|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Хроматическая аберрация |
 |
Хроматическая аберрация
Описание
Хроматическая аберрация заключается в паразитной дисперсии света, проходящего через линзу (белый свет разлагается на составляющие его цветные лучи). Так как линзу можно представить состоящей из большого количества маленьких призм, разложение луча на составляющие цвета будет происходить и в ней. Коэффициент преломления синих лучей больше, чем красных, поэтому их фокус расположен ближе к задней главной точке линзы, чем фокус красных лучей. Отсюда следует, что для луча белого света единого фокусного расстояния не существует, а есть совокупность фокусных расстояний лучей всех цветов. Разность между фокусными расстояниями синего и красного цветов называется продольной хроматической аберрацией. Диафрагмирование несколько ее уменьшает.
Есть два типа хроматической аберрации: продольная хроматическая аберрация, при которой положение фокальной точки на оптической оси меняется в зависимости от длины волны, и хроматическая разница увеличения, при которой увеличение изображения в периферийных областях меняется в зависимости от длины волны.
На реальных фотографиях продольная хроматическая аберрация проявляется в виде размытости цвета или засветки, а хроматическая разница увеличения проявляется в виде цветовой окантовки (когда по границам краев виден цвет).
Хроматическая аберрация в фотообъективе корректируется путем сочетания различных типов оптического стекла, обладающих различными характеристиками преломления и дисперсии. Поскольку влияние хроматической аберрации возрастает при более значительных фокусных расстояниях, точная коррекция хроматической аберрации особенно важна в сверхтелефотообъективах, чтобы получить хорошую резкость изображения. Хотя существует предел степени коррекции, допускаемый оптическим стеклом, можно значительно улучшить результаты при помощи такого искусственного кристалла, как флюорит или стекло UD.
Хроматическую разницу увеличения можно назвать поперечной хроматической аберрацией (поскольку она происходит поперек оптической оси).
Примечание: в то время как хроматическая аберрация наиболее заметна при использовании цветной пленки, она влияет и на черно-белые изображения, проявляясь как уменьшение резкости.
Хроматическая аберрация
Рис.1
Хроматическая аберрация у фотографических объективов тщательно устраняется. Система линз, в которой сближены фокусы синих и жёлтых лучей, называется ахроматической, а при сближении фокусов синих, жёлтых и красных лучей – апохроматической.
Схема хроматической аберрации (1) и её уменьшение с помощью ахроматической линзы (2)
Рис.2
Ключевые слова
Разделы наук
Используется в научно-технических эффектах
Используется в областях техники и экономики
Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты
1 |  | Модуляция света, вызванная изменениями среды, связанными с прохождением через нее той же световой волны (Самомодуляция света) |
1 |  | Нелинейная оптическая поляризация среды (Нелинейная оптическая поляризация среды) |
1 |  | Появление направленного электронного потока в твердом проводнике в результате передачи электронам импульса от направленного потока фотонов. (Светоэлектрический эффект ) |
6 |  | Хроматическая аберрация (Хроматическая аберрация) |
5 |  | Дисперсия света (Дисперсия света) |
1 |  | Испускание ионов поверхностью твердого тела (Ионная эмиссия) |
2 |  | Перенос энергии в пространстве электромагнитным излучением от одного тела к другому и соответствующий процесс взаимопревращения их внутренней энергии в энергию электромагнитных волн. (Лучистый теплообмен) |
1 |  | Выравнивание электронов из вещества при одновременном поглощении нескольких фотонов. (Многофотонный фотоэффект) |
1 |  | Адаптация глаза (Адаптация глаза) |
2 |  | Увеличение оптическое (Увеличение оптическое) |
2 |  | Фокальная плоскость (Фокальная плоскость) |
2 |  | Фокальная поверхность (Фокальная поверхность) |
2 |  | Аккомодация глаза (Аккомодация глаза) |
3 |  | Фокус (Фокус) |
3 |  | Изображение предмета, образованное пересечениями геометрических продолжений световых лучей, прошедших через оптическую систему, в направлениях, обратных действительному ходу этих лучей (Мнимое изображение) |
4 |  | Дифракция света (Дифракция света) |
3 |  | Ферма принцип (Ферма принцип ) |
1 |  | Преломление света на грани двуосного кристалла, наблюдаемое в тех случаях, когда направление распространения пучка совпадает с направлением одной из осей кристалла (Коническая рефракция) |
1 |  | Нормальные колебания молекул (Собственные (свободные) гармонические колебания молекул) |
1 |  | Вынужденное излучение (Вынужденное излучение) |
1 |  | Удержание или перемещение мелких частиц за счет светового давления, создаваемого сфокусированным лазерным лучом (Оптическая левитация) |
2 |  | Поляризация электромагнитных волн (Поляризация электромагнитных волн ) |
1 |  | Появление световой волны, распространяющейся в обратном направлении от препятствия, облучаемого падающей на него волной света (Отражение света) |
1 |  | Преобразование поляризации света при отражении от диэлектрика (Преобразование поляризации света при отражении от диэлектрика) |
1 |  | Соотношения между амплитудами, фазами и состояниями поляризации падающей, отраженной и преломленной электромагнитных волн на границе раздела двух диэлектриков (Френеля формулы) |
1 |  | Прохождение волн через границу разделе двух сред и отражение о нее (Закон отражения волн) |
1 |  | Соотношение между показателем преломления диэлектрика и углом падения на него неполяризованного света, при котором отражённый от поверхности диэлектрика свет полностью поляризован (Брюстера эффект) |
2 |  | Синусов условие (Синусов условие) |
1 |  | Оптический прибор, основанный на полном внутреннего отражения, для получения полностью поляризованного света (Николя призма) |
1 |  | Рассеяние света на ультразвуке (Рассеяние света на ультразвуке) |
1 |  | Волны. Уравнения волновых процессов (Волны. Волновое уравнение) |
1 |  | Дифракция света на ультразвуке (Дифракция света на ультразвуке) |
Применение эффекта
Хроматическая аберрация вызывает значительную нерезкость изображения, поэтому при чёрно-белой съёмке моноклем и перископом, у которых она не устранена, после установки на резкость нужно ввести дополнительную поправку на положение объектива относительно светочувствительного элемента , определяемую по формуле:
где d – сопряжённое фокусное расстояние; f – главное фокусное расстояние монокля или перископа.
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. Последние, будучи не в фокусе, образуют значительные кружки рассеяния, уменьшающие резкость изображения.
Хроматическая аберрация может быть исправлена путем комбинирования собирательной и рассеивающей линз из стёкол с различным коэффициентом преломления. При прохождении через первую линзу луч отклоняется к оптической оси и диспергирует; войдя во вторую линзу, он незначительно отклоняется 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 хроматическую аберрацию, называются ахроматическими, или ландшафтными линзами. Ахроматические линзы используются во всех современных объективах.
Хроматическая аберрация также исправляется программным путём т.к. для точного сведения трёх компонентов картинки (красный зелёный синий слои) надо преобразовать каждую линейным преобразованием по радиусу относительно точки на картинке где проходила оптическая ось (обычно это центр кадра). Во многих преобразователях RAW (формат данных) файлов такая функция имеется, но оптическая корректировка предпочтительнее т. к. в сложных объективах на итоговой картинке всё сильно не линейно и многие дисторсии которые искажают ХА простыми преобразованиями не исправляются. Хорошая коррекция ХА невозможна, когда объектив плохо устойчив к контровому свету. Исправление ХА на компьютере улучшает качество изображения, но всё же предпочтительнее снимать фотографии теми объективами, которые имеют минимальные ХА. Так объективы с фиксированным фокусным расстоянием обычно имеют существенно меньшую ХА чем зум объективы.
Синие контуры – типичный пример проявления хроматической аберрации в фотографии.
Рис.1
Реализации эффекта
Ахромат - сложная линза, состоящая из двух (собирательной и рассеивающей), чаще склеенных линз (рис.1). Линзы изготовлены из неодинаковых по дисперсии света сортов оптического стекла, выбираемых так, что для каких-либо двух длин волн света полностью (рис.1), а для остальных значительно устранена хроматическая аберрация. Ахромат имеет неустранимый астигматизм. Ахромат применяют в качестве объективов зрительных труб, биноклей, прицелов и т. п.; ранее использовали в дешёвых фотографических аппаратах для видовой (ландшафтной) съёмки.
Схема ахромата. Тонкими линиями показан ход лучей: 1 — в жёлтой области спектра; 2 — в сине-фиолетовой области спектра.
Рис.1
Литература
1. Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.
2. Тамицкий Э. Д., Горбатов В. А. Учебная книга по фотографии. М., «Легкая индустрия», 1976.