه[ویرایش]

  1. chromatic aberration
  2. achromatic lens
  3. diffractive optical elements

جستارهای وابسته[ویرایش]

کتاب‌ها[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

На изображениях показано прохождение лучей света через линзы. При этом наблюдается разложение света в спектр в результате дисперсии.
  1. Расстояние от линзы до точки пересечения луча с оптической осью линзы разное для каждого луча спектра. Лучи не собираются в одну точку (нет единого фокусного расстояния). Наблюдается хроматизм — различие фокусных расстояний, составляющих света.
  2. Уменьшение хроматизма с помощью ахроматической линзы
Пример аберрации

Хромати́ческая аберра́ция — разновидность аберрации оптической системы, обусловленная зависимостью показателя преломления среды от длины волны проходящего через неё излучения (то есть, дисперсией света)[1]. Из-за паразитной дисперсии фокусные расстояния не совпадают для лучей света с разными длинами волн (лучей разных цветов).

Различают:

  • хроматизм положения;
  • хроматизм увеличения;
  • хроматические разности геометрических аберраций.

Хроматические аберрации приводят к снижению чёткости изображения, а иногда также и к появлению на нём цветных контуров, полос, пятен — артефактов.

Хроматизм положения

Схема исправления хроматизма положения.
1 — крон (стекло);
2 — флинт;
3 — зелёный луч;
4 — точка сведе́ния синего и красного лучей

При прохождении света через оптическое стекло или другие оптические материалы наблюдается дисперсия. Это явление заключается в том, что показатель преломления среды зависит от длины волны излучения (разных цветов).

Показатель преломления синих лучей, как правило, больше, чем красных, поэтому фокус (точка) синих лучей расположен ближе к задней главной точке линзы, чем фокус красных лучей . Отсюда следует, что лучи, полученные разложением белого света, будут иметь различное фокусное расстояние. Единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний — по одному фокусу на луч каждого цвета.

Разность называется «хроматизмом положения» (или хроматической разностью положения, продольной хроматической аберрацией[П 1])[2]. Диафрагма несколько её уменьшает.

При этом изображения предмета в лучах разного цвета будут находиться на разных расстояниях от задней главной точки. Если наводить на резкость по красным лучам, изображение в синих лучах будет не в фокусе, и наоборот.

Конструкция фотографических объективов рассчитана на устранение хроматических аберраций. Система линз, выполняющих сближение фокусов двух (например, синих и жёлтых) лучей, называется ахроматической (ахроматизированной[2]), а при сближении фокусов трёх лучей — апохроматической, четырёх — суперахроматической.

Хроматизм положения вызывает значительную нерезкость изображения, поэтому при чёрно-белой съёмке моноклем и перископом, у которых он не устранён, после установки на резкость нужно ввести дополнительную поправку на положение объектива относительно светочувствительного элемента , определяемую по формуле:

где:

Необходимость в поправке вызывается тем, что при визуальной наводке изображение из-за повышенной чувствительности глаза к жёлтым лучам устанавливается в их фокусе, а не в фокусе сине-фиолетовых лучей, к которым наиболее чувствителен чёрно-белый несенсибилизированный фотоматериал. Сине-фиолетовые лучи, будучи не в фокусе, образуют значительные «кружки рассеяния», уменьшающие резкость изображения.

Хроматизм положения может быть исправлен путём комбинирования собирательной и рассеивающей линз. Линзы должны состоять из оптических стёкол и обладать различной дисперсией[3]. При прохождении через первую линзу луч отклонится к оптической оси и диспергирует. Войдя во вторую линзу, луч незначительно отклонится в обратную сторону и повторно диспергирует, но в обратном направлении. В результате хроматическая аберрация первой линзы компенсируется второй, «отрицательной», линзой, и лучи различных цветов соберутся в одной точке. Такие линзы, исправляющие хроматизм положения, называются ахроматическими линзами (ахроматами).

Ахроматические линзы используются во многих современных объективах. Ахроматизировать отдельный элемент оптической системы или их комбинацию далеко не всегда необходимо; достаточно, чтобы все элементы в целом компенсировали дисперсию друг друга.

Для уменьшения хроматических аберраций в конструкциях оптических приборов (объективов, биноклей, микроскопов, телескопов и т. д.) могут применяться такие оптические элементы, как линзы из особых оптических стёкол (курцфлинт, лангкрон), зеркала или зонные пластинки.

Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения (также называется хроматической разностью увеличения) — хроматическая аберрация, при которой изображения одного и того же предмета в лучах разного цвета имеют несколько различный размер. Не уменьшается от диафрагмирования, как и от увеличения.

Для цветного изображения в цифровой форме хроматизм увеличения может быть в какой-то степени исправлен программным путём. Для точного сведения трёх компонентов изображения (красный, зелёный и синий) необходимо для двух из них изменить масштаб, оставляя неподвижной ту точку, где проходила оптическая ось (обычно, это центр кадра). Во многих преобразователях raw-файлов такая функция имеется, но оптическая корректировка предпочтительнее, так как в сложных объективах присутствуют и другие аберрации, которые простыми преобразованиями не исправляются и индивидуальны для каждой модели объектива, в результате чего становится сложно выделить хроматизм увеличения программно. Хорошая коррекция хроматизма увеличения невозможна, когда объектив плохо работает в контровом свете. Исправление хроматизма увеличения на компьютере улучшает качество изображения, но всё же предпочтительнее снимать фотографии теми объективами, которые имеют минимальные аберрации. Так, объективы с фиксированным фокусным расстоянием обычно имеют существенно меньшие аберрации, чем трансфокаторы.

Хроматические разности геометрических аберраций

В общем случае, каждая геометрическая аберрация зависит от цвета. Так, например, сферическая аберрация может быть различной для синих и для красных лучей («сферохроматизм») и/или хроматическая разность аберраций наклонных пучков[4]. Перечисленное также можно считать хроматическими аберрациями, поскольку побочные эффекты от их влияния, в целом аналогичны побочным эффектам от хроматизмов положения и увеличения.

Хроматические аберрации в фотографии

Хроматизм положения на диафрагме f/1.4)

Во многих современных фотокамерах хроматизм увеличения исправляется автоматически. Корректировка выполняется процессором камеры при записи файла (например, JPEG). При съёмке в RAW корректировку можно выполнить позднее — при обработке RAW файла. Программная корректировка хроматизма увеличения не снижает чёткость снимка.

В то же время, хроматизм положения не может быть исправлен программной обработкой. Многие сверхсветосильные объективы, включая профессиональные модели[5], обладают выраженным хроматизмом положения на открытых диафрагмах. Как правило, хроматизм положения перестаёт быть заметным при закрытии диафрагмы до f/2.8-f/4.

См. также

Примечания

  1. Если же хроматизм положения описывается разницей высот падения лучей разных цветов на плоскость фокусировки, то хроматизм положения называется «поперечной хроматической аберрацией»

Источники

Литература

  • Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 397. — 447 с.
  • Д. С. Волосов. Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 154—159. — 543 с.
  • А. Н. Веденов. Недостатки линзы и её исправление в объективе // Малоформатная фотография / И. В. Барковский. — Л.,: Лениздат, 1959. — С. 291—297. — 675 с.